МҰНАЙЫНЫҢ ҚҰРАМЫН ЖӘНЕ ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ

ҚҰМКӨЛ МҰНАЙЫНЫҢ ҚҰРАМЫН ЖӘНЕ ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ

Мұнай ғаламдық экономиканың негізгі ресурсы, әрі қазіргі заманғы өркениеттің энергетикалық және шикізаттық негізі болып табылады. Мұнай құрамына бес негізгі элемент - көміртек (82-87%), сутек (11-14%), күкірт (0,1-5%), оттек (0,1-2%) және азот (0,01-3%) кіретін күрделі заттардан тұрады. Көмірсутектер (алкандар, циклоалкандар, арендер) мұнай мен газдың негізгі компонеттері болып табылады, ал гетероорганикалық қосылыстар негізінен ауыр фракцияларда, әсіресе шайыр-асфальтендік бөлігінде шоғырланған [1]. Қазіргі таңда барлық синтезделетін органикалық заттардың 90%-дан астамы мұнайдан алынады [2].

Мұнайлардың химиялық және фракциялық құрамын зерттеу мұнай өңдеудің барынша тиімді кешенін таңдауға, оларды модельдеуге, мұнай өңдеу қондырғыларының қуатын негіздеуге, мұнай генезисі жайлы ұғымды дамытуға және мұнай геологиясының мәселелерін шешу үшін өте маңызды.

Осы мақсат үшін біз бұл жұмыста Құмкөл кенішінің мұнайы мысалында оның құрамын қасиеттерін зерттеу нысаны ретінде алдық.

Мұнайдың тығыздығы белгілі әдіс арқылы мұнай денсиметрі көмегімен анықталды [3], оның шамасы 20⁰С-да 0,8114 г/мл-ге тең. Мұнайдың құрамындағы асфальтендер мен шайырлардың мөлшері силикагель және Al₂O₃ сорбенттері арқылы өткізіп анықталды, элюент ретінде гексан қолданылды. Ол үшін біз шыны бағананы силикагельмен толтырып үстіне аз мөлшерде Al₂O₃ ұнтағы салып салмағын өлшедік, оған 0,1 мл (m=0,1мл•0,8114 г/мл=0,08114 г) зерттелетін мұнай құйылып гексанмен элюирледік. Процесті жүргізіп болғаннан кейін бағананың салмағы өлшеніп құрамындағы асфальтендер мен шайырлардың үлесі анықталды:

Сорбентпен бірге бағананың салмағы - 4,210 г;

Мұнай өткізгеннен кейінгі салмағы - 4,220 г;

4,220 г - 4,210 г = 0,010 г;

0,010 г•100/0,08114 г = 12,3%.

Мұнай құрамындағы асфальтендер мен шайырлардың үлесі 12,3%.

Әрі қарай асфальтендер мен шайырлардан тазартылған мұнайдың фракциялық және толық құрамы мен шығу тегі анықталды. Фракциялық құрам Varian 450 GC газды хроматографы көмегімен иммитациялық дистилляция арқылы анықталды, мәліметтер 1 кесте мен 1 суретте келтірілген. Хроматографиялау жағдайы: буландырғыш температурасы 100-ден 350⁰С-ға дейін минутына 15⁰С-ге көтеріледі, 350⁰С-де 23,33 мин тұрады, жалпы уақыт 40 мин, колонка термостатының температурасы 35-тен 350⁰С-ге дейін, минутына 10⁰С-ге көтеріледі, 350⁰С-да 8,50 мин тұрады, жалпы уақыт 40 мин, детектордың температурасы 350⁰С. Детектор ретінде жалынды-ионизациялық детектор қолданылды. Хроматографиялық колонка ұзындығы 10 м (SimDist).

1 кесте - Құмкөл мұнайының фракциялық құрамы.

Шығым, %

Қайнау температурасы, ⁰C

0%

66,6

1%

67,3

2%

69,1

3%

116,9

4%

131

5%

142,7

6%

149,1

7%

158,2

8%

166,6

9%

174,3

10%

175,4

11%

183,9

12%

192,4

13%

196,7

14%

197,6

15%

204,5

16%

211,3

17%

216,5

18%

217,5

19%

223,2

20%

229,7

21%

235,2

22%

236,6

23%

238,1

24%

245,9

25%

250,9

26%

254,6

27%

255,5

28%

258,7

29%

264,4

30%

268,7

31%

271,8

32%

272,8

33%

278,5

34%

282,8

35%

287,7

36%

288,7

37%

294,7

38%

298,8

39%

302,9

40%

303,9

41%

308,1

42%

313,5

43%

317,1

44%

318,6

45%

324,6

46%

330,4

47%

331,8

48%

335,6

49%

341,7

50%

345

51%

346,6

52%

353

53%

357,2

54%

358,4

55%

363,7

56%

368,8

57%

370,2

58%

375

59%

380,2

60%

381,6

61%

385,7

62%

391,2

63%

392,8

64%

398

65%

402,2

66%

403,9

67%

409,4

68%

412,7

69%

416,6

70%

421,4

71%

423,6

72%

428,5

73%

432

74%

435,9

75%

440,2

76%

443,3

77%

448,1

78%

451,3

79%

456

80%

459,5

81%

464,7

82%

469,3

83%

474,5

84%

480,1

85%

485,7

86%

491,7

87%

498,1

88%

504,6

89%

511,6

90%

519,2

91%

527,2

92%

535,6

93%

544,4

94%

553,5

95%

564

96%

577,1

97%

593,4

98%

613,2

99%

636,5

100%

649,4

1-сурет. Құмкөл мұнайының фракциялық құрамы (Хроматограмма).

