مطالعه سینتیکی و ترمودینامیکی جذب آسفالتین بر روی نانوذرات زئولیت ZSM-5

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ایلام، ایلام، ایران

2 دانشگاه ایلام

3 گروه مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد ایوان‌غرب، ایوان، ایران

چکیده

آسفالتین یکی از ترکیبات موجود در نفت خام با سنگین‌ترین کسر می‌باشد که این ویژگی سبب ته‌نشین شدن و رسوب آن بر روی سنگ مخزن یا لوله‌های استخراج و انتقال می‌شود. تاکنون روش‌های مختلفی برای جداکردن و یا حذف آن پیشنهاد شده است که جذب آسفالتین با استفاده از نانوذرات یکی از کارآمدترین آنها است. به منظور بهینه‌سازی فرآیند جذب سطحی آسفالتین، اثر پارامترهایی همچون غلظت آسفالتین، پارامتر دما و میزان جاذب بارگذاری شده (زئولیت ZSM-5) مورد بررسی قرار گرفتند. مشخصات فیزیکی و شیمیایی جاذب نیز توسط SEM، XRD و FTIR بررسی گردید. تصاویر SEM نشان داد که نانوذرات تابوتی شکل زئولیتZSM-5 در جذب آسفالتین بسیار کارا بوده و بعد از جذب به صورت کلوخه در می‌آیند. آنالیزهای XRD و FT-IR نیز حضور آسفالتین در زئولیت ZSM-5 را بعد از فرآیند جذب سطحی تأیید نمودند. داده‌های تعادلی با ایزوترم‌های لانگمویر و فرندلیچ برای اطلاع از هم‌دمای جذب، برازش شدند. نتایج به‌دست آمده نشان داد که رفتار جذبی آسفالتین‌ بر روی زئولیتZSM-5 را می‌توان با استفاده از هم‌دمای لانگمویر بخوبی توصیف نمود. نتایج سینتیکی نشان دادند که آسفالتین به سرعت و در مدت زمان کمتر از ۲ ساعت جذب نانو ذرات زئولیت می‌شوند. با مقایسه مدل های سینتیکی شبه مرتبه‌ی اول و شبه مرتبه ی دوم می توان دریافت که مدل سینتیکی شبه مرتبه‌ی دوم به خوبی رفتار سینتیکی جذب آسفالتین را بر روی نانو ذرات زئولیت ZSM-5 پیش‌بینی می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Kinetics and thermodynamic studies of asphaltene adsorption onto Zeolite ZSM-5 nanoparticles

نویسندگان [English]

  • Mohsen Mansouri 1
  • Hossein Razmeh 1
  • Behrouz Bayati 2
  • Naimeh Setarehshenas 3
1 Department of Chemical Engineering, Ilam University, Ilam 69315-516, Iran
2 1 Department of Chemical Engineering, Ilam University, P.O. Box: 69315-516, Ilam, Iran
3 Department of Chemical Engineering, Eyvan-e-Gharb Branch, Islamic Azad University, P.O. Box: 694111-1359, Eyvan, Iran
چکیده [English]

Asphaltene is one of the compounds in crude oil with the heaviest fraction, which causes it to settle and deposit on reservoir or extraction pipes. Various methods have been proposed for its severance or removal so far, as the adsorption of asphaltene using nanoparticles is one of the most efficient ones. The effects of parameters such as asphaltene concentration, temperature and the amount of adsorbent loaded (ZSM-5 zeolite) were investigated in order to optimize the adsorption process of asphaltenes. The physical and chemical properties of the adsorbents were also investigated by SEM, XRD and FTIR. SEM images showed that the ZSM-5 zeolite nanoparticles are highly efficient in adsorption of asphaltene and become agglomerated after adsorption. XRD and FT-IR analyzes also confirmed the presence of asphaltene in the ZSM-5 zeolite after the adsorption process. The equilibrium data were fitted with the Langmuir and Freundlich isotherms to know the adsorption isotherm. The results showed that the adsorption behavior of asphaltene on ZSM-5 zeolite can be well described using Langmuir isotherm. The kinetic results showed that the asphaltenes were rapidly adsorbed to the zeolite in less than 2 hours. By comparing the pseudo-first-order and pseudo-second-order kinetic models, it can be concluded that the pseudo-second-order kinetic model well predicts the kinetic behavior of asphaltene adsorption on ZSM-5 zeolite nanoparticles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanoparticles
  • Asphaltene
  • Zeolite – ZSM5
  • Adsorption

