"فیزیک در صنعت نفت"

تعرفه تبلیغات در سایت
عنوان عکس
عنوان عکس
عنوان عکس
عنوان عکس
عنوان عکس

جستجوگر

یافته ها در جستجو

    امکانات وب

    Yahoo Messenger Icons

    گفتگوی آنلاین با علیرضا فرزادنیا

    برچسب ها

    "فیزیک در صنعت نفت"

        علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده و نیرو را مطالعه می‌کند. مفاهیم بنیادی پدیده‌های طبیعی تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می‌شوند. این قوانین به توسط علوم ریاضی فرمول بندی می‌شوند، بطوری که قوانین فیزیک و روابط ریاضی باهم در توافق بوده و مکمل هم هستند و دوتایی قادرند کلیه پدیده‌های فیزیکی را توصیف نمایند.تاریخچه علم فیزیک

            از روزگاران باستان مردم سعی می‌کردند رفتار ماده را بفهمند. و بدانند که: چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند؟ ، چرا برخی مواد سنگینترند؟ و … همچنین جهان ، تشکیل زمین و رفتار اجرام آسمانی مانند ماه و خورشید برای همه معما بود.


     "فیزیک در صنعت نفت"

        علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده و نیرو را مطالعه می‌کند. مفاهیم بنیادی پدیده‌های طبیعی تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می‌شوند. این قوانین به توسط علوم ریاضی فرمول بندی می‌شوند، بطوری که قوانین فیزیک و روابط ریاضی باهم در توافق بوده و مکمل هم هستند و دوتایی قادرند کلیه پدیده‌های فیزیکی را توصیف نمایند.تاریخچه علم فیزیک

            از روزگاران باستان مردم سعی می‌کردند رفتار ماده را بفهمند. و بدانند که: چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند؟ ، چرا برخی مواد سنگینترند؟ و … همچنین جهان ، تشکیل زمین و رفتار اجرام آسمانی مانند ماه و خورشید برای همه معما بود.



            قبل از ارسطو تحقیقاتی که مربوط به فیزیک می‌شد ، بیشتر در زمینه نجوم صورت می‌گرفت. علت آن در این بود که لااقل بعضی از مسائل نجوم معین و محدود بود و به آسانی امکان داشت که آنها را از مسائل فیزیک جدا کنند. در برابر سؤالاتی که پیش می‌آمد گاه خرافاتی درست می‌کردند، گاه تئوریهایی پیشنهاد می‌شد که بیشتر آنها نادرست بود.این تئوریها اغلب برگرفته از عبارتهای فلسفی بودند و هرگز بوسیله تجربه و آزمایش تحقیق نمی‌شدند و بعضی مواقع نیز جوابهایی داده می‌شد که لااقل بصورت اجمالی و با تقریب کافی به نظر می‌رسید.
            جهان به دو قسمت تقسیم می‌شد: جهان تحت فلک قمر و مابقی جهان. مسائل فیزیکی اغلب مربوط به جهان زیر ماه بود و مسائل نجومی مربوط به ماه و آن طرف ماه نیز «فیزیک ارسطو» یا بطور صحیحتر «فیزیک مشائی» بود که در چند کتاب مانند «فیزیک» ، « آسمان» ، « آثار جوی» ، « مکانیک» ، « کون و فساد» و حتی«مابعدالطبیعه» دیده می‌شد.
         
       تا اینکه در قرن ۱۷ ، گالیله برای اولین بار به منظور قانونی کردن تئوریهای فیزیک ، از آزمایش استفاده کرد. او تئوریها را فرمولبندی کرد و چندین نتیجه از دینامیک و اینرسی را با موفقیت آزمایش کرد. پس از گالیله ، اسحاق نیوتن ، قوانین معروف خود (قوانین حرکت نیوتن) را ارائه کرد که به خوبی با تجربه سازگار بودند.
            بدین ترتیب فیزیک جایگاه علمی و عملی خود را یافت و روز به روز پیشرفت کرد، مباحث آن گسترده‌تر شد، تا آنجا که قوانین آن از ریزترین ابعاد اتمی تا وسیعترین ابعاد نجومی را شامل می‌شود. اکنون فیزیک مانند زنجیری محکم با بقیه علوم مرتبط است و هنوز هم به سرعت در حال گسترش و پیشرفت می‌باشد.