Мұнайдың толық құрамы Agilent 7890A/5975C хромато-масс спектрометрі көмегімен анықталды, құрам жайлы толық мәлімет 2 кесте және 2-суретте келтірілген. Асфальтендер мен шайырлардан тазаланған мұнайдың құрамындағы қосылыстардың саны 228. Хроматографиялау жағдайы: буландырғыш температурасы 350⁰С, колонка термостаты 70-тен 290⁰С-ге дейін минутына 4⁰С-ға көтеріледі, 290⁰С-де 30 мин тұрады, жалпы анализ уақыты 80 мин. Детектор ретінде масс-спектрометр қолданылды, масс-спектрлер Scan режимінде алынды. Капиллярлы колонка ұзындығы 30 м, сорбент диметилполисилоксан.

2 кесте. Құмкөл мұнайының толық құрамы.

Алкандар, масс.%

Циклоалкандар, масс.%

Арендер, масс.%

Басқа да қосылыстар, масс.%

80,45

6,83

5,45

7,27

2-сурет. Құмкөл мұнайының масс-хроматограммасы.

2 кестеден Құмкөл мұнайының құрамында көмірсутектердің жалпы мөлшері 92,73%-ды құрайтындығын байқауға болады, 7,27% әртүрлі күкіртті, оттекті, азотты, галоидты қосылыстардан тұрады.

Әдеби мәліметтерде [4] мұнайлардағы пристанның (2,6,10,14-тетраметилпентадекан) фитанға (2,6,10,14-тетраметилгексадекан) қатынасы арқылы олардың шығу тегін анықтауға болады. Егер пристанның фитанға қатынасы 3 немесе одан жоғары болатын болса ол құрлықта түзілген болып есептеледі, ал 1 немесе одан төмен болатын болса ол теңіз табанында түзілген, екеуінің аралығындағы болса жағалауға жақын теңіз табанында түзілген болып есептеледі. Біздің алған мәліметіміз (3-сурет) бойынша пристанның фитанға қатынасы - 1,8-ге тең, сол себепті Құмкөл кенішінің мұнайы жағалауға жақын теңіз табанында түзілген деген қорытынды жасауға болады.

3-сурет. Құмкөл мұнайының құрамындағы пристан мен фитанның қатынасы (масс-хроматограмма)

Мұнайдың құрамындағы өнімдердің шығымын анықтау мақсатында атмосфералық қысымда бензин және керосин фракциясы айдалып алынды, айдауды шыршалы дефлегматор көмегімен іске асырдық, бензиннің көлемдік үлесі 26,8 % (33-180⁰С), керосиннің көлемдік үлесі 11,2%-ды (180-250⁰С) құрады. Алынған бензиннің октан саны ОКТАН-ИМ қондырғысының көмегімен анықталды, оның зерттеу октан санының шамасы 72,4-ке, ал моторлы октан санының шамасы 71,1-ге тең. Алынған бензиннің, керосиннің және мазуттың жылу бергіштік қасиеті IKA-WERKE C2000 калориметрі көмегімен зерттеліп, бензиннің жану жылуы 46,679 кДж/г, керосин мен мазуттың жану жылулары 45,500 және 31,414 кДж/г-ға тең екендігі анықталды.

Алынған бензин мен керосиннің фракциялық құрамы иммитациялық дистилляция көмегімен анықталды, мәліметтер 3 кесте мен 4-5 суреттерде келтірілген.

3 кесте - Құмкөл мұнайынан алынған бензин мен керосиннің фракциялық құрамы.

4-сурет. Құмкөл мұнайынан алынған бензиннің фракциялық құрамы (Хроматограмма).

5-сурет. Құмкөл мұнайынан алынған керосиннің фракциялық құрамы (Хроматограмма).

Осылайша, Құмкөл кеніші мұнайының құрамындағы асфальтендер мен шайырлардың мөлшері, хромато-спектрометрия көмегімен толық құрамы, иммитациялық дистилляция көмегімен фракциялық құрамы және де мұнай құрамындағы пристан мен фитанның қатынасы арқылы оның шығу тегі анықталды. Мұнайды айдау арқылы өнімдер алынып, олардың қасиеттері зерттелді.

Пайдаланылған әдебиеттер:

1. Суербаев Х.А., Нарманова Р.А., Аппазов Н.О., Жаксылыкова Г.Ж. Химия и технология нефти и газа. Учебное пособие. - Алматы: Полиграфическая фирма «Інжу-маржан», 2011. - 152 c.

2. Чердабаев Р.Т. Нефть: Вчера, сегодня, завтра. - Алматы: 2009. - 352 с.

3. ГОСТ 3900-85. Нефть и нефтепродукты. Методы определения плотности.

4. Гордадзе Г.Н., Гируц М.В., Кошелев В.Н. Углеводороды нефти и их анализ методом газовой хроматографии: Учебное пособие. - М.: МАКС Пресс, 2010. - 240 с.