آشنایی با دمولسیفایر و کاربرد آن در صنعت

1 دقیقه خواندن
0
545
آشنایی با دمولسیفایر و کاربرد آن در صنعت

آشنایی با دمولسیفایر و کاربرد آن

به لحاظ شیمیایی دمولسیفایر به گروه های شیمیایی مختلف استرها، اورتا نها، رزین ها، پلی آلکیلن ها، گلیکول ها، سولفونات ها و آمین ها تعلق دارند و غالباً از فرمول های شیمیایی ذیل برخوردار هستند: پلی گلیکول ها و پلی گلیکول استرها ، الکل ها و آمین های اتوکسیله ، رزین های اتوکسیله ، رزین های فنل فرمالدئید اتوکسیله ، نونیل فنل های اتوکسیله، الکل های چندعاملی، اتیلن اکساید، کوپلیمرهای پروپیلن اکساید با اسیدهای چرب، الکل های چرب، آمین های چرب و کواترنری آمین ها و نمک های اسید سولفونیک. مطالعات صورت گرفته در این حوزه نشان داده است که عمده تعلیق شکن های شیمیایی که امروزه در صنعت استفاده می شوند، به صورت پلیمرها یا کوپلیمر هایی با وزن مولکولی بالا هستند که حاوی ۵ تا ۵۰ درصد ترکیب پلی اتیلن اکسید PEO می باشند. پلی اتیلن اکسید )پلی اتیلن گلیکول) پلیمری از ترکیب اتیلن اکسید با فرمول شیمیایی C2nH4n+2On+1 است.  ترکیبات اتیلن اکسید (EO) و پروپیلن اکسید (PO) از مهم ترین پیش سازهای ترکیبات تعلیق شکن هستند که به گروه شیمیایی آلکلین اکسیدها تعلق دارند. پلیمرهای این ترکیبات برای ساخت دمولسیفایرهای کوپلیمر بکار می روند. در جدول زیر مجموعه ای از دمولسیفایرهای شیمیایی معمول مورد استفاده برای شکست امولسیون های نفتی آورده شده است.

دمولسیفایرهای شیمیایی رایج برای شکست امولسیون های نفتی
نوع امولسیوننوع دمولسیفایر
O/WTannin-based blends
W/ODiallyl dimethyl ammonium chloride polymer
W/OAmphoteric acrylic acid (AA) copolymer
W/OCopolymer of polyglycol acrylate
W/OPoly(1-acryloyl-4-methyl) piperazine
W/OVinyl phenol polymers
O/WEthoxylated or epoxidized PAG
W/OPoly(dimethyl diallyl ammonium chloride)
O/WAlkoxylated fatty oil
O/WOxalkylated poly(alkylene) poly(amine)s
W/OCrosslinked oxalkylated poly(alkylene) Poly(amine)
O/WPhenol-formaldehyde resins
W/ODithiocarbamates
O/WPolythioalkyloxides
O/WPoly(ether) poly(urethane)
W/OSulfonated poly(styrene)s

