Asphaltene – kritische Inhaltsstoffe von Rohöl
Abb. 1: Maximal adsorbierte Mengen von Asphaltenen verschiedener Herkunft an unterschiedlichen Oberflächen ermittelt mit QCM-D
Oberflächen-Wechselwirkungen von Asphaltenen in Rohöl stellen ein wichtiges Problem für die petrochemische Industrie dar. Die QCM-DTechnik ist hilfreich, verschiedene Ansätze zur Lösung dieser Probleme zu bewerten. Insbesondere die Möglichkeit, die strukturelle Anordnung der adsorbierenden Materialien zu erkennen ist nützlich um zu verstehen, wie Asphaltene an Oberflächen adsorbieren.
Einleitung
Ständig steht die Erdölindustrie vor den Herausforderungen, die Aufwuchs und veränderte Benetzbarkeit z. B. in Rohrleitungen mit sich bringen.
Eine wichtige Ursache für diese Probleme ist die Adsorption von Erdölkomponenten an fest/flüssig-Grenzflächen, die in verschiedenen Stadien der Ölproduktion auftritt. Unter diesen Komponenten werden Asphaltene wegen ihrer chemischen Natur und ihrer Tendenz zu aggregieren oft als die problematischsten eingestuft, zumal sich die Eigenschaften dieser Komponenten abhängig von Druck, Temperatur und der genauen Zusammensetzung ändern können.
Für ein grundlegendes Verständnis des Mechanismus der Anlagerungsbedingungen für Asphaltene lassen sich durch Adsortionsstudien wertvolle Einsichten gewinnen.
Dieser Artikel beschreibt ein Beispiel, in dem QCM-D verwendet wurde, um die Wechselwirkungen von aus Röhol isolierten Asphaltenen mit Oberflächen zu untersuchen [1].
Die Messungen wurden in verschiedenen Lösungsmitteln durchgeführt, wobei die Stabilität der Asphaltene unterschiedlich war, hoch bei der Verwendung von Toluol als Lösungemittel und niedrig bei Verwendung von n-Alkanen und Heptan/Toluol-Mischungen. Auf diese Weise konnten Unterschiede in der Dicke und in den viskoelastischen Eigenschaften der adsorbierten Filmen erkannt werden.
Abb. 2: Strukturmodell zu Erklärung der unterschiedlichen Dissipationswerte zwischen Asphaltenen aus Brasilien und dem Golf von Mexiko (nach [1])
Adsorption von isolierten Asphaltenen
Es konnte gezeigt werden, dass die Adsorption aufgereinigter Asphaltene in Heptan/Toluol-Mischungen und in Toluol auf vier verschiedenen hydrophilen Oberflächen (SiO2, Aluminiumoxid (Al2O3), TiOx und FeOx) hauptsächlich von der Herkunft der Rohöle sowie von den Lösungsmittelbedingungen abhängen [1]. Die maximal adsorbierten Mengen an den verschiedenen Oberflächen sind in Abbildung 1 dargestellt. Es zeigte sich, dass Proben aus derselben Weltregion sich ähnlich verhalten. Proben aus Brasilien z. B. zeigten hohe Adsorption an allen getesteten Oberflächen, während Proben aus dem Golf von Mexiko allgemein relativ niedrige Adsorption zeigten.
Es wurde auch festgestellt, dass die adsorbierten Asphalten-Schichten unterschiedlicher Herkunft zu unterschiedlichen Dissipationswerten geführt haben. Diese Divergenzen spiegeln die strukturellen Unterschiede der adsorbierten Materialien wieder. Zum Beispiel zeigten Asphaltene aus Brasilien deutlich höhere Dissipationswerte als Asphaltene vom Golf von Mexiko, die durch Unterschiede im Löslichkeitsstatus erklärbar sind. Asphaltene aus Brasilien lagen jenseits des Flockpunktes vor, daher wurde von den Autoren das Strukturmodell in Abbildung 2 vorgeschlagen.
Fazit
QCM-D ermöglicht die Echtzeit-Charakterisierung von Asphalten-Adsorption auf unterschiedlichen Oberflächen. Die Menge und Eigenschaften der Adsorption hängen vom Löslichkeitszustand der Asphaltene und von ihrer Herkunft ab. Außerdem beeinflusst die Beschichtung der Sensoren in geringerem Umfang die Adsorptionseigenschaften.
[1] Dorota Dudasova, Anne Silset and Johan Sjöblom, Quartz Crystal Microbalance Monitoring of Asphaltene Adsorption/Deposition, Journal of Dispersion Science and Technology 2008, 29, 139-146.
