ارتقای کیفیت ترکیبات سنگین نفتی با استفاده از مایعات یونی اصلاح شده توسط نمک‌های Fe+3 و Al+3

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی سهند، دانشکده مهندسی شیمی

2 استاد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، دانشکده مهندسی شیمی، مرکز تحقیقات مهندسی محیط‌زیست

3 دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند

4 دانشکده مهندسی نفت و گاز، دانشگاه صنعتی سهند

10.22078/pr.2020.3691.2695

چکیده

مایعات‌یونی با داشتن خاصیت کاتالیستی باعث شکستن مولکول‌های آسفالتنی و رزینی شده، در نتیجه باعث بهبود کیفیت برش‌های سنگین نفتی می‌گردند. برتری این روش، پایین‌بودن شرایط عملیاتی و عدم‌تاثیرمنفی ترکیبات گوگردی و فلزات سنگین بر روی نقش کاتالیستی مایعات‌یونی می‌باشد. در این پژوهش قابلیت‌تبدیل برش‌های سنگین نفتی به برش‌های سبک با استفاده از یک نوع مایع‌یونی خریداری‌شده([OMIM][Cl]) و دو نوع مایع‌یونی اصلاح‌شده توسط نمک‌های فلزات آهن و آلومینیوم مورد بررسی قرار‌گرفته‌است. مقدار ویسکوزیته، درصد آسفالتن و درصد گوگرد جهت بررسی خواص‌فیزیکی و شیمیایی برش‌های سنگین نفتی آنالیز گردید. همچنین، میزان تاثیرگذاری پارامترهای دما، زمان ماند، درصد مایع‌یونی افزوده‌شده و نوع نمونه بر روی کیفیت برش‌های سنگین نفتی توسط نرم‌افزار مینی‌تب ارزیابی گردید. بر اساس نتایج حاصله، حضور فلزات Fe وAl در ساختار مایعات‌یونی اصلاح شده [OMIM][FeCl3] و [OMIM][AlCl3]باعث افزایش چشم‌گیر در توانایی این مایعات در بهبود کیفیت برش‌های سنگین نفتی گردید که منجر به کاهش ویسکوزیته و کاهش میزان ترکیبات آلاینده حاوی گوگرد و نیتروژن شد. درصد مایع‌یونی استفاده شده به عنوان موثرترین پارامتر مشخص گردید. مایعات‌یونی اصلاح شده [OMIM][FeCl3] و [OMIM][AlCl3] توانستند در بهترین حالت به ترتیب 44/74 و 41/80 درصد از ویسکوزیته برش سنگین نفتی را کاهش دهند. میزان گوگرد برش سنگین نفتی از 9/2 % به ترتیب به 43/1 % و 95/0 % کاهش یافت و آسفالتن نمونه به‌ترتیب 01/57 % و 46/68 % کاهش نشان داد. در شرایط یکسان عملیاتی، مایع‌یونی اصلاح شده با نمک آلومینیوم عملکرد بهتری نسبت به آهن در افزایش کیفیت برش‌های سنگین نفتی نشان داد. از دلایل این برتری نسبی در عملکرد بهتر را می‌توان به بالا بودن اسیدیته AlCl3 نسبت به FeCl3 و همچنین نزدیک بودن سطح انرژی پیوندی Al به اتم گوگرد دانست. این پژوهش نشان داد که استفاده از مایعات‌یونی می‌تواند گزینه مناسبی برای ارتقای کیفیت برش‌های سنگین نفتی در شرایط عملیاتی پایین باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Upgrading of heavy oil components using modified ionic liquids

نویسندگان [English]

  • masoud najafpour 1
  • esmaeil fatehifar 2
  • reza khoshbooy 3
  • alireza tabatabayi nejad 4
1 MSC Student, Chemical engineering faculty, Sahand univ. of technology
2 Professor, Environmental Engineering Research Center, Faculty of Chemical Engineering, SAHAND University of technology, Tabriz, Iran
3 chemical engineering faculty, sahand univ. of technology
4 Petroleum and gas faculty, sahand university of technology
چکیده [English]

Owing to the catalytic properties of ionic liquids (ILs), they might breakdown heavy molecule structures and consequently result in upgrading heavy oil cuts. The superiority of using ILs to other techniques is the low operating condition and the lack of negative effects of sulfur compounds and heavy metals on the catalytic role of ILs. In this study, capability of conversion heavy oil cuts into light cuts via an IL([OMIM][Cl]) and two modified ILs with iron and aluminum salts, has been investigated. Viscosity, asphaltic percentage and sulfur content were analyzed, and influences of type of heavy oil cuts, temperature, residence time and percentage of utilized ILs on the quality of heavy oil cuts were evaluated by Minitab software. The results indicated that the presence of Fe and Al in the structure of modified ILs could enhanced their capability in improving the quality of heavy oil cuts. This resulted in decreasing the value of viscosity and the pollutants containing sulfur and nitrogen compounds in heavy oil cuts. It was observed that the percentage of utilized IL was the most effective in upgrading of heavy oil cuts. Based on the results at the best condition, the modified ILs could reduce 74.44% and 41.80% of the viscosity value and 57.17% and 68.46% of the asphaltene content, respectively. Moreover, the sulfur content decreased from 2.9% to 1.43% and 0.95%, respectively. In the same operating conditions, IL modified with [AlCl3] showed the better performance than one modified by [FeCl3]. This relative superiority can be attributed to the high value of acidity of AlCl3 and the closeness of the binding energy level of Al to sulfur. In conclusion, this study illustrated that the modified ILs can be considered to be a suitable approach for upgrading the quality of heavy oil cuts at moderate condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Heavy oil cuts
  • Upgrading
  • Ionic Liquids
  • Nano catalyst
  • Viscosity Reduction