KR101927497B1 - Precipitation of Asphaltene by Water and Surfactants - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하고자 하는 것으로서 물과 계면활성제만을 이용하여 아스팔텐의 침전을 유도하여 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법이다. 본 발명에 따른 물의 투입량에 따른 아스팔텐의 제거량은 증가 후 감소하는 경향을 보인다.The present invention relates to a method for removing asphaltene contained in heavy oil such as oil sand, bitumen and the like by inducing sedimentation of asphaltene using only water and a surfactant to form an oil sand, It is a method to remove asphaltene contained in heavy oil such as bitumen. The removal amount of asphaltene according to the amount of water according to the present invention tends to decrease after the increase.

Description

계면활성제와 물을 이용한 아스팔텐의 침전 방법{Precipitation of Asphaltene by Water and Surfactants}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of precipitating asphaltenes using a surfactant and water,

본 발명은 저급 연료원에 해당되는 오일샌드 비투멘(Oil Sand Bitumen)과 같은 중질유로부터 아스팔텐(Asphaltene)을 제거하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물과 계면활성제만을 이용하여 아스팔텐의 침전을 유도함으로써 오일샌드 비투멘과 같은 중질유로부터 아스팔텐을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing asphaltene from heavy oil such as Oil Sand Bitumen corresponding to a low-grade fuel source, and more particularly, to a method for removing asphaltene from water, To remove asphaltenes from heavy oils such as oil sand vituum.

세계 원유 수요의 지속적인 증가로 저가 저품질 형태의 기회 원유(Opportunity Crude)에 대한 관심이 최근 높아지고 있다. 전세계 석유의 매장량의 약 70%를 차지하는 오일샌드 비투멘(bitumen), 중질유 그리고 초 중질유 등의 기회 원유는 일반적인 경질원유에 비하여 밀도와 점도가 매우 높고 다량의 중금속 함량이 포함되어 있기 때문에 기존 정유 공정에 직접 적용하기 어렵다[비특허문헌 1].Interest in crude oil (Opportunity Crude) in low-quality and low-quality forms has been rising recently due to steady increase in world crude oil demand. Opportunities such as oil sands, bitumen, heavy oil and super-heavy oil, which account for about 70% of world oil reserves, have a higher density and viscosity than common light crude oil and contain a large amount of heavy metals. Therefore, [Non-Patent Document 1].

오일샌드란 원유를 포함하는 모래 혹은 사암으로 비투멘(bitumen, 석유로 변환되는 타르 같은 물질)과 같은 중질유가 10%정도 함유되며 나머지는 모래, 점토가 85%, 그리고 물이 5%를 차지한다. 오일샌드에 포함되어 있는 비투멘은 극성 및 비극성물질들이 복잡하게 결합되어 있는 상태로서 아스팔텐(asphaltene)과 말텐(maltene)으로 나눠진다. 자연에 매장되어 있는 비투멘은 점도가 높고 무겁기 때문에 적절한 방법으로 묽히거나, 화학적인 방법을 사용하여 점도를 낮추 후 수송관을 통하여 정제소(refinery)로 이동시킨다.Oil sand is sand or sandstone containing crude oil and contains about 10% of heavy oil such as bitumen (tar-like material converted into petroleum) and the rest is sand, clay 85%, and water 5% . The biotemen contained in the oil sand is divided into asphaltene and maltene in a complex combination of polar and nonpolar materials. Biotemen, buried in nature, is viscous and heavy, so dilute it in an appropriate way, or use a chemical method to lower the viscosity and then transfer it to the refinery through the pipeline.

아스팔텐은 n-펜탄과 n-헵탄과 같은 알칸 용매에는 녹지 않고 벤젠 또는 톨루엔과 같이 방향족 고리를 지닌 용매에는 녹는 물질로 정의 된다[비특허문헌 2, 3]. 용해도 특성상 아스팔텐은 오일상에는 극성을 띈다[비특허문헌 4-6]. 원유 내에서는 콜로이드 성질을 가지며 레진에 의해 펩타이징되어 안정하게 분산되어 있으나[비특허문헌 7], 경질화 과정 중 압력, 온도, 원유의 화학적 조성이 변화됨에 따라 상분리 되어 응집한다.Asphaltenes are defined as substances which do not dissolve in alkane solvents such as n-pentane and n-heptane, but dissolve in solvents having aromatic rings such as benzene or toluene [Non-Patent Documents 2 and 3]. Asphaltenes have polarity in the oil phase due to their solubility characteristics [Non-Patent Document 4-6]. It has a colloidal property in crude oil, is peptized by resin, and is stably dispersed [Non-Patent Document 7], but it is phase-separated and agglomerates as pressure, temperature, and chemical composition of crude oil change during the hardening process.

아스팔텐은 공급관로나 반응기 내에서 코크스(cokes)를 형성하고 촉매를 불활성시키며, 부식, 플러깅(plugging), 침강(sedimentation)을 초래한다. 그러므로 오일샌드 비투멘과 같은 증질유로부터 아스팔텐을 제거하는 것은 상당히 중요하며, 통상적으로 저분자량 알칸 용매를 첨가하는 SDA(Solvent DeAsphalting) 공정을 통해 아스팔텐을 제거하고 있다.Asphaltenes form cokes and deactivate catalysts in the feed or reactor, leading to corrosion, plugging, and sedimentation. Therefore, it is very important to remove asphaltenes from the buildup channels such as oil sand biotemen, and usually the asphaltenes are removed through the SDA (Solvent DeAsphalting) process in which a low molecular weight alkane solvent is added.

SDA 공정에서 많은 양의 용매가 사용됨에도 불구하고 오일샌드 비투멘과 같은 증질유로부터 아스팔텐은 쉽게 제거되지 않는다. 이는 오일샌드 비투멘과 같은 증질유에 포함된 수지가 아스팔텐 응집체를 분산시키고 있어 제거에 필요한 상분리를 방해하기 때문이다.Despite the use of large amounts of solvent in the SDA process, asphaltenes are not easily removed from the buildup channels such as oil sand vibroman. This is because the resin contained in the casting oil, such as oil sand beitumen, disperses the asphaltene agglomerates and interferes with the phase separation required for the removal.

아스팔텐을 효과적으로 제거하기 위해서는 우선 아스팔텐 상호간의 물리적 분산 또는 응집과 관련한 거동특성을 살펴볼 필요가 있다. 중질유 생산 및 이송과정 중 아스팔텐 석출을 줄이기 위해 첨가제를 활용한 분산에 대한 많은 연구가 수행되었고 이를 표 1에 정리하였다.In order to effectively remove asphaltenes, it is first necessary to examine the behavioral characteristics related to physical dispersion or agglomeration among the asphaltenes. A lot of studies on dispersion using additives to reduce asphaltene precipitation during heavy oil production and transport have been carried out and summarized in Table 1.

