بررسي آزمايشگاهي جذب رسوبات آسفالتين از نفت خام با استفاده از نانو سيليكا فيبري دندريتي (DFNS) و مدل‌سازي سينتيكي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نفت

كارشناسي ارشد

رسوب آسفالتين يكي از چالش‌هاي جدي در فرآيند استخراج و پالايش نفت خام محسوب مي‌شود كه مي‌تواند به افت كارايي چاه‌هاي نفتي و كاهش عملكرد تجهيزات پالايشگاهي منجر شود .اين پديده كه ناشي از ناپايداري تركيبات سنگين موجود در نفت است، در سال‌هاي اخير توجه بسياري از محققان را به يافتن راهكارهاي موثر براي جلوگيري يا كنترل آن جلب كرده است. در اين راستا، استفاده از فناوري نانو به‌ويژه نانومواد جاذب به‌عنوان راهكاري نوين و كارآمد مطرح شده است. در مطالعه حاضر، عملكرد نانوذرات سيليكا فيبري دندريتي (DFNS) در جذب آسفالتين از محلول نفتي مورد بررسي قرار گرفت. نانوذره DFNS به‌روش هم‌رسوبي و با بهره‌گيري از موادي نظير تترااتيل‌اورتوسيليكات (TEOS)، ستيل‌تري‌متيل‌آمونيوم بروميد (CTAB)، اوره، سيكلوهگزان و پنتانول سنتز شد. فرآيند استخراج آسفالتين بر اساس استاندارد بين‌المللي ASTM D6560 انجام گرفت. طراحي آزمايش‌ها با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) و با طرح مركب مركزي (CCD) در نرم‌افزار Design Expert صورت گرفت. در اين طراحي، متغيرهايي چون غلظت اوليه آسفالتين، ميزان جاذب و دماي محلول مورد بررسي قرار گرفتند تا شرايط بهينه براي حداكثر ظرفيت جذب تعيين شود. براي انجام آزمايش‌ها، نفت مدل ساختگي (تركيب آسفالتين و تولوئن) تهيه شد و نمونه‌ها پس از تماس با جاذب، سانتريفيوژ و رقيق سازي شده و با استفاده از طيف‌سنج UV-Vis ميزان باقي‌مانده آسفالتين اندازه‌گيري شد. نتايج مدل‌هاي ايزوترم جذب نشان داد كه در اين مطالعه فرآيند جذب غالبا شيميايي بوده و انطباق بهتر داده‌ها با مدل فروندليچ نشان دهنده جذب روي سطح ناهمگن و چند لايه است. در بررسي داده‌هاي سينتيكي، زمان تعادل فرآيند جذب بعد از 45 دقيقه تعيين شد و مدل الوويچ بهترين تطابق را با داده ها داشت. تحليل ترموديناميكي نيز مويد آن بود كه جذب آسفالتين بر سطح DFNS يك فرآيند خودبه‌خودي و گرمازا محسوب مي‌شود؛ همچنين، مقدار مثبت تغيير آنتروپي نشان‌دهنده افزايش بي‌نظمي در سطح جاذب DFNS است. مقايسه عملكرد DFNS با نانوذره سيليكا در شرايط بهينه به‌دست‌آمده از طراحي آزمايش شامل غلظت آسفالتين 1700 ميلي‌گرم بر ليتر، مقدار جاذب 52/0 درصد‌‌ وزني و دماي 5/32 درجه‌ سانتي‌گراد، نشان داد كهDFNS با ظرفيت جذب 240 ميلي‌گرم بر گرم، عملكرد به‌مراتب بهتري نسبت به سيليكا با ظرفيت 128 ميلي‌گرم بر گرم دارد. اين بهبود عملكرد را مي‌توان به سطح ويژه بالاتر، ساختار فيبري شعاعي، و حفرات بازتر در ساختار DFNS نسبت داد كه امكان تماس موثرتر آسفالتين با سطح جاذب را فراهم مي‌سازد. در مجموع، نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه نانوذره DFNS به‌عنوان يك جاذب نوين و موثر، پتانسيل بالايي براي استفاده در جذب آسفالتين از نفت خام داشته و مي‌تواند گزينه مناسبي براي به‌كارگيري در مقياس صنعتي در آينده باشد.

235457

مخازن

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان