بخشی از مقاله
کاربرد فناوری نانو در صنعت نفت
مهدی فولادی، امیر جوربنیان ، زهرا لاچینی"، فاطمه یوسفی" دانشگاه آزاد اسلامی واحد تنکابن
چکیدہ: فناوری نانو، اثرات قابل توجهی در صنعت نفت دارد. از مهم ترین کاربردهای این فناوری می توان به کاهش مصرف سوخت و نیز بهبود کیفیت فرآورده های نفتی با استفاده از نانوتیوب ها و نانو فولرین ها اشاره نمود. همچنین با استفاده از فرآیند هیدرو کانوروژن می توان نفت خام سنگین که از درجه API پایینی برخوردار است به نفت سبک با درجه API بالا تبدیل نمود. سنسورهای جدیدی چون سنسورهای هیدروژن خود تمییز کننده که در تاسیسات و پالایشگاه های نفتی کاربرد ویژه ای دارند و نیز سنسورهای متشکل از فیبر نوری (سنسورهای فیبر نوری) که جهت اندازه گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج اکوستیک در چاه های نفت مورد استفاده قرار می گیرند از تولیدات فناوری نانو هستند که در جهت بهبود استخراج نفت مورد استفاده قرار می گیرند. از دیگر محصولات این فناوری می توان به نانو کریستال ها، نانو کاتالیزورها و نانو فیلترها اشاره نمود که در جهت بهبود فرآیندهای حفاری، استخراج و پالایش نفت خام مورد استفاده قرار می گیرند. نقش دیگر فناوری نانو در شیرین سازی، تصفیه نفت و کراکینگ کاتالیستی می باشد.
کلمات کليدی: امواج اکوستيکا – سنسورهای فيبرنوری – صنعت نفت– فناوری نانو– کراکينگ کاتاليستی – هيدرو کانوروژن.
مقدمه
فناوری نانو با در دست گرفتن کنترل مواد در سطوح مولکولی و اتمی و استفاده از خواصی که در آن سطوح،ظاهر می شود توانسته تحولی بزرگ در مقیاس بسیار کوچک و نیز رویکردی جدید در تمامی رشته ها ایجاد کند. در واقع این فناوری یک توده یکپارچه نیست بلکه می توان آن را مجمع الجزایری از عناصر پایه محدودی همچون نانوذرات، نانو روکش ها، نانو لوله ها وغیره دانست.
فناوری نانو تغییر بنیادی مسیری است که در آینده، موجب ساخت مواد جدید خواهد شد و انقلابی در مواد و فرآیندهای تولید آن ایجاد خواهد کرد. محققین قادر به ایجاد ساختارهایی از مواد خواهند شد که در طبیعت نبوده و شیمی مرسوم نیز قادر به ایجاد آن نیست. برخی از مزایای مواد نانو ساختار عبارتست از: مواد سبک تر، قوی تر و قابل برنامه ریزی، کاهش هزینه عمر کاری از طریق کاهش دفعه های نقص فنی، ابزارهایی نوین بر پایه اصول و معماری جدید، بکارگیری کارخانه های مولکولی یا خوشه ای که مزیت مونتاژ مواد در سطح نانو را دارند. این مواد می توانند کاربردهای مختلفی را در صنایع نفت، هواپیمایی، خودرو و غیره داشته باشند.
هم اکنون بازارهای بزرگی برای بکارگیری مواد جدید در محصولات فعلی در حال شکل گیری است. موادی که می توانند خواص جدید و فوق العاده ای به محصولات موجود بخشیده و موجب کاهش قیمت آن ها شوند. به عنوان نمونه نانو لوله های کربنی (Carbon nanoTubes) با وزن بسیار کمتر و استحکام بسیار بیشتر نسبت به موادی چون فولاد، بخش زیادی از صنایع را در آینده تحت تأثیر قرار خواهند داد.
