Analytisk karakterisering av asfaltener felt ut ved forskjellige betingelsar frå Athabasca bitumen

Abstract

Bitumen inneheld organiske sambindingar kor nokre har polare strukturelle trekk som varierar i oppbygnad, eigenskapar og molekylmasse. Dei største og mest polare av desse sambindingane blir under ein samlebetegnelse kalla asfaltener. I industrien kan desse sambindingane felles ut av olja og skape problem under produksjon, transport og prosessering. Asfaltener felt ut på laboratoriet kan inneha heilt andre eigenskapar enn asfaltener felt ut i industrien, da asfaltena i industrien ofte felles ut saman med andre bestanddelar av olje som resiner og voks. I denne oppgåva har hovudfokuset lagt på karakterisering av asfaltener felt ut frå Athabasca bitumen med eit overskot av n-alkanar under forskjellige temperaturar. Forskjellige analysemetodar har vore nytta for å vurdere strukturelle trekk samt likheitar/skilnader mellom asfaltener frå bitumen og asfaltener felt ut frå ei tung Nordsjøråolje. Forskjellige analysemetodar har også vore nytta på maltenfraksjonen av bitumen for å vurdere betydinga av asfaltenfjerning. Mengde asfaltenutfelling har blitt bestemt gravimetrisk. Strukturelle trekk knytte til funksjonelle grupper har blitt vurdert ut frå analyser med infraraud spektroskopi og elementanalyse, medan strukturelle aspekt knytte til heile asfaltenmolekyl har blitt undersøkt ved hjelp av NMR, Pyro-GC-MS, UV og røntgen-pulverdiffraksjon. Molekylvektdistribusjonen er blitt målt med GPC. GC-FID blei nytta for å samanlikne råolje og deasfaltert råolje, samt undersøkje samansetninga av deasfaltert bitumen. Resultata syner at asfaltener har eit klart høgare innhald av heteroatom og er betydeleg meir aromatisk enn maltenfraksjonen (deasfaltert bitumen). Effekten av utfellingstemperatur er forskjellig utsjånad (morfologi) på asfaltena, medan val av flokkulant har ein effekt på mengde utfelling. Asfaltener frå forskjellige oljer treng likevel ikkje ha same utsjånad sjølv om dei har blitt felt ut under same forhold. Resultata frå FTIR og elementanalyse syner at det er ein samanheng mellom høgt nitrogen innhald og lågt H/C forhold, og at nitrogen sitt for det meste i aromatstrukturen, men opptrer også i form av amin og amid. Pyro-GC-MS syner også at asfaltener har alifatiske kjedar som varierer i storleik frå C8 - C24, og at lengda på dei alifatiske kjedene er uavhengig av oljas samansetning. Asfaltener er amfifile strukturar med generelt låg grad av krystallinitet og kan sjåast som ein kombinasjon av amorf karbon og grafitt. Asfaltener er klassifisert som ein løysingsklasse da kombinasjonen av polaritet og aromatisitet ofte gjer asfaltena ustabil i løysing. Målingar gjort på GPC avslører at asfaltener som oftast opptrer som nanoaggregat og makroaggregat i løysing, og ikkje monomerar. Målingane syner også at asfaltener er dei klart største strukturane i både råolje og bitumen.