روش شیمیایی شکست امولسیون های نفتی

در روش شیمیایی تصفیه نفت خام و شکست امولسیون های نفتی با کمک یک سری مواد شیمیایی شکننده امولسیون تحت عنوان تعلیق شکن یا دمولسیفایر صورت می گیرد. این مواد با اسامی تجاری مختلفی در دنیا فروخته می شوند. عملکرد این مواد به گونه ای است که باعث می شوند غشاء نازک اطراف قطرات امولسیونی آب پاره شود و این قطرات به هم متصل شوند. در واقع تعلیق شکن ها گروهی از ترکیبات فعال سطحی هستند که می توانند سیستم های امولسیونی را بشکنند و عوامل امولسیونی را خنثی کنند. البته باید توجه داشت که تزریق بیش از حد این مواد، باعث تولید امولسیون های جدیدی می شود که بعدها در فرآیند تصفیه پساب مشکلات فراوانی ایجاد می کند، لذا در تعیین نرخ تزریق این مواد باید محاسبات دقیقی صورت بگیرد. اگر امولسیون های تشکیل شده ضعیف باشند، تنها با نیروهای مکانیکی می توان آ نها را خنثی کرد و عمل تفکیک را انجام داد. ولی چنین شرایطی معمولاً به ندرت اتفاق می افتد، لذا در اکثر شرایط باید مواد تعلیق شکن را به سیستم تزریق کرد. مقدار تزریق این مواد به نوع نفت و میزان مواد امولسیون ساز مانند آسفالتن ها، دما، pH و غیره بستگی دارد. خواص نفت خام و نوع مواد امولسیونی تأثیر فراوانی بر روی انتخاب نوع مواد تعلیق شکن مصرفی دارد. به طور معمول، نفت های سنگین نسبت به نفت های سبک به مواد شیمیایی بیشتری احتیاج دارند، چرا که نفت های سنگین دارای میزان آسفالتن و هیدروکربن های بیشتری در مقایسه با نفت های سبک هستند. املاح، خاک رس و گل های حفاری به راحتی با آب شسته شده و از نفت جدا می شوند، ولی مواد پارافینی و آسفالتی برای اینکه سطح امولسیونی آ نها شکسته شود، حتماً به مواد شیمیایی احتیاج دارند. باید توجه داشت که هرگونه تغییری در فرآیند تصفیه مثل تغییر جریان، تغییر شرایط دمایی و فشاری، تغییر فصل و غیره بر روی میزان تزریق این مواد تأثیر می گذارد، لذا مقدار تزریق این مواد متناسب با شرایط متغیر خواهد بود. تزریق این مواد قبل از پمپاژ موجب اختلاط بهتر آنها با نفت خام می شود و تشکیل امولسیون در پمپ را به حداقل می رساند. در حال حاضر شکست امولسیو نهای نفتی بدون استفاده از این مواد، صرفنظر از کلیه تکنولوژی های موجود، غیرممکن است، لذا ابتدا به بررسی این مواد و ساختار شیمیایی آنها پرداخته می شود.

همانطور که شرایط میدان (field) تغییر می کند، الزامات دمولسیفایر نیز تغییر می کند. دماهای پایین در زمستان می تواند باعث بوجود آوردن مشکلات مربوط به wax و دیگر مشکلات شود.

رفتار چاه می تواند فرآیند تولید کارخانه را مختل نماید. برای مثال، اسیدکاری یک چاه می تواند منجر به رسوب آسفالتین شود که ممکن است امولسیون سخت و پایدار تشکیل دهد. به طور مشابه تعمیرات چاه (well workovers) و رفتار و فرآیند های مواد شیمیایی می تواند به ایجاد مشکلات مربوط به امولسیون در تاسیسات فرآیندی منجر شود. پیامدهای رفتار چاه و فعالیت های دیگر باید در نظر گرفته شود و اگر لازم بود اپراتور باید برای افزایش دوز و مقدار دمولسیفایر آماده باشد. نمی‌توان انتظار داشت که یک دمولسیفایر مشابه با دوز و مقدار مشابه، مشکل امولسیون ها را زمانی که شرایط تغییر میکند، حل کند.

برای انتخاب یک دمولسیفایر برای یک سیستم مشخص، آزمایشات به طور کلی با آزمایشات بطری یا Bottle Tests شروع میشود. نمونه های امولسیون، گرفته شده و به چندین تیوب سانتریفیوژ منتقل می شود. چند دمولسیفایر معمولا از چند کمپانی فروشنده دمولسیفایر تهیه می شوند، در مقادیر مختلف به تیوبهای سانتریفیوژ اضافه می شود و داده های خروج آب (water-dropout) به منظور تعیین بهترین دمولسیفایر جمع آوری و آنالیز می شود. قبل از انجام تست ها می توان از وندورهای دمولسیفایر به منظور فراهم سازی یک یا دو نوع از دمولسیفایرهای تولیدیشان دعوت کرد. اکثر وندورها تمایل دارند قبل از ارائه بهترین محصول، مواد شیمیایی خود را با امولسیون های میدان (field) آزمایش کنند. به تازگی یک روش کمی برای آزمایشات دمولسیفایر توسعه داده شده است.

