بررسی اثر ساختار مولکولی آسفالتین بر انباشتگی و ویژگی های سطح تماس نفت/آب به وسیله شبیه سازی مولکولی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده نفت و مهندسی شیمی، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

2 گروه مهندسی نفت، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس ، تهران، ایران

3 گروه مهندسی نفت، دانشکده نفت اهواز، دانشگاه صنعت نفت، اهواز، ایران

چکیده

همان ­گونه که می دانید مولکول های آسفالتین نقش مهمی در تثبیت امولسیون آب و نفت بازی می­ کند.در این مطالعه شبیه سازی دینامیکی مولکولی برای بررسی رفتارهای انباشتگی و جهت گیری مولکول های آسفالتین در خلاء، تولوئن، و سطح تماس آب استفاده شد. چگالی و پارامتر حلالیت مولکول های آسفالتین، تولوئن و هپتان محاسبه شد و با داده­ های شبیه سازی پیشین مقایسه شد. نتیجه­ های شبیه سازی با داده های موجود توافق خوبی دارند.به منظور بررسی تأثیر ساختار آسفالتین بر رفتار انباشتگی آن­ ها، شش نوع گوناگون ساختارهای آسفالتین با وزن مولکولی، اندازه زنجیره کربن و هترو اتم گوناگون در ساختار مولکولی آسفالتین انتخاب شد. نخست رفتار مولکول های آسفالتین به طور خالص مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که پیوند هیدروژن نقش مهمی در انباشگی مولکول های آسفالتین دارد. افزون بر این، نتیجه­ های آزمایش کشش سطحینشان می دهد که حضور گروه های OH و NH و نیز هترو اتم در مولکول آسفالتین سبب ایجاد پیوند هیدروژن با مولکول های آب می شود و کاهش کشش سطحی در مقایسه با تولوئن خالص به همراه دارد.ولی از سوی دیگر، اگر مولکول های آسفالتین اتم O و N نداشته باشند، تمایل آن­ ها برای نزدیکی به سطح آب کم است و در داخل حلال تولوئن پراکنده می شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Jian C., Poopari M.R., Liu Q., Zerpa N., Zeng H., Tang T., Reduction of Water/Oil Interfacial Tension by Model Asphaltenes: the Governing Role of Surface Concentration, The Journal of Physical Chemistry B, (2016).
[3] Priyanto S., Mansoori G.A., Suwono A., "Structure & Properties of Micelles and Micelle Coacervates of Asphaltene Macromolecule", Nanotechnology Proceeding of AIChE Annual Meeting, (2001).
[5] Mikami Y., Liang Y., Matsuoka T., Boek E.S., Molecular Dynamics Simulations of Asphaltenes at the Oil–Water Interface: from Nanoaggregation to Thin-Film Formation, Energy & Fuels, 27:1838-1845 (2013).
[6] Yang F., Tchoukov P., Dettman H., Teklebrhan R.B., Liu L., Dabros T., Czarnecki J., Masliyah J., Xu Z., Asphaltene Subfractions Responsible for Stabilizing Water-in-Crude Oil Emulsions. Part 2 : Molecular Representations and Molecular Dynamics Simulations, Energy & Fuels, 29: 4783-4794 (2015).
[7] Boek E.S., Yakovlev D.S., Headen T.F., Quantitative Molecular Representation of Asphaltenes and Molecular Dynamics Simulation of Their Aggregation, Energy Fuels, 23: 1209-1219 (2009).
[9] Jian C., Tang T., Bhattacharjee S., Molecular Dynamics Investigation on the Aggregation of Violanthrone 78-Based Model Asphaltenes In Toluene, Energy & Fuels, 28: 3604-3613 (2014).
[10] Kuznicki T., Masliyah J.H., Bhattacharjee S., Molecular Dynamics Study of Model Molecules Resembling Asphaltene-Like Structures in Aqueous Organic Solvent Systems, Energy & Fuels, 22: 2379-2389 (2008).
[11] Sedghi M., Goual L., Welch W., Kubelka J., Effect of Asphaltene Structure on Association and Aggregation Using Molecular Dynamics, The Journal of Physical Chemistry B, 117: 5765-5776 (2013).
[12] Zhu X., Chen D., Wu G., Molecular Dynamic Simulation of Asphaltene co-Aggregation with Humic Acid During Oil Spill, Chemosphere, 138: 412-421 (2015).
[13] Amjad‐Iranagh S., Rahmati M., Haghi M., Hoseinzadeh M., Modarress H., Asphaltene Solubility in Common Solvents: a Molecular Dynamics Simulation Study, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 93: 2222-2232 (2015).
[14] Silva H.S., Sodero A.C., Bouyssiere B., Carrier H., Korb J.-P., Alfarra A., Vallverdu G., Bégué D., Baraille I., Molecular Dynamics Study of Nanoaggregation in Asphaltene Mixtures: Effects of the N, O, and S Heteroatoms, Energy & Fuels, 30: 5664-5656 (2016).
