مروری بر روش‌های کاهش گران‌روی نفت خام سنگین با تأکید براستفاده از نانوکاتالیست‌ها

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

تحقیقات در مورد انواع روش‌های کاهش گران‌روی نفت خام سنگین نشان می‌دهد که روش‌های متداول، پر هزینه، با ایمنی پایین، نیازمند تجهیزات زیاد و حجیم، هزینۀ بالای تعمیر و نگهداری و در عین حال بازدهی کم است که این موارد بیشتر ناشی از دما و فشار بسیار بالای این روش‌هاست. کراکینگ گرمایی نخستین روش کاهش گران‌روی بود که حضور کاتالیست توانست مشکلاتی مانند نداشتن پایداری و دمای بسیار بالای آن را برطرف کند. هم‌چنین نتایج آزمایش‌های محققان نشان می‌دهد که حضور کاتالیست در کنار شکست گرمایی، کاهش گران‌روی نفت را بهبود می‌بخشد؛ اما به‌علت مشکلات اساسی مانند هزینه‌های بسیار زیاد، تلاش برای دست‌یابی به روش‌هایی با بازدهی بالاتر، افزایش یافت. استفاده از نانوکاتالیست‌های پراکنده، بازدهی واکنش‌های شکست را به‌طور چشمگیری افزایش داد و استفاده از نانوکاتالیست در روش شکست هیدروژنی در حضور هیدروژن و دمای بالا، درصد کاهش گران‌روی را تا 99% بالا برد. شایان ذکر است که نانوکاتالیست‌های بسیاری تاکنون آزموده شده‌اند و به‌عنوان مثال می‌توان از نانوکاتالیست‌های زئولیت، کربن، آهن و نیکل که نتایج خوبی از خود برجای گذاشته‌اند نام برد، اما این روش نیز با مشکلاتی مانند ساخت نانوکاتالیست و بستر واکنشی مناسب و جمع‌آوری آن‌ها روبه‌رو است. لذا فرایندهایی با فناوری نوین مانند پرتوافکنی، کاویتاسیون و امواج الکترومغناطیسی در مقیاس آزمایشگاهی در حضور نانوکاتالیست‌ها توانستند در دما و فشار بسیار پایین نتایج خوبی به همراه داشته باشند. در یکی از این آزمایش‌ها با استفاده از مایکروویو و در حضور نانوکاتالیست کربن، گران‌روی به میزان 7/99 % کاهش پیدا کرد. البته این روش‌ها نیز به‌علت شرایط پیچیده و تجهیزات خاص، هنوز تجاری‌سازی نشده‌اند و تحقیقات بر روی آن‌ها ادامه دارد.
 

کلیدواژه‌ها


Alboudwarej, H., Felix, J., Taylor, S., Badry, R., Bremner, C., Brough, B., West, C "Highlighting heavy oil", Oilfield Review, Vol. 18, pp. 34–53, (2006).
[2]        Thompson, J., Vasquez, A., Hill, J. M., Pereira-Almao, P., "The synthesis and evaluation of up-scalable molybdenum based ultra-dispersed catalysts: Effect of temperature on particle size", Catalysis Letters, Vol. 123, pp. 16–23, (2006).
[3]     رئیسی، ز.، نادری فر، ع.، "ارزیابی توانایی پدیدۀ کاویتاسیون به‌منظور سبک‌سازی نفت سنگین ایران بدون مصرف انرژی"، اولین کنفرانس بین‌المللی رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی، تهران، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، (1390).
[4]        Pedersen, K. S., Thomassen, P., Fredenslund, A., "Thermodynamics of petroleum mixtures containing heavy hydrocarbons’ 3. Efficient flash calculation procedures using the SRK equation of state", Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development, Vol. 24, pp. 948–954, (1985).
[5]        Yan, T. Y., "Upgrading of Heavy Oils-an Overview. Journal of Petroleum”, Vol. 38, pp. 39–50, (2002).
[6]     همایونی، ف.، حمیدی، ع.، "بررسی روش‌های کاهش گران‌روی نفت‌های خام سنگین برای انتقال از طریق خطوط لوله". فرایند نو، شماره 32، صفحه 62-73، (1390).
[7]        Sabet, S. A., Omidkhah, M. R., Jafari, A., Aminian, J., "Effect of ZMS-5 catalyst on heavy crude oil upgrasing", 2nd International oil, Gas & petrochemical, Tehran, University of Shahid Beheshti, )2014(.
[8]        Ovalles, C., Filgueiras, E., Morales, A., Scott, C. E., Gonzalez-Gimenez, F., Pierre, E. B., "Use of a dispersed iron catalyst for upgrading extra-heavy crude oil using methane as source of hydrogen", Fuel, Vol. 82, pp. 887–892., doi: 10.1016/S0016-2361(02)00406-4, (2003).
[9]        Ren, T., Patel, M., Blok, K., "Olefins from conventional and heavy feed stocks: Energy use in steam cracking and alternative processes", Energy, Vol. 31, pp. 425–451, doi:10.1016/j.energy.2005. 04.001, (2006).
 
