Resumen de Aggregate structure analysis of colombian heavy crude oil-derived Asphaltenes using small angle X-ray scattering

Lina R. Morante, Juan Carlos Poveda, Raúl Montiel, José A. Henao

• español

  RESUMEN Se utilizó la técnica de dispersión de rayos X a bajo ángulo (SAXS) para caracterizar la estructura de agregados de Asfaltenos en función de su concentración en soluciones de tolueno. La concentración de Asfaltenos osciló entre 0,01 y 1% p/v. Se obtuvieron Asfaltenos sólidos a partir de un petróleo crudo pesado colombiano siguiendo el método estándar ASTM D6560-12 por precipitación con n-heptano. Las propiedades estructurales se interpretaron en términos del radio de giro (Rg) y de los exponentes de ley de potencia (d). Los espectros obtenidos para los sistemas asfaltenos-tolueno nos permitieron explorar dos regiones. A valores bajos del vector de dispersión q (q < 3 x 102), encontramos que los Asfaltenos se auto-asocian para formar agregados con propiedades fractales. Estas estructuras exhiben una transición particular de fractales de superficie a fractales de masa a medida que aumenta la concentración. En la segunda región (q > 3 x 10-2), las curvas de dispersión mostraron que los Asfaltenos forman pequeñas regiones densas, en las que la intensidad de la radiación dispersada aumenta con el incremento de la concentración. Los resultados observados demuestran que los Asfaltenos en soluciones de tolueno coexisten como agregados a gran escala y nanoagregados, asimismo estas estructuras están condicionadas por la concentración de Asfaltenos y por procesos de auto-asociación.

• English

  ABSTRACT Small-Angle X-ray Scattering (SAXS) technique was used to characterize the structure of Asphaltene aggregates as a function of its concentration in Toluene solutions. Asphaltene concentration ranged from 0.01 to 1% w/v. Solid Asphaltenes were obtained from a Colombian heavy crude oil following the ASTM D6560-12 standard method by precipitation with n-heptane. Structural properties were interpreted in terms of the radius of gyration (Rg) and the power-law exponents (d). The obtained spectra for Asphaltene-Toluene systems allowed us to explore two regions. At low values of the scattering vector q (q < 3 x 10-2), we found that Asphaltenes self-associate to form aggregates with fractal properties. These structures exhibit a particular transition from surface fractals to mass fractals as concentration increased. In the second one (q > 3 x 10-2), scattering curves showed that Asphaltenes form small dense regions, in which the intensity of the scattered radiation rises with increasing concentration. The observed results demonstrate that Asphaltenes in Toluene solutions coexist as large scale aggregates and nanoaggregates, likewise these structures are conditioned by the Asphaltene concentration and self-association processes.

• português

  RESUMO Utilizou-se a técnica de dispersão de raios-X de baixo ângulo (SAXS) para definir a estrutura de agregados de asfaltenos em função da sua concentração em soluções de tolueno. A concentração de asfaltenos variou entre 0,01 e 1% p/v. Asfaltenos sólidos foram obtidos a partir de um petróleo bruto pesado colombiano seguindo o método padrão ASTM D6560-12 por precipitação com n-heptano. As propriedades estruturais foram interpretadas em termos do raio de giro (Rg) e dos expoentes de lei de potência (d). Os espectros obtidos para os sistemas asfalteno-tolueno possibilitaram explorar duas regiões. A valores baixos do vetor de dispersão q (q < 3 a 10-2), descobrimos que os asfaltenos se unem por auto-associação para criar agregados com propriedades fractais. Essas estruturas mostram uma transição particular de fractais de superfície para fractais de massa enquanto aumenta a concentração. Na segunda região (q > 3 a 102), as curvas de dispersão mostraram que os asfaltenos formam pequenas regiões densas, nas quais a intensidade da radiação dispersa aumenta com a elevação da concentração. Os resultados observados demostram que os asfaltenos em soluções de tolueno coexistem como agregados em grande escala e nanoagregados, do mesmo modo, essas estruturas estão condicionadas pela concentração de asfaltenos e por processos de auto-associação.