[16] Jover J.F., Müller E.A., Haslam A.J., Galindo A., Jackson G., Toulhoat H., Nieto-Draghi C., Aspects of Asphaltene Aggregation Obtained from Coarse-Grained Molecular Modeling, Energy & Fuels, 29: 556-566 (2015).
[17] Xin S.-M., Liu Q.-K., Wang K., Chen Y., Yuan P.-Q., Cheng Z.-M., Yuan W.-K., Solvation of Asphaltenes in Supercritical Water: a Molecular Dynamics Study, Chemical Engineering Science, 146: 115-125 (2016).
[18] Silva H.S., Sodero A.C., Bouyssiere B., Carrier H., Korb J.-P., Alfarra A., Vallverdu G., Bégué D., Baraille I., Molecular Dynamics Study of Nanoaggregation in Asphaltene Mixtures: Effects of the N, O, and S Heteroatoms, Energy & Fuels, 30: 5656-5664 (2016).
[19] Ortega-Rodríguez A., Cruz S., Gil-Villegas A., Guevara-Rodriguez F., Lira-Galeana C., Molecular View of the Asphaltene Aggregation Behavior in Asphaltene-Resin Mixtures, Energy & Fuels, 17: 1100-1108 (2003).
[20] Aray Y., Hernández-Bravo R., Parra J.G., Rodríguez J., Coll D.S., Exploring the Structure–Solubility Relationship of Asphaltene Models in Toluene, Heptane, and Amphiphiles Using
a Molecular Dynamic Atomistic Methodology
, The Journal of Physical Chemistry A, 115: 11495-11507 (2011).
[21] Guo M., Tan Y., Wang L., Hou Y., Diffusion of Asphaltene, Resin, Aromatic and Saturate Components of Asphalt on Mineral Aggregates Surface: Molecular Dynamics Simulation, Road Materials and Pavement Design,     : 1-10 (2017).
[22] Yao H., Dai Q., You Z., Molecular Dynamics Simulation of Physicochemical Properties of the Asphalt Model, Fuel, 164: 83-93 (2016).
[23] Li C., Li Z., Choi P., Stability of Water/Toluene Interfaces Saturated with Adsorbed Naphthenic Acids—A Molecular Dynamics Study, Chemical Engineering Science, 62: 6709-6715 (2007).
[24] Kuznicki T., Masliyah J.H., Bhattacharjee S., Aggregation and Partitioning of Model Asphaltenes at Toluene− Water Interfaces: Molecular Dynamics Simulations, Energy & Fuels, 23: 5027-5035 (2009).
[25] Headen T.F., Boek E.S., Skipper N.T., Evidence for Asphaltene Nanoaggregation in Toluene and Heptane from Molecular Dynamics Simulations, Energy & Fuels, 23: 1220-1229 (2009).
[26] Frigerio F., Molinari D., A Multiscale Approach to the Simulation of Asphaltenes, Computational and Theoretical Chemistry, 975: 76-82 (2011).
[27] Uozumi K., Kawamura K., Sugihara K., Koyama T., Terai T., Molecular Dynamics Study on Absorption Characteristics of Anions (Br–and I–) in Type-A Zeolite in Molten LiCl–KCl Eutectic Salt, The Journal of Physical Chemistry C, 119: 5440-5446 (2015).
[29] Demir B., Ahunbay M.G., Molecular Simulation of Zn2+, Cu2+, Pb2+, and NH4+ Ion-Exchange in Clinoptilolite, Desalination and Water Treatment,     : 1-11 (2015).
[30] Skoulidas A.I., Sholl D.S., Johnson J.K., Adsorption and Diffusion of Carbon Dioxide and Nitrogen Through Single-Walled Carbon Nanotube Membranes, The Journal of Chemical Physics, 124: 054708 (2006).
[32] Dong J., Xu Z., Yang S., Murad S., Hinkle K.R., Zeolite Membranes for Ion Separations from Aqueous Solutions, Current Opinion in Chemical Engineering, 8: 15-20 (2015).
[33] Chen Y.-J., Xu G.-Y., Yuan S.-L., Sun H.-Y., Molecular Dynamics Simulations of AOT at Isooctane/Water Interface, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 273: 174-178 (2006).
[34] Yaseen S., Mansoori G.A., Molecular Dynamics Studies of Interaction Between Asphaltenes and Solvents, Journal of Petroleum Science and Engineering, (2017).
[35] van Buuren A.R., Marrink S.J., Berendsen H.J., A Molecular Dynamics Study of the Decane/Water Interface, The Journal of Physical Chemistry, 97: 9206-9212 (1993).
[37] Sztukowski D.M., Yarranton H.W., Rheology of Asphaltene− Toluene/Water Interfaces, Langmuir, 21: 11651-11658 (2005).