Figure 112017020111018-pat00001
Figure 112017020111018-pat00001

활성제의 관능기와 알킬 체인의 길이에 따른 아스팔텐과의 흡착특성과 이때의 아스팔텐 안정성 변화를 살펴보았다. 알킬 체인의 알킬기 개수는 9~12로 유사하지만 활성부위가 다른 계면활성제를 아스팔텐이 포함된 유분에 첨가하고 난 뒤 FT-IR을 통해 아스팔텐과 첨가제(계면활성제)의 흡착 정도를 확인한 결과, p-(n-도데실) 벤젠 설포닉 산(DBSA, 설포닉 산 그룹), p-(n-노닐)페놀(NP, 페놀 그룹), p-[(히드록시에톡시)에톡시-n-노닐벤젠(NBDO, 에톡시 그룹), 노닐벤젠(NB, 비극성 그룹) 순으로 아스팔텐과의 흡착하는 정도가 증가하는 것을 확인하였다.Adsorption characteristics of asphaltenes with functional groups and length of alkyl chains of activators and changes in asphaltene stability at that time were examined. The adsorption of asphaltene and additives (surfactant) was confirmed by FT-IR after addition of surfactant having different active sites to oil containing asphaltenes, although the number of alkyl groups in the alkyl chain was 9 to 12, p- (n-dodecyl) benzenesulfonic acid (DBSA, sulfonic acid group), p- (n-nonyl) phenol (NP, phenol group), p - [(hydroxyethoxy) ethoxy- (NBDO, ethoxy group) and nonylbenzene (NB, nonpolar group) in the order of ascorbic acid, ascorbic acid, nonylbenzene (NBDO, ethoxy group) and nonylbenzene (NB and nonpolar group).

이러한 첨가제와 아스팔텐간의 흡착에 대한 경향은 Peramanu et al.[비특허문헌 9]의 실험 결과에서도 그 유사성을 찾아볼 수 있다. 용매로서 톨루엔과 n-헵탄을 혼합 시킨 후 노닐페놀(NP)과 도데실벤젠설포닉산(DDBSA)을 첨가제로 주입하여 아스팔텐의 변화를 관찰하였다. 첨가제의 방향족 고리와 아스팔텐의 헤테로원자가 결합함으로써 오일 내의 아스팔텐 안정성이 증가되며, 설포닉산을 갖는 DDBSA가 페놀을 갖는 NP보다 더 안정하다는 것을 알아내었다.The tendency for adsorption between such additives and asphaltene can be found in the results of Peramanu et al. [Non-Patent Document 9]. Toluene and n-heptane were mixed as a solvent, and nonylphenol (NP) and dodecylbenzenesulfonic acid (DDBSA) were injected as additives to observe the change of asphaltene. It has been found that DDBSA with sulfonic acid is more stable than NP with phenol, as the asphaltenes stability in the oil is increased by the bonding of the aromatic ring of the additive and the heteroatom of asphaltene.

Chang and Fogler[비특허문헌 8]는 첨가제 분자의 한쪽 부분을 페놀로 고정시킨 후 알킬 체인의 길이에 따른 거동을 관측하였다. 체인의 길이가 길어질수록 아스팔텐의 안정성이 증가하나 알킬기가 6개 이상부터는 아스팔텐의 분산 안정성이 일정하게 유지된다고 보고하였다.Chang and Fogler [Non-Patent Document 8] observed the behavior along the length of the alkyl chain after one side of the additive molecule was fixed with phenol. As chain length increases, stability of asphaltene increases. However, from 6 or more alkyl groups, the dispersion stability of asphaltene is maintained constant.

한편, Goual et al.[비특허문헌 10]은 옥틸페놀(OP)과 도데실페놀(DP)를 사용하여 아스팔텐의 침전 시작 시점과 응집체의 크기 변화를 관찰하였다. 첨가제의 알킬 체인의 증가(OP to DP)는 침전의 시작점에는 영향을 주지는 않았으나, 아스팔텐 응집체의 크기는 감소시킨 것으로 나타났다. 분자 시뮬레이션 결과 아스팔텐에 포함된 질소 원자와 OP의 히드록실기간의 수소 결합에 따른 것으로 파악되었다.On the other hand, Goual et al. [Non-patent Document 10] observed the start point of precipitation of asphaltene and the size change of agglomerate using octylphenol (OP) and dodecylphenol (DP). The increase in the alkyl chain of the additive (OP to DP) did not affect the starting point of the precipitation, but the size of the asphaltene aggregate decreased. As a result of the molecular simulation, it was confirmed that hydrogen bonding between the nitrogen atom contained in asphaltene and the hydroxyl group of OP was observed.

이온성 첨가제를 적용한 연구도 진행되었다. Li et al.[비특허문헌 11]는 n-헵탄과 톨루엔을 1:1로 혼합하여 48 시간 밀폐시킨 후 소디움 도데실 설포네이트(SDS), 코코넛 아민(CA), 올레익 산(OA)을 첨가하였을 때, 생성된 침전물의 SARA, 제타(ξ)전위, 콜로이드 입자의 크기 등의 변화를 관찰 하였다. 생성된 침전물의 분석을 통해 SDS와 CA는 첨가제를 증가시킴에 따라 각각 0.7w%와 0.5w% 지점으로부터 아스팔텐 함량 및 응집된 아스팔텐 입자의 크기가 감소하였다.Studies using ionic additives have also been conducted. Li et al. [Non-Patent Document 11] discloses that sodium n-heptane and toluene are mixed at a ratio of 1: 1 and sealed for 48 hours. Then, sodium dodecylsulfonate (SDS), coconut amine (CA), oleic acid When added, the changes of SARA, zeta potential, colloidal particle size, etc. Of the precipitate were observed. Analysis of the resulting precipitates revealed that as the SDS and CA increased the additive, the asphaltene content and the size of the agglomerated asphaltene particles decreased from 0.7w% and 0.5w%, respectively.

제타전위를 통한 아스팔텐의 안정성 변화와 관련하여, Salmon-Vega et al.[비특허문헌 12] 역시 n-헵탄을 이용하여 아스팔텐을 추출한 뒤 이를 1.0mM 질산나트륨(NaNO3) 수용액 안에 넣고 세틸피리디니움 클로라이드(CPCl), 도데실아민 하이드로클로라이드(DHA) 그리고 소디움 도데실 설포네이트(SDS)를 첨가하여 아스팔텐의 안정성 변화를 살펴보았다. SDS의 경우 1.0mM 이상 주입할 경우 주어진 pH 구간 내 아스팔텐의 제타전위를 음의 값으로 유지 시켜 주었다. 이는 아스팔텐의 소수성 표면 부위와 계면활성제의 탄화수소 체인의 결합에 의한 것이다. 또한, 양이온 첨가제인 CPCl과 DHA의 경우에는 아스팔텐과의 소수성 결합 외 정전기적 인력도 함께 작용하여 1.0mM 이상에서 양의 제타전위를 보였다.Salmon-Vega et al. [Non-patent Document 12] also extracts asphaltenes from n-heptane and then puts them into a 1.0 mM aqueous solution of sodium nitrite (NaNO 3 ) The stability changes of asphaltene were investigated by the addition of pyridinium chloride (CPCl), dodecylamine hydrochloride (DHA) and sodium dodecylsulfonate (SDS). In case of SDS, the zeta potential of asphaltenes within a given pH range was maintained at a negative value when 1.0 mM or more was injected. This is due to the bonding of the hydrophobic surface region of asphaltene with the hydrocarbon chain of the surfactant. In addition, in the case of CPCI and DHA, which are cationic additives, positive electrostatic attraction other than hydrophobic bond with asphaltene also showed a positive zeta potential above 1.0 mM.

