Asfaltenlerin moleküler yapısının ve reaksiyon kinetiklerinin incelenmesi
Investigation of molecular structure and reaction kinetcs of asphaltenes
Yazar: SOLMAZ AKMAZ
Danışman: DOÇ.DR. MUZAFFER YAŞAR
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Proses ve Reaktör Tasarımı Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Moleküler yapı = Molecular structure ; Reaksiyon kinetiği = Reaction kinetics

Özet:
Bu çalışmada Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nde bulunan Batman Çelikli, Batman Yeniköy, Beşikli, Adıyaman, Garzan ve Batı Raman yörelerinden çıkarılmış olan ham petrollerin asfalten fraksiyonlarının molekül yapıları ve ısıl bozunma sıcaklıklarındaki reaksiyonları incelenmiştir. Ham petrollerin 350 C 'ye kadar destile edilmesinden sonra geriye kalan petrol kalıntılarından asfaltenler elde edilmiştir. Çalışma üç bölümden oluşmaktadır.Birinci bölümde asfaltenlerin molekül yapılarını incelemek amacıyla yapısal analizleri gerçekleştirilmiştir. C,H,O,N ve S içeriklerinin tespit edilmesi amacıyla elementel analizleri, yapılarındaki H ve C dağılımını incelemek amacıyla NMR analizleri, molekül ağırlıkları için Büyüklükçe Ayırma Kromatografisi analizleri, makromoleküler yapılarını incelemek amacıyla X-Işını kırınımı, fonksiyonel grupların tespit edilmesi amacıyla Infrared Spektrometre analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen analiz sonuçlarına göre asfaltenler, alifatik köprülerle birleşen kondanse aromatiklerin ve hidroaromatiklerin, parafin zincirlerle dallanmasıyla oluşmuş yapıya sahiptirler.İkinci bölümde asfaltenlerin ısıl şartlar altındaki değişikliklerini incelemek amacıyla diferansiyel taramalı kalorimetri, ve termogravimetrik analizleri ile termal analizleri gerçekleştirilmiştir. Diferansiyel taramalı kalorimetri ile asfaltenlerin tg camsı geçiş sıcaklıkları tespit edilmiştir. Termogravimetrik analizi ile 20-700 C aralığında inert ortamdaki ağırlık kayıpları incelenmiştir.Üçüncü bölümde ise asfaltenlerin reaksiyon kinetikleri incelenmiştir. Piroliz reaksiyonları Diferansiyel Taramalı Kalorimetre cihazında 350, 375 ve 400 C 'lerde 10-120 dakika aralığında değişen sürelerde gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon ürünleri gaz, malten, asfalten ve kok şeklinde ayrılarak sıcaklıkla ve zamanla değişimleri incelenmiştir. Asfaltenlerin bozunma kinetikleri birinci derece hız mertebesine uygunluk göstermektedir.

Abstract:
In this study molecular structure and reaction kinetics at thermal decomposition temperatures of asphaltene fractions of petroleum feedstocks from Yeniköy, Celikli, B. Raman, Besikli, Garzan and Adıyaman fields in southeastern part of Turkey were investigated. Asphaltenes were fractionated from the atmospheric residues obtained by removing the distillates boiling up to 350 C via atmospheric distillation from petroleum feedstocks. The study consists of three parts. In the first part molecular structure of asphaltenes were investigated. Asphaltenes were characterized by elemental analysis for carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen and sulfur, proton and carbon content, by proton and carbon NMR to determine the distribution of hydrogen and carbon according to structural type in the asphaltenes, by Gel Permeation Chromotography (GPC) for molecular weight, by X-Ray diffraction (XRD) for investigating macromolecular structure of asphaltenes and by Infrared Spectrometer (IR) for functional groups. The results of this study are consistent with the view that asphaltenes are made up of polyaromatics and hydroaromatics units joined by aliphatic bridges and substituted with aliphatic chains. In the second part thermal properties of the asphaltenes were investigated by thermal analysis methods, Thermogravimetry (TGA) and Differential Scanning Calorimeter (DSC) Measurements to infer the possible changes in the asphaltene molecules and their behaviour during refinery. The glass transition temperatures points (Tg) of asphaltenes were determined using DSC. The weight loss of asphaltenes were investigated at a rate of 10 C/min. from 25 to 700 C in a nitrogen flow using TGA. In the third part reaction kinetics of asphaltenes were investigated. Asphaltenes were subject to pyrolysis reactions at 350, 375 and 400 C for holding times ranging from 10 and 120 minutes using DSC. Product fractions were separated as gas, maltene, remaining asphaltene and coke. The time and temperature dependence of product distribitions were determined. Kinetics of asphaltenes decomposition were first order reactions.