Образование предшественников нефтяных гетероорганических соединений из липидов современного осадка при его термолизе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.13, кандидат химических наук Чешкова, Татьяна Викторовна

Оглавление диссертации кандидат химических наук Чешкова, Татьяна Викторовна

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9

1.1 Общая характеристика липидов

1.2 Гетероатомные соединения липидов

1.2.1 Кислородсодержащие соединения ОВ современных осадков

1.2.2 Состав серосодержащих соединений липидов современных осадков

1.2.3 Состав азотсодержащих соединений липидов современных осадков

1.3 Моделирование процессов образования нефтяных соединений

1.4 Цели и задачи исследования

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 33

2.1 Характеристика объекта

2.2 Экспериментальные методы

3. СОСТАВ ГЕТЕРООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В ЛИПИДАХ СОВРЕМЕННОГО ОСАДКА 39

3.1 Состав гетероорганических соединений в свободных липидах

3.1.1. Кислородсодержащие соединения

3.1.2. Азотсодержащие соединения

3.1.3. Серосодержащие соединения

3.2 Состав гетероорганических соединений в связанных липидах

3.2.1. Кислородсодержащие соединения

3.2.2. Азотсодержащие соединения

3.2.3. Серосодержащие соединения

3.3 Состав продуктов пиролиза протокерогена

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Нефтехимия», 02.00.13 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Образование предшественников нефтяных гетероорганических соединений из липидов современного осадка при его термолизе»

Актуальность проблемы. Гетероорганические соединения (азотистые, сернистые, кислородные) входят в состав практически всех нефтей [1-4]. Их содержание не велико. Однако негативное влияние гетероатомных компонентов на нефтеотдачу продуктивных пластов [5-7], процессы каталитической переработки нефтяных фракций, качество горюче-смазочных материалов [5, 8-11], окружающую среду и здоровье человека [12,13] считается столь значительным, что интерес к изучению этих соединений не ослабевает на протяжении всей истории исследования нефтяных систем. Несмотря на большой объем данных о количественном содержании, составе и строении нефтяных азот-, серу и кислородсодержащих компонентов, единого мнения об их происхождении до настоящего времени нет. Дискуссионным остается вопрос, являются ли они первичными химическими соединениями, входящими в состав осадочного органического материала, либо -продуктами вторичных превращений.

Для решения вопросов, связанных с образованием нефтяных соединений и генезисом нефти в целом, большое значение имеет информация о составе и количественном содержании гетероатомных компонентов в ОВ современных осадочных отложений и закономерностях их превращений на различных стадиях нефтеобразования.

Среди ОВ современных осадков основное внимание исследователей уделяется липидам. Они участвуют в формирования керогена, деструкция которого в зоне катагенеза приводит к генерации нефтяных соединений [14].

В современных осадках липидная фракция находится в свободной и связанной формах. Последняя, в свою очередь, представлена липидами, сорбированными минеральной матрицей (карбонатные и алюмосиликатные липиды) и химически связанными с протокерогеном (гидролизованные) [15].

На сегодняшний день наиболее полно охарактеризованы гетероорганические соединения свободных липидов современных осадков. В их составе установлены алифатические, циклические спирты [16-19], кислоты [16-22], эфиры [23], амины [24] и амиды [25], тетрапиррольные пигменты [26-30] и макромолекулярные соединения серы [31-33].

Большинство публикаций, посвященных связанным липидам, касается, в основном, функционального состава их гетероорганических соединений [15, 34]. Исключение составляют карбоновые кислоты, которые, как и в свободных липидах, исследованы на уровне индивидуального состава.

Для выявления закономерностей формирования комплекса гетероорганических соединений на ранней стадии нефтеобразования необходимо сопоставление химического состава и распределения этих соединений в различных формах липидов современных осадков. Особенно это касается ОВ озерных отложений. В последнее время к исследованию органических соединений отложений этого типа проявляется большой интерес. В континентальных осадках захороняется в 3 раза больше ОВ, чем в осадках морей и океанов, что обусловлено как большей биопродуктивностью озерных бассейнов, так и высоким коэффициентом фоссилизации [35]. Немаловажную роль играет и тот факт, что в последние время континентальные отложения достаточно широко и обоснованно рассматриваются в качестве потенциально нефтематеринских пород. С ними связано открытие значительного количества нефтегазоносных провинций в Китае, США, Австралии, Западной Африке, Индонезии [36]. На территории Западной Сибири такие озерные отложения могли генерировать континентальные нефти нижней и средней юры [37].