[10]      Smalley, C., "Heavy Oil and Viscous Oil. In Modern Petroleum Technology", Vol. 1 Upstream, Ch. 11,
pp. 409-435, sixth edition, ed., Dawe, R. A., New York City: Wiley & Sons Inc, (2002).
[11]      Speight, J. G., "The Chemistry and Technology of Petroleum", 4th ed., CRC Press/Taylor & Francis Group: Boca Raton, Florida, (2007).
[12]      Hyne, J. B., Greidanus, J. W., Tyrer, J. D., Verona, D., Rizek, C., Clark, P. D., Clarke, R. A., Koo, J., "Aqua-thermolysis of heavy oils", Second International Conference on Heavy Crude and Tar Sands, p. 25, Caracas, Venezuela, (1989).
[13]      Maity, S. K., Ancheyta, J., Marroquín, G., "Catalytic aquathermolysis used for viscosity reduction of heavy crude oils: A review", Energy and Fuels, Vol. 24,
pp. 2809–2816. Doi: 10.1021/ef100230k, (2010).
[14]      Ghannam, M. T., Hasan, S. W., Abu-Jdayil, B., Esmail, N., "Rheological properties of heavy & light crude oil mixtures for improving flowability", Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 81,
pp. 122–128. doi:10.1016/j.petrol.2011.12.024, (2012).
[15]      Martínez, P. R., Mosqueira, M. D. L., Zapata-Rendón, B., Mar-Juárez, E., Bernal-Huicochea, C., Dela Cruz Clavel-López, J., Aburto, J., "Transportation of heavy and extra-heavy crude oil by pipeline: A review", Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 75 (3-4), pp. 274–282, (2011).
[16]      Joshi, J. B., Pandit A. B., Kataria, K. L., Kulkarni, R. P., Sawarkar A. N., Tandon D., Ram, Y., Kumar, M. M., "Petroleum residue upgrading via visbreaking: a review", Ind. Eng. Chem., Vol. 47, pp. 8960-8988, (2008).
[17]      Clark, P. D., Kirk, M. J., "Studies on the upgrading of bituminous oil with water and transition metal catalvsts", Energy Fuuels, Vol. 8, pp. 380–387, (1994).
[18]      Shoubin W., Yujian Zh., Yongjian L., Shaobin H., "A study of Catalytic Aquathermolysis of Heavy Crude Oil during Steam Stimulation", SPE International Symposium on Oilfield Chemistry, 28 February – 2 March, Houston, Texas, U.S.A., SPE10180, (2007).
[19]    سیدعصایی، س.، وفاجو، ل.، "ارتقای نفت خام و باقیمانده‌های سنگین به کمک فناوری نوین تبدیل با استفاده از نانوکاتالیست‌های پراکنده". اولین کنفرانس بین‌المللی نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی، (1391).
[20]      Lin, J. H., Guliants, V. V., "Alumina-supported Cu@ Ni and Ni@ Cu core–shell nanoparticles: Synthesis, characterization, and catalytic activity in water–gas-shift reaction", Applied Catalysis A: General,
Vol. 445, pp. 187-194, (2012).
 
