بخشی از مقاله
چکیده:
اخیرا استفاده از نانو ذرات برای جداسازی آب از نفت مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق ناپایداری امولیسیون توسط نانوذره ی تیتانیوم - TiO2 - و همچنین اثر اولئیک اسید بر بهبود کارایی تعلیقزدایی نانو ذره توسط تست بطری مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد اولوئیک اسید می تواند در غلظت های بالا باعث بهبود کارایی نانو ذره ی تیتانیوم در فرآیند تعلیقزدایی شود، و میزان آب جدا شده از نفت خام را به %81 برساند - کارایی را %6 افزایش داده است - 0 نانوذر ه ی اصلاح شده - TiO2@OA - همچنین باعث بهبود نسبی کیفیت آب جدا شده شده است.
مقدمه
تشکیل امولیسیون آب در نفت - W/O - یک فرایند ناخواسته هست که باعث بروز مشکلات فراوانی در صنعت نفت می شود.از جمله ی این مشکلات خوردگی لوله ها و پمپ ها، مسمومیت کاتالیست ها در پتروشیمی و ایجاد سختی در حمل و نقل می توان نام برد. تشکیل امولیسیون W/O توسط مواد فعال سطحی طبیعی در نفت انجام می شود. که از آسفالتین به عنوان مهم ترین این مواد یاد می شود. آسفالتین به عنوان سنگین ترین و قطبی ترین بخش نفت خام، هنوز از لحاظ شیمایی کاملا شناخته شده نیست و وزن مولکولی آن از چند صد تا چند ده هزار دالتون گزارش شده است. معمولا آسفالتین را به عنوان بخشی از نفت خام تعریف می شود که در حلال های آلیفاتیکی مانند هپتان نرمال نامحلول هست ولی در حلال های آروماتیکی سبک مانند تولوئن و بنزن محلول می باشد
آسفالتین با تشکیل فیلم پیرامون قطرات آب باعث پایداری این قطرات در نفت خام می شوند. این فیلم با توجه به اثرات فضایی و الکتریکی مانع از انعقاد قطرات آب و ته نشینی آن ها می شود.[1-2]
برای تعلیق زدایی از امولیسیون آب در نفت از مواد فعال سطحی به عنوان تعلیق شکن استفاده می شود. این مواد با جذب بر سطح فیلم پیرامون قطرات آب، باعث تخریب آن می شوند. بنابراین قطرات آب به یک دیگر متصل می شوند و سپس ته نشین می شوند .مکانیسم این فرآیند را به پدیده ی ماراگونی نسبت می دهند که به علت ایجاد اختلاف کشش سطحی محلی ایجاد می شود.
نانو ذرات به علت داشتن سطح به حجم بالا و دارا بودن بار سطحی به خوبی می توانند آسفالتین را بر روی سطح خود جذب کنند. نانو ذرات با جذب آسفالتین تشکیل دهنده ی فیلم پیرامون قطرات آب باعث تخریب آن و جداسازی آب از نفت می شوند.
در این مطالعه از نانو ذره ی TiO2 و TiO2#OA برای جداسازی آب در نفت استفاده شده است. TiO2 یک نانو ذره ی نسبتا ارزان محسوب می شود که قابلیت تجاری سازی آن وجود دارد.
بخش تجربی
مواد و روش ها:
نفت خام - تهیه شده از میدان های نفتی جنوب ایران - ، نانوذره ی تیتانیوم - تهیه شده از شرکت مرک - با اندازه ذرات کوچکتر از 40 nm، اولوییک اسید - از شرکت سیگما خریداری شده است. - ، متانول - گرفته شده از شرکت مرک - ، دستگاه فروسرخ FT- - - IR Nicolet
تهیه امولیسیون آب در نفت :
آب و نفت را به نسبت حجمی 2:3 مخلوط می شود و سپس به مدت 2 ساعت بر روی همزن مغناطسی به شدت به هم می خورد.
ابتدا نانوذره ی تیتانیوم را در متانول پراکنده می شود. سپس در حالی که نانو ذره در حال پراکنده شدن هست کم کم به آن اولوییک اسید اضافه می گردد. سپس محلول سوسپانسیونی سانتریفیوژ می شود وسپس پودر سفید را با محلول آب و الکل شسته می شود. در نهایت در آون با دمای 75 درجه سانی گراد به مدت 24 ساعت قرار داده می شود.
تست بطری:
برای بررسی عملکرد تعلیق شکن ها از تست بطری استفاده می شود. که به هر نمونه ی نفتی مقداری نانو ذره با غلظت معین اضافه می شود و سپس مقدار آب جدا شده را اندازه گیری می شود.
نتایج و بحث
برای بررسی پوشانده شدن نانو ذره توسط اولوییک اسید از طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ - FT-IR - استفاده شده هست که شکل-1 نشان داده شده است. همانطور که در شکل b-1-دیده می شود پوشانده شدن نانو ذره با اولوییک اسید همراه با اضافه شدن پیک های 2854,2921 ,14447 در طیف فرو سرخ می باشد، که به ترتیب دو پیک اول ذکر شده مربوط به پیوند های C-H و آخرین پیک بالا مربوط به پیوند C-C هست. که وجود این پیک ها در ترکیب نشان دهنده ی موفقیت آمیز بودن عمل پوشش دهی برای نانو ذره ی تیتانیوم هست.
شکل1 نانو ذره ی تیتانیوم - a - و نانوذره ی تیتانیوم پوشش داده شده - - b
برای بررسی میزان کارایی نانو تعلیق شکن ها از تست بطری استفاده شده است. ابتدا نانو ذرات در حلال پراکنده شده و سپس به محلول کلوییدی نفت اضافه می شوند. برای هر نمونه ی نفتی پس از آن که به پایداری مورد نظر رسید به مقدار معینی 50- - - 500 ppmاز نانو ذره اضافه شده هست و میزان آب جدا شده پس از 10 ساعت اندازه گیری شده است.که نتایج درشکل 2 آورده شده است.
شکل2 میزان آب جدا شده از نفت خام توسط نانو ذرات
همانطور که مشاهده می شود اولوئیک اسید توانسته است که در بالا ترین غلظت عملکرد نانو ذره را بهبود ببخشد - به میزان - %6 .این بهبود عملکرد را می توان به برهم کنش گروه عاملی کربوکسیلی اولئیک اسید با آسفالتین مربوط کرد. همچنین اولئیک اسید به دلیل داشتن زنجیره ی کربنی امکان حرکت بهتر نانوذره ی پوشش داده شده را در محیط نفت فراهم می کند.
نتیجه گیری
نانو ذرات به علت خواص ویژه ی خود مانند بار سطحی و نسبت سطح به حجم بالا می توانند عملکرد مناسبی برای جذب آسفالتین بر روی سطح خود داشته باشند. سطح این نانو ذرات را می توان به وسیله ی مواد فعال سطحی بهبود داد تا با به وجود آوردن گروه های عملی جدید باعث تخریب فیلم پیرامون قطرات آب و درنتیجه ناپایداری امولیسیون و جداسازی آب از نفت بشوند.
