Petroleomics of Colombian asphaltenes: high resolution mass spectrometry view of asphaltene adsorption, reactivity, occlusion and aggregation

Los asfaltenos son considerados los componentes de menor valor agregado del petróleo, debido a que son los responsables directos de una serie de problemas operacionales a lo largo de toda la cadena de producción del crudo. Cambios mínimos en la composición química de la matriz petroquímica, así como cambios en condiciones de presión y temperatura, promueven la agregación de asfaltenos, lo cual resulta en la formación de depósitos, daño a la formación, obstrucción de sistemas de transporte y envenenamiento de catalizadores. En este sentido, la comprensión de la naturaleza molecular de los asfaltenos es fundamental para mejorar la producción y el procesamiento de petróleo pesado. Tres muestras de asfaltenos (ASTM D6560-12) fueron purificados por medio de cuatro ciclos de maceración-extracción Soxhlet con heptano, con el objetivo de extraer los compuestos malténicos ocluidos. Las muestras purificadas fueron fraccionadas de acuerdo al grado de adsorción en partículas de sílica, por medio de una elución secuencial con hexano, tolueno y diclorometanometanol. La caracterización molecular de las muestras de asfaltenos fue realizada en un espectrómetro de masas de resonancia ciclotrónica de iones por transformada de Fourier, acoplado con fotoionización a presión atmosférica. Los estudios de agregación se realizaron con la herramienta Turbiscan Lab. El fraccionamiento de las muestras de asfaltenos produjo tres fracciones distintivas, caracterizadas por su grado de adsorción sobre las partículas de sílica. Se observaron fuertes correlaciones entre el nivel de adsorción en SiO2 y características moleculares como aromaticidad, impedimento estérico, contenido de N y O. En este documento se presenta evidencia que sugiere que las mismas características moleculares, y por consiguiente interacciones intermoleculares, que gobiernan los procesos de adsorción de asfaltenos en minerales, juegan papeles importantes en procesos de agregación en solución. Estos resultados sugieren sinergia de interacciones polares e interacciones tipo pi, en la formación de agregados de asfaltenos.

• Autores: Chacón Patiño, Martha Liliana
• Tipo de recurso: http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
• Fecha de publicación: 2016
• Institución: Universidad Industrial de Santander
• Repositorio: Repositorio UIS
• Idioma: spa
• OAI Identifier: oai:noesis.uis.edu.co:20.500.14071/35548
• Acceso en línea: https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/35548; https://noesis.uis.edu.co
• Palabra clave: Asfaltenos; Espectrometría De Masas; Agregación; Asphaltenes are considered the least valuable components of crude oil because they are responsible for serious problems during production; transporting; and upgrading. Changes in petroleum composition or physical conditions like pressure or temperature dropping; can produce asphaltene deposits; causing formation damage; pipeline plugging; and catalysts poisoning. In this sense; understanding the role of molecular composition in asphaltene behavior is fundamental to improve production and processing of petroleum. Three Colombian asphaltene samples (ASTM D6560-12) were purified via four cycles of successive maceration−Soxhlet extraction with n-heptane to extract occluded hydrocarbons. The purified asphaltene sample was then fractionated according to the degree of adsorption on SiO2 particles; by elution with n-hexane; toluene; and dichloromethane-methanol. Molecular characterization of the samples was performed on a FT-ICR mass spectrometer (15 T) using an APPI source; and the aggregation kinetics was followed using Turbiscan Lab. Fractionation of purified asphaltenes yielded three individual fractions; with different adsorption behaviors on the SiO2 surface. We observed strong correlations between asphaltene adsorption on SiO2 and molecular features such as aromaticity; heteroatom/C ratios; and degree of alkylation. We have experimental evidence suggesting that a synergy between aromaticity; steric hindrance; and heteroatom content are crucial factors in asphaltene adsorption on mineral surfaces. We also found a direct relationship between adsorption degree on the SiO2 surface and the fractions aggregation behavior in solution phase. These results suggest that π-stacking is not the only driving force in asphaltene aggregation; we found that polar interactions such as hydrogen bonding; and acid-base associations play important roles in aggregation.
• License: Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)