아스팔텐을 분산시키기 위한 첨가제의 효과를 살펴 볼 때, 첨가제의 헤드그룹과 알킬 체인의 길이를 적절히 조절할 경우 아스팔텐을 효과적으로 응집해 내는 것이 가능할 것으로 예상된다. 그러나 용매를 이용하여 아스팔텐의 응집특성을 향상시키기 위한 측면에서의 연구와 해석은 많이 보고되어있지 않아 첨가제와 아스팔텐간의 흡착 메커니즘과 용매가 이에 미치는 영향에 대한 연구가 필요하다.Considering the effect of additives for dispersing asphaltenes, it is expected that it will be possible to effectively aggregate asphaltenes when the head group of the additive and the length of the alkyl chain are appropriately adjusted. However, research and analysis on the improvement of coagulation properties of asphaltenes by using solvents have not been reported much. Therefore, it is necessary to study the mechanism of adsorption between additives and asphaltenes and the influence of solvents on them.

특허문헌 1은 오일샌드로부터 비투멘을 생산하는 공정을 개선한 것으로서, 구체적으로는 물을 이용한 비투멘 추출액과 용매를 이용한 비투멘 추출액을 적절히 재조합 및 혼합하여 샌드(sand), 아스팔텐 그리고 물을 효과적으로 제거하는 기술에 관한 것이다. 물의 농도가 단 하나의 예시로만 기재되어 있을 뿐, 본 발명과 같이 물의 농도가 직접적으로 아스팔텐 제거에 미치는 정량적 효과에 대해서는 인지하지 못하고 있으며 이에 대한 자료도 없다.Patent Document 1 is an improvement of a process for producing a bi-toluene from an oil sand. Specifically, a process for producing a bi-membrane by using a water-based Biumen extract and a solvent is appropriately recombined and mixed to prepare a sand, And more particularly, The concentration of water is described only as one example and the quantitative effect of the concentration of water directly on asphaltene removal as in the present invention is not recognized and there is no data on this.

특허문헌 2는 기존의 아스팔텐 제거 방법 중 운전온도를 높여 상 분리 속도 및 효율을 향상시킨 것으로서 운전 온도가 핵심 파라미터로서 물의 농도 및 계면활성제가 직접적으로 아스팔텐의 제거에 미치는 정량적 효과에 대해서는 인지하지 못하고 있으며 이에 대한 자료도 없다.Patent Document 2 discloses a method of removing asphalt from an existing asphaltene removal method by increasing the operation temperature and improving the phase separation speed and efficiency. It is known that the operation temperature is a key parameter and the quantitative effect of the concentration of water and the surfactant directly on the removal of asphaltenes There is no data on this.

본 발명에서는 유사한 헤드그룹을 갖는 계면활성제를 대상으로 알킬기의 길이에 따른 아스팔텐의 응집 특성 변화와 이에 대한 기작을 연구하였다. 이를 위해 설페이트 그룹과 피리디니움 그룹을 지니며 알킬기의 길이가 다른 양이온 4종과 음이온 계면활성제 4종을 사용하였다. N-헵탄을 용매로 사용하여 추출과정에서 첨가제 적용에 따른 아스팔텐 제거 수율과 아스팔텐 제거율 변화를 관찰하였으며, XPS와 FT-IR을 통해 첨가제와 아스팔텐의 흡착 특성의 변화와 ξ전위를 통해 아스팔텐의 분산 및 응집 특성 변화를 확인해 보았다. 본 발명을 통해서 본 발명자는 현재의 경향과는 전혀 다른 아스팔텐의 분산이 아닌 응집에 대한 특이한 특성을 발견할 수 있었으며 이를 통해서 본 발명을 완성하게 되었다.In the present invention, the variation of asphaltene agglomeration characteristics according to the length of the alkyl group and the mechanism thereof were studied for a surfactant having a similar head group. For this purpose, four kinds of cations having different alkyl groups and four kinds of anionic surfactants having a sulfate group and a pyridinium group were used. N-heptane was used as a solvent to observe the changes in the asphaltene removal yield and asphaltene removal rate according to the application of the additive during the extraction process. Through XPS and FT-IR, changes in the adsorption characteristics of additives and asphaltenes, The variation of dispersion and coagulation properties of pallen was confirmed. Through the present invention, the present inventor has found a unique characteristic of flocculation rather than dispersion of asphaltene, which is completely different from the present trend, and thus the present invention has been completed.

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본 발명은 전술한 바와 같이 오일샌드 비투멘과 같은 증질유로부터 아스팔텐을 제거하고자 하는 것으로서 물과 계면활성제만을 이용하여 아스팔텐의 침전을 유도하여 오일샌드 비투멘과 같은 증질유로부터 아스팔텐을 제거하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.As described above, the present invention aims to remove asphaltenes from a buildup passage such as an oil sand beitumen, and induce sedimentation of asphaltenes using only water and a surfactant, thereby removing asphaltenes from a buildup passage such as an oil sand beitumen And to provide a method for doing so.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본원 발명의 제1양태는 비투멘을 포함하는 용액에 물을 투입하여 상기 아스팔텐을 응집함으로써, 오일샌드(oil sand)의 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is to provide a method for producing a water-soluble polymer by incorporating water into a solution containing a non-toluene to coagulate the asphaltenes and thereby incorporating the water into heavy oil such as bitumen of an oil sand And removing the asphaltene.

본원 발명의 제2양태는 상기 비투멘을 포함하는 용액에 계면활성제를 추가로 투입하는 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법을 제공한다.The second aspect of the present invention provides a method for removing asphaltene contained in heavy oil such as an oil sand bitumen into which a surfactant is further added to a solution containing the above-mentioned non-toxen do.

본원 발명의 제3양태는 상기 계면활성제는 소디움 메틸 설페이트, 소디움 부틸 설페이트, 소디움 옥틸 설페이트, 소디움 도데실 설페이트, 1-메틸-피리디니움 클로라이드, 부틸-피리디니움 클로라이드, 도데실-피리디니움 클로라이드, 세틸-피리디니움 클로라이드 중 적어도 하나를 포함하는 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법을 제공한다.In a third aspect of the present invention, the surfactant is selected from the group consisting of sodium methyl sulfate, sodium butyl sulfate, sodium octyl sulfate, sodium dodecyl sulfate, 1-methyl-pyridinium chloride, butyl-pyridinium chloride, The present invention provides a method for removing asphaltene contained in heavy oil such as oil sand bitumen containing at least one of chloride, cetyl-pyridinium chloride.

본원 발명의 제4양태는 상기 계면활성제는 소디움 메틸 설페이트 또는 1-메틸-피리디니움 클로라이드이며 비투멘의 부피를 기준으로 1% 첨가되는 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법을 제공한다.In a fourth aspect of the present invention, the surfactant is sodium methyl sulphate or 1-methyl-pyridinium chloride and is added to the heavy oil, such as oil sand bitumen, which is added at 1% based on the volume of the non- A method of removing an asphaltene is provided.

본원 발명의 제5양태는 상기 물의 투입량은 비투멘의 부피를 기준으로 5 내지 40%, 바람직하게는 20%인 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법을 제공한다.The fifth aspect of the present invention is characterized in that the amount of water is in the range of 5 to 40%, preferably 20%, based on the volume of the non-toluene, of asphaltene contained in heavy oil such as oil sand bitumen Quot;). ≪ / RTI >

본원 발명의 제6양태는 용매는 n-펜탄 또는 n-헵탄이며 비투멘의 부피를 기준으로 500%, 바람직하게는 300% 부가되는 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법을 제공한다.In a sixth aspect of the present invention, the solvent is n-pentane or n-heptane and is included in heavy oil such as oil sand bitumen which is added in an amount of 500%, preferably 300% based on the volume of the non-toluene And removing the asphaltene.

본원 발명의 제7양태는 용매는 n-헵탄인 오일샌드(oil sand) 비투멘(bitumen)과 같은 중질유에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법을 제공한다.A seventh aspect of the present invention provides a method for removing asphaltene contained in a heavy oil such as an oil sand bitumen in which the solvent is n-heptane.

본 발명은 오일샌드 비투멘과 같은 증질유로부터 아스팔텐을 제거하는 방법으로서, 아스팔텐의 침전을 유도할 수 있는 매우 쉬운 방법으로 아스팔텐을 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 아스팔텐의 응집 방법은 물과 계면활성제의 알킬 체인 수만을 조절함으로써 최적의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.The present invention is a method for removing asphaltenes from a buildup flow path such as an oil sand beitumen, and can remove asphaltenes in a very easy way to induce precipitation of asphaltenes. The method of flocculation of asphaltenes according to the present invention is advantageous in that an optimal effect can be obtained by controlling the number of alkyl chains of water and a surfactant.

도 1은 본 발명의 실험 방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 설페이트계 첨가제(계면활성제)를 사용 하였을 때 알킬 체인 길이에 따른 아스팔텐 제거율 변화다.
도 3은 물의 조성비에 따른 아스팔텐의 제거율 변화다.
도 4는 계면활성제와 물의 조성비에 따른 아스팔텐-레진 입자 표면에서 계면활성제 흡착에 대한 FT-IR 분석 결과이다.
도 5는 아스팔텐-레진 입자에 흡착된 설페이트계 계면활성제의 함량을 분석하기 위한 XPS 피크이다.
도 6은 계면활성제의 알킬 체인수에 따른 아스팔텐-레진 입자와 첨가제의 흡착량 변화 결과이다.
도 7은 셀페이트계 계면활성제를 사용한 경우 피치의 제타전위를 측정한 결과이다.
도 8은 피리디니움계열의 양이온 계면활성제의 알킬 체인 길이에 따른 아스팔텐 제거율을 보여준다.
도 9는 아스팔텐-레진 입자에 흡착된 피리디니움 계면활성제의 함량을 분석하기 위한 XPS 피크이다.
도 10은 피리디니움 계열의 계면활성제 알킬 체인 길이에 따른 피치의 피리디니움 함량 변화를 나타낸 것이다.
도 11은 피리디니움계 계면활성제를 사용한 경우 피치의 제타전위를 측정한 결과이다.
도 12는 알킬 체인에 따른 아스팔텐 제거율 및 제타전위를 보여준다.
1 is a schematic diagram showing an experimental method of the present invention.
FIG. 2 shows changes in the asphaltene removal rate with respect to the alkyl chain length when a sulfate-based additive (surfactant) is used.
Fig. 3 shows the change in removal rate of asphaltene according to the composition ratio of water.
Fig. 4 shows the results of FT-IR analysis of adsorption of surfactant on the surface of asphaltene-resin particles according to composition ratio of surfactant and water.
5 is an XPS peak for analyzing the content of the sulfate surfactant adsorbed on the asphaltene-resin particle.
Fig. 6 shows the results of changes in adsorption amount of asparten-resin particles and additives according to the number of alkyl chains of the surfactant.
FIG. 7 shows the results of measurement of the zeta potential of the pitch when a surfactant of cellophilic type was used.
Figure 8 shows the asphaltene removal rates of the pyridinium based cationic surfactants according to alkyl chain lengths.
9 is an XPS peak for analyzing the content of pyridinium surfactant adsorbed on aspartin-resin particles.
FIG. 10 shows the change in the pyridinium content of the pitch with respect to the length of the pyridine-based surfactant alkyl chain.
11 shows the results of measurement of the zeta potential of the pitch when a pyridinium surfactant is used.
Figure 12 shows the asphaltenes removal rate and zeta potential according to the alkyl chain.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

본 발명에 따른 %는 별도의 설명이 없는 경우 부피%를 의미하며 특별한 언급이 있는 경우에는 그 지시를 따른다. The percentages according to the present invention refer to the% by volume unless otherwise stated and follow the instructions if there is any special mention.

(실시예)(Example)

(실험에 사용된 약품)(Drug used in the experiment)

본 발명에 사용한 원료는 아사바스카(Athabasca) 지역 오일샌드로부터 추출된 비투멘(bitumen)을 사용하였다. 본 발명에 사용된 비투멘의 기본 물성을 표 2에 나타내었다. 시험에 사용된 용매는 Sigma Aldrich에서 그리고 계면활성제는 Sigma Aldrich와 TCI America로부터 구매하여 사용하였으며, 이에 대한 정보를 표 3에 나타내었다.The raw material used in the present invention was bitumen extracted from oil sands of Athabasca region. Table 2 shows the basic physical properties of the bi-toluene used in the present invention. The solvents used in the tests were purchased from Sigma Aldrich and the surfactants were purchased from Sigma Aldrich and TCI America and the information is provided in Table 3.

Figure 112017020111018-pat00002
Figure 112017020111018-pat00002

Figure 112017020111018-pat00003
Figure 112017020111018-pat00003

(실험 방법)(Experimental Method)

실험 방법에 대한 개략도를 도 1에 나타내었다. 우선 5㎖의 역청(bitumen)을 가지 달린 삼각 플라스크에 넣고 계면활성제를 원료대비 1.0% 그리고 n-헵탄을 원료 대비 3배(솔벤트:오일의 비율, SOR, solvent-oil-ratio)만큼 혼합시켜 준다. 계면활성제를 용해시키기 위해 물을 원료대비 5 내지 40% 첨가하였다. 온도는 50℃로 유지 시킨 후 약 30분간 교반을 시켜준다. 교반 후 침전물(계면활성제-아스팔텐-레진 혼합물)이 형성되도록 1시간 동안 그대로 유지시켜 준다. 그 이후 0.45㎛ 필터를 통해 침전물을 회수 한 뒤 필터와 침전물를 107℃에서 약 2시간 건조 후 무게를 측정하고 이를 원료의 무게로 나누어 침전물의 수율로 삼았다. 실험은 4번씩 반복 진행 후 평균값을 사용하였다. 본 발명에서는 이러한 침전물을 피치로 명명하였으며, 피치 내의 아스팔텐 함량은 ASTM D3279 방법에 따라 3번씩 수행하여 평균값을 사용하였다[비특허문헌 0018 참조].A schematic diagram of the experimental method is shown in Fig. First, add 5 ml of the surfactant to the Erlenmeyer flask with bitumen and mix the surfactant with 1.0% of the raw material and 3 times of the raw material (solvent: oil ratio, SOR, solvent-oil-ratio) . To dissolve the surfactant, water was added in an amount of 5 to 40% relative to the raw material. The temperature is maintained at 50 DEG C and the mixture is stirred for about 30 minutes. After stirring, the mixture is allowed to stand for 1 hour to form a precipitate (surfactant-asphaltene-resin mixture). After that, the precipitate was recovered through a 0.45 μm filter, and the filter and the precipitate were dried at 107 ° C. for about 2 hours, and the weight was measured. The weight was divided by the weight of the raw material to obtain the yield of the precipitate. The experiment was repeated 4 times and average value was used. In the present invention, such precipitates were named as pitches, and the asphaltene content in the pitch was measured three times according to the ASTM D3279 method, and the average value was used (see Non-Patent Document 0018).

(피치의 제타전위 측정)(Measurement of zeta potential of pitch)

피치의의 콜로이드 안정성을 확인하기 위하여 Zetasizer Nano ZS(Malvern)을 사용하여 제타전위(ξ-Potential)를 측정하였다. 제타전위란 액체속에 떠다니는 콜로이드 입자의 표면 전기 특성인 전위를 나타낸다. 본 발명에서는 Parra-Barraza et al.[비특허문헌 0016]와 동일한 방법으로 제타전위를 분석하였다. 우선 피치 25㎎을 채취한 후 3.7㎖의 에탄올을 넣고 15분간 초음파를 가해준다. 그런 뒤 피치가 잘 분산된 상층액을 약 0.4㎖ 채취한 후 이온 강도를 고정시켜 주기 위해 0.001M NaNO3 용액 50㎖ 안에 넣어 준다. 그 후 마그네틱을 이용하여 20분간 교반시켜 주고 1~2㎖ 정도를 제타 전용 셀에 기포가 생기지 않게 하여 주입하여 분석을 진행 하였다. 각각의 분석은 6번씩 수행하여 평균값을 사용하였다.The zeta potential (ξ-Potential) was measured using a Zetasizer Nano ZS (Malvern) to check the colloidal stability of the pitch. Zeta potential refers to the potential, which is the surface electrical property of colloidal particles floating in a liquid. In the present invention, the zeta potential was analyzed in the same manner as Parra-Barraza et al. [Non-Patent Document 0016]. First, take 25 mg of pitch, add 3.7 ml of ethanol, and apply ultrasonic waves for 15 minutes. After that, take about 0.4 ml of the well-dispersed supernatant and place it in 50 ml of 0.001M NaNO3 solution to fix the ionic strength. Thereafter, the mixture was stirred for 20 minutes using magnet, and 1 to 2 ml of the solution was injected into the zeta-dedicated cell so as to prevent air bubbles from forming. Each analysis was performed six times and the mean value was used.

(아스팔텐-레진 입자 표면의 계면활성제 흡착 분석)(Adsorption Analysis of Surfactant on Asparten-Resin Particle Surface)

첨가제의 아스팔텐-레진 입자 표면 흡착 여부를 확인하기 위하여 피치에 대한 푸리에 변환 자외선 분광기(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FT-IR, Alpha, Bruker) 분석을 수행하였다. 피치를 약 0.5g 채취하여 파장범위 500~4000/㎝-1에서 분석을 진행 하였다. 첨가제(계면활성제)의 흡착량을 확인하기 위해서 XPS 분석(AXIS NOVA, KRATOS, England)을 수행하였다. Monochromatic Al-Kα(hν=15KeV)을 사용하였고 피치를 약 0.5g을 채취하여 분석을 진행하였다.Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR, Alpha, Bruker) analysis was performed on the pitch to confirm the adsorption of asphalt-resin particles on the surface of the additive. About 0.5 g of pitch was sampled and analyzed at a wavelength range of 500-4000 / cm -1. XPS analysis (AXIS NOVA, KRATOS, England) was performed to confirm the adsorption amount of the additive (surfactant). Monochromatic Al-Kα (hν = 15 KeV) was used, and about 0.5 g of the pitch was sampled for analysis.

(분석 결과)(Analysis)

아스팔텐 제거(Deasphalting)과정에서의 아스팔텐 제거율을 아스팔텐 응집특성 변화의 지표로써 사용하였으며, 그 정의는 아래 식 (1) 과 같다.The asphaltene removal rate in the deasphalting process was used as an index of the change of the asphaltene cohesion property, and the definition is as shown in the following equation (1).

Figure 112017020111018-pat00004
(1)
Figure 112017020111018-pat00004
(One)

(설페이트계(음이온) 계면활성제의 알킬 체인 길이에 따른 아스팔텐의 응집 특성)(Aggregation characteristics of asphaltene with alkyl chain length of sulfate (anionic) surfactant)

도 2는 설페이트계 첨가제(계면활성제)를 사용 하였을 때 알킬 체인 길이에 따른 아스팔텐 제거율 변화를 보여준다. 도 2 및 도 3에서 water 0%란 물과 첨가제 모두 넣지 않은 조건을 나타낸다. 물을 5~40%로 증가시켰을 때, 아스팔텐 제거율이 water 20%에서 최대 68%로 water 0%보다 아스팔텐 제거율이 약 10% 이상 증가한 것을 확인 할 수 있다. 여기서 물의 %는 원료인 비투멘 5㎖ 대비 기준 비율이다. 즉 물 20%는 비투멘 5㎖ 대비 1㎖을 투입한 것이다.Figure 2 shows the change in asphaltene removal rate with alkyl chain length when a sulfate based additive (surfactant) is used. In FIGS. 2 and 3, water 0% represents a condition in which neither water nor additive is added. When the water was increased to 5 ~ 40%, the asphaltene removal rate increased from 20% water up to 68%, and the asphaltene removal rate was increased by about 10% more than water 0%. Here,% of water is a reference ratio to 5 ml of the raw material, vitumen. That is, 20% of water is 1 ml of 5 ml of Vitumen.

통상적으로 아스팔텐을 응집 하지 않고 분산을 많이 시키는 것은 중질유 원유산지에서 생산 후 파이프라인을 통해 이송하는 과정에서 아스팔텐의 침전을 억제하기 위한 것이다. 그러나 본 발명은 오히려 아스팔텐을 응집시켜 초기에 제거함으로써 일반 정유 설비의 원유처리 공정에서의 문제점을 해소하기 위한 것을 발명의 특징으로 하고 있다. 화합물의 응집은 계면활성제 분자 구조(알킬 체인의 길이) 또는 물의 조성비와 관련하여 일차적 비례 경향을 나타내는 것이 통상적이면서 개연성 있는 추론이다. 반면에 본 발명에 따른 아스팔텐의 응집은 물의 조성비 및 계면활성제 알킬 체인의 길이와 관련하여 통상의 경향과는 다른 곡선을 보여주고 있다. 이는 통상의 기술자에게 자명한 것이 아니며, 용이하게 유추 가능한 것도 아니다.Generally, a large amount of dispersing without agglomeration of asphaltenes is intended to suppress sedimentation of asphaltenes in the process of transporting the crude oil from the medium to the post-production pipeline. However, the present invention is characterized in that the asphaltene is agglomerated and removed at an early stage, thereby solving the problems in the crude oil treatment process of general refinery facilities. It is common and probable reasoning that the aggregation of a compound exhibits a primary proportionality with respect to the surfactant molecular structure (length of the alkyl chain) or water composition ratio. On the other hand, agglomeration of asphaltenes according to the present invention shows a curve that is different from the usual tendency with respect to the composition ratio of water and the length of alkyl chain of surfactant. It is not self-evident to the ordinary artisan, nor is it easily conceivable.

