بررسی عملکرد اکسیدهای فلزی نانو ساختار کبالت و آهن برای جلوگیری از رسوب آسفالتین نفت خام سنگین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران

2 گروه مهندسی شیمی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی،کرمانشاه، ایران

10.22078/pr.2021.4447.3010

چکیده

هدف از این مطالعه، بررسی روش جدید تلفیق امواج مافوق صوت در فرکانس‌های متفاوف با نانوذرات اکسید کبالت و اکسید آهن در کاهش میزان آسفالتین و ویسکوزیته سینماتیک نفت خام سنگین است. در ابتدا نفت خام مورد مطالعه در دمای ثابت ˚C20تحت تابش امواج مافوق صوت در حالت تک فرکانس و چند فرکانس قرار گرفت. در مرحله بعد چیدمان مبدل‌های پیزوالکتریک و دمای انجام آزمایش‌ها بهینه گردید. در نهایت، تاثیر امواج مافوق صوت و نانوذرهCo2O3و همچنین نانوذره مغناطیسی γ-Fe2O3 در یک میدان مغناطیسی ثابت مورد بررسی قرار گرفت. آنالیز SEM نشان داد که نانوذره اکسید کبالت و اکسید آهن هر دو دارای شکلی تقریبا کروی و متوسط اندازه به ترتیب nm 50 و nm 40-20 می-باشند. نتایج نشان داد که تابش امواج مافوق صوت با فرکانس kHz ۲۵ در زمان بهینه ۱۰ دقیقه و دمای ثابت ˚C ۲۰ ، میزان آسفالتین را از %52/13 به %65/7 و ویسکوزیته سینماتیک را از cSt 2/87 به cSt 7/65 کاهش داد. تلفیق امواج مافوق صوت در فرکانس‌های kHz ۲۵ و MHz 7/1عملکرد بهتری در کاهش میزان این دو پارامتر نسبت به حالت تک فرکانس ( kHz 25) نشان داد. در شرایط بهینه (دمای ˚C50، زمان پرتودهی10 دقیقه و غلظت 4/0 درصد وزنی از هر دو نانوذره‌)، میزان آسفالتین نفت خام تقریباً کاهشی مشابه با %61 برای هر دو نانوذره به نمایش گذاشت. در‌حالی‌که تحت شرایط فوق و در حضور میدان مغناطیسی ثابت با نانوذره مغناطیسی γ-Fe2O3، این میزان کاهش به %63 رسید. در گذشته مطالعاتی در مورد تاثیر امواج مافوق صوت و روش‌های دیگر بر نفت‌های خام مختلف انجام گرفته، اما نتایج بدست آمده از این تحقیق نشان داد که استفاده از تلفیق امواج مافوق صوت در فرکانس‌های مختلف و تزریق نانوذره مغناطیسی می‌تواند به طور قابل ملاحظه‌ای میزان آسفالتین و ویسکوزیته نفت خام سنگین را کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of the performance of nanostructured metal oxides of Cobalt and Iron to prevent the deposition of heavy crude oil’s Asphaltene

نویسندگان [English]

  • Hamed Mansouri 1
  • Akbar Mohammadidoust 2
  • Faezeh Mohammadi 1
1 Department of Chemical Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
2 Department of Chemical Engineering, Kermanshah Branch, Islamic Azad University, Kermanshah, Iran
چکیده [English]

This study aims to investigate a new method of combining ultrasonic waves at different frequencies with Co2O3 and γ-Fe2O3 nanoparticles, in reducing the asphaltene content and kinematic viscosity of heavy crude oil. First, it was irradiated with ultrasonic waves at single and multi frequencies (20 °C). Temperature and the layout of the piezoelectric transducers were also optimized. Finally, the effect of combining of ultrasonic waves with Co2O3 and magnetic γ-Fe2O3 nanoparticles (fixed magnetic field) were studied. Scanning electron microscopy (SEM) showed that the nanoparticles have a nearly spherical morphology and average particle size of 50nm (Co2O3) and 20-40nm (γ-Fe2O3). The results showed that the ultrasonic irradiation at frequency of 25 kHz, an optimum time of 10 min and a constant temperature of 20 °C kHz decreased the asphaltene content and kinematic viscosity of the heavy oil from 13.52% and 87.2 cSt to 7.65% and 65.7cSt, respectively. The combination of the ultrasonic waves at frequencies of 25 kHz and 1.7 MHz revealed a better performance on the both parameters than 25 kHz alone. The asphaltene content declined by almost 61% at the optimum conditions (irradiation’s time of 10 min, temperature of 50 °C and o.4 wt% of the both nanoparticles) for the both nanoparticles while it was 63% for the γ-Fe2O3 magnetic nanoparticles (the fixed magnetic field) at the above conditions. In the past, some studies have been carried out about the effect of ultrasonic waves and other methods on various crude oils, but the results obtained from this study showed that combining the ultrasonic irradiation at different frequencies with the magnetic nanoparticles’ injection in a fixed magnetic field could reduce the asphaltene content and the viscosity of crude oil significantly.

کلیدواژه‌ها [English]

  • "Heavy oil"
  • "Ultrasonic waves"
  • "Magnetic nanoparticle"
  • "Asphaltene""
  • Kinematic viscosity"