بیوسور فاکتانت‌ها و کاربرد آنها در صنایع نفت

سورفاكتانتها ملكول های دوگانه دوستی هستند كه با قرار گرفتن در فاصله میان دو فاز با دو قطب مختلف منجر به كاهش كشش سطحی و بین سطحی و تشكیل میكرو امولسیونهای ناشی از انحلال جزیی هیدروكربن در آب و یا آب در هیدروكربن می شوند. از مهمترین سورفاكتانتهای تولید شده می توان به انواع تجاری آن و بیوسورفاكتانتها اشاره كرد. بنا به دلایلی از جمله تنوع زیاد، آسیب كمتر به محیط زیست، خاصیت سمی بودن كمتر و قابلیت بازگشت به اكوسیستم، امكان تولید از طریق تخمیر، كاربرد به عنوان از بین برنده آلاینده صنعتی، تسهیل استخراج نفت، كاربرد در صنایع غذایی، عملكرد مناسب در شرایط مختلف PH ، دما و غلظت های نمكی، استفاده از بیوسورفاكتانتها بر سورفاكتانتها ترجیح داده می شود.
در حال حاضر بیشتر بیوسورفاكتانتها را از میكرو ارگانیسم ها، به ویژه باكتریها و مخمرها استخراج می كنند. روش دیگر تولید آنها، استفاده از آنزیم است. به كمك آنزیم می توان با برقراری اتصال بین دو قطعه هیدروفوب و هیدروفیل این ملكولها را ساخت. خصوصیات ویژه و مورد توجه این تركیبات عبارتند از:
كاهش كشش سطحی و بین سطحی، مرطوب كنندگی و دخالت در پدیده نفوذ ملكولی، پراكنده سازی مواد توسط آنها، ویژگی آب دوستی و چربی دوستی، امولسیون سازی و دِامولسینیكاسیون، ژل كنندگی، تولید كف، فعالیت های لخته سازی، افزایش رشد میكروبی، جدا سازی فلزات و فعالیت های ضد میكروبی.
بیوسورفاكتانتها در صنایع مختلفی مانند صنایع نفتی، آرایشی و بهداشتی، غذایی و كشاورزی كاربرد دارد و در موادی مانند تولید كاغذ، رنگ، پارچه و انتقال ژن در علم ژنتیك مورد استفاده قرار می گیرد.
موارد كاربردها بیوسورفاكتانتها در صنایع نفتی به شرح زیر است.
● پاك سازی تانك های ذخیره نفت
زمانی كه مواد زاید و لجن های نفتی در تانكها رسوب می كند، موجب بروز مشكلاتی در استخراج، انباشت و انتقال نفت خام می شود. بنابراین تانكهای نفتی می بایست به طور مستمر و متناوب تمیز شوند كه این پروسه، پرخطر، زمان بر و پر هزینه است. برای حل این مشكل می توان از بیوسورفاكتانتها استفاده كرد. این تركیبات، موجب كاهش ویسكوزیته لجن های نفتی و همچنین تشكیل میكرو امولسیون و ماكرو امولسیونهای آب در روغن یا روغن در آب، می شوند و قابلیت پمپاژ را افزایش می دهند و در نتیجه بخش نفتی مواد زاید رسوب شده در تانك با شكستن امولسیون به راحتی جدا می شود.
بیوسورفاكتانتها می توانند تا۹۱ درصد حجم لجن های موجود در مخازن ذخیره كننده نفت را بازیافت كنند، در طی این فرایند، هزینه مصرف شده در مقایسه با میزان نفت مازاد استخراج شده بسیار ناچیز است و در نتیجه این فرایند بسیار مقرون به صرفه است. در سطح نیمه صنعتی بیوسورفاكتانتهای بدست آمده از رشد باكتریها بر روی گلوگز و هیدروكربنهای نامحلول در آب، برای پاك سازی لجن و رسوبات از مخازن نفتی مختلفی در دنیا مورد استفاده قرار گرفته است. این روش هم از نظر اقتصادی به صرفه بوده و هم خطرات محیطی كمتری نسبت به روش های گذشته دارد.
● افزایش بازیافت میكروبی نفت
یكی از موارد مهم استفاده از بیوسورفاكتانتها، استفاده ازاین مواد به عنوان عامل افزایش بازیافت میكروبی نفت (MEOR) Microbial Enhanced Oil Recovery است. این تركیبات با كاهش كشش بین سطحی نفت و سنگ بستر، باعث كاهش نیروی مویینگی می شوند. همچنین نقش امولسیون كنندگی بیوسورفاكتانتها به جدا شدن نفت از سطح سنگها كمك می كند. روش های MEOR برای اولین بار در دهه۱۹۵۰ توسط شركت Magnolia Petroleum بكار گرفته شد و توانست با استفاده از این روش تولید محصولات خود را به میزان۲۵۰ درصد افزایش دهد.
پس از آن آزمایش های متعددی در مناطق West Work Field Colorado به صورت موازی با استفاده از دو گونه باكتری كه یكی از آنها مولد بیوسورفاكتانت، كوسورفاكتانت و دی اكسید كربن و دیگری تولید كننده پلیمرهای مسدود كننده نواحی نفوذ پذیر بود، به انجام رسید. با استفاده از این آزمایش ها تولید نفت بعد از یك دوره۹ ماهه به۴ برابر میزان قبلی افزایش یافت، اما مكانیسم دقیق این افزایش تولید هنوز مورد بحث است. در این میان، دو عامل كاهش كشش بین سطحی و تولید گاز از جمله مواردی است كه تاكنون در مقالات علمی به عنوان عوامل افزایش تولید گزارش شده است.
- انتقال نفت سنگین
مخلوطی از سورفاكتانت های شیمیایی و امولسیون سازهای مختلف برای تولید امولسیون های۷۰ درصد ( ) از نفت خام سنگین و ویسكوز ونزوئلا مورد استفاده قرار گرفت و این نفت مسافتی حدود۳۸۰ مایل را در لوله های انتقال طی كرد. در این آزمایش، ویسكوزیته نفت خام به وسیله امولسیون سازی از ۱۰۵ mps به كمتر از ۷۰ mps كاهش یافت.
- سوخت نفت سنگین
گاهی مقدار كمی آب را در سوختهای سنگین به صورت امولسیون درمی آورند تا خصوصیات سوخت بهبود یافته و بازده گرمایی آن بالا رود.
●اهمیت اقتصادی سورفاكتانتها و بیوسورفاكتانتها
در سال۲۰۰۰ میلادی، تولید جهانی سورفاكتانتها در حدود۱۹-۱۷ میلیون تن بود كه در آن سال با رشدی حدود۳ تا۴ درصد در جهان و۱/۵ تا۲ درصد در اروپا همراه بود. با توجه به اهمیت روز افزون تولید بیوسورفاكتانتها كه نسبت به انواع سنتتیك دارای مزایای بسیاری هستند
پیش بینی می شود تا سال۲۰۱۰ میلادی بیش از۴۰ درصد تجارت جهانی سورفاكتانتها به بیوسورفاكتانتها اختصاص یابد.
بر همین اساس محققان به منظور افزایش سود تجاری حاصل از تولید بیوسورفاكتانتها، در حال انجام تحقیقات مختلفی در زمینه كاهش هزینه تولید بیوسورفاكتانتها از جمله جداسازی میكرو ارگانیسم های مناسب مولد بیوسورفاكتانتها، ژنومیك، مهندسی متابولیك و بیوشیمی، تخمیر و
پروسه های تخصیص مناسب، ایجاد پروسه های متعدد و گوناگون تولید هستند.
- با بهره برداری از سخنرانی پروفسور Banat استاد دانشگاه Ulster در سمینار »افق های جدید و كاربردهای بیوسورفاكتانتها« در پژوهشگاه صنعت نفت

نویسنده: مهندس ملیكا حسن پور