다양한 이온성 액체 기반의 효과 조사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4054(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

아스팔텐의 침전 및 퇴적은 석유 산업이 직면한 재앙적인 문제로 간주됩니다. 아스팔텐 퇴적은 주로 형성 공극, 펌프, 파이프라인, 유정, 유정, 튜빙, 표면 시설, 안전 밸브 등 다양한 장소에서 발생하여 운영 문제, 생산 부족 및 막대한 경제적 손실을 초래합니다. 이 연구는 R8-IL, R10-IL, R12-IL 및 R14-IL로 명명된 서로 다른 알킬 사슬을 포함하는 일련의 합성된 아릴 이온성 액체(IL)가 원유에서 아스팔텐의 침전 시작점에 미치는 영향을 연구하는 것을 목표로 합니다. 기름. R8-IL, R10-IL, R12-IL 및 R14-IL은 높은 수율(82~88%의 수율)로 합성되었으며 다양한 분석 도구(FTIR, 1H NMR 및 원소 분석)를 통해 특성화되었습니다. 열 중량 분석(TGA)을 조사한 결과 합리적인 수준의 안정성이 나타났습니다. R8-IL(짧은 알킬 사슬)이 가장 높은 안정성을 갖는 반면, R14-IL(긴 알킬 사슬)은 가장 낮은 안정성을 갖는 것으로 나타났습니다. 전자 구조의 반응성과 기하학을 연구하기 위해 양자 화학 계산이 수행되었습니다. 또한, 이들의 표면 및 계면 장력을 연구하였다. 알킬 사슬의 길이가 길어짐에 따라 표면 활성 매개변수의 효율이 증가하는 것으로 나타났습니다. IL은 다양한 방법을 사용하여 아스팔텐의 침전 시작점을 지연시키는 것으로 평가되었습니다. 동점도와 굴절률. 두 가지 방법의 결과는 준비된 IL을 첨가한 후 개시 침전이 지연되는 것으로 나타났습니다. 아스팔텐 응집체는 π-π* 상호작용 및 IL과의 수소 결합 형성으로 인해 분산되었습니다.

원유는 여전히 에너지 영역에서 중요한 역할을 하고 있지만, 수요가 높기 때문에 연구자들은 다양한 에너지원을 찾고 있습니다1,2. 1차 및 2차 오일 회수 기술을 사용하면 저장소 기공 내부에 오일의 30% 이상이 회수되지 않은 채로 남게 됩니다. 아스팔텐은 원유에서 가장 무겁고 가장 방향족인 성분입니다. 클러스터를 조정하고 형성하는 특성 때문에 업스트림 또는 다운스트림 작업의 전반적인 측면에 매우 중요합니다3. 원유의 점도는 아스팔텐의 영향을 크게 받습니다. 결과적으로 흐름 보장, 저유출액, 유제 안정성 등 자원 활용의 모든 영역이 영향을 받아 습윤성 및 상분리 문제가 발생합니다. 용해도에 따라 아스팔텐은 짧은 알칸 사슬에 용해되지 않으며 방향족 화합물(예: 벤젠, 톨루엔, 자일렌(BTX)4)에는 완전히 용해됩니다. 원유의 특성을 향상시키기 위해 다양한 아스팔텐 억제 처리가 개선되었습니다. 탄소 제거 기술; 용제 탈아스팔트화(SDA); 약한 분해 용제 탈아스팔팅(MCSD); 그리고 수열분해법. 수열분해법은 중질유의 점도를 감소시키고, 포화지방과 방향족 화합물을 증가시키며, 수지와 아스팔텐을 감소시키는 가장 효과적인 기술로 보고되었습니다. 또한 심각한 양의 에너지가 필요하며 환경 위험을 유발합니다5,6. 실제로 원유의 수지는 작용기와 알킬 사슬이 아스팔텐과 비극성 매질 사이를 연결하는 능력을 갖고 있기 때문에 아스팔텐 억제제 역할을 합니다7,8. 수지와 유사한 구조를 가진 많은 합성 화학물질은 시스템의 아스팔텐 안정화를 향상시킬 수 있습니다. 잠재적인 아스팔텐 분산제로 사용된 보고된 화학물질의 대부분에는 옥사졸리딘6, n-아릴 아미노 알코올9, 벤조산, 프탈산 및 살리실산10이 포함됩니다. 이러한 화학 물질은 모두 환경에 많은 위험을 초래할 수 있는 독성 화합물입니다. 이 시점부터 연구자들은 새로운 친환경 화학물질인 이온성 액체(IL)를 제안했습니다. IL은 독특한 특성과 환경 문제와의 뛰어난 호환성으로 인해 다양한 산업 응용 분야에서 상당한 관심을 끌었습니다. 무시할 수 있는 증기압, 재활용성, 높은 열 안정성, 비부식성, 높은 표면 활성 및 약간 낮은 독성은 모두 IL이 환경적으로 바람직하고 기존 계면활성제보다 지속 가능성이 더 높은 것으로 간주되는 적절한 특성입니다14,15,16,17,18. 양이온과 음이온 사이의 열악한 배위 조합을 소유한 IL의 특성은 이후 화학 구조의 변경을 가능하게 하며 다양한 응용 분야에서 더 잘 수행될 수 있습니다. 향상된 오일 회수21,22,23, 스케일 제거, 촉매 작용, CO224 포집, 용매 추출25, 전기화학, 천연 가스 정화26, 탈황, 원유 용해 및 IFT 감소27,28. IL은 아스팔텐 용해에서 처음으로 Liu et al.29에 의해 보고되었으며, 가장 효과적인 IL은 강한 수소 결합 수용자를 갖는 공액 방향족 양이온과 음이온을 포함한다는 것이 알려졌습니다. 한편 Boukherissa 등이 보고한 또 다른 연구가 있었습니다. 아스팔텐 분산액에서 보론산 IL(1-프로필 보론산-3-알킬이미다졸륨 브로마이드)의 사용에 관한 것입니다30. 그들은 붕산 부분이 아스팔텐 응집을 감소시키고 아스팔텐과 이온성 액체 사이의 상호작용을 향상시킬 것이라고 예측했습니다. 또한 산성 IL(3-(2-카르복시벤조일)-1-메틸-1H-이미다졸-3-ium 염화물)은 아스팔텐의 응집을 방지하는 것으로 보고되었습니다31. Ghanemet.al. 효과적인 아스팔텐 분산제로서 알킬화된 이미다졸륨 설포네이트 IL의 효과를 보고했습니다. 양성자성 IL은 양이온 상호 작용 및 전하 이동을 통해 아스팔텐의 용해를 유발하여 아스팔텐 분자와 복합체를 형성할 수 있습니다. 그들은 모두 정전기적 상호작용과 수소 결합 형성이 아스팔텐 축적 방지를 촉진한다고 결론지었습니다.