Среди природных факторов, контролирующих состав гетероатомных компонентов нефтей, основную роль играет катагенез. С целью углубления и расширения представлений о механизмах преобразования ОВ в природных процессах, ведущих к образованию нефти, проводят исследования по их моделированию в лабораторных условиях. Основная часть работ в этом направлении выполнена на керогенах, как основном источнике нефтяных соединений [38, 39, 40,41-43]. Липидные вещества являются не только составной частью керогенов. Они сохраняются также в виде битуминозных компонентов, которые в процессе протокатагенеза могут генерировать незрелые нефти [36, 44].

Пути трансформации гетероатомных соединений таких липидов в процессе термического преобразования ОВ современных осадков в литературе практически не отражены.

Проведение таких экспериментов позволит оценить влияние температуры на распределение и состав азот- серу- и кислородсодержащих соединений липидных компонентов современных осадочных отложений и выяснить особенности формирования состава природных углеводородных сиситем на ранних стадиях процессов нефтеобразования.

Изучение распределения и состава гетероорганических соединений в свободных и связанных липидах современного осадка континентального типа и их изменения в условиях термического воздействия.

Для достижения цели было необходимо решить следующие задачи: изучить распределение и химический состав гетероорганических соединений в свободных и связанных липидах, а также нерастворимой части (протокероген) ОВ осадка; провести термолиз осадка в реакторе периодического действия в интервале температур 150-250 °С; изучить состав гетероорганических соединений свободных и связанных липидов в продуктах термолиза.

Научная новизна работы. В рамках диссертационной работы впервые установлено, что

• гетероорганические соединения и свободных, и связанных (гидролизованных) липидов озерного осадка представлены смесью насыщенных азот-, серу- и кислородсодержащих компонентов с преобладанием соединений кислорода.

• в обеих формах липидов присутствуют амины, амиды и серосодержащие макромолекулы, в которых сера связывает нормальные и изопреноидные углеводороды, ааа-стераны и рр-гоианы, а также алифатические кислоты и спирты, которые в гидролизованных липидах являются фрагментом сложноэфирных молекул.

• в образовании сложноэфирных связей участвуют, главным образом, кислоты гидролизованных липидов и спирты протокерогена.

• особенностью гидролизованных липидов является повышенное содержание сульфидов, определяемых методом неводного потенциометрического титрования, повышенная доля низкомолекулярных алкановых углеводородов в составе неполярных соединений, отсутствие ненасыщенных стеранов и гопенов.

• в условиях лабораторного термолиза современного осадка в интервале температур (150-250 °С) в составе гетероорганических компонентов обеих форм липидов снижается доля алифатических соединений, среди которых сохраняются кислоты, эфиры и амиды, имеющие в молекуле 16 атомов углерода. Одновременно появляются соединения с циклической структурой, фрагментами которых являются бензольный, пиридиновый, лактамный и индольные циклы, а также группы >NH, -ОН, >С=0. Вновь образующиеся компоненты имеют структуру, близкую к нефтяным соединениям и могут выступать в качестве их предшественников.

• образование соединений, содержащих хинолиновые фрагменты, происходит уже при 150 °С. Появление фенолов, бензотиазолов и циклических амидов (лактамов) наблюдается при 200 °С. Соединения, содержащие индольный фрагмент, образуются только при 250 °С. Преобразование в условиях эксперимента серосодержащих макромолекул нативных липидов, преимущественно, сопровождается лишь образованием соединений, в составе которых присутствуют фрагменты насыщенных сульфидов и тиофеновое кольцо.

Научная и практическая значимость полученных результатов

Полученные новые данные об особенностях распределения, группового и индивидуального состава азот-, серу- и кислородсодержащих компонентов в свободных и связанных липидах современного осадка континентального типа и направлениях их изменения в процессе термического воздействия, имеют значение для развития осадочно-миграционной теории происхождения нефти и прогноза качественного состава углеводородного сырья.

• Состав азот-, серу- и кислородсодержащих соединений в свободных и связанных липидах современного осадка континентального типа.

• Направления преобразования азот-, серу- и кислородсодержащих соединений свободных и связанных липидов в условиях лабораторного термолиза современного осадка.