Étude de l'effet de différents liquides ioniques à base

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4054 (2023) Citer cet article

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Les précipitations et les dépôts d’asphaltènes sont considérés comme des problèmes catastrophiques auxquels est confrontée l’industrie pétrolière. Le dépôt d'asphaltène se produit principalement à divers endroits tels que les espaces interstitiels de formation, les pompes, les pipelines, les puits de forage, les têtes de puits, les tubes, les installations de surface et les soupapes de sécurité, provoquant des problèmes opérationnels, des déficits de production et d'énormes pertes économiques. Ce travail vise à étudier l'effet d'une série de liquides aryl-ioniques (IL) synthétisés contenant différentes chaînes alkyles, nommés R8-IL, R10-IL, R12-IL et R14-IL, sur le point de précipitation initial de l'asphaltène dans le brut. huile. R8-IL, R10-IL, R12-IL et R14-IL ont été synthétisés avec des rendements élevés (le rendement variait entre 82 et 88 %) et caractérisés via différents outils d'analyse (FTIR, RMN 1H et analyse élémentaire). Leur analyse gravimétrique thermique (ATG) a été étudiée et a montré un degré raisonnable de stabilité. Il a été constaté que R8-IL (chaîne alkyle courte) a la stabilité la plus élevée, tandis que R14-IL (chaîne alkyle longue) est la plus faible. Des calculs de chimie quantique ont été menés pour étudier la réactivité et la géométrie de leurs structures électroniques. De plus, leurs tensions superficielles et interfaciales ont été étudiées. Il a été constaté que l’efficacité des paramètres tensioactifs augmentait en augmentant la longueur de la chaîne alkyle. Les IL ont été évalués pour retarder le début du point de précipitation des asphaltènes en utilisant différentes méthodes ; la viscosité cinématique et l'indice de réfraction. Les résultats des deux méthodes ont montré un retard du début des précipitations après l’ajout des IL préparées. Les agrégats d'asphaltène ont été dispersés en raison des interactions π – π* et de la formation de liaisons hydrogène avec les IL.

Le pétrole brut joue toujours un rôle important dans le domaine énergétique, même si les chercheurs recherchent différentes sources d'énergie en raison de la forte demande1,2. L’utilisation de techniques de récupération primaire et secondaire du pétrole laisse plus de 30 % du pétrole non récupéré à l’intérieur des pores des réservoirs. L'asphaltène est le composant le plus lourd et le plus aromatique du pétrole brut ; il est essentiel pour les aspects globaux des opérations en amont ou en aval en raison de sa nature à coordonner et à former des clusters3. La viscosité du pétrole brut est fortement affectée par les asphaltènes ; par conséquent, tous les domaines d'exploitation des ressources sont affectés, y compris l'assurance du débit, les faibles distillats et la stabilité des émulsions, ce qui entraîne des problèmes de mouillabilité et de séparation de phases. Selon sa solubilité, l'asphaltène est insoluble dans les chaînes alcanes courtes et complètement soluble dans les composés aromatiques, par exemple le benzène, le toluène et le xylène (BTX)4. Différents traitements d'inhibition des asphaltènes ont été améliorés pour améliorer les propriétés du pétrole brut : technologies de rejet de carbone ; désasphaltage au solvant (SDA); désasphaltage au solvant de craquage doux (MCSD) ; et la méthode d'aquathermolyse. La méthode d'aquathermolyse a été signalée comme la technique la plus efficace pour réduire la viscosité du pétrole brut lourd, augmentant les acides gras saturés et aromatiques tout en diminuant la résine et les asphaltènes. De plus, cela nécessite une quantité importante d’énergie et entraîne des risques environnementaux5,6. En fait, la résine présente dans le pétrole brut sert d’inhibiteur d’asphaltène en raison de ses groupes fonctionnels et ses chaînes alkyles ont la capacité de se lier entre l’asphaltène et le milieu non polaire7,8. De nombreux produits chimiques synthétisés ayant une structure similaire à celle des résines peuvent améliorer la stabilisation des asphaltènes dans le système. La plupart des produits chimiques signalés qui ont été utilisés comme dispersants potentiels des asphaltènes comprennent les oxazolidines6, le n-arylaminoalcool9, l'acide benzoïque, l'acide phtalique et l'acide salicylique10. Tous ces produits chimiques sont des composés toxiques pouvant entraîner de nombreux risques environnementaux. À partir de ce moment, les chercheurs ont suggéré les liquides ioniques (LI) comme nouvelle classe de produits chimiques respectueux de l’environnement11,12. Les LI ont suscité un intérêt considérable dans une grande variété d’applications industrielles en raison de leurs caractéristiques distinctives et de leur grande compatibilité avec les enjeux environnementaux13. Une pression de vapeur négligeable, une recyclabilité, une stabilité thermique élevée, une activité de surface non corrosive et élevée et une toxicité légèrement inférieure sont toutes des propriétés appropriées pour que les IL soient considérés comme étant préférables sur le plan environnemental et plus durables que les tensioactifs conventionnels14,15,16,17,18. Les propriétés des IL étant dues à une mauvaise combinaison de coordination entre les cations et les anions qui rendent possibles des altérations ultérieures des structures chimiques, elles peuvent mieux fonctionner dans différentes applications19,20 ; récupération assistée du pétrole21,22,23, élimination du tartre, catalyse, captage du CO224, extraction par solvant25, électrochimie, purification du gaz naturel26, désulfuration, dissolution du pétrole brut et réduction de l'IFT27,28. Les IL ont été signalées par Liu et al.29 pour la première fois dans la dissolution des asphaltènes, et il a été remarqué que les IL les plus efficaces contenaient des cations et des anions aromatiques conjugués avec de puissants accepteurs de liaisons hydrogène. Entre-temps, un autre travail a été rapporté par Boukherissa et al. sur l’utilisation d’IL boroniques (bromure d’acide 1-propyl boronique-3-alkylimidazolium) dans une dispersion d’asphaltène30. Ils ont prédit que le fragment acide boronique réduirait l’agrégation des asphaltènes et améliorerait les interactions entre les asphaltènes et les liquides ioniques. En outre, il a été rapporté que l'IL acide (chlorure de 3-(2-carboxybenzoyl)-1-méthyl-1H-imida zol-3-ium) empêchait la floculation des asphaltènes31. Ghanem et.al. ont rapporté l’effet des IL de sulfonate d’imidazoleum alkylé en tant que dispersants efficaces des asphaltènes7. Les IL protiques peuvent provoquer la dissolution des asphaltènes via des interactions cationiques et un transfert de charge pour former des complexes avec des molécules d'asphaltène. Ils ont tous conclu que l’interaction électrostatique et la formation de liaisons hydrogène favorisaient l’évitement de l’accumulation d’asphaltènes32.