Сравнение результатов определения группового углеводородного состава нефтяных образцов, полученных с применением различных методик жидкостной адсорбционной хроматографии

Групповой углеводородный состав (SARA-состав) — одна из основных характеристик нефти, дающих представление о ее химической природе и определяющих качество получаемых нефтепродуктов. В мировой лабораторной практике данные о групповом углеводородном составе нефтяного сырья используют для оценки его коллоидной стабильности и совместимости с сырой нефтью, реакционной способности в различных процессах конверсии, прогнозирования физических свойств и т.д. Традиционно групповой углеводородный состав определяют в соответствии со стандартными и исследовательскими хроматографическими методиками, существенно различающимися между собой, что зачастую приводит к получению несопоставимых результатов анализа. В данной работе на примере различных нефтяных образцов российского происхождения (товарные нефти разных классов и два нефтепродукта) проведен сравнительный анализ результатов определения группового углеводородного состава, полученных в соответствии с двумя методиками жидкостной адсорбционной хроматографии. С применением стандартной методики ASTM D4124 (метод Б) и исследовательской методики, разработанной АО ВНИИ НП, определены содержания тождественных друг другу углеводородных групп в составе мальтеновой части нефтяных образцов: насыщенных (НУ) и парафино-нафтеновых (ПНУ) углеводородов, нафтеновых ароматических (НАУ) и ароматических (АУ) углеводородов, полярных ароматических (ПАУ) углеводородов и смол (С). Показано, что с увеличением плотности и вязкости нефтяных образцов в их составе понижается содержание менее полярных групп (НУ и ПНУ) и закономерно повышается содержание более полярных (ПАУ и С), а выраженного характера распределения групп НАУ и АУ не наблюдается. Статистическая обработка данных выявила незначимые различия результатов для «тяжелых и вязких» образцов нефти, несмотря на большую погрешность таковых, полученных по исследовательской методике. Получение сопоставимых результатов обосновывает использование обеих методик не только для анализа высококипящих нефтепродуктов, но и для анализа «тяжелых и вязких» образцов нефти.

1. Speight J. G. Handbook of heavy oil properties and analysis. — Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2023. — 496 p.

2. Stratiev D., Shishkova I., Palichev G. N., et al. Study of bulk properties relation to SARA composition data of various vacuum residues employing intercriteria analysis / Energies. 2022. Vol. 15. N 23. P. 9042 – 9063. DOI: 10.3390/en15239042

3. Shishkova I., Stratiev D., Kolev I. V., et al. Challenges in petroleum characterization — A Review / Energies. 2022. Vol. 15. N 20. P. 7765 – 7798. DOI: 10.3390/en15207765

4. Karevan A., Zirrahi M., Hassanzadeh H. Standardized high-performance liquid chromatography to replace conventional methods for determination of Saturate, Aromatic, Resin, and Asphaltene (SARA) Fractions / ACS Omega. 2022. Vol. 7. N 22. P. 18897 – 18903. DOI: 10.1021/acsomega.2c01880

5. Schwettmann K., Hohne P., Stephan D. Comparison of column chromatography and solid-phase extraction on virgin and aged bituminous maltene phases / Mater. Struct. 2022. Vol. 55. N 242. P. 1 – 17. DOI: 10.1617/s11527-022-02079-4

6. Wojewódka D., Dyguła P., Przyjazny A., Kamiński M. A novel thin layer chromatography-flame ionization detection method for saturated, asphaltenes, resins, and asphaltenes group-type composition analysis with reverse order of chromatogram development / J. Sep. Sci. 2023. Vol. 46. N 21. P. 1 – 9. DOI: 10.1002/jssc.202300198

7. Karevan A. Development of New Chromatographic Approaches for bitumen Characterization / A Thesis (Calgary, Alberta) submitted to the faculty of graduate studies in partial fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy, 2023. — 125 p.