مراجع

[1] S. Alimohammadi, S. Zendehboudi, L. James, Fuel 252 (2019) 753
[2].S. Kashefi, M.N. Lotfollahi, A. Shahrabadi, Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP Energies nouvelles 73 (2018) 1.
[3] G. Raj, E. Larkin, A. Lesimple, P. Commins, J. Whelan, P. Naumov, Energy Fuels 33 (2019) 2030
[4] B. Mirzayi, N. Naghdi Shayan, S.A. Mousav Dehghani, Petroleum Research, 82 (1394) 132, in Persian.
[5] R. Matoorian, M.R. Malaieri, Asphalten in Oil Industru, Setayesh Publication Institue, Tehran (1393), in Persian.
[6] S. Kashefi, A. Shahrabadi, M.N. Lotfollahi, A. Varamesh, Korean J. Chem. Eng. 33 (2016) 3273.
[7] S. Wang, Q. Liu, X. Tan, C. Xu, M.R. Gray, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 504 (2016) 280.
[8] T. Pernyeszi, A. Patzko, O. Berkesi, I. Dékány, Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Asp. 137 (1998) 373
[9] N.N. Nassar, Energy Fuels 24 (2010) 4116.
[10] C. Franco, E. Patiño, P. Benjumea, M.A. Ruiz, F.B. Cortés, Fuel 105 (2013) 408.
[11] A.W. Marczewski, M. Szymula, Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 208 (2002) 259
[12] H. Alboudwarej, D. Pole, W.Y. Svrcek, H.W. Yarranton, Ind. Eng. Chem. Res. 44 (2005) 5585.
[13] N.N. Nassar, A. Hassan, P. Pereira-Almao, Energy Fuels, 25 (2011) 3961.
[14] M.F. González, C.S. Stull, F. López-Linares, P. Pereira-Almao, Energy Fuels 21 (2007) 234.
[15] N.N. Nassar, A. Hassan, P. Pereira-Almao, Energy Fuels 25 (2011) 1017.
[16] B. Mirzayi, N.N. Shayan, J. Petrol. Sci. Eng. 121 (2014) 134.
[17] Y. Kazemzadeh, S.E. Eshraghi, K. Kazemi, S. Sourani, M. Mehrabi, Y. Ahmadi, Ind. Eng. Chem. Res. 54 (2015) 233.
[18] S.I. Hashemi, B. Fazelabdolabadi, S. Moradi, A.M. Rashidi, A. Shahrabadi, H. Bagherzadeh, Appl. Nanosci. 6 (2016) 71.
[19] R. Karimi, B. Bayati, N. C. Aghdam, M. Ejtemaee, A. A. Babaluo, Powder Technol. 229 (2012) 229.
[20] IP 143/84, Asphaltene Precipitation with Normal Heptane, Standard Methods for Analysis and Testing of Petroleum and Related Products, Vol.1, Institute of Petroleum, London, (1988).
[21] S. Arjang, K. Motahari, J. Of Applied Chemistry, 52 (1398) 9, in Persian.
[22] Z. Molaei, M. Hamzehloueian, K. Ghasemi, F. Soleimanian, J. Of Applied Chemistry, 52 (1398) 103, in Persian.
شیمى کاربردى روز
دوره 15، شماره 56
مهر 1399
صفحه 267-284

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار