بهبود خواص نفت سنگين در سامانه كاويتاسيون هيدروديناميك: اثر حضور منبع هيدروژني و نانوذرات فلزي

Heavy Oil Upgrading in a Hydrodynamic Cavitation Setup: The effect of Hydrogen Donor and Metal Nanoparticles

كاويتاسيون يكي از تكنيك هايي است كه مي توان از آن براي افزايش كارايي فرآيند پالايش باقي مانده هاي برج تقطير و يا افزايش استحصال تركيبات سبك تر و مفيدتر نفت خام سنگين و افزايش كيفيت آن استفاده كرد. فروپاشي سريع حباب كه در حالت آدياباتيك اتفاق مي افتد باعث افزايش ناگهاني فشار و دماي موضعي سيال مي شود. شرايط پيش آمده به گونه اي است كه مي تواند باعث شكستن پيوند بين اتم ها، ايجاد و انتشار راديكال هاي فعال در محيط و در نتيجه انجام واكنش هاي شيميايي و همچنين فعال شدن كاتاليست هاي مجاور حباب هاي در حال فروپاشي شود. در اين مطالعه از سامانه آزمايشگاهي كاويتاسيون هيدروديناميك براي بهبود خواص نفت كوره پالايشگاه لاوان استفاده شد. در آزمون هاي اين تحقيق، از بنزين به عنوان منبع توليد هيدروژن و همچنين از نانوذرات آهن به عنوان كاتاليست براي بهبود خواص نفت سنگين استفاده شده است. نتايج نشان مي دهد كه استفاده از 1% حجمي بنزين در فرآيند كاويتاسيون مي تواند گرانروي نفت سنگين را در مدت زمان min 10 به ميزان 19 % كاهش دهد. همچنين حضور نانوذرات آهن در اين فرآيند باعث افزايش سرعت مصرف هيدروژن و در نتيجه افزايش سرعت كاهش گرانروي در حضور منبع هيدروژني مناسب مي شود.

Cavitation technique can be used to increase the efficiency of the refining process of the heavy atmospheric and vaccum residuals and to upgrade the heavy stocks. The adiabatic collapse of the bubbles generated as a consequence of pressure reduction can produce conditions of very high localized temperature and pressure whilst the global conditions remain with no sensible change. In such a case، the bonds between atoms of molecules trapped in the bubble would be broken، some active radicals may be generated، chemical reactions may occur، and some catalyst particles may be activated. This paper investigated upgrading an Iranian refinery heavy fuel oil in a hydrodynamic cavitation setup. The system contains a feed tank، an internal 2 kW heating element، an additive container، a rotary pump (model DRP 16 lpm) with a 2.2 kW electric motor، a cavitation chamber، recycle pipe and a light products container. The stainless steel cavitation chamber consists of two narrow grooves at the top، a cone shape body and a collector at the bottom. Gasoline as a hydrogen donor and iron nanoparticles as catalyst were added to the cavitational heavy oil upgrading process. The results indicated that the cavitational processing in the presence of gasoline can reduce the viscosity and the total sulfur content of the heavy oil sample. Adding 1 vol% gasoline to a 10-minutes cavitational cracking process at 80 °C and atmospheric pressure can reduce the viscosity of heavy oil by 19%. In addition، iron nanoparticles increase the rate of hydrogen uptake and therefore the rate of viscosity reduction of heavy oil، in the presence of proper hydrogen donor.