1- مقدمه (Introduction)
مولكولهاي سورفكتانت شامل دو بخشي هستند كه به نامهاي گروه‌هاي: ليپوفيليك و ليپوفوبيك خوانده مي‌شوند. گروه ليپيوفيليك قابليت حل شوندگي كافي در ماده حلال را دارا هستند و هميشه تمايل دارند كه كل مولكول را به داخل محلول انتقال دهند، حال آنكه گروه ليپوفوبيك بوسيله ماده حلال از انجام اين كار منع شده است، به اين دليل اين گروه (ليپوفوبيك) ميسل تركيبي كمتري براي مولكولهاي حلال دارند و بيشتر به سمت بيرون فرستادن تمام مولكول از محلول متمايل هستند. اين ساختار ليپوفيليك- ليپوفوبيك به نام ساختار امفيپاتيك شناخته شده است. اگر فشار به دليل گروه ليپوفوبيك افزايش يابد مولكول سورفكتانت براي تمركز در يك سطح مشترك متمايل مي‌گردد و حداقل بخشي از گروه ليپوفوبيك در تماس با مولكول حلال وجود ندارد. گروه ليپوفيليك معمولاً شامل زنجيره‌اي طولاني از هيدروكربنها هستند. يك مولكول ماده سطح آميز به طور اختصار در شكل 1 نشان داده شده است. يك پليمر، همچنين مي‌تواند به عنوان يك مولكول فعال سطحي اگر كه داراي دو گروه عملكردي باشد عمل كند. يكي: ليپوفيليك (خواهان حلاليت) و ديگري ليپوفوبيك (ضد حلال) كه در شكل 1 نشان داده شده است.
خصوصيات سطحي يك تركيب فعال سطحي توسط تعادل بين مشخصه‌هاي ليپوفيليك و ليپوفوبيك كنترل مي‌گردد. اگر سورفكتانت شامل يك زنجيره هيدروكربن با كمتر از دروازه اتم كربن باشد، حلال آب ناميده مي‌شود. به اين دليل كه سرگروه‌هاي قطب مغناطيسي تمام مولكول را در آب مي‌كشند. به هر حال، وقتي كه طول زنجيره هيدروكربن بزرگتر از چهارده اتم كربن است اين تركيبها سورفكتانت غير حلال آب ناميده مي‌شوند. به اين دليل كه آنها در آب به خاطر زنجيره بلند هيدروكربن حل نمي‌شوند.
ساختار مولكولي سورفكتانت نه تنها سبب تمركز سورفكتانت در سطح و كاهش در ميزان كشش سطحي حلال مي‌شود، بلكه اين ساختار همچنين در جهت‌گيري مولكولها در سطح با گروه ليپوفيليك در حلال تأثير مي‌گذارند و يك بخشي از گروه ليپوفوبيك آنها دور از حلال جهت‌گيري مي‌كنند. گروه ليپوفيليك يوني و يا از قطب مغناطيسي بالا است. بر مبناي طبيعت گروه مغناطيسي سورفكتانت مي‌تواند در بخشهايي چون: آنيونيك، كاتيونيك، آمفوتريك يا غير يوني باشد. در ميان اين انواع، سورفكتانت آنيونيك به طور وسيعي در افزايش بازيافت نفت به دليل نفوذ كمتر آنها در سنگ‌هاي مخزن در مقايسه با انواع ديگر سورفكتانت استفاده شود. بنابراين شرح مختصري از سورفكتانت آنيونيك كه فرآيندهاي EOR استفاده مي‌شوند، بسيار مهم است.
2- طبقه‌بندي سورفكتانتها در EOR (Classification of EOR surfactants)
در ميان تنوع سورفكتانت‌هاي آنيونيك، سولفوناتها استفاده وسيعي در فرآيندهاي EOR در طول پنجاه سال گذشته داشته‌اند. در اين مبحث چندين نوع سولفونات كه براي بازيافت نفت مورد استفاده قرار مي‌گيرند مورد بحث و بررسي قرار مي‌گيرد.
