Investigação do efeito de diferentes líquidos iônicos baseados

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4054 (2023) Citar este artigo

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A precipitação e a deposição de asfalteno são consideradas problemas catastróficos que a indústria do petróleo enfrenta. A deposição de asfalteno ocorre principalmente em vários locais, como espaços de poros de formação, bombas, tubulações, furos de poço, cabeça de poço, tubulações, instalações de superfície e válvulas de segurança, causando problemas operacionais, deficiências de produção e enormes perdas econômicas. Este trabalho tem como objetivo estudar o efeito de séries de líquidos aril-iônicos (ILs) sintetizados contendo diferentes cadeias alquílicas, denominados R8-IL, R10-IL, R12-IL e R14-IL, no ponto de início de precipitação do asfalteno em petróleo bruto. óleo. R8-IL, R10-IL, R12-IL e R14-IL foram sintetizados com altos rendimentos (o rendimento variou entre 82 e 88%) e caracterizados através de diferentes ferramentas de análise (FTIR, RMN de 1H e Análise Elementar). Sua Análise Térmica Gravimétrica (TGA) foi investigada e mostrou um razoável grau de estabilidade. Verificou-se que R8-IL (cadeia alquílica curta) tem a estabilidade mais alta, enquanto R14-IL (cadeia alquílica longa) é a mais baixa. Cálculos químicos quânticos foram realizados para estudar a reatividade e a geometria de suas estruturas eletrônicas. Além disso, foram estudadas as tensões superficiais e interfaciais dos mesmos. Verificou-se que a eficiência dos parâmetros tensoativos aumentou com o aumento do comprimento da cadeia alquílica. Os LIs foram avaliados para retardar o início do ponto de precipitação do asfalteno utilizando diferentes métodos; a viscosidade cinemática e o índice de refração. Os resultados dos dois métodos mostraram atraso no início da precipitação após a adição dos ILs preparados. Os agregados de asfalteno foram dispersos devido às interações π–π* e formação de ligações de hidrogênio com os ILs.

O petróleo bruto ainda desempenha um papel significativo no domínio energético, embora os investigadores procurem diferentes fontes de energia devido à elevada procura1,2. A utilização de técnicas de recuperação primária e secundária de petróleo deixa mais de 30% do petróleo não recuperado dentro dos poros dos reservatórios. O asfalteno é o componente mais pesado e aromático do petróleo bruto; é fundamental para aspectos gerais nas operações a montante ou a jusante devido à sua natureza coordenar e formar clusters3. A viscosidade do petróleo bruto é fortemente afetada pelo asfalteno; consequentemente, todas as áreas de exploração de recursos são afetadas, incluindo garantia de fluxo, baixo teor de destilação e estabilidade da emulsão, resultando em problemas de molhabilidade e separação de fases. De acordo com sua solubilidade, o asfalteno é insolúvel em cadeias curtas de alcanos e completamente solúvel em aromáticos, por exemplo, benzeno, tolueno e xileno (BTX)4. Diferentes tratamentos de inibição de asfalteno foram melhorados para melhorar as propriedades do petróleo bruto: tecnologias de rejeição de carbono; desasfaltagem com solvente (SDA); desasfaltagem com solvente de craqueamento suave (MCSD); e o método de aquatermólise. O método de aquatermólise tem sido relatado como a técnica mais eficaz para redução de viscosidade em petróleo bruto pesado, aumentando saturados e aromáticos enquanto diminui resina e asfalteno. Além disso, requer grande quantidade de energia e causa riscos ambientais5,6. Na verdade, a resina do petróleo bruto serve como inibidora do asfalteno devido aos seus grupos funcionais e as cadeias alquílicas têm a capacidade de se ligar entre o asfalteno e o meio apolar . Muitos produtos químicos sintetizados que possuem estrutura semelhante às resinas podem melhorar a estabilização do asfalteno no sistema. A maioria dos produtos químicos relatados que foram usados ​​como potenciais dispersantes de asfalteno incluem oxazolidinas6, álcool n-arilamino9, ácido benzóico, ácido ftálico e ácido salicílico10. Todos esses produtos químicos são compostos tóxicos que podem causar muitos riscos ambientais. A partir deste ponto, os líquidos iônicos (LIs) como uma nova classe de produtos químicos ecologicamente corretos foram sugeridos pelos pesquisadores11,12. Os LIs têm atraído interesse significativo em uma ampla variedade de aplicações industriais devido às suas características distintivas e grande compatibilidade com questões ambientais13. Pressão de vapor insignificante, reciclabilidade, alta estabilidade térmica, não corrosivo, alta atividade superficial e toxicidade ligeiramente menor são propriedades apropriadas para que os LIs sejam considerados ambientalmente preferíveis e mais sustentáveis ​​do que o surfactante convencional14,15,16,17,18. As propriedades dos LIs devido à má combinação de coordenação entre cátions e ânions que possibilitam alterações nas estruturas químicas posteriormente, podem ter melhor desempenho em diferentes aplicações19,20; recuperação aprimorada de petróleo21,22,23, remoção de incrustações, catálise, captura de CO224, extração de solvente25, eletroquímica, purificação de gás natural26, dessulfurização, dissolução de petróleo bruto e redução de IFT27,28. Os LIs foram relatados por Liu et al.29 pela primeira vez na dissolução de asfalteno, e percebeu-se que os LIs mais eficazes continham cátions e ânions aromáticos conjugados com fortes aceitadores de ligações de hidrogênio. Enquanto isso, houve outro trabalho relatado por Boukherissa et al. sobre o uso de LIs borônicos (ácido 1-propilborônico-3-brometo de alquilimidazólio) em dispersão de asfalteno30. Eles previram que a porção ácido borônico reduziria a agregação de asfaltenos e melhoraria as interações entre asfaltenos e líquidos iônicos. Além disso, foi relatado que o IL ácido (cloreto de 3- (2-carboxibenzoil) -1-metil-1H-imida zol-3-io) previne a floculação de asfaltenos . Ghanem et al. relataram o efeito de ILs de sulfonato de imidazol alquilado como dispersantes eficazes de asfalteno7. Os ILs próticos podem causar a dissolução de asfaltenos por meio de interações catiônicas e transferência de carga para formar complexos com moléculas de asfalteno. Todos concluíram que a interação eletrostática e a formação de ligações de hidrogênio promoveram evitar o acúmulo de asfalteno32.