همچنین در صنایع شیمیایی، فقط ذکر بازار صد میلیارد دلاری کاتالیست که تا ۱۰ سال آینده به طور کامل متکی بر کاتالیست های نانو ساختاری خواهند بود، برای نشان دادن اهمیت بحث کافی است.
تعریفی از نانو:
نانو از لغت یونانی (نانورس) به معنای ( کوتوله) گرفته شده است و در اصل علمی است که درباره اجسام بسیار کوچک مطالعه می کند.
یک نانومتر یک میلیاردیم متر(۱۰) و ۱۰ مرتبه کوچکتر از اتم هیدروژن است، این اصطلاح برای مطالعه عمومی روی ذرات اتمی و مولکولی به کار برده می شود، خواص موجی شکل الکترون های داخل ماده و اثر متقابل اتم ها با یکدیگر از جابجایی مواد در مقیاس نانومتر اثر می پذیرد. با ورود به این فضای کوچک بشری می تواند در نحوه چینش و آرایش اتم ها و مولکول ها دخالت کند و به ساخت مواد جدید و ساختارهایی متفاوت با آنچه تا کنون وجود داشته است بپردازد. با تولید ساختارهایی در مقیاس نانومتر، امکان کنترل خواص ذاتی مواد از جمله دمای ذوب، خواص مغناطیسی، ظرفیت بار و حتی رنگ مواد بدون تغییر در ترکیب شیمیایی به وجود می آید.
فناوری نانو چیست؟ فناوری نانو در ترجمه لفظ به لفظ به معنی فناوری بسیار کوچک است. یا به عبارت ساده تر یعنی فناوری هایی که در ابعاد نانومتری عمل می کنند.
فناوری نانو فن آوری تغییر در خواص مولکول های تشکیل دهنده مواد است و به همین دلیل مقیاس نانو بهترین تعریف برای فناوری می باشد. اگر موادی داشته باشیم که در اندازه های نانومتری باشند خواص خاصی خواهند داشت به عنوان مثال آلومینیوم مذاب وقتی به جامد تبدیل می شود زیر میکروسکوپ ساختار میکرونی را نشان می دهد ولی دھمیر آلومینیوم اگر دارای زیردانه های نانومتری باشد استحکام آن 7 برابر می شود.
بشر سعی دارد تا با استفاده از فناوری نانو خواص مولکول ها را تغییر دهد تا زمانی که جسمی از این مولکول هاساخته شود و تمام خواص این مولکول ها (ماده اصلی) را در خود داشته باشد.
در این فناوری می توان با اعمال کنترل بر ساختار ماده فیزیکی در سطوح اتمی و مولکولی به مواد جدیدی دست یافت. در حقیقت دخالت در بافت اتمی باعث ایجاد ساختار جدید می شود.
تاریخچه فناوری نانو:
نقطه ی شروع و توسعه ی فناوری نانو به طور دقیق مشخص نیست. شاید بتوان گفت که اولین نانوتکنولوژیست ها شیشه گران قرون وسطایی بودند که از قالب های قدیمی برای شکل دادن شیشه هایشان استفاده می کردند. آن ها نمی دانستند که چرا با اضافه کردن طلا به شیشه رنگ آن تغییر می کند. در آن زمان برای ساخت شیشه های کلیساهای قرون وسطایی .3 ذرات نانومتری طلا استفاده ای شده است . این کار شیشه های رنگی بسیار جذابی بدست می آمده است. رنگ بوجود آمده در این شیشه ها بر پایه این حقیقت استوار است که خواص مواد با ابعاد نانو با خواص مواد با ابعاد میکرو متفاومت است .
در آغاز قرن ۲۱، دانشمندان تمرکز خود را بر روی فن آوری نوینی معطوف کردند که به عقیده عده ای نه تنها قسمتی از آینده بشری می باشد بلکه این فناوری تمامی آینده بشر را متحول خواهد ساخت.
