? سیستم انتقال امولسیونی نفت خام فوق سنگین - PETROLMAN
X
تبلیغات
رایتل

PETROLMAN

سیستم انتقال امولسیونی نفت خام فوق سنگین







سیستم انتقال امولسیونی نفت خام فوق سنگین





سیستم انتقال امولسیونی نفت خام از سه مرحله تشکیل می شود:

تشکیل امولسیون نفت خام فوق سنگین درآب

انتقال امولسیون توسط پمپاژ از طریق خط لوله

اضمحلال امولسیون و تفکیک آن به فازهای نفت خام و آب

در شکل( 7_1 ) دیاگرام کلی سیستم انتقال نفت خام به روش امولسیونی نشان داده شده است. در طول مسیر،بسته به طول خط لوله انتقال، امکان ایجاد ایستگاه های تقویت فشار وجود دارد. طراحی سیستم پمپاژ امولسیون، تفاوتی با پمپاژ نفت خام ندارد. در موارد اجرا شده طول خطوط انتقال در سیستم امولسیونی عمدتاً در مقیاس چند کیلومتر و حداکثر چند ده کیلومتر گزارش شده است. به هر حال بنظر می رسد کاربری این سیستم برای مسافت های داخل کارخانه و یا بین کارخانه هم چنین مسافت چاه های نفت تا پالایشگاه و مواردی از این دست، تا حداکثر 100 کیلومتر مورد تجربه عملی قرار گرفته و برای مسافت های بالاتر ،داده های تجربی معتبری گزارش نشده است.

شکل (7_1) - دیاگرام کلی سیستم انتقال امولسیونی نفت خام

 مرحله تشکیل امولسیون:

روش تجاری ایجاد انواع امولسیون ها، ساخت امولسیون به کمک هموژنایزرها می باشد. در این روش اختلاط دو فاز آب و نفت در دستگاه های بهم زن مکانیکی با دور بالا به نام هموژنایزر، صورت گرفته که باعث تشکیل امولسیون می شود. علاوه بر این روش، روش های دیگری هم برای تشکیل امولسیون پیشنهاد شده است که در مقیاس آزمایشگاهی و نیمه صنعتی تست شده اند. از جمله این روش ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

الف) ایجاد امولسیون به کمک غشاء[1]  :

این روش در مقایسه با روش های دیگر تولید امولسیون نظیر هموژناسیون در فشار بالا و سیستم های روتور-استاتور نیاز به انرژی کمی دارد. بنابراین درسیستم هایی که اجزای ناپایداری مانند مواد فعال زیستی دارند استفاده از غشاء، به دلیل تنش های برشی کم، بسیار مفید است. امولسیون های ایجاد شده با این روش دارای توزیع اندازه قطرات بسیار ریز و یکنواخت می باشند.

در شکل (8_1) بین امولسیون های ایجاد شده با استفاده ازهموژنایزر و غشاء مقایسه ای انجام شده است. به علت محدودیت های گرفتگی و دبی عبوری ناچیز در مقیاس های صنعتی استفاده از غشا ءامکان پذیر نیست.

شکل (8_1) -تفاوت ساختار امولسیون های نفت در آب تشکیل شده به کمک هموژنایزر (چپ) و غشاء (راست) .

ب) ایجاد امولسیون به کمک امواج مافوق صوت[2]:

امواج مافوق صوت دارای فرکانس بالایی هستند. این امواج قابلیت ایجاد فشار منفی و مثبت در مایعات را

دارند، که باعث آزاد شدن انرژی زیاد در محلول و ایجاد اختلاط مکانیکی در آن می شود. در این حالت در محلول ، امولسیون تشکیل می شود. در زمینه استفاده از امواج صوتی برای تهیه امولسیون ها مطالعات جدیدی در حال انجام است.

