بخشی از مقاله
بررسی بازدارندههای پلیمری رسوبات واکسی نفت خام
چکیده
چندین تکنیک برای به حداقل رساندن مسائل ایجاد شده توسط رسوب واکس مورد استفاده قرار گرفته است که اضافه کردن پیوسته بازدارندههای پلیمری(کاهندههای نقطه ریزش) را میتوان به عنوان یک تکنولوﮊی برتر در نظر گرفت. اضافه کردن پلیمرهایی نظیر پلی آکریلاتها، پلی متاکریلاتها و یا کوپلیمر اتیلن‐ وینیل استات((EVA میتوانند از پدیده رسوب جلوگیری بعمل آورند. با اندازهگیری مقدار تغییرات در کاهش نقطه ریزش نفتخام که بوسیله اضافه کردن بازدارنده پلیمری ایجاد میشود، میتوان بازدارنده موثر را بدست آورده و متعاقب آن مقدار و اندازه تأثیر ماده بازدارنده از تشکیل رسوبات واکسی را در نفتخام بدست آورد.
سپس اثر افزایش پلیمر متیل متاکریلات((PMMA با دو جرم مولکولی متفاوت، که جرم مولکولی با آنالیز کروماتوگرافی ﮊل تراوایی((GPC اندازه گیری شد، بر روی نمونه های نفتی بررسی و نتایج حاکی از این است که این پلیمر تأثیر بسزایی در کاهش نقطه ریزش دارد. پارامترهای مؤثر در کارایی پلیمر که شامل جرم مولکولی، غلظت و ترکیب نفت خام است بررسی شد و محدوده جرم مولکولی و مقدار غلظت بهینه بدست آمد. همچنین تأثیر افزایش کوپلیمر اتیلن‐ وینیل استات بر روی نقطه ریزش بررسی و مشاهده شد که افزودن این ماده کاهش قابل توجهی در نقطه ریزش ایجاد می کند. بهرحال PMMA و EVA
را می توان به عنوان افزودنی های مؤثر و مخصوص برای جلوگیری از تشکیل رسوبات واکسی بکار برد.
کلمات کلیدی: پلی متیل متاکریلات‐ اتیلن وینیل استات‐ واکس‐ نقطه ریزش‐ رسوب – افزودنی
١‐ مقدمه:
نفتخام به علت حضور مواد آلی مثل آسفالتنها و واکسها، در اثر تغییر در شرایط تعادل ترمودینامیکی و سایر عوامل در طول مسیر رسوب کرده و باعث مشکلات فراوانی میشود.
دمای ظهور واکس یا (WAT) Wax Appearance Temperature دمایی است که در آن اولین کریستالهای واکس در نفت خام ظاهر میشوند. نقطه ریزش((Pour Point نفتخام نیز یکی از مشخصههای اصلی نفتهای پایه پارافینی میباشد و کمترین دمایی است که در آن نفتخام شروع به جریان یافتن میکند]٢‚٣.[ اگر چه دمای ظهور واکس و نقطه ریزش از خواص ترمودینامیکی نفتهای خام واکسدار هستند و محدوده آنها مرتبط با نمودارهای دما و فشار است ولی شدت و مقدار رسوب واکس و تجمع آنها به تعدادی از عوامل دیگر نظیر ترکیب نفتخام، دما، فشار، غلظت پارافین، جرم مولکولی مولکولهای پارافین و... بستگی دارد. در این میان ترکیب نفتخام و دما یکی از مهمترین عوامل بر روی شدت و مقدار رسوب واکس است]٤‚٥.[ چندین روش برای به حداقل رساندن مسائلی که رسوب یا اجتماع واکس باعث آن می شود ارائه شده است. تا به حال روشهای زیادی مانند روشهای مکانیکی، شیمیایی و اخیراﹰ استفاده از افزودنیهای پلیمری برای جلوگیری از رسوب واکس بکار رفته است، که اضافه کردن پیوسته بازدارندههای پلیمری بعنوان یک تکنولوﮊی جدید مطرح میباشد]٦.[ در این روش بازدارندههای رسوب واکس، ترکیبات پلیمری ساخته شده با زنجیر هیدروکربنی هستند که اثر متقابلی بین افزودنی و پارافین را بوجود آورده و یک بخش قطبی ایجاد کرده که باعث تغییر شکل کریستالها و جلوگیری از اجتماع ذرات واکس میشوند که به این مواد اصلاح کننده کریستالها گفته میشود(.(Crystal Modifier دسته ای دیگر از مواد افزودنی، پلیمرهایی هستند با شاخه های هیدروکربنی آویزان شده که با پارافینها در نفت بطور متقابل اثر کرده و در اثر این تأثیرات متقابل مانع تشکیل کریستالهای بزرگتر واکس میشوند و گرمای کریستالیزه شدن پارافین را تغییر میدهند و بدنبال آن نقطه ریزش نفتخام کاهش مییابد چرا که نقطه ریزش از شکل و اندازه کریستالهای واکس تأثیرپذیر است که به این مواد کاهندههای نقطه ریزش یا Pour point Depressant گفته میشود (شکل١). نمونههائی از انواع مواد شیمیائی که بعنوان کاهنده نقطه ریزش استفاده میشود عبارتند از کوپلیمرهای اتیلن وینیل استات و کوپلیمرهای وینیل استات اولفین، کوپلیمرهای آلکیل استرهای استایرن‐ مالیئک انیدرید ،آلکیل استرهای غیر اشباع کربوکسیلیک اسیدها، پلی آلکیل اکریلیتها، پلی آلکیل متا اکریلیتها، آلکیل فنلها و کوپلیمرهای آلفا اولفین ]٦‚٧.[
هدف اصلی این کار، ارزیابی و تأثیر دو نوع پلیمر بازدارنده رسوبات نفتی بر روی نقطه ریزش نمونه های نفتی میباشد.PMMA و EVA دو ماده ای هستند که در این تحقیق بررسی میشوند و اندازه تأثیر این مواد بر روی نقطه ریزش نمونههای نفتی را میتوان با اندازهگیری تفاوت نقطه ریزش در حالت بدون افزودنی و با افزودنی مقایسه کرد.