        کاربرد نانو تکنولوژی در صنعت نفتمشخصات فنی این نانو ذرات به صورت زیر است:۱- حداقل اندازة ذرات ۱۰ نانومتر است و از نظر خواص شبه رسانائی نظیر ذرات توده‌ی است.۲- از نظر ساختاری، قطر ذرات بین ۳ تا ۷ نانومتر، به صورت منظم، سه بعدی و متشکل از ۸ مثلث « هم پهلو» می‌باشد.۳- این ذرات « پایه طلا» می‌باشند و توسط TEM مشاهده شده است.۴- از نظر شاخص پایداری – مؤثر در عملکرد – محاسبات مکانیک کوانتومی نشان داد که نانو اکتاهدرالهای تک جداره با چند صد اتم پایدار نمی‌باشد و نانو ذرات چند دیواره در یک ساختار لانه‌ای پایدارترند. شاخص پایداری مهمترین گام در راستای صنعتی سازی است.· همچنین برای نیتروژن زایی با هیدروژناسیون می توان از نانوکاتالیست های اکسید تنگستن نیکل W-Ni استفاده نمود.· فعالیت کاتالیستی تیتانیا TiO2 بیشتر از آلومینا Al2O3 است اما به علت کوچک بودن سطح ویژه آن استفاده از پایه تیتانیا کاتالیست های فلزی از نظر اقتصادی برای هیدرودی سولفوراسیون یا فرآیند های هیدروتریتینگ مناسب نیست ( شاید با استفاده از اکسید تیتانیوم در گوگرد زدایی بتوان مشکل فوق را حل نمود.).· استفاده از کاتالیست CoMo بر پایه آلومینا Al2O3 با اسپری پیرولیز نیز ایجاد ذرات کروی با قطر ۱٫۲- ۰٫۵ میکرومتر از ذراتی به ابعاد ۲۰-۱۰ نانومتر می کند که می تواند جایگزین خوبی برای کاتالیست های تجاری سولفورزدایی به کمک هیدروژن HDS باشد. در این روش می توان برای فعال کردن نقاط بیشتر در کاتالیست از واکنش های خفیف تری بین CoMo و H2O2 به وسیله TPR ، روش طیف سنجی رامان استفاده نمود. فعال کردن سایت های کاتالیست برای جبران سطح ویژه کم آنهاست [۱]. بررسی ساختار و فعالیت کاتالیست های MoS2/Al2O3 در واکنش گوگرد زدایی هیدروژنی تیوفن با کاتالیست های MoS2/Al2O3 آماده شده با روش پوسته سازی حاکی از واپیچیده شدن شدید ساختار دی اکسید مولیبیدن MoS2 می باشد [۲]. فعالیت کاتالیستی این کاتالیست ها و کاتالیست های تجاری برای گوگردزدایی تیوفن نشان می دهد که ابعاد پشته سازی ؟ دی اکسید مولیبیدن MoS2 در کاتالیست های ساخته شده به روش پوسته سازی ۲۰۰ آنگستروم است در حالی که در کاتالیست های مرسوم ۲۰ آنگستروم می باشد که ثابت می کند هر چند تعداد اتم های مولیبیدن ساخته شده با پوسته سازی، که در لبه صفحه قرار دارد در هر گرم از MoS2 ده برابر کوچک تر از کاتالیست های استاندارد است اما فعالیت این کاتالیست ها به فعالیت کاتالیست های استاندارد نزدیک است. به نظر می رسد که گوگرد زدایی هیدروژن تیوفن با صفحه بازال MoS2 که ساختار بدون نقص در محیط واپیچیده مولیبیدن دارد، انجام گیرد .راه دیگر برای مکانیسم گوگرد زدایی تیوفن توسط کاتالیست های سولفیدی برای تصفیه هیدروژنی و همچنین اثر ترکیب کاتالیست و خوراک روی عدد، توزیع و عملکرد سایت های فعال کاتالیست های سولفید کبالت – مولیبدن است که این امر با استفاده از ایزوتوپ های S35 و H3 در مطالعات رادیوایزوتوپی به عنوان روشی سیستماتیک آزمایشی و آشکار سازی، کاتالیست های سولفید Co(Ni)Mo فرآیند تصفیه هیدروژنی امکان پذیر شده است. این روش شامل ارزیابی کسر سطح فعالی است که توسط گروه های SH اشغال می شود و نسبت بین غلظت گروه های SH سطح و سایت های غیر اشباع شامل سایت های فعال خالی از گروه های SH می باشد . شرایط عمومی برای شکل گیری و کارکردن مکان های فعال بر پایه داده های به دست آمده فرموله شده است .در روشی دیگر از نانوکاتالیست های جدید اکسید تیتانیوم برای گوگرد زدایی با هیدروژناسیون استفاده کردند. در این روش از ژله کردن TiO2 به عنوان پایه کاتالیست استفاده شده است. افزایش فعالیت کاتالیستی می تواند با خواص فیزیکی TiO2 کنترل شود. سپس TiO2 را به عنوان مواد کاتالیستی در حوزه تصفیه نفت برای هیدرودی سولفوراسیون نفت گاز به کار بردند .کاربرد بیوتکنولوژی در صنعت نفتاستفاده از بیوتکنولوژی درصنعت نفت، مبحث نسبتاً جدیدی می‌باشد که در سال‌های اخیر در دنیا مطرح شده است. در مطلب زیر، مهندس محبعلی، رئیس واحد میکروبیولوژی پژوهشگاه صنعت نفت، به تشریح توانمندی‌های بیوتکنولوژی در این صنعت پرداخته است:در ارتباط با کاربرد بیوتکنولوژی در صنعت نفت می‌توان دو جنبه را مدنظر قرار داد:۱_ ارتقای کمی۲_ارتقای کیفینمونه بارز از بحث ارتقای کمی، موضوع MEOR یا Microbial Enhanced Oil Recovery می‌باشد. مبحث ظریف‌تر در استفاده از توانمندی‌های بیوتکنولوژی در صنعت نفت، ارتقای کیفی محصولات نفتی می‌باشد؛ چون جنبه‌های مختلفی در این زمینه وجود دارد که هرکدام ظرافت‌های خاص خود را می‌طلبد. از مهمترین این جنبه‌ها می‌توان به حذف هترو اتم‌های گوگرد و نیتروژن اشاره نمود. در ذیل به بحث پیرامون هر یک از مباحث فوق پرداخته می‌شود:استفاده از MEOR در ازدیاد برداشت از مخازن نفتMEOR در واقع افزایش برداشت از مخازن نفتی با استفاده از میکروارگانیسم‌ها می‌باشد. از آنجایی که پس از استخراج اولیه و ثانویه نفت، قسمت اعظم آن (حدود ۸۰ درصد) در چاه‌ها باقی می‌ماند. لذا روش‌های مختلفی به منظور استخراج مابقی نفت بوجود آمده است که از آن جمله می‌توان از MEOR نام برد.
        ۱_شرایط فیزیکی چاه‌های نفت، عامل محدودکننده استفاده از MEORاز آنجایی که شرایط فیزیکی چاه‌های نفت با هم فرق می‌کند، نمی‌توان برای همه آنها از یک نوع میکروارگانیسم استفاده کرد. لذا برای هر چاه بایستی میکروب خاص خود را بکار برد.
        همچنین اهمیت استفاده از MEOR در چاه‌های کم‌عمق بدلیل دمای کمتر مخازن، بیشتر است.به‌عنوان مثال در آمریکا چون عمق چاه‌های نفت کم است، MEOR کاربرد زیادی می‌تواند داشته باشد. ولی شرایط استفاده از MEOR در مخازن نفت کشور ما به علت عمق بیشتر که طبیعتاً دمای بیشتری هم دارد حادتر می‌باشد و استفاده از میکروب‌ها را مشکل‌تر می‌سازد. لذا در این مورد بایستی به دنبال باکتری‌های مقاوم به حرارت گشت. به عامل محدودکننده دما باید فاکتورهای افراطی دیگر از جمله فشار، نمک و … افزود.۲_ بکارگیری میکروارگانیسم‌ها برای حذف گوگرد و نیتروژن از ترکیبات نفتیحدود ۵۰ سال است که میکروبیولوژیست‌ها در زمینه حذف ترکیبات هتروسایکلیک و از جمله هترواتم گوگرد از برش‌های نفتی مشغول به تحقیق می‌باشند. اولین پتنتی که در این زمینه وجود دارد، مربوط به تحقیقات زوبل (Zobel) در اوایل دهه ۱۹۵۰ میلادی می‌باشد. تحقیقات در این زمینه ادامه یافت تا اینکه در سال ۱۹۸۹ مسیر ۴S در زمینه تجزیه ترکیبات گوگردی توسط دکتر کیلبین (kilbane) در مؤسسه I.G.T (Institute Of Gas Technology) آمریکا، شناسایی شد.