본 발명자는 물의 조성비에 따른 아스팔텐의 제거율을 좀 더 명확하게 관측하기 위하여 물의 조성비에 따른 아스팔텐의 제거율을 도 3에 나타내었다. 도 3은 첨가제(계면활성제)를 포함하지 않은 경우의 아스팔텐의 응집(제거)율을 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 아스팔텐은 물의 조성비에 따라 S 곡선을 그리고 있다. 물을 미량 넣을 경우 아스팔텐 제거율이 오히려 떨어지고 물의 조성비에 따라 점점 증가하다 20% 때 최대 제거율을 보인 후 다시 떨어지는 경향을 보인다. 이러한 경향은 계면활성제의 알킬 체인 길이와 상관없이 유사한 경향을 나타내었다.The inventor of the present invention has shown in FIG. 3 the asphaltene removal rate according to the composition ratio of water in order to more clearly observe the removal rate of asphaltenes according to the composition ratio of water. Fig. 3 shows the aggregation (removal) rate of asphaltenes when the additive (surfactant) was not included. The asphaltenes according to the present invention have an S curve according to the composition ratio of water. When water is added in a small amount, the asphaltene removal rate is rather decreased, and it gradually increases according to the composition ratio of water. This tendency was similar regardless of the alkyl chain length of the surfactant.

한편 도 2에서 알 수 있듯이 계면활성제의 알킬 체인 길이에 따른 제거율은 알킬 체인이 1개일 때 가장 높은 값을 보이고 있으며, 이를 기준으로 제거율은 모두 감소하고 있다.On the other hand, as shown in FIG. 2, the removal rate according to the length of the alkyl chain of the surfactant is the highest when the alkyl chain is one, and the removal rate is decreased based on the alkyl chain length.

설페이트계 첨가제를 사용한 경우, 물의 함량이 증가함에 따라 아스팔텐 제거율이 증가하다 물 20%에서 최대값을 나타낸 뒤 그 이상 첨가할 경우 오히려 감소됨을 보인다. 첨가제의 알킬 체인개수를 1개에서 12개로 증가시킴에 따라 아스팔텐 제거율이 감소하는 것을 확인 할 수 있다. SMS(알킬 체인 1개인 경우)는 아스팔텐 제거율이 최대 72%인 것을 확인 할 수 있었고 SDS(알킬 체인 12개인 경우)의 경우 아스팔텐 제거율이 최소인 41%로 나타났다. 계면활성제를 넣지 않고 물만 첨가한 경우와 비교해 보면, 알킬 체인의 길이가 짧은 SMS를 사용한 경우에 아스팔텐 제거율이 약 5% 증가한 반면 알킬 체인이 가장 긴 SDS의 경우에는 아스팔텐 제거율이 오히려 약 10% 감소하였다.In the case of the sulfate-based additive, the asphaltene removal rate increases with increasing water content. As the number of alkyl chains in the additive increases from 1 to 12, it can be seen that the asphaltene removal rate decreases. SMS (with 1 alkyl chain) showed up to 72% asphaltene removal rate and SDS (with 12 alkyl chains) showed 41% minimum asphaltene removal rate. Compared with the case where only the water is added without adding the surfactant, the aspalen removal rate is increased by about 5% when the short alkyl chain is used, whereas the asphaltene removal rate is about 10% when the alkyl chain is the longest. Respectively.

이러한 결과를 해석하기 위하여 먼저 FT-IR을 통해 아스팔텐-레진 입자와 설페이트계 첨가제의 흡착 여부를 확인 해 보았다. 도 4의 (a), (b), (c), (d)는 각각 SMS, SBS, SOS, SDS에 대한 결과이다. 도 4에 나타낸 바와 같이 첨가제(계면활성제)를 주입한 경우 설페이트 계열(S=O)로 확인 가능한 파장 1100㎝-1과 1200㎝-1부근에서 새로운 피크가 나타난 것을 확인 할 수 있으며, 물 함량 변화에 따른 아스팔텐 제거 성능 경향과 동일하게 물 20%를 사용 하였을 때 피크값이 최대인 것을 명확히 확인 할 수 있다.In order to analyze these results, we first checked the adsorption of aspartin-resin particles and sulfate-based additives through FT-IR. 4 (a), 4 (b), 4 (c) and 4 (d) show results for SMS, SBS, SOS and SDS, respectively. As shown in FIG. 4, when an additive (surfactant) is injected, a new peak appears at wavelengths of 1100 cm -1 and 1200 cm -1, which can be confirmed as sulfate (S = O) It can clearly be seen that the peak value is the maximum when 20% of water is used.

아스팔텐-레진 입자에 흡착된 설페이트계 첨가제의 함량을 분석하기 위한 XPS 피크를 도 5에 나타내었다. 도 5(a)는 첨가제가 주입되지 않은 조건의 피치 시료에 대한 결과이며, 도 5(b)는 추출과정에 첨가제를 주입한 경우의 피치 샘플의 XPS 결과를 보여준다. 설페이트계 첨가제를 넣은 모든 경우에는 도 5(b)와 같이 168.7eV에서 설페이트 그룹을 검출해 낼 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 첨가제의 알킬 체인수에 따른 아스팔텐-레진 입자와 첨가제의 흡착량 변화를 도 6(a)에 비교하였다. The XPS peak for analyzing the content of the sulfate based adsorbent on the aspartin-resin particles is shown in Fig. FIG. 5 (a) shows the results for the pitch sample under the condition that the additive is not injected, and FIG. 5 (b) shows the XPS results for the pitch sample when the additive is injected during the extraction process. In all cases where the sulfate-based additive was added, the sulfate group could be detected at 168.7 eV as shown in Fig. 5 (b). Based on these results, the change in adsorption amount of asparten-resin particles and additives according to the number of alkyl chains in the additive was compared with that in Fig. 6 (a).

도 6(a)에서 보는 바와 같이, 물 함량이 5%와 20%인 경우 알킬 체인이 길어짐에 따라 설페이트의 흡착량이 선형적으로 증가하는 것을 확인 할 수 있다. 그러나 물이 40%인 경우를 살펴보면 첨가제의 아스팔텐-수지 입자에 흡착된 양은 약 55%로 알킬 체인 수에 관계없이 일정함을 확인 할 수 있다. 도 6(b)는 설페이트 흡착량에 따른 아스팔텐 제거율을 비교한 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 물 함량이 20%까지는 첨가제의 흡착량이 많을수록 그리고 알킬 체인이 길수록 아스팔텐 제거율이 감소함을 알 수 있다. 물 함량이 40%인 경우, 즉 첨가제의 흡착량이 동일한 조건에서 비교해 보면 역시 알킬 체인이 길수록 아스팔텐 제거율이 낮아짐을 알 수 있다. As shown in FIG. 6 (a), when the water content is 5% and 20%, it can be confirmed that the adsorption amount of sulfate increases linearly with the increase of the alkyl chain. However, when the amount of water is 40%, it can be confirmed that the adsorbed amount of the additive on the asphaltene-resin particles is about 55%, which is constant irrespective of the number of alkyl chains. 6 (b) compares the asphaltene removal rate with the amount of sulfate adsorption. As shown in the figure, up to 20% of the water content shows that the adsorption amount of the additive and the longer alkyl chain decrease the asphaltene removal rate. When the water content is 40%, that is, when the adsorption amount of the additive is the same, the asphaltene removal rate becomes lower as the alkyl chain is longer.