انتخاب بهترین دمولسیفایر

برای انتخاب بهترین دمولسیفایر، مجموعه ای از تست ها و آزمایشات در غلظت ها، دماها و برش های آبی متفاوت ممکن است لازم باشد. مقادیر و دوزهای دمولسیفایر که در آزمایشگاه بدست آمده اند به طور کلی بیشتر از آنچه هستند که در شرایط میدانی مورد نیاز است. به شدت توصیه می شود که تست بطری با امولسیون هایی که به تازگی نمونه گیری شده اند انجام شود زیرا کهنگی نمونه تاثیر قابل توجهی بر دمولسیفایر دارد. در طول تست های بطری عوامل دیگری که باید به آنها توجه کرد عبارتند از:

  • رنگ و ظاهر امولسیون
  • شفافیت و وضوح آب
  • رسوبات موجود در آب
  • وجود یک لایه ی فرسوده و کهنه (rag layer)
  • مواد جامد آزاد در سطح مشترک

این عوامل می توانند اطلاعاتی که ممکن است در انتخاب دمولسیفایر مهم باشد را فراهم کند.

عوامل موثر در بهبود عملکرد دمولسیفایر

برای آنکه دمولسیفایر موثر واقع شود، باید با امولسیون به طور کامل مخلوط شود و به فیلم (film) اطراف قطرات آب انتقال یابد. اگر عمل مخلوط شدن دمولسیفایر و امولسیون ضعیف باشد، دمولسیفایر غیر موثر خواهد بود. در حالت ایده آل دمولسیفایر باید در یک جریان مداوم، از داخل و از طریق میکسر های درونی یا inline که به اندازه کافی در بالادست جریان هستند تزریق شود تا دمولسیفایر زمان داشته باشد به  طور کامل با امولسیون مخلوط شود. از لخته شدن دمولسیفایر (Demulsifier Slugging) باید جلوگیری شود چون در غیر اینصورت باعث ایجاد مناطق با غلظت بالا شده و منجر به توسعه دوباره امولسیون می شود.

یکی از راه های بهبود فرآیند mixing این است که دمولسیفایر را با مقادیر کافی از یک ماده رقیق کننده که معمولا یک حلال است، رقیق کرد و مخلوط رقیق شده دمولسیفایر/حلال را یه داخل امولسیون تزریق کرد. مقادیر بیشتر مخلوط امکان اینکه مواد شیمیایی با امولسیون به طور یکنواخت تری مخلوط شوند را فراهم می آورد.

از سوی دیگر تلاطم و آشفتگی جریان، انتشار و پراکندگی دمولسیفایر درون امولسیون را بهبود می‌بخشد و احتمال برخورد بین قطرات آب را افزایش می دهد. این آشفتگی باید به اندازه کافی تداوم داشته باشد تا اجازه دهد که مواد شیمیایی به سطح مشترک بین نفت و آب برسند، اما شدت آن نباید به حدی باشد که موجب سفت شدن و بسته شدن امولسیون شود. این سطح از آشفتگی معمولا توسط جریان طبیعی سیال در قسمتهای مختلف واحد فرآیندی امولسیون ایجاد می‌شود مثل:

  • لوله ها
  • منیفولدها
  • شیرها
  • تفکیک کننده ها

هنگامی که نرخ جریان به منظور مخلوط کردن مواد شیمیایی بیش از حد پایین است، باید توجه خاصی معطوف اختلاط مواد شیمیایی شود. میکسرهای ویژه ای برای اطمینان از فرآیند مخلوط کردن دمولسیفایر می‌تواند نصب شوند که برخی از آنها عبارتند از:

  • شیرهای مخلوط کننده (Mixing valves)
  • کوییل‌های تزریق (Injection quills)
  • میکسرهای سینتیک (Kinetic mixers)
  • میکسر های گردابی (Vortex mixers)

