Forskere opløser råolie i vand for at studere dens sammensætning

Forskere fra MIPT, Skoltech, Det Russiske Videnskabsakademis Fælles Institut for Høje Temperaturer, og Lomonosov Moscow State University rapporterer om en ny tilgang til analyse af oliesammensætning. De brugte høj temperatur og tryk til at opløse olie i vand og analysere dens sammensætning. Den nye metode er i overensstemmelse med grønne kemiprincipper, da den fjerner behovet for miljøfarlige opløsningsmidler. Avisen blev udgivet i Analytisk og bioanalytisk kemi .

Råolie bruges næsten aldrig i sin rå form. Men det er nødvendigt at kende dens præcise sammensætning for at gøre raffinering så effektiv som muligt. Råolie består af over 100, 000 forbindelser, med den nøjagtige sammensætning af prøven, der varierer afhængigt af det felt, hvorfra den blev ekstraheret. Den ekstreme kompleksitet af råolie gør det umuligt at adskille i individuelle forbindelser. Tyngre fraktioner, som ikke er flygtige ved 300 grader Celsius, mangler endnu at blive undersøgt ordentligt. Det vides, at de hovedsageligt består af phenoler, ketoner, carbazoler, pyridiner, quinoliner, dibenzofuraner og carboxylsyrer. Ud over det, Råolie fra nogle felter kan også indeholde svovlholdige forbindelser. Mange kulbrinter har identiske formler, med samme antal kulstof, brint, og iltatomer, men er forskellige i deres arrangementer, dvs. de er isomerer.

De vidt forskellige strukturer udviser åbenbart forskellige kemiske egenskaber. Tungere kulbrinter består af mange atomer, hvilket betyder mere strukturel variabilitet for hver forbindelse.

Massespektrometri giver information om grundstofsammensætningen af ​​stoffer og deres molekylære masse, men formår ofte ikke at skelne mellem forskellige isomerer. Sådan information kan opnås gennem isotopudvekslingsanalyse. Denne metode er baseret på, at afhængigt af hvilke særlige forbindelser, der udgør råolie eller en anden prøve, oxygen- og brintatomer vil tage mere eller mindre tid at blive erstattet med deres isotoper - i det væsentlige de samme grundstoffer, men med en anden masse. Vand er den lettest tilgængelige og reneste kilde til isotoper, men olie er uopløseligt i vand under normale forhold, så potente syrer og alkalier skal bruges i stedet. Men syrer har en tendens til at nedbryde organiske forbindelser, især ved høje temperaturer, og dermed ændre prøvens sammensætning.

Det er kendt, imidlertid, at forbindelser, der er uopløselige i vand, kan opløses i overophedet, eller superkritisk, vand ved temperaturer væsentligt over 100 grader C, så det blev besluttet at anvende denne metode på råolie. Forskerne beviste, at det var muligt at opnå en vandbaseret råolieopløsning ved at øge temperaturen og trykket og analyserede dens sammensætning. Prøven blev opvarmet til 360 grader C i tungt vand (hvor hydrogenet er erstattet med deuterium) ved et tryk over 300 atm i en time.

Forskerne sammenlignede massespektre af den originale prøve og prøven efter isotopbytningsreaktionen. De indsamlede data gav mere information om strukturen af ​​forbindelserne, der omfatter råolie. Denne metode kan bruges til at studere andre komplekse ikke-polære forbindelser på molekylært niveau.

"Isotopmærker må kun inkorporeres på specifikke positioner i molekylet, svarende til lås og nøgle-modellen, " sagde professor i Skoltech og MIPT Eugene Nikolaev, som også leder Laboratoriet for Massespektrometri på Skoltech. "Vi kan analysere molekylær struktur ved at bruge højopløsningsmassespektrometri til at måle vekselkursen, selv når det er umuligt at adskille individuelle forbindelser og identificere deres struktur med andre metoder."

"Lette råoliereserver er ved at nedbrydes. Hydrocracking af fyringsolie, som er karakteriseret ved sin meget komplekse og dårligt undersøgte molekylære struktur, spiller en stadig større rolle i benzinproduktionen. Hydrocrackere er dyre, de er ikke produceret i Rusland, og de kræver brug af specielle katalysatorer. Vi har fundet en måde at identificere furaner på, pyridiner, og naphthensyrer i råolie uden at skulle ty til den komplekse destillationsproces, "siger Yury Kostyukevich, en af ​​forfatterne til artiklen og en seniorforsker ved Skoltech og MIPT laboratorier. "Vi håber, at vores forskning vil hjælpe med bedre at forstå råoliestruktur og sammensætning, bidrage til udviklingen af ​​nye katalysatorer til mere effektiv olieraffinering, og muliggør forbedret oliekvalitetsovervågning i stamrørledningssystemer."