ج) ایجاد امولسیون ها با فرایند هموژنیزاسیون:

همان طور که اشاره شد، روش تجاری ایجاد امولسیون، استفاده از هموژنایزرها می باشد. در این روش برای تشکیل امولسیون، ابتدا محلول آبی فعال سطحی ساخته می شود. بدین منظور از ترکیبات متفاوت مواد فعال سطحی استفاده شده است. بیشترین میزان نفت برای اکثر مواد فعال سطحی بین 85 تا 90 درصد حجمی امولسیون است. امولسیون نفت به آب در نسبت های پایین تر نفت به آب هم قابلیت تشکیل دارد. معمول ترین نسبت نفت به آب، امولسیون 30 / 70 است یعنی 70 درصد حجمی نفت و 30 درصد حجمی آب. امولسیون تشکیل شده، ویسکوزیته کمی دارد و با هزینه پایین پمپاژ به کمک خطوط انتقال به ایستگاه مقصد فرستاده می شود. هم چنین امکان رسوب ذرات واکسی و آسفالتن ها ، روی جداره لوله های انتقال کاهش می یابد. امولسیون منتقل شده در مقصد به راحتی با حرارت دهی در دمای مناسب شکسته می شود. دمای معمول برای شکستن امولسیون 200 تا 250 درجه فارنهایت است . امولسیون می بایست در نهایت طوری شکسته شود که نفت و آب به صورت دو فاز مجزا درآیند و در نفت هیچ آبموجود نباشد و بالعکس.

 امولسیون ها از نظر ترمودینامیکی، سیستم های ناپایداری هستند و قطرات تمایل دارند که به هم به پیوندند. اما با اضافه کردن دسته ای از مواد فعال سطحی به نام امولسیفایر[3] می توان امولسیون هایی را که از نظر ترمودینامیکی پایدار ند ایجاد کرد.

مواد فعال سطحی دارای ساختارهای پیچیده ای هستند. این مواد دو قسمت آب دوست[4] و روغن دوست[5] دارند. تقسیم بندی این مواد بر حسب بار الکتریکی گروه آب دوست صورت م یگیرد. انواع آنیونی، کاتیونی، غیریونی و آمفوتریک این مواد وجود دارد. مواد فعال سطحی غیر یونی که امولسیفایرهای بسیار مناسبی برای تشکیل امولسیون های نفتی هستند، روی سطوح باردار جذب نمی شوند. مواد فعال سطحی مطلوب باید دارای خصوصیاتی باشند تا بتوانند به عنوان امولسیفایر در سیستم های امولسیونی به کار گرفته شوند:

- هنگام فرایند هموژنیزاسیون به سرعت جذب سطح قطرات شوند.

- به اندازه کافی کشش فصل مشترک را پایین آورند.

- با ایجاد نیروی دافعه مانع از به هم پیوستن قطرات شوند.

بر اساس قانون بانکرافت، فاز پیوسته امولسیون، فازی است که امولسیفایر در آن بیشترین حلالیت را دارد. بنابراین برای ساخت امولسیون نفت در آب باید از مواد فعال سطحی محلول درآب استفاده کرد. بر اساس موازنه آب دوستی - روغن دوستی  ،(HLB) برای مواد فعال سطحی عددی بین 0 تا 20 تعریف می شود که نشان دهنده تمایل آن به فاز آبی یا روغنی است. در مواد فعال سطحی تجاری معیار  HLB  از طرف سازنده مشخص می شود. عدد  HLB  تخمین خوبی از نوع امولسیون تشکیل شده را می دهد. بنابراین برای تشکیل امولسیون های نفت در آب باید از امولسیفایرهای با HLB  بین 10 تا 12 استفاده کرد. برای پایدار کردن امولسیون ها از انواع مواد فعال سطحی استفاده شده است ولی مواد فعال سطحی غیر یونی بهترین گروه ازاین نوع مواد هستند. در بیشتر موارد، ترکیبی از فعالسطحی غیر یونی با درصد های وزنی مختلف از 4صدم تا10 درصد وزنی به آب شده است . در ادامه چندین نوع ترکیب مختلف مواد فعال سطحی اضافه شونده به آب معرفی شده است. مواد فعال سطحی غیر یونی قابل استفاده به پنج گروه عمده تقسیم می شوند:

اترها

استرها

آمیدها

گروه متفرقه

گروه های چند گانه (ترکیبی از عوامل بالا)

در جدول (4_1) دو نمونه امولسیون نفت به آب تشکیل شده با مواد فعال سطحی غیر یونی معرفی شده است.

جدول (4_1) نمونه های امولسیون نفت خام

1 _ امولسیفایر  NIW :

امولسیفایر NIW  نام تجاری ترکیب فعال غیر یونی اتری با ساختار زیر است. در این ساختار R  گروه عاملی C12H25 و n برابر 12 است.

