پژوهش نفت

پژوهش نفت

بررسی تاثیر خاکستر و رطوبت بر فرآیند استحصال نفت از نمونه شیل نفتی ایران در حرارت‌دهی با مایکروویو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی نفت، پردیس بین المللی کیش، دانشگاه تهران، ایران
2 انسیتو نفت، دانشگاه تهران، دانشگاه تهران، ایران
3 پردیس پژوهش و توسعه صنایع بالادستی، پژوهشگاه صنعت نفت، تهران، ایران
DOI:10.22078/pr.2025.5586.3481)
چکیده
در این مطالعه به بررسی اثر خاکستر و رطوبت برروی مشخصه‌های نفت استحصال شده از شیل نفتی در حرارت‌دهی با استفاده از امواج مایکروویو و به صورت معمول پرداخته شده است. مقدار و ترکیبات نفت‌شیل‌های تولید شده با امواج مایکروویو مورد بررسی واقع شدند و در ادامه، نتایج با مقادیر حاصل از روش حرارت‌دهی معمولی مقایسه شد. در فرآیند تابش امواج مایکروویو، افزودن خاکستر به مقادیر 25 و 50 درصد وزنی به نمونه، سبب افزایش استحصال نفت گردید. در فرآیند حرارت‌دهی معمولی افزودن خاکستر همراه با افزایش و کاهش نفت استحصالی بود. افزایش درصد کربن و برش اشباع، کاهش طول زنجیره ترکیبات آلیفاتیک به همراه کاهش سولفور، برش آسفالتین و کاهش ترکیبات آروماتیکی و شاخص درهم تنیدگی آن به عنوان تابع بهبود نفت تولیدی در نظر گرفته شد. نتایج حاصل از درصد اجزای کربن و سولفور ، برش‌های اشباع و آسفالتین و طیف‌های FT-IR ،C&H-NMR تایید می‌کنند که در حرارت دهی با مایکرویو با افزایش وزن خاکستر ابتدا روند افزایش و کاهشی در بهبود کیفیت دیده می‌شود که بیانگر مقدار بهینه‌ای برای خاکستر افزوده شده می‌باشد. جهت مقایسه آزمایشات با حرارت‌دهی معمولی تکرار گردید که نتایج بیانگر عدم نقش سازنده خاکستر در بهبود نفت استحصال شده در حرارت‌دهی معمولی است. با افزودن 9/2 درصد وزنی آب به نمونه، وجود رطوبت در فرآیند حرارت‌دهی با امواج مایکرویو مورد ارزیابی قرار گرفت که سبب کاهش نفت استحصالی شد. به لحاظ کیفی نیز درصد کربن و برش اشباع روندی کاهشی داشتند، سولفور و برش آسفالتین تغییر محسوسی پیدا نکردند. نتایج حاصل از طیف‌های FT-IR ،C&H-NMR نیز بیانگر عدم بهبود در کیفیت نفت استحصالی بود. در حرارت‌دهی معمولی اگرچه رطوبت مقدار نفت تولیدی را افزایش داد ولی بهبود کیفی مشاهده نشد.لذا به طور کلی رطوبت در فرآیند استحصال نفت مفید واقع نگردید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation on the Effect of Ash and Moisture on the Oil Extraction Process from Iranian Oil Shale Samples heated by Microwave

نویسندگان English

Hassan Naderi 1
Ali Shekaryfard 2
Jaber Taherishakib 3
1 Petroleum Department, Kish International Campus, University of Tehran, Iran
2 Institute of Petroleum Engineering (IPE), College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Research Institute of Petroleum Industry (RIPI), Upstream Section, Tehran, Iran
چکیده English

In thermal methods of oil extraction from oil shales, kerogen is converted into liquid and gaseous hydrocarbons by heating to high temperatures (usually 300 to 500 degrees Celsius). Moreover, oil extraction is accompanied by a solid residue (ash) containing minerals, heavy metals, and inorganic compounds. Ash, as a by-product, has various effects on the extraction process and the environment and plays an important role in the process of oil extraction from oil shales. Furthermore, water, as a strong absorber of microwaves, can act as a «heat carrier» in the extraction process and improve heat transfer to kerogen. In this study, the effect of ash and moisture on the characteristics of oil extracted from oil shale in heating using microwaves and the conventional method was investigated. In the microwave irradiation process, adding ash in amounts of 25 and 50 weight percent to the sample increased oil recovery. In addition, in the conventional heating process, adding ash was accompanied by an increase and decrease in oil recovery. Moreover, increasing the percentage of carbon and saturated fraction, decreasing the chain length of aliphatic compounds along with decreasing sulfur, asphaltene fraction and decreasing aromatic compounds and its entanglement index were considered as a function of improving the produced oil. The results of the percentage of carbon and sulfur components, saturated and asphaltene fractions and FT-IR, C&H-NMR spectra confirm that in microwave heating with increasing ash weight, although the amount of extracted oil shows a slight increase, the quality of the produced oil decreases. This indicates an optimal amount of ash in the extraction process that depends on its components and amount. For comparison, the experiments were repeated with conventional heating, and the results indicate that ash does not play a constructive role in improving the extracted oil in conventional heating. By adding 2.9% by weight of water to the sample, the presence of moisture in the microwave heating process was evaluated, which caused a decrease in the extracted oil. Qualitatively, the percentage of carbon and saturated fraction had a decreasing trend, sulfur and asphaltene fraction did not change significantly. The results of FT-IR and C&H_NMR spectra also indicated no improvement in the quality of the extracted oil. In conventional heating, although humidity increased the amount of oil produced, no improvement in quality was observed. Therefore, in general, humidity was not beneficial in the oil extraction process.

کلیدواژه‌ها English

Oil Shale
Pyrolysis
Shale Oil
Moisture
Ash
[1]. Mutyala, S., Fairbridge, C., Paré, J. J., Bélanger, J. M., Ng, S., & Hawkins, R. (2010). Microwave applications to oil sands and petroleum, A review, Fuel Processing Technology, 91(2): 127-135, doi.org/10.1016/j.fuproc.2009.09.009.##
 [2]. Zhu, J., Yang, Z., Li, X., Qi, S., Fang, Q., & Ding, Y. (2019). The experimental study of microwave heating on the microstructure of oil shale samples. Energy Science & Engineering, 7(3), 809-820. doi.org/10.1002/ese3.311Digital Object Identifier (DOI).##
[3]. Wang, Z., Deng, S., Gu, Q., Cui, X., Zhang, Y., Gorelick, S., Wang, H. (2019). Subcritical water extraction of Huadian oil shale under isothermal condition and pyrolysate analysis, Energy & fuels, 28(4): 2305-2313, doi.org/10.1021/ef5000062.##
[4]. Zendehboudi Sohrab, Shale Oil and Gas Handbook, ISBN: 978-0-12-802100-, 2017 Elsevier Inc.pp 334.##
[5]. Zhu, J., Yang, Z., Li, X., Wang, N., & Jia, M. (2018). Evaluation of different microwave heating parameters on the pore structure of oil shale samples. Energy Science & Engineering, 6(6), 797-809. doi.org/10.1002/ese3.253Digital Object Identifier (DOI).##
[6]. Zhao, L., Yang, D., Kang, Z. Q., & Zhao, Y. S. (2015). Gas generation law of oil shale heated by superheated steam. Journal of Taiyuan University of Technology, 46(3), 323-326.##
[7]. Naderi, H., Shekarifard, A., & Taheri Shakib, J. (2024). Investigating the Effects of Heating Rate and Granulation on Extracted Oil-Shale using Microwaves and Conventional Heating Methods. Journal of Petroleum Science and Technology, 14(1), 71-84. DOI:10.22078/jpst.2024.5375.1928.##
[8]. Tong, J., Han, X., Wang, S., & Jiang, X. (2011). Evaluation of structural characteristics of Huadian oil shale kerogen using direct techniques (solid-state 13C NMR, XPS, FT-IR, and XRD). Energy & fuels, 25(9), 4006-4013.##
[9]. Reddy, B. R., Ashok, I., Vinu, R. (2025). Preparation of carbon nanostructures from medium and high ash Indian coals via microwave-assisted pyrolysis. Advanced Powder Technology, 31(3), 1229-1240.##
[10]. Taheri-Shakib, J., Shekarifard, A., & Naderi, H. (2017a). The experimental investigation of effect of microwave and ultrasonic waves on the key characteristics of heavy crude oil, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 128, 92-101, doi.org/10.1016/j.jaap.2017.10.021.##
[11]. Taheri-Shakib, J., Shekarifard, A., & Naderi, H. (2017b). The experimental study of effect of microwave heating time on the heavy oil properties: Prospects for heavy oil upgrading, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 128, 176-186, doi.org/10.1016/j.jaap.2017.10.012.##
[12]. Taheri-Shakib, J., Shekarifard, A., & Naderi, H. (2018a). Experimental investigation of comparing electromagnetic and conventional heating effects on the unconventional oil (heavy oil) properties: Based on heating time and upgrading, Fuel, 228, 243-253, doi.org/10.1016/j.fuel.2018.04.141.##
[13]. Naderi H., Shekarifard A., Taheri Shakib, J. (2023) Considering  and assessing electron accelerators' approaches on the amount and quality of the produced oil from Iran's oil shail sample, Petroleum Research, 129, 2023, 43-57.##