설페이트를 첨가한 추출 조건에서 피치의 전기적인 특성을 확인하기 위해 제타전위를 측정해 보았으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7(a)에서 보는 바와 같이 우선 첨가제가 투입되지 않은 조건에서의 피치는 음의 전위를 나타낸다. 첨가제가 투입되고 알킬 체인이 증가함에 따라 전위 값이 보다 음의 값으로 커지는 것을 확인 할 수 있는데, 이러한 현상은 알킬 체인 길이가 길수록 앞서 그림 6(a)에서와 같이 첨가제 흡착량이 증가하여 피치의 총전하 합이 음의 값으로 커졌기 때문이다. 결국, 이러한 전위값의 증가는 도 7(b)에 보이는 것과 같이 피치 입자간의 상호 반발력으로 작용하여 아스팔텐 제거에서 아스팔텐의 응집을 억제 시킨 것으로 해석할 수 있다.The zeta potential was measured in order to confirm the electrical characteristics of the pitch under the extraction condition with addition of sulfate, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 7 (a), first, the pitch at a condition where the additive is not applied indicates a negative potential. As the additive is added and the alkyl chain is increased, the potential value becomes more negative. This phenomenon shows that as the alkyl chain length becomes longer, the adsorption amount of the additive increases as shown in FIG. 6 (a) This is because the charge sum has increased to a negative value. As a result, it can be interpreted that the increase of the dislocation value acts as mutual repulsive force between the pitch particles as shown in FIG. 7 (b), thereby suppressing aggregation of asphaltenes in asphaltene removal.

앞선 알킬 체인 길이에 따른 계면활성제의 흡착량과 피치의 제타전위 변화결과를 토대로 설페이트계열 첨가제의 아스팔텐-레진 입자표면의 흡착과정을 유추해 보면, 계면활성제의 머리 그룹은 아스팔텐-레진 입자와 동일하게 음의 전위를 가져 반발력을 띄게 되기 때문에 오히려 첨가제의 탄수화물 꼬리와 아스팔텐-레진 입자의 소수성 부위간의 결합이 주된 흡착력으로 작용한 것으로 판단된다.Based on the results of the adsorption amount of the surfactant and the zeta potential change of the pitch depending on the length of the alkyl chain, the adsorption process of the surface of the asphaltene-resin particle of the sulfate-based additive is inferred. The head group of the surfactant is asphalt- It is believed that the bond between the carbohydrate tail of the additive and the hydrophobic part of the asphaltene-resin particle acts as the main adsorbing force, because it has the same negative potential and repulsive force.

(피리디니움계(양이온) 계면활성제의 알킬 체인 수에 따른 아스팔텐의 응집 특성)(Aggregation characteristics of asphaltene according to the number of alkyl chains of pyridinium (cation) surfactant)

도 8은 피리디니움계열의 양이온 첨가제를 아스팔텐 제거 과정에 투입하였을 때, 첨가제의 알킬 체인 길이에 따른 아스팔텐 제거율을 보여준다. 피리디니움계 첨가제의 경우에도 앞선 설페이트계 첨가제와 동일하게 물을 20% 사용 하였을 때, 아스팔텐 제거율이 가장 높은 것을 확인 할 수 있다. 피리디니움계 첨가제의 경우 MPCl(알킬 체인이 1개인 경우)을 사용 하였을 때 아스팔텐 제거율이 최대 76%인 것을 확인 할 수 있었고 CPCl(알킬 체인이 16개인 경우)의 경우 아스팔텐 제거율이 최소인 34%로 나타났다. 이를 물 0%와 비교하면 알킬 체인의 길이가 짧은 MPCl을 사용 한 경우에는 아스팔텐 제거율이 최대 약 21% 증가한 것을 확인 할 수 있다. 그러나 알킬 체인이 가장 긴 CPCl은 제거율이 오히려 약 22%감소한 것을 확인 할 수 있었다. 피리디니움계 첨가제도 앞선 설페이트계 첨가제처럼 알킬 체인의 길이가 길어짐에 따라 피치의 안정성이 증가하여 아스팔텐 제거율이 감소함을 확인 할 수 있다. 피리디니움계 첨가제의 경우 FT-IR 상에서 첨가제 유무가 피크 변화를 통해 확인되지 않았으며, XPS 분석을 통해 아스팔렌-레진에 흡착된 첨가제 함량만을 확인해 보았다.FIG. 8 shows the asphaltene removal rate according to the alkyl chain length of the additive when the pyridinium cation additive is added to the asphaltene removal process. In the case of the pyridinium additive, when the water is used at 20% as in the case of the above-mentioned sulfate-based additive, the highest asphaltene removal rate can be confirmed. In the case of the pyridinium additive, MPCl (with 1 alkyl chain) was found to have a maximum asphaltene removal rate of 76%. In the case of CPCl (with 16 alkyl chains), the asphaltene removal rate was at least 34 %. Compared with 0% of water, it can be seen that when the MPCl having a short alkyl chain is used, the asphaltene removal rate is increased by about 21% at the maximum. However, it was confirmed that the removal rate of CPCl having the longest alkyl chain was decreased by about 22%. As in the case of the previous sulfate-based additives, the pyridinium-based additive shows that the longer the alkyl chain is, the more stable the pitch and the less the asphaltene removal rate is. In the case of the pyridinium-based additive, the presence or absence of the additive in the FT-IR was not confirmed by the peak change, and only the content of the additive adsorbed on the asphaltene-resin was confirmed by XPS analysis.

도9(a)는 첨가제가 주입되지 않은 조건의 피치 시료에 대한 결과이며, 도 9(b)는 추출과정에 첨가제를 주입한 경우의 피치 샘플의 XPS 결과를 보여준다. 피리디니움 그룹을 지닌 첨가제를 넣었을 때, 모든 첨가제의 경우에 도 9(b)와 같이 401.3 eV 에서 새로운 피크를 확인 할 수 있었으며, 이는 문헌을 통해 피리디니움으로 확인되었다. 이러한 결과를 통해 양이온인 피리디니움 계열의 첨가제를 아스팔텐 제거 과정에 투입할 경우, 첨가제는 아스팔텐-레진 표면의 산성 부위와 산-염기 작용에 의해 흡착됨을 알 수 있다.9 (a) shows the result of the pitch sample under the condition that the additive is not injected, and FIG. 9 (b) shows the XPS result of the pitch sample when the additive is injected in the extraction process. When an additive with a pyridinium group was incorporated, a new peak was identified at 401.3 eV as shown in Figure 9 (b) for all additives, which was identified as pyridinium by the literature. From these results, it can be seen that when the cationic pyridinium type additive is added to the asphaltene removal process, the additive is adsorbed by the acidic site and acid - base action of the asphaltene - resin surface.

