Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những thách thức trong việc phát triển các tác nhân keo tụ polymer nhằm cải thiện chất lượng bitumen trong các quy trình chiết xuất không sử dụng nước: một nghiên cứu thực nghiệm
Tóm tắt
Cát dầu ở miền Tây Canada chứa các mỏ hydrocacbon lớn thứ ba trên thế giới. Bitumen, một loại dầu mỏ rất nặng, hiện đang được khai thác bằng phương pháp khai thác bề mặt với nước ấm hoặc tại chỗ. Các quy trình thu hồi sử dụng dung môi hữu cơ đang được phát triển nhằm giảm thiểu việc sử dụng nước và sản xuất bùn thải. Trong khi các phương pháp dựa trên dung môi có thể chiết xuất bitumen một cách hiệu quả, việc loại bỏ các chất rắn mịn còn lại từ sản phẩm bitumen pha loãng (DBP) để đáp ứng yêu cầu vận chuyển qua đường ống dưới 0.5 wt% chất rắn và nước trong DBP vẫn là một thách thức lớn. Chúng tôi đề xuất một ứng dụng mới cho các tác nhân keo tụ polymer trong việc loại bỏ các chất rắn mịn từ DBP. Về lý thuyết, các tác nhân keo tụ polymer có thể được áp dụng để giúp loại bỏ các chất rắn còn lại này kết hợp với các quy trình tách riêng vật lý nhằm tăng hiệu quả quy trình và hiệu suất năng lượng. Nhiều loại polymer đã được chọn lọc và kiểm tra hành vi keo tụ bằng cách sử dụng kaolinite lơ lửng trong DBP và toluene, như một hệ thống mô hình. Các phép đo phản xạ chùm tia tập trung và kỹ thuật đo lực căng được sử dụng để xác định keo tụ và lắng trong DBP. Tốc độ keo tụ và lắng quan sát được cho thấy rằng các polymer thử nghiệm chỉ có tác động nhỏ, tạo điều kiện cho sự phát triển polymer tiên tiến. Những phát hiện này minh họa cho các thách thức trong việc xác định các polymer có thể hiệu quả như các tác nhân keo tụ trong môi trường dầu mỏ nặng.
Từ khóa
#cát dầu #bitumen #keo tụ polymer #chất rắn mịn #quy trình chiết xuất không sử dụng nướcTài liệu tham khảo
Berg JC. An introduction to interfaces and colloids: the bridge to nanoscience. Singapore: World Scientific; 2010.
Botha L, Davey S, Nguyen B, Swarnakar AK, Rivard E, Soares JBP. Flocculation of oil sands tailings by hyperbranched functionalized polyethylenes (HBfPE). Miner Eng. 2017;108:71–82. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2017.02.004.
Botha L, Soares JBP. The influence of tailings composition on flocculation. Can J Chem Eng. 2015;93(9):1514–23.
Chung TC, Janvikul W, Bernard R, Jiang GJ. Synthesis of ethylene-propylene rubber graft copolymers by borane approach. Macromolecules. 1994;27(1):26–31. https://doi.org/10.1021/ma00079a004.
Clark KA, Pasternack DS. Hot water seperation of bitumen from Alberta bituminous sand. Ind Eng Chem. 1932;24(12):1410–6. https://doi.org/10.1021/ie50276a016.
Dickinson E, Eriksson L. Particle flocculation by adsorbing polymers. Adv Colloid Interface Sci. 1991;34(C):1–29. https://doi.org/10.1016/0001-8686(91)80045-L.
Ese M-H, Sjöblom J, Djuve J, Pugh R. An atomic force microscopy study of asphaltenes on mica surfaces. Influence of added resins and demulsifiers. Colloid Polym Sci. 2000;278(6):532–8. https://doi.org/10.1007/s003960050551.
Gregory J. Rates of flocculation of latex particles by cationic polymers. J Colloid Interface Sci. 1973;42(2):448–56. https://doi.org/10.1016/0021-9797(73)90311-1.
Gregory J, Barany S. Adsorption and flocculation by polymers and polymer mixtures. Adv Colloid Interface Sci. 2011;169(1):1–12. https://doi.org/10.1016/j.cis.2011.06.004.
Gumfekar SP, Soares JBP. A novel hydrophobically-modified polyelectrolyte for enhanced dewatering of clay suspension. Chemosphere. 2018;194:422–31. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2017.12.009.
Gupta JK, Basu S. Simultaneous aggregation and sedimentation of silica particles in the presence of surfactants. Colloids Surf Physicochem Eng Asp. 2005;255(1–3):139–43. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.12.010.
Hansen C. Hansen solubility parameters. New York: CRC Press; 2007. https://doi.org/10.1201/9781420006834.
He L, Lin F, Li X, Sui H, Xu Z. Interfacial sciences in unconventional petroleum production: from fundamentals to applications. Chem Soc Rev. 2015;44(15):5446–94. https://doi.org/10.1039/C5CS00102A.
Heath AR, Fawell PD, Bahri PA, Swift JD. Estimating average particle size by focused beam reflectance measurement (FBRM). Part Part Syst Character. 2002;19(2):84–95. https://doi.org/10.1002/1521-4117(200205)19:2%3c84:AID-PPSC84%3e3.0.CO;2-1.
Hlushak S, Kovalenko A. Effective interactions and adsorption of heterocyclic aromatic hydrocarbons in kaolinite organic solutions studied by 3D-RISM-KH molecular theory of solvation. J Phys Chem C. 2017;121(40):22092–104. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b06414.
Hlushak S, Stoyanov SR, Kovalenko A. A 3D-RISM-KH molecular theory of solvation study of the effective stacking interactions of kaolinite nanoparticles in aqueous electrolyte solution containing additives. J Phys Chem C. 2016;120(38):21344–57. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b03786.
Kaminsky HAW, Etsell TH, Ivey DG, Omotoso O. Distribution of clay minerals in the process streams produced by the extraction of bitumen from athabasca oil sands. Can J Chem Eng. 2009;87(1):85–93. https://doi.org/10.1002/cjce.20133.
Karkooti A. Aggregation and sedimentation of fine solids in non-aqueous media. Edmonton: University of Alberta; 2014.
Li H, Long J, Xu Z, Masliyah JH. Synergetic role of polymer flocculant in low-temperature bitumen extraction and tailings treatment. Energy Fuels. 2005;19(3):936–43. https://doi.org/10.1021/ef049744e.
Li H, Long J, Xu Z, Masliyah JH. Novel polymer aids for low-grade oil sand ore processing. Can J Chem Eng. 2008;86(2):168–76. https://doi.org/10.1002/cjce.20030.
Li H, Zhou J, Chow R, Adegoroye A, Najafi AS. Enhancing treatment and geotechnical stability of oil sands fine tailings using thermo-sensitive poly(n-isopropyl acrylamide). Can J Chem Eng. 2015;93(10):1780–6. https://doi.org/10.1002/cjce.22276.
Lin F, Stoyanov SR, Xu Y. Recent advances in nonaqueous extraction of bitumen from mineable oil sands: a review. Org Process Res Dev. 2017;21(4):492–510. https://doi.org/10.1021/acs.oprd.6b00357.
Long J, Li H, Xu Z, Masliyah JH. Role of colloidal interactions in oil sand tailings treatment. AIChE J. 2006;52(1):371–83. https://doi.org/10.1002/aic.10603.
Long J, Li H, Xu Z, Masliyah JH. Improving oil sands processability using a temperature-sensitive polymer. Energy Fuels. 2011;25(2):701–7. https://doi.org/10.1021/ef1012819.
Lower Athabasca Region: tailings management framework for mineable Athabasca oil sands. 2015.
Lu H, Wang Y, Li L, Kotsuchibashi Y, Narain R, Zeng H. Temperature- and pH-responsive benzoboroxole-based polymers for flocculation and enhanced dewatering of fine particle suspensions. ACS Appl Mater Interfaces. 2015;7(49):27176–87. https://doi.org/10.1021/acsami.5b09874.
Lu H, Xiang L, Cui X, Liu J, Wang Y, Narain R, et al. Molecular weight dependence of synthetic glycopolymers on flocculation and dewatering of fine particles. Langmuir. 2016a;32(44):11615–22. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b03072.
Lu Q, Yan B, Xie L, Huang J, Liu Y, Zeng H. A two-step flocculation process on oil sands tailings treatment using oppositely charged polymer flocculants. Sci Total Environ. 2016b;565:369–75. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.04.192.
Mark JE, editor. Physical properties of polymers handbook. New York: Springer; 2007. https://doi.org/10.1007/978-0-387-69002-5.
Marlow B, Sresty G, Hughes R, Mahajan O. Colloidal stabilization of clays by asphaltenes in hydrocarbon media. Colloids Surf. 1987;24(4):283–97. https://doi.org/10.1016/0166-6622(87)80235-4.
Mazzeo CPP, Stedille FA, Mansur CRE, Ramos ACS, Lucas EF. Flocculation of asphaltenes by polymers: influence of polymer solubility conditions. Energy Fuels. 2018;32(2):1087–95. https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.7b02577.
Morrison ID. Electrical charges in nonaqueous media. Colloids Surf Physicochem Eng Asp. 1993;71(1):1–37. https://doi.org/10.1016/0927-7757(93)80026-B.
Mowla D, Naderi A. Experimental study of drag reduction by a polymeric additive in slug two-phase flow of crude oil and air in horizontal pipes. Chem Eng Sci. 2006;61(5):1549–54. https://doi.org/10.1016/j.ces.2005.09.006.
Napper DH. Flocculation studies of non-aqueous sterically stabilized dispersions of polymer. Trans Faraday Soc. 1968;64(1):1701. https://doi.org/10.1039/tf9686401701.
Natarajan A, Xie J, Wang S, Masliyah J, Zeng H, Xu Z, et al. Understanding molecular interactions of asphaltenes in organic solvents using a surface force apparatus. J Phys Chem C. 2011;115(32):16043–51. https://doi.org/10.1021/jp2039674.
Ngnie G, Baitan D, Dedzo GK, Detellier C. Sedimentation of fine particles of kaolinite and polymer-coated kaolinite in cyclohexane: Implications for fines removal from extracted bitumen in non-aqueous processes. Fuel. 2018;234:218–24. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2018.07.032.
Nikakhtari H, Vagi L, Choi P, Liu Q, Gray MR. Solvent screening for non-aqueous extraction of Alberta oil sands. Can J Chem Eng. 2013;91(6):1153–60. https://doi.org/10.1002/cjce.21751.
Pal K, Nogueira Branco LDP, Heintz A, Choi P, Liu Q, Seidl PR, et al. Performance of solvent mixtures for non-aqueous extraction of alberta oil sands. Energy Fuels. 2015;29(4):2261–7. https://doi.org/10.1021/ef502882c.
Pensini E, Harbottle D, Yang F, Tchoukov P, Li Z, Kailey I, et al. Demulsification mechanism of asphaltene-stabilized water-in-oil emulsions by a polymeric ethylene oxide-propylene oxide demulsifier. Energy Fuels. 2014;28(11):6760–71. https://doi.org/10.1021/ef501387k.
Rao F, Liu Q. Froth treatment in athabasca oil sands bitumen recovery process: a review. Energy Fuels. 2013;27(12):7199–207. https://doi.org/10.1021/ef4016697.
Reis LG, Oliveira RS, Palhares TN, Spinelli LS, Lucas EF, Vedoy DRL, et al. Using acrylamide/propylene oxide copolymers to dewater and densify mature fine tailings. Miner Eng. 2016;95:29–39. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.06.005.
Szilagyi I, Trefalt G, Tiraferri A, Maroni P, Borkovec M. Polyelectrolyte adsorption, interparticle forces, and colloidal aggregation. Soft Matter. 2014;10(15):2479. https://doi.org/10.1039/c3sm52132j.
Tchoukov P, Yang F, Xu Z, Dabros T, Czarnecki J, Sjöblom J. Role of asphaltenes in stabilizing thin liquid emulsion films. Langmuir. 2014;30(11):3024–33. https://doi.org/10.1021/la404825g.
Vajihinejad V, Gumfekar SP, Bazoubandi B, Rostami Najafabadi Z, Soares JBP. Water soluble polymer flocculants: synthesis, characterization, and performance assessment. Macromol Mater Eng. 2019;304(2):1800526. https://doi.org/10.1002/mame.201800526.
Vajihinejad V, Soares JBP. Monitoring polymer flocculation in oil sands tailings: a population balance model approach. Chem Eng J. 2018;346(1):447–57. https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.04.039.
Vedoy DRL, Soares JBP. Water-soluble polymers for oil sands tailing treatment: a review. Can J Chem Eng. 2015;93(5):888–904. https://doi.org/10.1002/cjce.22129.
Wang S, Liu J, Zhang L, Xu Z, Masliyah J. Colloidal interactions between asphaltene surfaces in toluene. Energy Fuels. 2009;23(2):862–9. https://doi.org/10.1021/ef800812k.
Wang S, Zhang L, Yan B, Xu H, Liu Q, Zeng H. Molecular and surface interactions between polymer flocculant chitosan g polyacrylamide and kaolinite particles: impact of salinity. J Phys Chem C. 2015;119(13):7327–39. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b00739.
Wu J, Xu Y, Dabros T, Hamza H. Effect of EO and PO positions in nonionic surfactants on surfactant properties and demulsification performance. Colloids Surf Physicochem Eng Asp. 2005;252(1):79–85. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2004.09.034.
Zhu Y, Tan X, Liu Q. Dual polymer flocculants for mature fine tailings dewatering. Can J Chem Eng. 2017;95(1):3–10. https://doi.org/10.1002/cjce.22628.