さまざまなイオン液体ベースの効果の調査

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4054 (2023) この記事を引用

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アスファルテンの沈殿と堆積は、石油産業が直面する壊滅的な問題と考えられています。 アスファルテンの堆積は主に、地層細孔空間、ポンプ、パイプライン、坑井、坑口、配管、地上設備、安全弁などのさまざまな場所で発生し、操業上の問題、生産欠陥、莫大な経済的損失を引き起こします。 この研究は、R8-IL、R10-IL、R12-IL、および R14-IL と名付けられた、異なるアルキル鎖を含む一連の合成アリール イオン液体 (IL) が、原油中のアスファルテンの析出開始点に及ぼす影響を研究することを目的としています。油。 R8-IL、R10-IL、R12-IL、および R14-IL は高収率で合成され (収率は 82 ～ 88% の間で変化しました)、さまざまな分析ツール (FTIR、1H NMR、および元素分析) によって特性評価されました。 熱重量分析 (TGA) が調査され、適度な安定性が示されました。 R8-IL (短いアルキル鎖) が最も安定性が高く、R14-IL (長いアルキル鎖) が最も安定性が低いことがわかりました。 量子化学計算は、それらの電子構造の反応性と幾何学的形状を研究するために実施されました。 さらに,それらの表面張力と界面張力を研究した。 界面活性パラメータの効率は、アルキル鎖の長さを増加させることによって増加することが判明した。 IL は、さまざまな方法を使用してアスファルテンの析出開始点を遅らせるために評価されました。 動粘度と屈折率。 2 つの方法の結果は、調製した IL の添加後の沈殿開始の遅延を示しました。 アスファルテン凝集体は、IL との π-π* 相互作用と水素結合形成により分散されました。

原油は依然としてエネルギー分野で重要な役割を果たしていますが、需要が高いため、研究者はさまざまなエネルギー源を模索しています1,2。 一次および二次石油回収技術を使用すると、油層の細孔内に 30% 以上の石油が未回収のまま残ります。 アスファルテンは原油の中で最も重く、最も芳香のある成分です。 これは、クラスターを調整して形成する性質があるため、上流または下流の操作の全体的な側面にとって重要です3。 原油の粘度はアスファルテンの影響を強く受けます。 その結果、流動性の確保、低留出物、エマルションの安定性など、資源利用のあらゆる領域が影響を受け、その結果、湿潤性や相分離の問題が発生します。 その溶解度によれば、アスファルテンは短いアルカン鎖には不溶ですが、ベンゼン、トルエン、キシレン (BTX)4 などの芳香族化合物には完全に溶けます。 原油の特性を高めるために、さまざまなアスファルテン抑制処理が改良されてきました。 溶剤脱れき（SDA）; 軽度のクラッキング溶剤脱れき（MCSD）; そして水熱分解法。 水熱分解法は、樹脂とアスファルテンを減少させながら飽和物と芳香族を増加させ、重質原油の粘度を下げるための最も効果的な技術として報告されています。 さらに、大量のエネルギーを必要とし、環境危険を引き起こします5、6。 実際、原油中の樹脂は、その官能基とアルキル鎖がアスファルテンと非極性媒体の間を結合する能力を持っているため、アスファルテン抑制剤として機能します7,8。 樹脂と同様の構造を持つ多くの合成化学物質は、システム内のアスファルテンの安定性を高めることができます。 潜在的なアスファルテン分散剤として使用されていると報告されている化学物質のほとんどには、オキサゾリジン6、n-アリールアミノアルコール9、安息香酸、フタル酸、サリチル酸10が含まれます。 これらの化学物質はすべて有毒な化合物であり、多くの環境危険を引き起こす可能性があります。 この時点から、環境に優しい新しい種類の化学物質としてイオン液体 (IL) が研究者によって提案されました 11,12。 IL は、その独特の特性と環境問題との優れた適合性により、さまざまな産業用途で大きな関心を集めています13。 無視できる蒸気圧、リサイクル可能性、高い熱安定性、非腐食性、高い表面活性、およびわずかに低い毒性はすべて、環境的に好ましく、従来の界面活性剤より持続可能であると考えられる IL にとって適切な特性です 14、15、16、17、18。 IL の特性は、カチオンとアニオンの間の配位の組み合わせが不十分であるため、その後の化学構造の変化が可能であり、さまざまな用途でより優れた性能を発揮できます 19,20。 石油回収の強化21、22、23、スケール除去、触媒作用、CO224の捕捉、溶媒抽出25、電気化学、天然ガス精製26、脱硫、原油溶解およびIFT削減27、28。 アスファルテン溶解における IL は Liu らによって初めて報告され 29、最も効果的な IL には強い水素結合受容体を持つ共役芳香族カチオンとアニオンが含まれることが注目されました。 一方、Boukherissa らによって報告された別の研究がありました。 アスファルテン分散液中でのボロン酸 IL (1-プロピルボロン酸-3-臭化アルキルイミダゾリウム) の使用について 30。 彼らは、ボロン酸部分がアスファルテンの凝集を減少させ、アスファルテンとイオン液体の間の相互作用を改善すると予測しました。 また、酸性 IL (3-(2-カルボキシベンゾイル)-1-メチル-1H-イミダゾル-3-イウム クロリド) はアスファルテンの凝集を防止することが報告されています 31。 ガーネムら。 は、有効なアスファルテン分散剤としてのアルキル化イミダゾリウムスルホネート IL の効果を報告しました。 プロトン性 IL は、カチオン相互作用および電荷移動を介してアスファルテンの溶解を引き起こし、アスファルテン分子と複合体を形成します。 彼らは全員、静電相互作用と水素結合の形成がアスファルテンの蓄積の回避を促進すると結論付けました32。