도 10(a)는 피리디니움 계열 첨가제의 알킬 체인 길이에 따른 피치시료 내 피리디니움 함량 변화를 나타낸 것이다. 물 20%인 지점을 살펴보면 알킬 체인이 짧은 BPCl의 피리디니움의 원자 함량이 약 60%로 흡착이 가장 많이 된 것을 확인 할 수 있고 알킬 체인이 가장 긴 CPCl의 경우 약 48%로 흡착이 가장 적게 됨을 확인 할 수 있다. 또한, 물 5%인 경우에도 동일한 경향을 나타내며 알킬 체인의 길이가 길어짐에 따라 피리디니움 함량이 감소함을 알 수 있다.10 (a) shows the change of the pyridinium content in the pitch sample according to the alkyl chain length of the pyridinium additive. At 20% of water, the adsorption peak of pyridinium of BPCl with short alkyl chain is about 60%, and the longest alkyl chain is about 48% Can be confirmed. In addition, the same tendency is shown in the case of 5% of water, and the pyridinium content decreases as the length of the alkyl chain is increased.

또한 도 10(b)를 살펴보면 피리디니움 첨가제의 알킬 체인 길이가 작아 피치 내 피리디니움 흡착량이 증가할수록 아스팔텐 제거율은 증가함을 알 수 있다. 이러한 결과는, 앞선 설페이트계 첨가제와는 반대의 경향을 나타낸다. 10 (b), it can be seen that as the alkyl chain length of the pyridinium additive is small, the asphaltene removal rate increases as the pyridinium adsorption amount in the pitch increases. These results show a tendency opposite to that of the preceding sulfate-based additive.

피리디니움 계열의 첨가제를 투입한 추출조건에서의 피치의 전기적인 특성을 확인하기 위해 제타전위를 측정해 보았으며, 그 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11(a)에서 보는 바와 같이 첨가제를 넣지 않은 경우 대비 첨가제를 투입한 경우 제타전위는 모든 조건에서 상대적으로 양의 방향으로 증가한 것을 볼 수 있다. 이는 양이온성인 첨가제가 음이온성인 피치의 전위를 중화시켰기 때문으로 설명할 수 있다. 그러나 알킬 체인의 길이가 길어짐에 따라 피치의 제타전위 상승이 약해짐을 볼 수 있는데, 이는 첨가제의 헤드그룹이 아스팔텐 표면에 흡착함에 있어 길어진 알킬 체인이 방해가 되었기 때문으로 이해할 수 있다. 따라서 알킬 체인의 길이가 오히려 짧아지면 도 10(a)와 11(a)에서와 같이 아스팔텐-레진에 흡착되는 첨가제 함량이 증가하여 피치의 제타전위를 더욱 상승시키게 되고 이에 따라 도 11(b)에서와 같이 피치의 응집특성을 향상시켜 아스팔텐 제거 효율을 높이는 것으로 해석할 수 있다.The zeta potential was measured to confirm the electrical characteristics of the pitch under the extraction conditions in which the pyridinium type additive was added, and the results are shown in FIG. As shown in FIG. 11 (a), when the additive was not added, the zeta potential was increased in the positive direction in all conditions when the contrast additive was added. This can be explained by the fact that the cationic additive neutralized the potential of anionic pitch. However, it can be seen that as the length of the alkyl chain becomes longer, the zeta potential rise of the pitch is weakened. This is because the alkyl chain which is long in adsorbing the head group of the additive on the asphaltene surface is disturbed. Therefore, if the length of the alkyl chain is rather short, the content of the additive adsorbed on the asphaltene-resin increases to increase the zeta potential of the pitch as shown in FIGS. 10 (a) and 11 (a) It can be interpreted that the cohesive property of the pitch is improved and the efficiency of removing asphaltenes is increased.

궁극적으로 낮은 용매 대비 오일 조건에서의 아스팔텐 제거 효율을 향상시키기 위한 이온성 첨가제의 최적 사용방안은 도 12를 통해 정리해 볼 수 있다. 아스팔텐-레진의 제타 전위가 음의 값을 나타낼 경우, 도 12(a)에서 보는 바와 같이 양이온 첨가제가 음이온 첨가제에 비해 아스팔텐 제거율 향상에 더 도움이 되며 알킬 체인의 길이가 작을수록 그 효율이 기존 아스팔텐 제거 대비 최대 13% 이상 향상됨을 알 수 있다. 이러한 차이는 앞서 설명한 음이온과 양이온 첨가제의 아스팔텐-레진과의 흡착 특성 차이에 기인하며, 특히 알킬 체인의 길이가 긴 경우 더 큰 차이를 보인 이유는 도 12(b)에서와 같이 제타 전위 차이가 크기 때문으로 이해할 수 있다.Ultimately, the optimal use of the ionic additive to improve the efficiency of asphaltene removal under low solvent vs. oil conditions can be summarized in FIG. As shown in FIG. 12 (a), when the zeta potential of the asphaltene-resin shows a negative value, the cationic additive is more effective in improving the asphaltene removal rate than the anionic additive, and the smaller the alkyl chain length, Which is up to 13% higher than that of conventional asphaltene removal. This difference is due to the difference in the adsorption characteristics of the anion and the cationic additive with the asphaltene-resin as described above. Particularly, when the alkyl chain has a longer length, the difference is larger because the zeta potential difference It can be understood as the size.

Claims (8)

비투멘(bitumen)을 포함하는 용액에 물을 투입하여 아스팔텐을 응집함으로써, 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법에 있어서,
상기 비투멘을 포함하는 용액에 계면활성제를 추가로 투입하는 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법.
A method for removing asphaltene contained in a non-permeable membrane by introducing water into a solution containing bitumen to aggregate the asphaltenes,
And removing the asphaltene contained in the non-permeant which further comprises adding a surfactant to the solution containing the non-toluene.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 계면활성제는 소디움 메틸 설페이트, 소디움 부틸 설페이트, 소디움 옥틸 설페이트, 소디움 도데실 설페이트, 1-메틸-피리디니움 클로라이드, 부틸-피리디니움 클로라이드, 도데실-피리디니움 클로라이드, 세틸-피리디니움 클로라이드 중 적어도 하나를 포함하는 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법.
The method according to claim 1,
The surfactant may be selected from the group consisting of sodium methyl sulfate, sodium butyl sulfate, sodium octyl sulfate, sodium dodecyl sulfate, 1-methyl-pyridinium chloride, butyl-pyridinium chloride, dodecyl-pyridinium chloride, And removing the asphaltene contained in the non-toluene containing at least one of chloride and chloride.
제3항에 있어서,
상기 계면활성제는 소디움 메틸 설페이트 또는 1-메틸-피리디니움 클로라이드이며 비투멘의 부피를 기준으로 1% 첨가되는 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법.
The method of claim 3,
Wherein the surfactant is sodium methylsulfate or 1-methyl-pyridinium chloride, and is added at 1% based on the volume of the non-toluene, to remove the asphaltene contained in the non-toluene.
제1항에 있어서,
상기 물의 투입량은 비투멘의 부피를 기준으로 5 내지 40%인 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the amount of water is 5 to 40% based on the volume of the biotemen.
제5항에 있어서,
상기 물의 투입량은 비투멘의 부피를 기준으로 20%인 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the amount of water is 20% based on the volume of the vital cane.
제1항에 있어서,
용매는 n-펜탄 또는 n-헵탄이며 비투멘의 부피를 기준으로 500% 부가되는 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent is n-pentane or n-heptane, wherein the solvent is 500% based on the volume of the non-toluene, and the asphaltene contained in the non-toluene is removed.
제1항에 있어서,
용매는 n-헵탄인 비투멘에 포함된 아스팔텐(asphaltene)을 제거하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solvent is n-heptane, wherein the asphaltene contained in the non-toluene is removed.
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