Separation and Characterisation of the C_15- Aromatic Fraction of Safaniya Crude Oil

Séparation et caractérisation de la fraction aromatique C_15- de l'huile brute Safaniya

¹ Institut français du pétrole
² Laboratoire de chimie bioorganique et organique physique
³ Laboratoire de Photophysique et photochimie moléculaire, université de Bordeaux

Corresponding author: tammam.al-darouich@ifp.fr

Abstract

The purpose of this work is to isolate and characterise the light fraction of Safaniya, a conventional nonbiodegraded type II crude oil. This fraction is devoted to perform a kinetic study on the thermal stability of the light aromatic fraction of crude oil. The light cut <250°C, corresponding to the C_15- components, was obtained by fractionated distillation. This cut contains saturated and aromatic hydrocarbons. Kinetic studies on the thermal stability of aromatics require to separate the aromatic fraction without any trace of saturated compounds and derive detailed information on its composition. We have therefore developed a method permitting to achieve a clear-cut separation of these two families. Liquid phase chromatography on activated silica gel column was thus optimised for separating a complete and pure aromatic fraction, in large enough amounts for characterisation and all subsequent kinetic studies. Thereafter, Preparative High Performance Liquid Chromatography (PHPLC) of an aliquot was used to separate the aromatic compounds according to aromatic ring number into monoaromatics, indenes, diaromatics and biphenyls. Detailed molecular characterisation of the aromatic sub-fractions thus obtained was achieved by Gas Chromatography coupled to Mass Spectrometry (GC/MS). Then, individual aromatic compounds were quantified by GC-FID. These compounds are benzene, C_1-C₇ benzenes, naphthalene, C_1-C₇ naphthalenes, indane, C_1-C₄ indanes, indene, C_1-C₇ indenes, C_1-C₃ tetralins and and sulphur-containing aromatics (methyl- and ethylbenzothiophenes). The detailed knowledge thus derived on the composition of different class and its relative abundance in the total C_15- aromatics will allow following its temporal evolution during subsequent pyrolysis experiments.

Résumé

L'objectif de ce travail est d'isoler et de caractériser la fraction aromatique légère de l'huile Safaniya, huile brute conventionnelle non biodégradée de type II, pour étudier la stabilité thermique des fractions aromatiques légères des huiles brutes. Une distillation fractionnée nous a permis d'obtenir la coupe < 250°C correspondant aux composés C_15-. Cette coupe contient des hydrocarbures saturés et aromatiques. Les études cinétiques sur la stabilité thermique des aromatiques exigent de travailler avec une fraction aromatique sans traces de produits saturés et de disposer d'informations détaillées sur sa composition. Nous avons donc, tout d'abord, développé une méthode permettant de réaliser une nette séparation de ces deux familles. La chromatographie en phase liquide sur colonne de silice activée a ainsi été optimisée pour obtenir une fraction aromatique complète et pure, en quantités suffisantes pour les études de caractérisation et toutes les études cinétiques ultérieures. Puis, la chromatographie en phase liquide haute performance préparative (PHPLC) a été employée, sur une aliquote, pour fractionner les composés aromatiques en fonction du nombre de noyaux aromatiques en monoaromatiques, indènes, diaromatiques et biphényles. Une caractérisation moléculaire détaillée des sous-fractions ainsi obtenues a été réalisée par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CG/SM). Les constituants aromatiques ont été ensuite quantifiés individuellement par GC-FID. Ces composés sont le benzène, les C_1-C₇ benzènes, le naphtalène, les C_1-C₇ naphtalènes, l'indane, les C_1-C₄ indanes, l'indène, les C_1-C₇ indènes, les C_1-C₃ tétralines et les composés aromatiques soufrés (méthyl- et éthylbenzothiophènes). La connaissance détaillée ainsi obtenue, sur la composition des différentes classes et leur abondance relative dans les aromatiques C_15- totaux, permettra de suivre leur évolution lors des études de craquage thermique ultérieures.