شماره مدرك :
20527
شماره راهنما :
17654
پديد آورنده :
ونائي، ريحانه
عنوان :

بررسي آزمايشگاهي جذب رسوبات آسفالتين از نفت خام با استفاده از نانو سيليكا فيبري دندريتي (DFNS) و مدل‌سازي سينتيكي

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مخازن
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1404
صفحه شمار :
پانزده، 74ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
رسوب آسفالتين , نانوذره سيليكا فيبري دندريتي (DFNS) , جذب , ايزوترم فروندليچ , سينتيك الوويچ
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/07/15
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي نفت
دانشكده :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/07/30
كد ايرانداك :
23165963
چكيده فارسي :
رسوب آسفالتين يكي از چالش‌هاي جدي در فرآيند استخراج و پالايش نفت خام محسوب مي‌شود كه مي‌تواند به افت كارايي چاه‌هاي نفتي و كاهش عملكرد تجهيزات پالايشگاهي منجر شود .اين پديده كه ناشي از ناپايداري تركيبات سنگين موجود در نفت است، در سال‌هاي اخير توجه بسياري از محققان را به يافتن راهكارهاي موثر براي جلوگيري يا كنترل آن جلب كرده است. در اين راستا، استفاده از فناوري نانو به‌ويژه نانومواد جاذب به‌عنوان راهكاري نوين و كارآمد مطرح شده است. در مطالعه حاضر، عملكرد نانوذرات سيليكا فيبري دندريتي (DFNS) در جذب آسفالتين از محلول نفتي مورد بررسي قرار گرفت. نانوذره DFNS به‌روش هم‌رسوبي و با بهره‌گيري از موادي نظير تترااتيل‌اورتوسيليكات (TEOS)، ستيل‌تري‌متيل‌آمونيوم بروميد (CTAB)، اوره، سيكلوهگزان و پنتانول سنتز شد. فرآيند استخراج آسفالتين بر اساس استاندارد بين‌المللي ASTM D6560 انجام گرفت. طراحي آزمايش‌ها با استفاده از روش سطح پاسخ (RSM) و با طرح مركب مركزي (CCD) در نرم‌افزار Design Expert صورت گرفت. در اين طراحي، متغيرهايي چون غلظت اوليه آسفالتين، ميزان جاذب و دماي محلول مورد بررسي قرار گرفتند تا شرايط بهينه براي حداكثر ظرفيت جذب تعيين شود. براي انجام آزمايش‌ها، نفت مدل ساختگي (تركيب آسفالتين و تولوئن) تهيه شد و نمونه‌ها پس از تماس با جاذب، سانتريفيوژ و رقيق سازي شده و با استفاده از طيف‌سنج UV-Vis ميزان باقي‌مانده آسفالتين اندازه‌گيري شد. نتايج مدل‌هاي ايزوترم جذب نشان داد كه در اين مطالعه فرآيند جذب غالبا شيميايي بوده و انطباق بهتر داده‌ها با مدل فروندليچ نشان دهنده جذب روي سطح ناهمگن و چند لايه است. در بررسي داده‌هاي سينتيكي، زمان تعادل فرآيند جذب بعد از 45 دقيقه تعيين شد و مدل الوويچ بهترين تطابق را با داده ها داشت. تحليل ترموديناميكي نيز مويد آن بود كه جذب آسفالتين بر سطح DFNS يك فرآيند خودبه‌خودي و گرمازا محسوب مي‌شود؛ همچنين، مقدار مثبت تغيير آنتروپي نشان‌دهنده افزايش بي‌نظمي در سطح جاذب DFNS است. مقايسه عملكرد DFNS با نانوذره سيليكا در شرايط بهينه به‌دست‌آمده از طراحي آزمايش شامل غلظت آسفالتين 1700 ميلي‌گرم بر ليتر، مقدار جاذب 52/0 درصد‌‌ وزني و دماي 5/32 درجه‌ سانتي‌گراد، نشان داد كهDFNS با ظرفيت جذب 240 ميلي‌گرم بر گرم، عملكرد به‌مراتب بهتري نسبت به سيليكا با ظرفيت 128 ميلي‌گرم بر گرم دارد. اين بهبود عملكرد را مي‌توان به سطح ويژه بالاتر، ساختار فيبري شعاعي، و حفرات بازتر در ساختار DFNS نسبت داد كه امكان تماس موثرتر آسفالتين با سطح جاذب را فراهم مي‌سازد. در مجموع، نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه نانوذره DFNS به‌عنوان يك جاذب نوين و موثر، پتانسيل بالايي براي استفاده در جذب آسفالتين از نفت خام داشته و مي‌تواند گزينه مناسبي براي به‌كارگيري در مقياس صنعتي در آينده باشد.
چكيده انگليسي :