٢‐ آزمایش
٢‐٢‐ دستگاه و مواد بکار رفته:
آزمایش تعیین نقطه ریزش با استفاده از استاندارد٩٧ASTM D انجام گرفت]٨.[ پلیمر متیل متاکریلات با استفاده از روش پلیمریزاسیون رادیکال آزاد در سیستم محلولی با استفاده از حلال تولوئن و بنزوئیل پر اکسید، بعنوان شروع کننده، توسط گروه پلیمر انجام و تهیه شده است. وزن مولکولی بطور دقیق با روش آنالیز کروماتوگرافی ﮊل تراوایی((GPC انجام گرفت و دو نمونه پلیمر با وزن های مولکولی متفاوت١١٢٠٠ و٦٥٠٠٠ استفاده گردید. کوپلیمرEVA بصورت جامد بیرنگ بوده که برای اضافه کردن به نمونه ها در حلال گرم زایلن محلول گردید و مورد آزمایش قرار گرفت.
٣‐ نتایج و بحث
٣‐٢‐ نتایج نقاط ریزش نمونههای نفتی و تاثیر افزودنی : PMMA
در ابتدا نقاط ریزش بر اساس استاندارد٩٧ASTM D انجام شد و سپس پلیمر متیل متاکریلات با غلظتهای١٠٠،٣٠٠ و ppm ٥٠٠ و جرم های مولکولی متفاوت به نمونه های نفتی افزوده شد. ابتدا اثر تولوئن بعنوان حلال و نیز مونومر بعنوان ماده اولیه تشکیل دهنده پلیمر با غلظت های فوق بر روی نقطه ریزش بررسی شد که نتایج در جدول ٢ آورده شده است. در این جدول مشخص است که مونومر متیل متاکریلات و حلال تولوئن تأثیر بسیار کمی(حداکثر ºC٣ کاهش) بر روی نقطه ریزش داشتهاند. پس میتوان عامل اصلی در کاهش نقطه ریزش را بیشتر به خود پلیمر نسبت داد و از تأثیر حلال صرفنظر کرد. نقاط ریزش نمونه های نفتی خالص و شامل افزودنی PMMA نوع ١ با جرم مولکولی ٦٥٠٠٠ در جدول ٣ و افزایش PMMA نوع ٢ با جرم مولکولی ١١٢٠٠ در جدول ٤ آمده است.
جدول ٢: نقاط ریزش نمونه های نفتی پس از افزایش تولوئن و مونومر متیل متاکریلات (œC)
نوع نفت بدون مقدار افزودنی تولوئن((ppm مقدار افزودنی مونومر((ppm
افزودنی ١٠٠ ٣٠٠ ٥٠٠ ١٠٠ ٣٠٠ ٥٠٠
نمونه ١ ٢٤ ٢٤ ٢٤ ٢١ ٢٤ ٢١ ٢١
نمونه ٢ ٢٤ ٢٤ ٢٤ ٢٤ ٢٤ ٢٤ ٢١
نمونه ٣ ٢١ ٢١ ١٨ ١٨ ٢١ ٢١ ١٨
جدول ٣: نقاط ریزش نمونه های نفتی پس از افزایش PMMA نوع ١ (œC)
نوع نفت وزن نمونه(گرم) مقدار افزودنی (ppm)
٠ ١٠٠ ٣٠٠ ٥٠٠
نمونه ١ ٣٣ ٢٤ ٢١ ١٨ ١٨
نمونه ٢ ٣٣ ٢٤ ٢٤ ١٨ ١٨
نمونه ٣ ٣٣ ٢١ ٢١ ١٨ ١٥
جدول ٤: نقاط ریزش نمونه های نفتی پس از افزایش PMMA نوع ٢ (œC)
نوع نفت وزن نمونه(گرم) مقدار افزودنی (ppm)
٠ ١٠٠ ٣٠٠ ٥٠٠
نمونه ١ ٣٣ ٢٤ ١٢ ٩ ٣
نمونه ٢ ٣٣ ٢٤ ١٢ ٣ ٦
نمونه ٣ ٣٣ ٢١ ٩ ٠ ٣‐
جدول ٣ نشان می دهد که پلیمر نوع ١ در بیشترین حالت نقطه ریزش را تنها œC٦ کاهش داده است(نمونه نفتی ٢ و ٣). در غلظتهای بالا از این پلیمر، نقطه ریزش کاهش نیافته و در واقع افزودنی به هدر میرود. تأثیر کم این پلیمر بر روی کاهش در نقطه ریزش را میتوان به جرم مولکولی بالای آن، بلند بودن زنجیرهای جانبی پلیمر و عدم توانایی مولکولهای پلیمر در شکستن زنجیرهای طولانی پارافینی و بالاخره عدم جلوگیری از تجمع یافتن مولکولهای پارافینی در نفت نسبت داد.
