ارتقاي كيفيت تركيبات سنگين نفتي با استفاده از مايعات يوني اصلاح‌شده توسط نمك‌هاي Fe+3 و Al+3

Upgrading of Heavy Oil Components using Modified Iionic Liquids with Fe3+ and Al3+ Salts

مايعات يوني با داشتن خاصيت كاتاليستي خود باعث شكسته شدن ملكول‌هاي آسفالتني و رزيني شده و در نتيجه باعث بهبود كيفيت برش‌هاي سنگين نفتي مي‌گردند. برتري اين روش نسبت به ساير روش‌هاي ارتقاي كيفيت، پايين بودن شرايط عملياتي و عدم تأثير منفي تركيبات گوگردي و فلزات سنگين برروي نقش كاتاليستي مايعات يوني است. در اين پژوهش، قابليت تبديل برش‌هاي سنگين نفتي به برش‌هاي سبك با استفاده از يك نوع مايع يوني (ايميدازوليوم) خريداري شده ([OMIM][Cl]) و دو نوع مايع يوني اصلاح شده توسط نمك‌هاي فلزات آهن و آلومينيوم مورد بررسي قرار گرفته است. مقدار ويسكوزيته، درصد آسفالتن و درصد گوگرد جهت بررسي خواص فيزيكي و شيميايي برش‌هاي سنگين نفتي آناليز گرديد. همچنين، در اين تحقيق ميزان تأثيرگذاري چهار پارامتر دما، زمان ماند، درصد مايع يوني افزوده‌شده و نوع نمونه برروي كيفيت برش‌هاي سنگين نفتي توسط نرم‌افزار ميني‌تب ارزيابي گرديد. براساس نتايج به‌دست آمده، حضور فلزات Fe و Al در ساختار مايعات يوني اصلاح‌شده [OMIM][FeCl3] و [OMIM][AlCl3] باعث افزايش چشم‌گير در توانايي اين مايعات در بهبود كيفيت برش‌هاي سنگين نفتي گرديد كه منجر به كاهش ويسكوزيته و همچنين، كاهش ميزان تركيبات آلاينده حاوي گوگرد و نيتروژن موجود در برش‌هاي سنگين نفتي شد. از ميان پارامترهاي بررسي شده، درصد مايع يوني استفاده شده به‌عنوان موثرترين پارامتر مشخص گرديد. در اين پژوهش، مايعات يوني اصلاح‌شده [OMIM][FeCl3] و [OMIM][AlCl3] توانستند در بهترين حالت به‌ترتيب 44/74 و 41/80% از ويسكوزيته برش سنگين نفتي را كاهش دهند. ميزان گوگرد برش سنگين نفتي از 9/2% به‌ترتيب به 43/1% و 95/0% كاهش يافت و آسفالتن نمونه به‌ترتيب 01/57% و 46/68% كاهش نشان داد. در شرايط يكسان عملياتي، مايع يوني اصلاح شده با نمك فلز آلومينيوم [AlCl3] عملكرد بهتري نسبت به [FeCl3] در افزايش كيفيت برش‌هاي سنگين نفتي از خود نشان داد. از دلايل اين برتري نسبي در عملكرد بهتر را مي‌توان به بالا بودن اسيديته AlCl3 نسبت به FeCl3 و همچنين نزديك بودن سطح انرژي پيوندي Al به اتم گوگرد دانست. اين پژوهش نشان داد كه استفاده از مايعات يوني مي‌تواند گزينه مناسبي براي ارتقاي كيفيت برش‌هاي سنگين نفتي در شرايط عملياتي پايين باشد.

Owing to the catalytic properties of ionic liquids (ILs), they might break down the asphaltene and resin molecule structures, and consequently, they will result in upgrading the heavy oil cuts. The superiority of using ILs to other techniques of upgrading is (1) the low operating condition and (2) the lack of negative effects of sulfur compounds and heavy metals on the catalytic role of ionic liquids. In this study, the capability of conversion the heavy oil cuts into light cuts via an IL([OMIM][Cl]) and two modified ILs, which have been modified with iron and aluminum salts, has been investigated. The viscosity, asphaltic percentage and sulfur content were analyzed for characterization of the physicochemical properties of the heavy oil cuts. Furthermore, the influences of several parameters such as the type of heavy oil cuts, the temperature of reaction, the residence time and the percentage of utilization of modified 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 ([OMIM][FeCl3] and [OMIM][AlCl3]) could significantly enhance the capability of these ionic liquids 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 utilization of modified ILs was the most effective in upgrading of heavy oil cuts. Based on the results at the best condition, the modified ILs of [OMIM][FeCl3] and [OMIM][AlCl3] could reduce 74.44% and 41.80% of the viscosity value and 57.17% and 68.46% of the asphaltene content in the heavy oil cuts respectively. Moreover, the sulfur content in the heavy oil cuts 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] in increasing the quality of heavy oil cuts. This relative superiority can be attributed to the high value of acidity of AlCl3 in comparison with FeCl3 and the closeness of the binding energy level of Al to sulfur. In conclusion, in this study, it is illustrated that the modified ILs can be considered to be a suitable approach for upgrading the quality of heavy oil cuts at moderate condition.