Προσδιορισμός ασφαλτενίων σε βαριά κλάσματα πετρελαίου

Πάσχου, Αλέξια; Paschou, Alexia

dc.contributor.author	Πάσχου, Αλέξια	el
dc.contributor.author	Paschou, Alexia	en
dc.date.accessioned	2020-05-11T20:32:39Z
dc.date.available	2020-05-11T20:32:39Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50479
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18177
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ασφαλτένια	el
dc.subject	Απασφάλτωση	el
dc.subject	Πετρέλαιο	el
dc.subject	Εκχύλιση	el
dc.subject	Υπόλειμμα	el
dc.title	Προσδιορισμός ασφαλτενίων σε βαριά κλάσματα πετρελαίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Καύσιμα	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-09
heal.abstract	Τα ασφαλτένια αποτελούν μια κατηγορία ενώσεων που βρίσκονται στα βαριά κλάσματα πετρελαίου. Η παρουσία τους επηρεάζει τις ιδιότητες του πετρελαίου και λόγω αυτής αναφύονται προβλήματα στις εγκαταστάσεις. Τα ασφαλτένια είναι ενώσεις που δεν διαλύονται σε ελαφρούς παραφινικούς υδρογονάνθρακες, αλλά σε αρωματικούς. Χαρακτηρίζονται από την παρουσία υδρογονανθράκων με μεγάλα μοριακά βάρη που περιέχουν ετεροάτομα, όπως θείο και μέταλλα. Είναι ανεπιθύμητα στο πετρέλαιο διότι έχουν την τάση να διαχωρίζονται από αυτό και να δημιουργούν εναποθέσεις στις εγκαταστάσεις, αλλά και λόγω των μετάλλων που περιέχουν, προκαλούν δηλητηρίαση των καταλυτών. Τα ασφαλτένια, επειδή έχουν μεγάλο μοριακό βάρος αυξάνουν το ιξώδες και την πυκνότητα του πετρελαίου, καθιστώντας ακόμα πιο δύσκολη τη μεταφορά του. Για τους λόγους αυτούς θα ήταν επιθυμητό να απομακρυνθούν από τα βαριά κλάσματα πετρελαίου. Ο διαχωρισμός τους επιτυγχάνεται με εκχύλιση, χρησιμοποιώντας ως διαλύτες παραφινικούς υδρογονάνθρακες. Σκοπός της εργασίας είναι να βρεθεί το πόσο διαφοροποιούνται τα ασφαλτένια ανάλογα με τον διαλύτη που χρησιμοποιείται. Επιπλέον, επιδιώκεται να ερευνηθεί εάν η διαφορά σε μάζα των ασφαλτενίων συμβαδίζει με διαφορά στις φυσικοχημικές ιδιότητες του καυσίμου και κατά πόσο οι διυλιστηριακές διεργασίες ελαττώνουν τα ασφαλτένια. Τα δείγματα στα οποία πραγματοποιήθηκε εκχύλιση ήταν τρία κλάσματα αργού πετρελαίου: υπόλειμμα ατμοσφαιρικής απόσταξης, υπόλειμμα κενού και gasoil κενού. Οι διαλύτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν κ-επτάνιο (ο διαλύτης που χρησιμοποιείται σύμφωνα με την πρότυπη μέθοδο προσδιορισμού των ασφαλτενίων), κ-εξάνιο και κ-πεντάνιο. Κατά την εκχύλιση ο διαλύτης διέλυε όλο το κλάσμα του πετρελαίου, εκτός από τα ασφαλτένια, τα οποία παρέμεναν στο φίλτρο. Με τον τρόπο αυτόν επιτεύχθηκε ο διαχωρισμός των ασφαλτενίων από το υπόλοιπο κλάσμα. Ασφαλτένια βρέθηκαν μόνο στα δύο υπολείμματα, κάτι που σημαίνει ότι κατά την υπό κενό απόσταξη δεν μένουν καθόλου ασφαλτένια στα πλευρικά προϊόντα, όπως είναι το gasoil κενού. Επίσης, μεγαλύτερο ποσοστό ασφαλτενίων υπήρχε στο υπόλειμμα κενού. Η μεγαλύτερη ποσότητα ασφαλτενίων και στα δύο υπολείμματα διαχωρίστηκε με το πεντάνιο και η μικρότερη με το επτάνιο. Στη συνέχεια, ανακτήθηκε ο διαλύτης από το εκχύλισμα με εξάτμιση υπό κενό και έτσι μπόρεσε να συλλεχθεί και το απασφαλτωμένο πετρέλαιο. Προκειμένου να βρεθεί κατά πόσο μεταβλήθηκαν οι ιδιότητες του πετρελαίου μετά την απασφάλτωση, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ιξώδους, πυκνότητας, αναλύσεις προσδιορισμού ανθρακούχου υπολείμματος, θείου, βαναδίου, νικελίου και στοιχειακή ανάλυση. Οι συγκεκριμένες μετρήσεις έγιναν καθώς τα ασφαλτένια έχουν υψηλό μοριακό βάρος και περιέχουν ετεροάτομα, οπότε μέσω των μετρήσεων μπορεί να γίνει η σύγκριση των κλασμάτων πριν και μετά την απασφάλτωση, καθώς και η αξιολόγηση των διαλυτών. Επιπλέον, έγινε στοιχειακή ανάλυση στα ασφαλτένια που απομακρύνθηκαν από τα δείγματα με τον κάθε διαλύτη προκειμένου να γίνει συσχέτιση των αποτελεσμάτων αυτών με των απασφαλτωμένων δειγμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι ιδιότητες των κλασμάτων πετρελαίου βελτιώνονταν με τη μείωση της ανθρακικής αλυσίδας του διαλύτη. Το κινηματικό ιξώδες μειώθηκε κατά 50 cSt με το επτάνιο ως και 200 cSt με το πεντάνιο ενώ η πυκνότητα μεταβλήθηκε ελάχιστα μετά την απασφάλτωση. Το ανθρακούχο υπόλειμμα ελαττώθηκε περίπου κατά 10%, 20% και 60% στο ατμοσφαιρικό υπόλειμμα και κατά 20%, 25% και 67% στο υπόλειμμα κενού, με το επτάνιο, τοεξάνιο και το πεντάνιο αντίστοιχα. Όσον αφορά τα επίπεδα θείου, δεν υπήρξε σημαντική μείωση μετά την απομάκρυνση των ασφαλτενίων, ενώ τα μέταλλα μειώθηκαν στα 2/3 περίπου της αρχικής συγκέντρωσης. Τέλος, ο λόγος υδρογόνου προς άνθρακα κατά μάζα αυξήθηκε, υποδεικνύοντας μείωση του αρωματικού χαρακτήρα στο πετρέλαιο. Σχετικά με τα ασφαλτένια, στο ατμοσφαιρικό υπόλειμμα το ποσοστό τους κυμάνθηκε από 2-10% ενώ στο υπό κενό από 7-22% κατά μάζα. Η περιεκτικότητα σε θείο ήταν περίπου στα ίδια επίπεδα σε όλα τα δείγματα, ενώ από τη στοιχειακή ανάλυση προέκυψε ότι τα αδιάλυτα στο πεντάνιο ασφαλτένια ήταν λιγότερο αρωματικά, δηλαδή είχαν μεγαλύτερη αναλογία υδρογόνου προς άνθρακα, από τα αδιάλυτα στο εξάνιο και αυτά με τη σειρά τους λιγότερο από τα αδιάλυτα στο επτάνιο.	el
