Indagine sull'effetto di diversi liquidi ionici a base

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4054 (2023) Citare questo articolo

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Le precipitazioni e la deposizione di asfaltene sono considerate problemi catastrofici per l'industria petrolifera. La deposizione di asfaltene avviene principalmente in vari luoghi come spazi porosi di formazione, pompe, condutture, pozzi, testa pozzo, tubature, strutture di superficie e valvole di sicurezza causando problemi operativi, carenze produttive ed enormi perdite economiche. Questo lavoro si propone di studiare l'effetto di una serie di liquidi arilionici (IL) sintetizzati contenenti diverse catene alchiliche, denominate R8-IL, R10-IL, R12-IL e R14-IL, sul punto di inizio precipitazione dell'asfaltene nel grezzo olio. R8-IL, R10-IL, R12-IL e R14-IL sono stati sintetizzati con rese elevate (la resa variava tra 82 e 88%) e caratterizzati tramite diversi strumenti di analisi (FTIR, 1H NMR e analisi elementare). La loro analisi gravimetrica termica (TGA) è stata studiata e ha mostrato un ragionevole grado di stabilità. Si è scoperto che R8-IL (catena alchilica corta) ha la massima stabilità, mentre R14-IL (catena alchilica lunga) è quella più bassa. Sono stati condotti calcoli chimici quantistici per studiare la reattività e la geometria delle loro strutture elettroniche. Inoltre è stata studiata la tensione superficiale ed interfacciale degli stessi. Si è scoperto che l'efficienza dei parametri tensioattivi aumentava aumentando la lunghezza della catena alchilica. Gli IL sono stati valutati per ritardare il punto di precipitazione dell'asfaltene utilizzando diversi metodi; la viscosità cinematica e l'indice di rifrazione. I risultati dei due metodi hanno mostrato un ritardo nell'inizio della precipitazione dopo l'aggiunta degli IL preparati. Gli aggregati asfaltenici sono stati dispersi a causa delle interazioni π–π* e della formazione di legami idrogeno con gli IL.

Il petrolio greggio svolge ancora un ruolo significativo nel settore energetico, sebbene i ricercatori stiano cercando diverse fonti di energia a causa dell’elevata domanda1,2. L'uso di tecniche di recupero del petrolio primario e secondario lascia più del 30% del petrolio non recuperato all'interno dei pori dei giacimenti. L'asfaltene è il componente più pesante e aromatico del petrolio greggio; è fondamentale per gli aspetti generali delle operazioni a monte o a valle a causa della sua natura di coordinare e formare cluster3. La viscosità del petrolio greggio è fortemente influenzata dall'asfaltene; di conseguenza, tutte le aree di sfruttamento delle risorse sono interessate, tra cui la garanzia del flusso, il basso distillato e la stabilità dell'emulsione, con conseguenti problemi di bagnabilità e separazione di fase. In base alla sua solubilità, l'asfaltene è insolubile nelle catene corte di alcani e completamente solubile negli aromatici, ad esempio benzene, toluene e xilene (BTX)4. Sono stati migliorati diversi trattamenti di inibizione degli asfalteni per migliorare le proprietà del petrolio greggio: tecnologie di rifiuto del carbonio; deasfaltazione con solvente (SDA); deasfaltazione con solvente per cracking delicato (MCSD); e il metodo dell'acquatermolisi. Il metodo dell'acquatermolisi è stato segnalato come la tecnica più efficace per la riduzione della viscosità del petrolio greggio pesante, aumentando i grassi saturi e gli aromatici e diminuendo la resina e l'asfaltene. Inoltre, richiede una notevole quantità di energia e causa rischi ambientali5,6. È un dato di fatto, la resina nel petrolio greggio funge da inibitore dell'asfaltene perché i suoi gruppi funzionali e le catene alchiliche hanno la capacità di legarsi tra l'asfaltene e il mezzo non polare7,8. Molte sostanze chimiche sintetizzate che hanno una struttura simile alle resine possono migliorare la stabilizzazione dell'asfaltene nel sistema. La maggior parte delle sostanze chimiche segnalate che sono state utilizzate come potenziali disperdenti degli asfalteni includono ossazolidine6, n-aril aminoalcol9, acido benzoico, acido ftalico e acido salicilico10. Tutte queste sostanze chimiche sono composti tossici che possono causare molti rischi ambientali. Da questo punto i ricercatori hanno suggerito i liquidi ionici (IL) come una nuova classe di sostanze chimiche ecocompatibili11,12. Gli IL hanno suscitato un notevole interesse in un'ampia varietà di applicazioni industriali a causa delle loro caratteristiche distintive e della grande compatibilità con le questioni ambientali13. Pressione di vapore trascurabile, riciclabilità, elevata stabilità termica, non corrosività, elevata attività superficiale e tossicità leggermente inferiore sono tutte proprietà appropriate affinché gli IL possano essere considerati preferibili dal punto di vista ambientale e meglio sostenibili rispetto al tensioattivo convenzionale14,15,16,17,18. Le proprietà degli IL possedendo una scarsa coordinazione tra cationi e anioni che rendono possibili successive alterazioni nelle strutture chimiche, possono funzionare meglio in diverse applicazioni19,20; recupero migliorato del petrolio21,22,23, rimozione delle incrostazioni, catalisi, cattura di CO224, estrazione con solventi25, elettrochimica, purificazione del gas naturale26, desolforazione, dissoluzione del petrolio greggio e riduzione IFT27,28. Gli IL sono stati segnalati da Liu et al.29 per la prima volta nella dissoluzione dell'asfaltene e si è notato che gli IL più efficaci contenevano cationi aromatici e anioni coniugati con forti accettori di legami idrogeno. Nel frattempo, c'era un altro lavoro riportato da Boukherissa et al. sull'uso degli IL boronici (acido 1-propilboronico-3-alchilimidazolio bromuro) nella dispersione dell'asfaltene30. Hanno previsto che la porzione di acido boronico ridurrebbe l'aggregazione degli asfalteni e migliorerebbe le interazioni tra asfalteni e liquidi ionici. Inoltre, è stato segnalato che l'IL acida (3-(2-carbossibenzoil)-1-metil-1H-imida zol-3-io cloruro) previene la flocculazione degli asfalteni31. Ghanem et al. hanno riportato l'effetto degli IL alchilati di imidazolo sulfonato come efficaci disperdenti dell'asfaltene7. Gli IL protici possono causare la dissoluzione degli asfalteni tramite interazioni cationiche e trasferimento di carica per formare complessi con molecole di asfalteni. Tutti hanno concluso che l'interazione elettrostatica e la formazione di legami idrogeno favoriscono l'evitamento dell'accumulo di asfaltene32.