2-1 سولفونات پتروليوم (Petroleum sulfonates)
بيشتر تركيب سورفكتانت براي EOR شامل سولفونات پتروليوم مي‌باشد. اين سولفوناتها از محصولات پالايشگاهي خاص ساخته شده بودند. در جريان عملكرد پالايشگاه، استخراج فرفورال (Furfural extract) از عملكرد حلال روغني (Solvent lube) به عنوان يك خوراك جذاب براي آماده‌سازي سولفوناتها در بازيافت نفت بررسي مي‌شود. از جنبة تاريخي، سولفونات پتروليوم در فرآيندهاي EOR به عنوان فرآورده جانبي نفت سفيد توليد مي‌گردد. Lube oil stockes با حذف اجزاي آروماتيكي سولفونات مي‌شدند. در بررسي تقاضاي محدود براي Lube oil stockes ، سولفونات پتروليوم كم و ناچيز تهيه مي‌شد. به منظور افزايش تهيه سولفونات پتروليوم يك روش كم هزينه تقاضا شده است. در اوايل دهه 1970، سولفونات پتروليوم توسط جزهاي نفت- گاز سولفوناتي با اسيد سولفوريك آماده مي‌شود. اين مراحل سبب ايجاد مشكل از بين بردن زباله‌هاي حاصل از اين كار مي‌شد. براي حذف مشكل از بين بردن اين فاضلاب‌ها جزهاي نفت- گاز با تري‌اكسيدسولفور سولفوناته مي‌شدند. اين مراحل نيز گران تمام مي‌شدند. سرانجام نفت خام باتري اكسيد سولفور براي فراهم كردن مرحله پرهزينه و موثر سولفونات شده بودند. در اواسط سال 1970 كمپاني نفت ماراتون بوسيله سولفوناته كردن فرايندهاي نفت خام، سولفونات پتروليوم را فراهم كرد. اين سولفوناتها براي افزايش بازيافت نفت در پروژه‌هاي مختلف در پنسيلوانيا و ايلينويز استفاده مي‌شده است.
2-2 سولفونات مصنوعي (Synthetic sulfonates)
سولفونات مصنوعي ممكن است منجر به بهبودي در سورفكتانت EOR شود. اين سولفوناتها بسيار گران هستند اما در جابجايي نفت موثرتر مي‌باشند. به علاوه سولفونات مصنوعي بهترين مقاومت براي يونهاي فلز در مقابل حل شدن را دارند (مخصوصاً ). بر طبق يك تاريخ كلي سولفونات ساختگي در طول دوره جنگ جهاني دوم معرفي شده بود. اما آنها در رده توليدات بازرگاني تا اواخر سال 1940 به حساب نمي‌آمدند. اولين سورفكتانت مهم مصنوعي از جنبه تجاري سولفونات‌هاي آلكيل بنزن بودند. منابع خوراك خام اولفين و خوراك خام آروماتيك به عنوان منابع اصلي براي تهيه آلكيليت‌ها (alkylates) مورد بررسي قرار گرفته‌اند. اين آلكيليت‌ها با ديگر سولفور تري‌اكسيدها يا اسيدسولفوريك‌ها، سولفونات مي‌شدند.
مولكولهاي سورفكتانت شامل دو بخشي هستند كه به نامهاي گروه‌هاي: ليپوفيليك و ليپوفوبيك خوانده مي‌شوند. گروه ليپيوفيليك قابليت حل شوندگي كافي در ماده حلال را دارا هستند و هميشه تمايل دارند كه كل مولكول را به داخل محلول انتقال دهند، حال آنكه گروه ليپوفوبيك بوسيله ماده حلال از انجام اين كار منع شده است، به اين دليل اين گروه (ليپوفوبيك) ميسل تركيبي كمتري براي مولكولهاي حلال دارند و بيشتر به سمت بيرون فرستادن تمام مولكول از محلول متمايل هستند. اين ساختار ليپوفيليك- ليپوفوبيك به نام ساختار امفيپاتيك شناخته شده است. اگر فشار به دليل گروه ليپوفوبيك افزايش يابد مولكول سورفكتانت براي تمركز در يك سطح مشترك متمايل مي‌گردد و حداقل بخشي از گروه ليپوفوبيك در تماس با مولكول حلال وجود ندارد. گروه ليپوفيليك معمولاً شامل زنجيره‌اي طولاني از هيدروكربنها هستند. يك مولكول ماده سطح آميز به طور اختصار در شكل 1 نشان داده شده است. يك پليمر، همچنين مي‌تواند به عنوان يك مولكول فعال سطحي اگر كه داراي دو گروه عملكردي باشد عمل كند. يكي: ليپوفيليك (خواهان حلاليت) و ديگري ليپوفوبيك (ضد حلال) كه در شكل 1 نشان داده شده است.
خصوصيات سطحي يك تركيب فعال سطحي توسط تعادل بين مشخصه‌هاي ليپوفيليك و ليپوفوبيك كنترل مي‌گردد. اگر سورفكتانت شامل يك زنجيره هيدروكربن با كمتر از دروازه اتم كربن باشد، حلال آب ناميده مي‌شود. به اين دليل كه سرگروه‌هاي قطب مغناطيسي تمام مولكول را در آب مي‌كشند. به هر حال، وقتي كه طول زنجيره هيدروكربن بزرگتر از چهارده اتم كربن است اين تركيبها سورفكتانت غير حلال آب ناميده مي‌شوند. به اين دليل كه آنها در آب به خاطر زنجيره بلند هيدروكربن حل نمي‌شوند.