heal.abstract	Asphaltenes are a class of compounds found in heavy oil fractions. Their presence affects the properties of petroleum and they cause problems in the refinery facilities. Asphaltenes are insoluble in light paraffinic hydrocarbons, but they dissolve in aromatic solvents. They are characterized by the presence of hydrocarbons of high molecular weight containing heteroatoms, such as sulfur and metals. They are undesirable in oil since they tend to precipitate from it and create deposits in the refinery equipment. Also, because of the metals they contain, they cause poisoning of the catalysts. Because of their high molecular weight, asphaltenes increase the viscosity and density of petroleum making it difficult to transport. For these reasons it would be desirable asphaltenes to be removed from heavy oil fractions. Their separation is achieved by extraction using paraffinic hydrocarbons as solvents. The purpose of this diploma thesis is to find out how much asphaltenes vary depending on the solvent used. In addition, it is sought to investigate the extent to which the difference in mass of asphaltenes is consistent with a difference in the physicochemical properties of the petroleum and whether the refinery processes reduce asphaltenes. The extraction samples were three fractions of crude oil: atmospheric distillation residue, vacuum residue and vacuum gasoil. The solvents used were n-heptane (the solvent that is used in the standard method for the determination of asphaltenes), n-hexane and n-pentane. During each extraction the solvent dissolved the entire fraction of oil, except for the asphaltenes, which remained in the filter. In this way the separation of asphaltenes from the remaining fraction was achieved. Asphaltenes were found only in the two residues, which means that during vacuum distillation no asphaltenes remain in the side products, such as the vacuum gasoil. Also, a higher percentage of asphaltenes was present in the residual vacuum. The largest amount of asphaltenes in both residues was separated with pentane and the smallest with heptane. The solvent was then recovered by vacuum evaporation, and so the deasphalted oil could be collected. In order to determine whether the properties of petroleum were altered after deasphalting, measurements of viscosity, density, carbon residue, sulfur, vanadium, nickel and elemental analysis were carried out. These measurements were made as the asphaltenes have a high molecular weight and contain heteroatoms, so through the measurements, comparison of the fractions before and after deasphalting. as well as the evaluation of solvents can be made. In addition, elemental analysis was performed on the asphaltenes that were removed from the samples with each solvent in order to correlate the results with the deasphalted samples. The results showed that the properties of the oil fractions were improved by reducing the carbon chain of the solvent. The kinematic viscosity decreased by 50 cSt with heptane and up to 200 cSt with pentane, while the density was slightly altered after the release. The carbon residue was reduced by about 10%, 20% and 60% in atmospheric residue and 20%, 25% and 67% in the vacuum residue, with the heptane, hexane and pentane respectively. As for sulfur levels, there was no significant decline after the removal of asphaltenes, while the metals decreased to approximately 2/3 of the initial concentration. Finally, the hydrogen to carbon ratio by mass increased, suggesting a reduction in the aromatic character in oil. As far as asphaltenes are concerned, their percentage in atmospheric residue ranged from 2- 10% while in the vacuum residue from 7-22% per weight. The sulfur content was roughly at the vii same level in all samples, whereas from the elemental analysis it appeared that insoluble in pentane asphaltenes were less aromatic (they had a higher hydrogen to carbon ratio) than hexane insoluble asphaltenes, and these in turn less aromatic than heptane insoluble ones.	en
heal.advisorName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ζαννίκος, Φανούριος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.
heal.fullTextAvailability	true