نقطه تزریق دمولسیفایر نیز مهم است. به طور کلی هرچه دمولسیفایر در فاصله دورتری در بالادست تزریق شود بهتر است. با این حال، اگر آشفتگی و نیروی برش قابل توجهی بین نقطه ای که دمولسیفایر تزریق می شود و نقطه ای که آب خارج می شود باشد، ممکن است ارزش بازبینی تصمیم را داشته باشد. مشکل دیگری که با تزریق در نقطه بالادستی با فاصله خیلی زیاد بوجود می‌آید، جداسازی آب در لوله هاست که می تواند منجر به مشکلات دیگری همچون خوردگی شود. در بسیاری از موارد دمولسیفایر در چندین نقطه تزریق شده تا کارکرد کلی آن را بهینه سازد. با این حال این گزینه ایست برای تاسیسات با حجم بالا و در اینجا نیز نسبت جدایش   (split-ratio) دمولسیفایر (بین نقاط مختلف) باید با آزمون و خطا بهینه سازی شود. یکی دیگر از مشکلات که گاهی نادیده گرفته می شود، مشخصه ته نشینی دمولسیفایر است. اجزا و مواد فعال موجود در بعضی از دمولسیفایرها تمایل دارند در کف مخازن به دلایل زیر ته نشین شوند:

  • انحلال ناپذیری
  • اختلاط ناقص
  • تفاوت ها در چگالی

اگر چنین شود، تزریق اجزا فعال سطحی به داخل تاسیسات فرآیندی بی فایده است. در طی چند روز اول شارژ و تزریق مخزن، دمولسیفایر ممکن است به طور رضایت بخشی کار کند، با این وجود عملکرد ثانویه ممکن است با مصرف شدن اجزا فعال کیفیت خود را از دست بدهد و تنها حلال حامل تزریق شود. اگر این چرخه مشاهده شد، علت آن ته نشین شدن اجزاء فعال دمولسیفایر داخل مخزن است. مراحل از بین بردن مواد ته نشین شده عبارت است از نصب یک مخلوط کننده (mixer) در مخزن دمولسیفایر یا تعویض دمولسیفایر.

کارکرد و فعالیت های دمولسیفایر

مکانیسم هایی که برای یک دمولسیفایر شیمیایی در نظر گرفته می شوند عبارتند از:

  • جاذبه یا کشش قوی نسبت به سطح مشترک آب و نفت: دمولسیفایر باید بتواند به سرعت از داخل فاز نفت حرکت کرده و مهاجرت نماید تا بتواند به سطح مشترک قطره، جایی که باید با عامل امولسیون ساز مقابله کند، برسد.
  • لخته سازی یا :Flocculation دمولسیفایر باید یک جاذبه و کشش برای قطرات آب با بار مشابه داشته باشد و آنها را کنار یکدیگر قرار دهد. به این ترتیب دسته های بزرگ از قطرات آب جمع می شود که در زیر میکروسکوپ شبیه به دسته هایی از تخم های ماهی هستند.
  • به هم پیوستگی :(Coalescence) بعد از flocculation، فیلم امولسفایر بصورت پیوسته باقی می ماند. اگر امولسفایر ضعیف باشد، نیروی لخته سازی یا flocculation force برای ایجاد به هم پیوستگی ممکن است کافی باشد. با این حال، این مورد معمولا درست نیست و دمولسیفایر، فرآیند به هم پیوستگی را از طریق خنثی سازی امولسفایر و تشدید گسستگی فیلم سطح مشترک قطره فراهم می سازد. در امولسیون لخته شده،گسستگی فیلم (film rupture) باعث افزایش اندازه قطره آب می شود.
  • مرطوب سازی جامدات :(Solids wetting) سولفیدهای آهن، خاک های رس و گل های حفاری می توانند water-wet شوند که این باعث می شود سطح مشترک را ترک کنند و به قطرات آب نفوذ کرده و پخش شوند. پارافین ها و آسفالتین ها می توانند توسط دمولیسفایر حل شوند یا تغییر یابند تا سبب کاهش چسبندگی و ویسکوزیته فیلم آنها شود، یا آنها می توانند oil- wet  شوند که در این صورت در نفت پراکنده می شوند.

