Description of the macrostructure of asphaltenes in solution and safaniya vacuum residue
Étude de la structure des solutions asphalténiques et d'un résidu sous vide Safaniya
Résumé
We have examined a Safaniya Vacuum Re sidue (VR) and its fraction s (asphaltenes, resins, aromatics and saturates). ln order to describe the macrostructure of these cornplex colloidal systems, we used different characterisation techniques : small angle X-ray and neutron scattering (SAXS and SANS), rheology and electron microscopy. Scattering techniques allows us to precise the model for asphaltenes and resins in solution. These macromolecules are polydisperse disk-like particles with thickness and diameter which are respectively close to 1 and 10 nm. The average molecular weight is equal to 106 000 for asphaltenes and 3 300 for resins. We have shown that SAXS is more sensitive to the scattering of the aromatic part of the molecule. Adding n-heptane induces first a desolvation of the molecules and then an aggregation up to f flocculation. These solutions present large heterogeneities due to concentration fluctuations . A huge difference in the chemical composition of the different asphaltene molecules can explain these fluctuations. These heterogeneities are stable as a function of temperature; this means that exist strong molecular interactions. Ultracentrifugation gives two different fractions which contain different chemical structures. more or less aromatic. Solutions, in good solvent, of these two fractions are homogeneous but a mixture of these two fractions exhibits heterogeneities. SAXS gives information about the structure of VR. We have observed the presence of large density fluctuations up to 300°C. Rheological measurements confirm threedimensional organisation.
Au cours de cette étude, nous avons examiné un Résidu Sous Vide (RSY) Safaniya ainsi que ses différentes fractions (asphaltènes, résines, aromatiques et saturés). Afin de décrire l'équilibre d'agrégation de ces solutions assimilées à des solutions colloïdales, nous avons employé diverses méthodes de caractérisation: la diffusion de rayons X et de neutrons aux petits angles (DXPA et DNPA), la rhéologie et la microscopie électronique à balayage. Nous avons montré que les techniques de diffusion permettent de déterminer une taille et une masse moléculaire moyenne pour les molécules d'asphaltènes et de résines en solution. Ces molécules sont assimilées à des disques polydisperses de 1 nm d'épaisseur et d'environ 10 nm de diamètre. La masse moléculaire moyenne apparente est égale à 106 000 pour les asphaltènes et à 3 300 pour les résines. La diffusion des rayons X est plus sensible à la partie aromatique alors que la diffusion de neutrons permet d'observer la molécule diffusante dans son intégralité. L'étude dans différents solvants permet également d'observer sélectivement différentes régions de l'entité asphalténique. L'ajout de n-heptane provoque une désolvatation de la partie aliphatique puis une agrégation des molécules entraînant une augmentation de la masse moléculaire jusqu'à la floculation. Ces solutions présentent des hétérogénéités à grande échelle dues à des fluctuations de concentration probablement liées à la nature chimique différente des molécules. Ces hétérogénéités sont stables en fonction de la température, traduisant l'existence d'interactions fortes. L'ultracentrifugation permet de fractionner le système en deux classes de molécules de structure chimique différente, plus ou moins aromatique. Chaque fraction ne présente pas d'hétérogénéités en solution alors que leur mélange traduit une forte incompatibilité. La DXPA nous a permis d'obtenir des informations sur le RSV. Nous avons montré la présence de fluctuations de densité à grande échelle stables jusqu'à des températures élevées voisines de 300°C. La rhéologie a permis de montrer l'existence d'interactions donnant lieu à un réseau tridimensionnel.