لازم به‌ذکر است که در این مسیر، باکتری‌ها بطور کاملاً اختصاصی و بدون صدمه به اسکلت کربنه، گوگرد را از ترکیب مدل (دی بنزوتیوفن) جدا کرده و رها می‌سازند. محصول نهایی این واکنش منوهیدورکسی‌بی‌فنیل است که در نفت و برش آلی حل شده و در نتیجه ضمن حفظ ارزش حرارتی سوخت، مرحله جداسازی نیز در رآکتور راحت‌تر انجام می‌گیرد. پتنت این مسیر به شرکت Energy Biosystem فروخته شد و این شرکت از آن موقع به‌بعد در زمینه گوگردزدایی از گازوئیل کار کرده است. بعدها این شرکت به ENCHIRA تغییر نام داده است که طی ۲ تا ۳ سال اخیر، زمینه فعالیت خود را به کار بر روی بنزین نیز شیفت داده است. از جمله کشورهای دیگری که در زمینه گوگردزدایی مشغول به تحقیق می‌باشند، ژاپن، کره و کشور ما می‌باشند.در رابطه با حذف هترواتم ازت، موضوع بسیار جدیدی است. مسیر ۴N نیز توسط دکتر کیلبین شناسایی و کشف شده است. طی این مسیر، ازت از ترکیبات جدا شده و O2 جای آن قرار می‌گیرد که ضمن حذف N2، سوخت نیز بهتر می‌سوزد.۳_ استفاده از میکروب‌ها جهت تولید برش‌های نفتیدر این مبحث از میکروارگانیسم‌ها در تولید برش‌های نفتی از منابع تجدید شونده، استفاده می‌شود. مثلاً جبلک‌های میکروسکوپی خاصی کشف شده‌اند که با استفاده از نور و CO2، برش نفتی تولید می‌کنند. جلبک‌هایی را یافته‌اند که ۶۰ تا ۷۰ درصد از جرم سلولی آنها را روغن تشکیل می‌دهد و یا جلبک‌هایی را یافته‌اند که در محیط‌کشت خود، برش نفتی تولید می‌کنند. بنابراین از این طریق می‌توان اولاً سوخت تمیزی را تولید کرد که نیازی به پالایش آنچنانی و در نتیجه تحمیل هزینه گزاف ندارد، ثانیاً نفت را از منابع تجدیدشونده‌ای تولید کرد که انطباق بیشتری با محیط داشته و آلودگی آن کمتر باشد و ثالثاً برش خالص و خاصی را از این طریق تولید کرد. در این رابطه مهندسی ژنتیک نقش بحرانی و حساسی دارد.۴_فرق بیوکراکینگ با تولید برش‌های خالص به طریق میکروبیدر بیوکراکینگ، ترکیبات بزرگتر و بخصوص ترکیبات پارافینی شکسته شده و ترکیبات کوچکتری بوجود می‌آید که در نتیجه آن وزن مولکولی برش نفتی تغییر یافته و ناروانی، کاهش می‌یابد و در نتیجه سوخت بهتر می‌سوزد. در حالی‌که تولید برش‌های خالص نفتی مقوله دیگری است که در بالا ذکر شد.۵_ دورنمای بیوتکنولوژی کشور در زمینه صنعت نفت
        از آنجایی‌که مرتباً وابستگی صنعت در کشورهای مختلف، به نفت بیشتر می‌شود و درآینده، کشورهای تولیدکنندة نفت از جمله کشور ما، با کاهش ذخایر نفتی مواجه خواهند شد، لذا در آن زمان اگر ما تکنولوژی استفاده از MEOR را در اختیار داشته باشیم، می‌توانیم از منابعی که در حال حاضر در دسترس نیستند، استفاده نماییم. لازم به‌ذکر است که حدود ۸۰ درصد ذخایر نفت که پس از استخراج اولیه و ثانویه در مخازن باقی می‌ماند، عملاً قابل استفاده نمی‌باشد که می‌توان با استفاده از روش‌های بیوتکنولوژی، این نفت باقیمانده را استخراج کرد.
        در زمینة گوگردزدایی نیز اگر ما بتوانیم در مقیاس صنعتی از بیوتکنولوژی استفاده کنیم، مشکل آلودگی هوا را در شهرهای کشور، حل خواهیم کرد. از آنجایی‌که میزان گوگرد در برش‌های نفتی ما بسیار بالاست و با استانداردهای رو به رشد جهانی مغایرت دارد، استفاده از فرآورده‌های نفتی، مشکلات زیست‌محیطی فراوانی را برای ما به‌وجود خواهد آورد و در صورتی‌که به حل آنها نپردازیم، ‌در آینده مجازات‌های ناشی از نقض قوانین زیست‌محیطی بین‌المللی و همچنین درخواست افکار عمومی، گریبانگیر ما خواهد شد.منبع : بزرگترین مرجع علمی ایرانیان

    نویسنده : علیرضا فرزادنیا بازدید : 430 تاريخ : جمعه 17 آبان 1392 ساعت: 22:50
    برچسب‌ها :