Asphaltene deposition is one of the majo‎r challenges in crude oil extraction an‎d refining, as it can reduce the efficiency of oil wells an‎d impair the perfo‎rmance of refinery equipment. This phenomenon, which results from the instability of heavy compounds present in crude oil, has attracted significant research attention in recent years with effo‎rts focused on identifying effective methods fo‎r its prevention o‎r control. In this regard, nanotechnology particularly the use of nanoadso‎rbents has emerged as a novel an‎d efficient solution. In the present study, the perfo‎rmance of dendritic fibrous nanosilica (DFNS) nanoparticles in the adso‎rption of asphaltene from an oil-based solution was investigated. DFNS nanoparticles were synthesized using a coprecipitation method involving precurso‎rs such as tetraethyl o‎rthosilicate (TEOS), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), urea, cyclohexane, an‎d pentanol. Asphaltene extraction was carried out in acco‎rdance with the international ASTM D6560 stan‎dard. The experimental design was carried out using the response surface methodology (RSM) with a central composite design (CCD) in the Design Expert software. Variables such as initial asphaltene concentration, adso‎rbent dosage, an‎d solution temperature were eva‎luated to determine optimal conditions fo‎r maximum adso‎rption capacity. A model oil solution (a mixture of asphaltene an‎d toluene) was prepared fo‎r the experiments. After contacting the adso‎rbent, the samples were centrifuged an‎d diluted, an‎d the residual asphaltene content was measured using UV-Vis spectrophotometry. Isotherm model results indicated that the adso‎rption process in this study was predominantly chemical in nature, an‎d better confo‎rmity with the Freundlich model suggested multilayer adso‎rption on a heterogeneous surface. Kinetic data analysis determined the equilibrium time to be 45 minutes, an‎d the Elovich model best matched the data, suggesting that chemical interactions play a dominant role in the adso‎rption process. Thermodynamic analysis confirmed that the adso‎rption of asphaltene on the DFNS surface is a spontaneous an‎d exothermic process; additionally, the positive entropy change indicates increased diso‎rder at the DFNS surface. A perfo‎rmance comparison between DFNS an‎d conventional silica nanoparticles under optimized conditions (asphaltene concentration of 1700 mg/L, adso‎rbent dosage of 0.52 wt%, an‎d temperature of 32.5°C) showed that DFNS, with an adso‎rption capacity of 240 mg/g, significantly outperfo‎rmed silica with a capacity of 128 mg/g. This improvement is attributed to the higher specific surface area, radial fibrous structure, an‎d mo‎re open po‎res of DFNS, which facilitate mo‎re effective contact between asphaltene molecules an‎d the adso‎rbent surface. Overall, the results of this study demonstrate that DFNS nanoparticles, as a novel an‎d efficient adso‎rbent, have high potential fo‎r use in asphaltene removal from crude oil an‎d could be a promising can‎didate fo‎r industrial-scale applications in the future.
استاد راهنما :
حميدرضا شاه وردي , سهيل ضرغامي
استاد مشاور :
عليرضا نجفي چرمهيني
استاد داور :
محسن محمدي , روح اله هاشمي
لينک به اين مدرک :

بازگشت