2_  امولسیفایر تریتون:

دارای فرمول ساختاری زیر است. تریتون  45X -   نام تجاری ترکیب نونیل فنوکسی تترا اتیلن اکسی اتانول است. در این فرمول R گروه الکیل با 4 تا 20 اتم کربن، n عددی بین 2 تا 7 می باشد.

 

اضافه کردن میزان زیادی مواد فعال سطحی به ترکیب ابتدایی امولسیون ممکن است اثرات نامطلوبی به جای گذارد . در صورتی که در انتهای مسیرانتقال میزان این مواد بیش از حد باشد زمان جداسازی فازهای آبی و نفتی طولانی می شود، و در نتیجه نیاز به مخازن بزرگ ترجداسازی و کاهش راندمان فرایند است . هم چنین مواد فعال سطحی، مواد گران قیمتی هستند و مصرف زیاد آن ها، هزینه فرایند را افزایش می دهد.میزان آب اضافه شده به نفت برای تشکیل امولسیون هم عامل بسیار مهمی است. میزان بحرانی برای آن وجود دارد که میزان آب معلق [6]نامیده می شود. چنانچه آب بیشتر از این میزان باشد وارونگی فازی امولسیون رخ می دهد و امولسیون به حالت آب در نفت تبدیل می شود. در میزان بحرانی آب، نیروی مورد نیاز برای انتقال و به عبارتی افت فشار خط لوله به مینیمم خود می رسد. اما باید دقت کرد که کوچک ترین آشفتگی در جریان، ممکن است موجب معکوس شدن امولسیون شود. بنابراین می بایست با درصدی اطمینان و با حفظ فاصله از این میزان بحرانی، امولسیون را تشکیل داد. هر نوع تغییری در دما، pH و نوع امولسیفایر استفاده شده، بازدهی و نحوه عملکرد سیستم را تغییر می دهد. بعد از تشکیل امولسیون پایدار نفت درآب، مرحله دوم فرایند که شامل انتقال امولسیون حاصل است از طریق خطوط لوله آغازمی شود .

   مرحله انتقال امولسیون :

وقتی یک ماده فعال سطحی به فاز آبی اضافه می شود،خود به خود در سطح مولکول های آب جذب می شود و انرژی آزاد سطح را کاهش می دهد. عوامل تعیین کننده استرات ژی انتقال ،شامل ویسکوزیته و الاستیسیته سطح می باشند، که به عنوان خواص اضافی شناخته می شوند{}. در زیر عوامل الاستیسیته و ویسکوزیته معرفی شده اند :

- عوامل تراکم :

- عامل تراکم و ویسکوزیته تراکمی هستندکه عوامل تاخیری هم نامیده می شوند.

- عوامل تنش:

این عوامل شامل عوامل عرضی و عوامل خمشی می باشند:

- عوامل عرضی: بخش الاستیک به عنوان کشش سطحی در نظرگرفته می شود ولی بخش ویسکوز نادیده گرفته می شود (به استثناء لایه های مولکولی خیلی متراکم).

- عوامل خمش: بخش الاستیک تاثیر کمی روی کشش سطحی دارد، و تنها مورد استثنای در سیستم هایی است که کشش سطحی خیلی ناچیزی دارند (میکرو امولسیونها). در مورد امولسیون ها این عوامل اثر چندانی ندارند.

ویسکوزیته امولسیون یکی از مهم ترین مسایل رئولوژیکی امولسیون ها است که در حقیقت استراتژی سیستم های انتقال امولسیونی را تعیین می کند. برای مدل سازی رفتار رئولوژیکی امولسیون نفت در آب، می بایست روند تغییرات ویسکوزیته نسبی (نسبت ویسکوزیته امولسیون به ویسکوزیته فاز پیوسته) بر حسب تغییرات کسر حجمی فاز پراکنده، مشخص باشد. یکی از بهترین معادلات پیش بینی کننده رفتار امولسیون ها معادله مونی[7](3_1) می باشد:

 

                    (3_1 )

در معادله مونی عامل am بین 35 / 1 و 91 / 1 است. اضافه کردن ذرات جامد به امولسیون های نفتی نیوتنی و غیر نیوتنی ، در همه انواع نمونه های نفتی باعث تغییر رفتار امولسیون به غیر نیوتنی می شود.

با استفاده از رابطه (4_1) روند تغییرات ویسکوزیته نسبی امولسیون های نفت درآب حاوی ذرات ریز جامد به دست می آید.  

                                       (4-1)                              

 در این رابطه b عدد ثابتی برابر با 85 می باشد. عامل c وابسته به کسر حجمی نفت است و بین 195 تا 208 تغییر می کند . به ترتیب کسر حجمی نفت وذرات جامد در امولسیون هستند.

نکته مهم در مرحله انتقال امولسیون، این است که به طور معمول سرعت جریان در خطوط انتقال زیاد است

و آشفتگی کامل را در مسیر به وجود خواهد آورد. وجود تلاطم و آشفتگی در مسیر جریان باعث به هم خوردگی شدید و افزایش تماس دو فاز امولسیون می شود. در نتیجه، پایداری امولسیون افزایش می یابد. به همین دلیل ،آشفتگی جریان در خط لوله، باعث افزایش پایداریامولسیون می شود.

مرحله شکستن امولسیون های نفت در آب :

فرایند های مختلفی منجر به ناپایداری امولسیون و شکستن آن به عناصر سازنده خود می شود. از فرایندهای انعقاد[8] ، کرمی شدن[9] ، به هم پیوستن[10] ، معکوس شدن فازها[11] و نامتجانس شدن[12] می توان به عنوان نمونه های متداول ناپایداری نام برد.

در مرحله آخر انتقال امولسیونی نفت خام، باید امولسیون نفت به آب منتقل شده شکسته شود. این فرایند از طریق روش های مختلفی صورت می گیرد که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد :

الف ) امولسیون زدایی به روش گرمایی

ساده ترین و معمول ترین روش جداسازی امولسیون های نفتی ،تجزیه امولسیون به وسیله حرارت دادن آن است.امولسیون نفت در آب که به کمک مواد فعال سطحی پایدار شده است، در انتهای خطوط انتقال تا دمای حدود 200درجه فارنهایت گرم می شود و بر اثر این عمل، آب و نفت به دو فاز مجزا تبدیل می شوند. در این روش، جداسازی تا حد نسبتاً مطلوبی صورت می گیرد. برای بازگشت به ابتدای فرایند امولسیون سازی آب جدا شده از این فرایند، مناسب است. در غیر این صورت باید مصارف دیگر آب ، واحد های تصفیه آب در انتهای فرایند تعبیه شود. این روش، روش متداول صنعتی شکستن امولسیون ها است.

ب )  امولسیون زدایی به کمک جریان الکتریسیته

این روش دوالکترود در نمونه های امولسیونی قرار می گیرد و با اعمال جریان الکتریکی بین الکترود ها فرایند به هم پیوستن قطرات تسریع می شود. جنس الکترود ها معمولاً فولاد ضد زنگ و به صورت مسطح می باشند. ذرات جامد کلوئیدی که شامل ذرات اولیه نفت خام و مواد فعال سطحی هستند، در اثر پدیده الکتروفورز در اطراف آند تجمع می کنند. مایع جداشده که شامل فازآبی و نفتی می باشد در اثر الکترواسمز به سمت آند حرکت می کند. فاز مایع در اطراف کاتد شروع به جدایش م یکند، به طوری که دو فاز مجزای آب و نفت تشکیل می شوند. هر چقدر شدت میدان الکتریکی بیشتر باشد انعقاد و جداسازی امولسیون سریع ترصورت م یگیرد. این روش در مقیاس آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته است .

ج )شناور سازی به کمک هوای محلول[13]

روش مذکور برای امولسیون های نفتی که خلوص بالای آب و نفت در مراحل نهایی مد نظر باشد، کاربرد دارد. کاربرد های تصفیه خانه ای این روش بر سایر کاربرد ها ارجحیت دارد. در این روش تجهیزات مورد استفاده در مقیاس آزمایشگاهی شامل؛ دستگاه DAF ، ظرف اشباع کننده از جنس فولاد، و سل های شناورسازی می باشند. بعد ازتنظیم pH امولسیون نفتی وارد سل های شناورسازی می شود و برای مدت کوتاهی در تنش های برشی بالای سل با مواد منعقد کننده مخلوط می شود. سپس، نمونه در مدت زمان نسبتاً زیاد تحت فلوکولاسیون قرار م یگیرد. سپس مقادیری آب اشباع تولید شده در محفظه اشباع کننده، به نمونه اضافه می شود و شناورسازی صورت می گیرد. این روش هنوز کاربرد صنعتی نیافته است.