اکثر نفت های خام حاوی کلریدهای سدیم و منیزیم، اندکی سولفات، سیلیس و اکسیدهای آهن می باشند و حتی اگر در خروج از معادن نیز دارای این ترکیبات نباشند، در طول حمل و نقل به ویژه با کشتی ها، این املاح وارد نفت خام می شوند.
کلریدها و سولفات ها به حالت محلول در قطره های کوچک آب معلق در نفت خام وجود دارند. مقدار این املاح متفاوت است و به طور مثال در نفت های خاورمیانه حدود ۱۲ گرم در تن می باشد در حالی که در مورد نفت های مصر به ۳ کیلوگرم در تن می رسد.
چنان چه میزان املاح موجود در نفت خام از ۱۰ پوند (۴٫۵ کیلوگرم) در هزار بشکه تجاوز نماید، باید آن را نمک گیری کرد. بسیاری از پالایشگاه ها برای کمتر از این مقدار نیز اقدام به نمک گیری می کنند زیرا رسوب نمک باعث جرم گرفتگی و خوردگی تاسیسات میشود.

شرح فرآیند نمک گیری

اساس روش نمک گیری انحلال املاح موجود در نفت خام به وسیله آب است. دشواری این روش در تهیه مخلوط موثر آب و نفت، مرطوب سازی ذرات جامد و جداسازی آب شست و شو از نفت می باشد. عوامل موثر بر بازده نمک گیری عبارتند از pH ، چگالی و گرانروی نفت خام و نیز نسبت حجمی آب شست و شو به نفت خام.
یکی دیگر از هدف های نمک گیری، حذف ذرات جامد معلق (ذرات ماسه، رس، خاک اکسید و سولفید آهن …) در نفت خام است. در این مورد برحسب اندازه ذرات، درصد حذف باید بین ۶۰ تا %۸۰ باشد.
عملیات نمک گیری به وسیله مخلوط کردن نفت خام با ۳ تا ۱۰ درصد حجمی آب در دمای ۹۰ تا ۱۵۰ درجه سانتیگراد انجام می شود. درصد آب مصرفی و دمای عملیات بستگی به چگالی نفت خام دارد.
نمک ها در آب شست و شو حل شده، سپس در مخزن جدا کننده، آب و نفت از هم جدا می شوند. این جدا شدن یا در اثر افزودن مواد شیمیایی شکننده ی امولسیون (دمولسیفایر) صورت می گیرد و یا با ایجاد یک میدان الکتریکی با پتانسیل بالا به منظور تسریع در بهم چسبندگی قطره های آب حاوی نمک. در این مورد می توان از جریان متناوب و یا مستقیم استفاده کرد. پتانسیل لازم بین ۱۶۰۰۰ تا ۳۵۰۰۰ ولت است.
در واحدهای نمک گیری تک مرحله ای، بازده عملیات می تواند به %۹۵ برسد و در واحدهای دو مرحله ای به %۹۹ . در یک فرآیند نمک گیری می توان از جریان مستقیم و متناوب تواما استفاده نمودتا کارایی افزایش یابد.
نفت های خام سنگین نفتنی در مقایسه با سایر نفتنها، امولسیون های پایدارتری ایجاد می کنند که موجب کاهش کارایی دستگاه های نمک گیری می شوند. در این حالت باید دما بالاتر از ۱۳۵درجه سانتیگراد باشد و pH در محدوده ی ۶-۸ قرار گیرد. تنظیم pH به وسیله افزودن اسید به آب ورودی و یا برگشتی انجام می شود.


برای دسترسی به مطالب مرتبط دمولسیفایر نفت بر روی لینک زیر کلیک نمایید.

دمولسیفایر نفت

بارگذاری توسط pedram nouri
بارگذاری در بهره‌برداری و فرآیند

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *