نانوتکنولوژی و صنعت نفت

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: مقدمه
هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رایس کشف نمود،. انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایه.گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة. موادی با نام.های بالکی.بال.ها ( Bulky Balls ) و بالکی.تیوب.ها ( Bulky Tubes ) استوانه.های کربنی که دارای قطر متر می.باشند صورت گیرد. نانولوله.های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می.باشند. نانوفیلترها می.توانند به جداسازی مواد در میدان.های نفتی کمک کنند و کاتالیست.های نانو می.توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به.دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله.های کربنی می.توان به کاربرد آن.ها در تکنولوژی اطلاعات ( IT ) نظیر ساخت پوشش.های مقاوم در مقابل تداخل.های الکترومغناطیسی، صفحه.های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.
علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک
بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می.تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره.مند خواهد گشت.
علم نانو می.تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر می.باشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می.باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول.ها و اتم.ها در این مقیاس می.باشد.

خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه. ویژه.ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه.های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می.کند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می.توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می.توان با گسترش تکنیک.های اندازه.گیری توسط سنسورهای کوچک،. اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.

مواد نانو
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می.توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم.تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگ.کنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می.باشد.

با استفاده از این پودرها می.توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می.باشد و معتقد است که می.توان با نانوکریستال.ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم.تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده.اند که به.طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می.بخشد. این مخلوط آسیب.های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می.بخشد.

آلودگی
آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می.باشد. نتایج بدست.آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می.تواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می.باشند که می.توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه.ها علیرغم اینکه اندازه.ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می.باشند. همچنین کاتالیست.هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی.اکسید کربن از گاز.طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می.شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه.هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می.پذیرد که بتوانند هیدروکربن.ها را جذب نمایند. بنابراین می.توان باقیمانده.های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده
خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب.های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر می.باشد، بطوری.که آلودگی.های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به.طور قابل توجهی از بین می.روند. تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام.گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب.های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت.پذیر می.باشند، بطوری.که اگر هزار قطعه از آن.ها در مقابل یک میلیون. اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش می.یابد.

سنسورهای هیدروژن بطور گسترده.ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه.رساناها مورد استفاده قرار می.گیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باکتری.های عفونت.زا استفاده می.گردد. به. هر حال محیط.هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه.های نفتی که سنسورهای هیدروژن از کاربردهای ویژه.ای برخوردار می.باشند، می.توانند بسیار آلوده و کثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب.های تیتانیا هستند که توسط یک لایة غیرپیوسته.ای از پالادیم پوشانده شده.اند.

محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریک ( یک نوع اسید چرب )، دود سیگار و روغن.های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده کردند که تمام این آلوده.کننده.ها در اثر خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب.ها از بین می.روند. حد نهایی آلودگی.ها زمانی بود که دانشمندان این سنسورها را در روغن.های مختلفی غوطه.ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یک میلیون .اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند که در طرح.های اولیة سنسور مقاومت الکتریکی آن به میزان 175000 درصد تغییر می.کند. سپس سنسورها را توسط لایه.ای به ضخامت چندین میکرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور کلی حساسیت آن.ها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به .مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یک ساعت مشاهده نمودند که سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده. و پس از گذشت 10 ساعت تقریباً بطور کامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.

علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی.توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده.کننده.ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمک خاصیت فوتوکاتالسیتی نانوتیوب.ها را تا حد زیادی از بین می.برد.

با افزودن مقدار اندکی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یک گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می.آیند. این فلزات خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب.های تیتانیا را تغییر می.دهند. به هر حال سنسورها در یک محیط غیرقابل کنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخار.های آلی فرار، دودة کربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می.گردند. قابلیت خودپاک.کنندگی این سنسورها طول عمر آن.ها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را کاهش می.دهد.

سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت
براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه.های نفت آمریکا اقتصادی نمی.باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط.های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه.گیری قابل اعتماد نمی.باشند و در نتیجه شرکت.های استخراج. کنندة. نفت در تهیة .اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه می.باشند.

در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یک.سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه.گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه.های نفت می.باشند. این سنسورها به.علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،.ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط.های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته.اند. از همه مهم.تر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة. مناسب فراهم می.باشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه.های نفت میلیون.ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون .به صرفه بوده و اندازه.گیری.های دقیق.تری ارائه می.دهند.

انتظار می.رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه.گیری.های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک.های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به.علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل می.باشد، از توجه ویژه.ای برخوردارند.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 367]