فناوری نانو دارای سابقه ی زیادی نمی باشد. در سال ۱۹۵۹ ریچارد فاینمن دانشمند کوانتوم نظری و دارنده جایزه نوبل مطرح نمود که اگر دانشمندان ترانزیستور را ساختند ما با علم اتمی می توانیم همین ترانزیستورها را با مقیاس کوچک بسازیم. او قصد داشت تا با قراردادن اتم ها در کنار یکدیگر کوچکترین مصنوعات بشری را بسازد. بنابراین نظریه کار بر روی سیستم ها در سطح نانو برای اولین بار توسط فاینمن بیان گردید. در حقیقت فاینمن با بیان «آن پایین فضای بسیاری وجود دارد.» ادعا کرد که تمام کلماتی که در جهان تا آن تاریخ به رشته تحریر در آمده است می توان بر روی حجمی به اندازه ۰٫۱ میلیمتر جای داد که تقریبا به اندازه کوچکترین ذره گردوغباری است که انسان می تواند ببیند. چنین متنی بصورت دیجیتالی ذخیره می شود.
آزمایش ها و تحقیقات پیرامون فناوری نانو از ابتدای دهه ۸۰ قرن ۲۱ به طور جدی پیگیری شد. در ایران چند سالی است که فناوری نانو به عنوان یکی از مهمترین تحقیقات زیر بنایی کشور مورد توجه قرار گرفته است.
بسیاری .3 صاحب نظران 9 محققان فناوری نانو مساوی آینده دانستند.به عبارت دیگر می توان گفت اولويت کشور، هر صنعت و فناوری که باشد بدون تسلط بر ابعاد نانو در دنیای جدید نمی توان در آن صنعت و فناوری حرفی در دنیا زد. ماهیت فرا رشته ای علوم و فناوری نانو به عنوان توانمندی تولید مواد، ابزارها و سیستم های جدید با دقت اتم مولکول، موحجمي کاربردهای بسیاری در عرصه های مختلف علمی و صنعتی شده است.
فناوری نانو و صنعت نفت:
تلاش پژوهشگران ایرانی سبب دستیابی به یک فناوری منحصر بفرد و نوین در زمینه تبدیل هیدروکربورهای سنگین به سبک و در واقع تبدیل نفت خام سنگین به سبک پر ارزش شده است.
نفت خام ترکیبی .3 هیدروکربورهای سبک، قیر و مواد دیگر است. با توجه به این که نفت خام استخراجی .3 چاه های ایران در حال تبدیل شدن به نفت سنگین کم ارزش است، بنابراین بسیار اهمیت دارد که با روش ها و فناوری های نوین امکان تبدیل نفت خام سنگین به سبک را فراهم کنیم.
تبدیل نفت خام سنگین به سبک در ظرفیت های بسیار بالا انجام می شود، بنابراین بازده تبدیل، زمان و میزان فشار و حرارت لازم برای این فرایند بسیار مهم است و اگر این فرایند با کاتالیستی انجام شود که قادر به تأثیرگذاری بهینه بر زمان و عوامل تبدیل (فشار هیدروژن و حرارت) باشد، یک نوآوری است. چرا که می تواند بازده بسیار بالایی برای فرایند تبدیل در پی داشته باشد و خوشبختانه نانو کاتالیست ابداعی پژوهشگران ایرانی دارای این ویژگی های برجسته است و بازده تبدیل را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. دستاوردهای پژوهشگران ایرانی در این عرصه در منطقه خاورمیانه بی نظیر است. همچنین فناوری نانو دیدگاه های جدیدی برای بهبود استخراج صنعت نفت فراهم کرده است. این فناوری به جدایی مؤثر نفت و آب کمک می کند. با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می توان نفت بیشتری آزاد کرد. همچنین می توان با گسترش روش های اندازه گیری توسط سنسورهای کوچک، اطلاعات بهتری درباره مخزن بدست آورد.
نقش فناوری نانو در صنعت نفت