ساختار مولكولي سورفكتانت نه تنها سبب تمركز سورفكتانت در سطح و كاهش در ميزان كشش سطحي حلال مي‌شود، بلكه اين ساختار همچنين در جهت‌گيري مولكولها در سطح با گروه ليپوفيليك در حلال تأثير مي‌گذارند و يك بخشي از گروه ليپوفوبيك آنها دور از حلال جهت‌گيري مي‌كنند. گروه ليپوفيليك يوني و يا از قطب مغناطيسي بالا است. بر مبناي طبيعت گروه مغناطيسي سورفكتانت مي‌تواند در بخشهايي چون: آنيونيك، كاتيونيك، آمفوتريك يا غير يوني باشد. در ميان اين انواع، سورفكتانت آنيونيك به طور وسيعي در افزايش بازيافت نفت به دليل نفوذ كمتر آنها در سنگ‌هاي مخزن در مقايسه با انواع ديگر سورفكتانت استفاده شود. بنابراين شرح مختصري از سورفكتانت آنيونيك كه فرآيندهاي EOR استفاده مي‌شوند، بسيار مهم است.
2- طبقه‌بندي سورفكتانتها در EOR (Classification of EOR surfactants)
در ميان تنوع سورفكتانت‌هاي آنيونيك، سولفوناتها استفاده وسيعي در فرآيندهاي EOR در طول پنجاه سال گذشته داشته‌اند. در اين مبحث چندين نوع سولفونات كه براي بازيافت نفت مورد استفاده قرار مي‌گيرند مورد بحث و بررسي قرار مي‌گيرد.
2-1 سولفونات پتروليوم (Petroleum sulfonates)
بيشتر تركيب سورفكتانت براي EOR شامل سولفونات پتروليوم مي‌باشد. اين سولفوناتها از محصولات پالايشگاهي خاص ساخته شده بودند. در جريان عملكرد پالايشگاه، استخراج فرفورال (Furfural extract) از عملكرد حلال روغني (Solvent lube) به عنوان يك خوراك جذاب براي آماده‌سازي سولفوناتها در بازيافت نفت بررسي مي‌شود. از جنبة تاريخي، سولفونات پتروليوم در فرآيندهاي EOR به عنوان فرآورده جانبي نفت سفيد توليد مي‌گردد. Lube oil stockes با حذف اجزاي آروماتيكي سولفونات مي‌شدند. در بررسي تقاضاي محدود براي Lube oil stockes ، سولفونات پتروليوم كم و ناچيز تهيه مي‌شد. به منظور افزايش تهيه سولفونات پتروليوم يك روش كم هزينه تقاضا شده است. در اوايل دهه 1970، سولفونات پتروليوم توسط جزهاي نفت- گاز سولفوناتي با اسيد سولفوريك آماده مي‌شود. اين مراحل سبب ايجاد مشكل از بين بردن زباله‌هاي حاصل از اين كار مي‌شد. براي حذف مشكل از بين بردن اين فاضلاب‌ها جزهاي نفت- گاز با تري‌اكسيدسولفور سولفوناته مي‌شدند. اين مراحل نيز گران تمام مي‌شدند. سرانجام نفت خام باتري اكسيد سولفور براي فراهم كردن مرحله پرهزينه و موثر سولفونات شده بودند. در اواسط سال 1970 كمپاني نفت ماراتون بوسيله سولفوناته كردن فرايندهاي نفت خام، سولفونات پتروليوم را فراهم كرد. اين سولفوناتها براي افزايش بازيافت نفت در پروژه‌هاي مختلف در پنسيلوانيا و ايلينويز استفاده مي‌شده است.
2-2 سولفونات مصنوعي (Synthetic sulfonates)
سولفونات مصنوعي ممكن است منجر به بهبودي در سورفكتانت EOR شود. اين سولفوناتها بسيار گران هستند اما در جابجايي نفت موثرتر مي‌باشند. به علاوه سولفونات مصنوعي بهترين مقاومت براي يونهاي فلز در مقابل حل شدن را دارند (مخصوصاً ). بر طبق يك تاريخ كلي سولفونات ساختگي در طول دوره جنگ جهاني دوم معرفي شده بود. اما آنها در رده توليدات بازرگاني تا اواخر سال 1940 به حساب نمي‌آمدند. اولين سورفكتانت مهم مصنوعي از جنبه تجاري سولفونات‌هاي آلكيل بنزن بودند. منابع خوراك خام اولفين و خوراك خام آروماتيك به عنوان منابع اصلي براي تهيه آلكيليت‌ها (alkylates) مورد بررسي قرار گرفته‌اند. اين آلكيليت‌ها با ديگر سولفور تري‌اكسيدها يا اسيدسولفوريك‌ها، سولفونات مي‌شدند.