Asphaltenes Size Polydispersity Reduction by Nano- and Ultrafiltration Separation Methods – Comparison with the Flocculation Method
Séparation des asphaltènes par nano et ultrafiltration – Comparaison avec la méthode de floculation
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Institut français du pétrole, IFP-Lyon, BP 3, 69390 Vernaison - France
2
Institut français du pétrole, IFP-Rueil, 1-4, avenue de Bois-Préau, 92852 Rueil-Malmaison - France
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Laboratoire de chimie, 7B Catalyse en Chimie Organique, UMR 6503, Faculté des Sciences de l'Université de Poitiers, Poitiers - France
Corresponding authors: joao.marques@ifp.fr isabelle.merdrignac@ifp.fr arnaud.baudot@ifp.fr loic.barre@ifp.fr denisjm.guillaume@ifp.fr didier.espinat@ifp.fr sylvette.brunet@univ-poitiers.fr
Asphaltenes consist of a very complex material in which molecules and aggregates can have very different chemical composition and molecular weights. It is now well documented that asphaltenes show a very large size polydispersity. All these differences make their properties and behavior hard to describe. In order to gain insight into asphaltene properties, it could be useful to reduce this size polydispersity. Within this framework, two different approaches were used to reduce asphaltene size polydispersity: flocculation (using mixtures of solvents with anti-solvents) and membrane filtration. Various asphaltene fractions were obtained by both methods, and were further investigated using the following techniques: Size-Exclusion Chromatography (SEC), Elemental analysis, Nuclear Magnetic Resonance (13C-NMR) and Small-Angle X-ray Scattering (SAXS). It has been shown that asphaltenic aggregates of different sizes can be fractionated by membrane filtration in a more selective way than using the conventional solvent flocculation method. The effects of temperature and concentration on membrane separation performance were studied. When compared with large aggregates, small asphaltenic aggregates present lower aromaticity and higher aliphatic composition. Their alkyl chains also appear to be shorter and more alkylated. Elemental analysis indicates that smaller asphaltenes contain a lower metal concentration and are preferentially enriched in vanadium than nickel when compared with bigger aggregates.
Résumé
Les asphaltènes contiennent une multitude de composés très polydisperses en terme de composition chimique et en terme de taille, ce qui rend leurs propriétés et leur comportement difficiles à décrire. Afin de mieux caractériser ces espèces, une voie envisagée est de réduire cette polydispersité. Dans cette étude, nous avons proposé deux approches différentes : la floculation (en faisant appel à des solvants et anti-solvants) et la filtration membranaire. Les différentes fractions d'asphaltènes obtenues par chaque méthode sont caractérisées en utilisant les techniques suivantes : la chromatographie d'exclusion stérique (SEC), l'analyse élémentaire, la résonance magnétique nucléaire (RMN-13C) et la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS). Il a été montré que des agrégats asphalténiques de différentes tailles peuvent être séparés par la filtration membranaire d'une façon plus sélective qu'en utilisant la méthode conventionnelle de floculation. Comparés aux grands agrégats, les petits agrégats asphalténiques présentent une aromaticité plus faible et un caractère aliphatique plus élevé. Leurs chaînes alkyles semblent être également plus courtes et plus ramifiées. De plus, l'analyse élémentaire indique que les plus petits asphaltènes contiennent une concentration inférieure en métaux et sont préférentiellement enrichis en vanadium plutôt qu'en nickel. Les effets de la température et de la concentration sur la performance de la séparation membranaire sont étudiés.
© IFP, 2008