8. Bisht H., Reddy M., Malvanker M., Patil R. C., et al. Efficient and quick method for saturates, aromatics, resins, and asphaltenes analysis of whole crude oil by thin-layer chromatography-flame ionization detector / Energy Fuels. 2013. Vol. 27. N 6. P. 3006 – 3013. DOI: 10.1021/ef4002204

9. Guzman R., Rodríguez S., Torres-Mancera P., Ancheyta J. Evaluation of asphaltene stability of a wide range of Mexican crude oils / Energy Fuels. 2021. Vol. 35. N 1. P. 408 – 418. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.0c03301

10. Панюкова Д. И., Савонина Е. Ю., Осипов К., Марютина Т. А. Зарубежный опыт определения группового углеводородного состава нефтяного сырья и нефтепродуктов / Журн. аналит. химии. 2024. Т. 79. № 4. С. 315 – 331. DOI: 10.31857/S0044450224040022

11. Савонина Е. Ю., Панюкова Д. И. Современное состояние и перспективы развития способов определения группового углеводородного состава (SARA-состава) нефти и нефтепродуктов (обзор) / Журн. прикл. химии. 2023. Т. 96. ¹ 5. С. 434 – 458. DOI: 10.31857/S0044461823050018

12. Jarne C., Cebolla V. L., Membrado L., et al. Gradient high-performance thin-layer chromatography for characterizing complex hydrocarbon-containing products / J. Planar Chromatogr. — Mod. TLC. 2023. Vol. 36. N 3. P. 335 – 349. DOI: 10.1007/s00764-023-00256-x

13. Shiskova I., Stratiev D., Sotirov S., et al. Predicting petroleum SARA Composition from density, sulfur content, flash point, and simulated distillation data using regression and artificial neural network techniques / Processes. 2024. Vol. 12. N 8. P. 1755 – 1780. DOI: 10.3390/pr12081755

14. Rezaee S., Tavakkoli M., Doherty R., Vargas F. M. A new experimental method for a fast and reliable quantification of saturates, aromatics, resins, and asphaltenes in crude oils / Petroleum Sci. Technol. 2020. Vol. 38. N 21. P. 955 – 961. DOI: 10.1080/10916466.2020.1790598

15. Kheirollahi S., BinDahbag M., Bagherzadeh H., et al. Improved determination of saturate, aromatic, resin, and asphaltene (SARA) fractions using automated high-performance liquid chromatography approach / Fuel. 2024. N 371. P. 131884 – 131891. DOI: 10.1016/j.fuel.2024.131884

16. Kharrat A. M., Zacharia J., Cherian V. J., Anyatonwy A. Issues with comparing SARA methodologies / Energy Fuels. 2007. Vol. 21. N 6. P. 3618 – 3621. DOI: 10.1021/ef700393a

17. Stratiev D., Shishkova I., Nikolova R., et al. Investigation on precision of determination of SARA analysis of vacuum residual oils from different origin / Pet. Coal. 2016. Vol. 58. N 1. P. 109 – 119.

18. Stratiev D., Shishkova I., Tankov I., Pavlova A. Challenges in characterization of residual oils. A review / J. Pet. Sci. Eng. 2019. Vol. 178. P. 227 – 250. DOI: 10.1016/j.petrol.2019.03.026

19. Vempatapu B. P., Kumar J., Upreti B., Kanaujia P. K. Application of high-performance liquid chromatography in petroleum analysis: Challenges and opportunities / Trends Anal. Chem. 2024. Vol. 177. P. 117810 – 117822. DOI: 10.1016/j.trac.2024.117810

20. Панюкова Д. И., Осипов К., Марютина Т. А. Исследование распределения микроэлементов в углеводородных группах нефти / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90. № 1. С. 26 – 33. DOI: 10.26896/1028-6861-2024-90-1-26-33

21. Осипов К., Мокочунина Т. В., Панюкова Д. И. и др. Влияние солености воды на эффективность диспергентов нефти / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022. Т. 88. № 9. С. 16 – 22. DOI: 10.26896/1028-6861-2022-88-9-16-22

22. Калгин Ю. И., Строкин А. С., Тюков Е. Б. Испытание дорожных битумов и асфальтобетонных смесей: лаб. практикум. — Воронеж: Воронежский ГТУ, 2021. — 93 с.

23. Гармаш А. В., Сорокина Н. М. Метрологические основы аналитической химии. — М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2017. — 52 с.