د) امولسیون زدایی به کمک مواد شیمیایی

یکی از روش های جداسازی امولسیون های نفتی، اضافه کردن مواد شیمیایی خاص به نمونه امولسیونی است، که دی امولسیفایر نامیده می شود. بعضی از ترکیبات شیمیایی با ترکیب خاص خود نوعی به ریختگی فضایی در ساختار فضایی امولسیون ایجاد می کنند، که در نهایت باعث جدا شدن دو فاز آبی و آلی می شود. دی امولسیفایرهای تجاری از دسته کوپلیمرهای فعال سطحی مانند پلی اکسی اتیلن، پلی پروپیلن، پلی استر یا ترکیبی از مواد فعال سطحی هستند. خواص جداسازی یک دی امولسیفایر وابستگی زیادی به عامل آب دوستی آب گریزی، ضریب توزیع در دو فاز، ویسکوزیته سطح مشترک و تنش های سطح مشترک دارد. این روش کاربرد صنعتی دارد.

ه ) امولسیون زدایی به کمک غشاء

امولسیون هایی که قطرات نفت در آن ها دارای قطری کمتر از 20 میکرون است، نسبتاً پایدارند و روش های معمول جداسازی برای آن ها خیلی مفید نیست. روش جداسازی غشایی ،روش جدید و موثری برای جداسازی امولسیون های نفتی مذکور است. کاربرد غشاء برای جداسازی امولسیون های نفتی مزایای زیادی دارد که مهم ترین آن ،خلوص بسیار زیاد آب و نفت جداشده و عدم نیاز به اضافه کردن مواد جانبی به خوراک می باشد. اما روش های غشایی دارای نقص هایی نیز هستند که از آن جمله می توان به دبی عبوری کم، پلاریزاسیون غلظتی و گرفتگی غشاء اشاره کرد. به علت این محدودیت ها، استفاده از غشاء در مقیاس صنعتی محدود است. ترکیب روش های حرارتی و شیمیایی بهترین گزینه برای جداسازی امولسیون می باشد. با ترکیب این دو روش و با اضافه کردن مقادیر ناچیزی دی امولسیفایر یا نمونه آن ، می توان امولسیون را در دماهایی پایین تر از 200 درجه فارنهایت جدا کرد.

    کیفیت نفت خام و آب بعد از جداسازی :

در آب جدا شده از امولسیون نفتی مقادیری مواد آلی و در نفت خام نیز هنوز قطراتی از آب وجود دارند. شکل(9_1)  این مساله را به خوبی نمایش می دهد. ممکن است قطرات ریز آب در نفت جدا شده موجود باشد. این قطرات شامل مایسل های جدید تشکیل شده و قطرات ابتدایی جدا نشده از امولسیون است. هم چنین آب جدا شده از امولسیون نفتی نیز به دلیل دارا بودن برخی مقادیر کم مواد آلی دارای میزان COD در گستره mg/L   1500_10000   می باشد. مقادیر بسیار ناچیز آب باقی مانده در نفت ، مشکلی ایجاد نمی کند و در مراحل پالایش نفت به صورت بخار آب جدا می شود. البته مقادیر نفت باقی مانده در آب پسماند، به عنوان آلودگی تلقی می شود و یکی از دو روش استفاده مجدد از پساب برای تولید امولسیون یا تصفیه زیستی برای آن به کار می رود .

شکل (9_1)- تصویرمیکروسکوپی نفت خام حاصل از امولسیون زدایی



[1]  . Membrane emulsification

[2] . Emulsificationby ultrasonic Waves

[3].  Emulsifier

[4] . Hydrophile

[5] . Lipophile

[6] . Suspending Water

[7] . Flocculation

[8] . Flocculation

[9] . Creaming

[10] . Coalescence

[11] . Phase Inversion

[12] . Ostwald Ripening

[13] . Pissolved Flotation 

 

 

 

 

 

 

 

center">













اوکسین ادز معتبرترین و بزرگترین سیستم کسب درآمد وبمسترها
اوکسین ادز معتبرترین و بزرگترین سیستم کسب درآمد وبمسترها