 
 
 
[21]      Taborda, E. A., Franco, C. A., Ruiz, M. A., Alvarado, V., Cortés, F. B., "Experimental and theoretical study of viscosity reduction in heavy crude oils by Addition of Nanoparticles", Energy Fuels, pp. 1329-1338, (2017).
[22]      Taborda, E. A., Franco, C. A., Ruiz, M. A., Alvarado, V., Cortés, F. B., "Effect of nanoparticles/nanofluids on the rheology of heavy crude oil and its mobility on porous media at reservoir conditions", Fuel, Vol. 184, pp. 222-232, (2016).
[23]      Li, W., Zhu, J., Qi, J., "Application of nano-nickel catalyst in the viscosity reduction of Liaohe extra-heavy oil by aqua-thermolysis", Journal of Fuel Chemistry and Technology, Vol. 35(2), pp. 176–180. Doi: 10.1016/S1872-5813(07)60016-4, (2007).
[24]      Sabet, S. A., Omidkhah, M. R., Jafari, A., "Use of nano nickel oxide in upgrading of heavy crude oil", 15th Iranian Natioanl Congress of Chimical Engineering, Tehran, University of Tehran , (2014).
[25]      Zarkesh, J., Ghaedian, M., Hashemi, R., Khademsamimi, A., Kadzhiev, S., "Heavy refinery schemes based on new nano catalytic HRH technology", In second International Conference on chemical Engineering and Application, Singapore,
pp. 66–70, (2011).
[26]      Zaykin, Y. A., Zaykina, R. F., Mirkin, G., "On energetics of hydrocarbon chemical reactions by ionizing irradiation", In Radiation Physics and Chemistry, Vol. 67, pp. 305–309, (2003).
[27]      Liu, D. D. S., Patmore, D. J., "Application of gamma-ray densitometry in developing primary upgrading process", Applied Radiation and isotopes, Vol. 41, No. 10/11, pp. 1003-1012, (1990).
[28]      Nadirov, N. K., Zaykina, R. F., Zaykin, Yu. A., "Progress in high viscosity oil and natural bitumen refining by ionizing irradiation", Proceedings of the International Conference on oil and Bitumen, (1994).
[29]      Stuttman, H.S., Co, "The Science and Invention Encyclopedia, In: Oil Refining", Vol. 12, Inc. Publisher, New York, pp. 1615-1619, (1997).
[30]    صادقی، م. ت.، صابونچی، ف.، "روش‌های نوین جهت ارتقای کیفیت و پالایش خوراک‌های نفتی"، اولین همایش ملی راهکارهای نوین تأمین، نگهداشت، انتقال و توزیع فراورده‌های نفتی، تهران، (1388).
 
[31]    جندقی، ف.، صادقی، م. ت.، "تأثیر اشعۀ گاما در کاهش گران‌روی و ارتقای کیفیت نفت خام سنگین". چهاردهمین کنگرۀ ملی مهندسی شیمی ایران، تهران، دانشگاه شریف، (۱۳۹۱).
[32]      Hanyong, L., Kexin, C., Ling, J., Leilei, W., Bo, Y., "Experimental study on the viscosity reduction
of heavy oil with nano-catalyst by microwave heating under low reaction temperature", Journal
[33]      Meidani, A. R. N., Hasan, M., "Mathematical and Physical Modelling of Bubble Growth Due to Ultrasound", Journal of Applied Mathematical Modelling, Vol. 28, pp. 333–351, (2004).
[34]      Yan, Y., Thorpe, R., "Flow regime transitions due to cavitation in the flow through an orifice", International Journal of Multiphase Flow, Vol. 16, Issue 6, pp. 1023-1045, )1990(.
[35]      Gogate, P. R., Wilhem, A .M., Pandit, A. B., "Some aspects of the Design of Sonochemical Reactors", Ultrasonics Sonochemistry, Vol. 10, Issue 6,
pp. 325-330, )2003(.
[36]      Sawarkar, A. N., Pandit, A. B., Samant, S. D., Joshi, J. B., "Use of ultrasound in petroleum residue upgradation", The Canadian Journal of of Chemical Engineering, Vol. 87, Issue 3, pp. 329-342, (2009).
[37]      Gogate P. R., Pandit A. B., "A review and assessment of Hydrodynamic Cavitation as a Technology for
the Future", Ultrasonic Sonochemistry, Vol. 12,
Issue 1-2, pp. 21-27, (2005).
[38]      Meyer, R. F., Wallace, D., "Definition and World Resources of Natural Bitumens", U.S.Geological Survey Bulletin, (1994).
[39]      Hunter H. E., "Experimental Verification of in Situ Upgrading of heavy Oil", Petroleum Equities Inc, October, (2003).
[40]      Stapp, P. R., "In Situ Hydrogenation: Topical Report Niper-434", National Institute for Petroleum and Energy Research, (1989).
 [4]       Cui, J., Zhang, Zh., Liu, X., Liu, L., Peng, J., "Analysis of the viscosity reduction of crude oil with nano-Ni catalyst by acoustic cavitation", Fuel,