بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، اثر دمولسیفایر - - Demulsifier روی شکست امولسیون آب در نفت خام مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، دو سری امولسیون با دو روش متفاوت تهیه و مشخص گردید میزان پایداری این دو سری امولسیون، متفاوت از یکدیگر می باشد. هر سری شامل 16 نمونه است که جزء حجمی و pH آب اضافه شده در نمونه ها متفاوت اند. سری اول امولسیون ها با استفاده از همزن مغناطیسی و سری دوم به وسیله همزن مکانیکی ساخته شد. در این صورت پایداری امولسیون های سری دوم بالاتر از امولسیون های سری اول است. سری اول امولسیون ها بدون اضافه کردن دمولسیفایر و سری دوم پس از افزودن دمولسیفایر تحت تاثیر میدان الکتریکی قرار گرفتند. در نهایت مشخص شد میزان جداسازی آب از نفت خام در سری دوم امولسیون ها با وجود پایدارتر بودن بیشتر از سری اول است که این موضوع، اهمیت افزودن دمولسیفایر در جداسازی امولسیون آب در نفت خام را نشان می دهد.
واژه های کلیدی: دمولسیفایر، نفت خام، پایداری امولسیون.
- 1مقدمه و مبانی نظری
امولسیون آب در نفت در مرحله تولید نفت خام که اغلب همراه با آب می باشد، تشکیل می شود. ثبات امولسیون که بین چند دقیقه تا چندین سال می باشد بستگی به طبیعت نفت خام و تا حدی ماهیت آب مورد استفاده دارد.[1] در مرحله تولید، این آب می تواند به صورت قطرات کوچک در سراسر نفت خام پراکنده شود. نفت خام شامل مجموعه ای از هیدروکربن ها مانند آلکان ها، نفتن ها و همچنین ترکیبات آروماتیک مانند فنول ها، اسیدهای کربوکسیلیک و فلزات می باشد. بخش عمده ای از ترکیبات دارای گوگرد و نیتروژن نیز ممکن است وجود داشته باشند. تعداد کربن در تمام این موارد در محدوده بین - 1متان - تا 50 یا بیشتر - آسفالتن ها - می باشد. برخی از این ترکیبات می توانند فیلم هایی در سطوح نفتی تشکیل دهند و بقیه فعال سطحی هستند. بنابراین تمایل به تشکیل امولسین پایدار یا ناپایدار در میان انواع نفت خام بسته به نوع ترکیب آن ها فرق می کند.[2] امولسیون ها به دلیل داشتن آب، که باعث افزایش حجم اشغال شده در تجهیزات فرایند و خطوط لوله می شود، باعث افزایش فرایندهای مورد نیاز و هزینه های سرمایه ای نامطلوب می شوند. علاوه بر این، خصوصیات و خواص فیزیکی نفت حاوی امولسیون تغییر قابل توجهی می کند. چگالی امولسیون میتواند از 800 Kg/m3 برای نفت طبیعی به Kg/m3 1030 افزایش یابد. مهم ترین تغییر برای امولسیون، تغییر در ویسکوزیته می باشد که به طور معمول از چند mPa.s و یا کمتر به حدود 1000 mPa.s افزایش می یابد]َ .[ در پالایش نفت خام، روش های نمک زدایی شامل مخلوط کردن نفت خام ورودی با آب شست وشو می باشد تا به استخراج نمک های محلول در آب کمک کند. با این حال، وجود آب در نفت خام می تواند باعث افزایش مداخله در عملیات پالایش، تحریک خوردگی، افزایش ظرفیت گرمایی و کاهش ظرفیت مدیریت تجهیزات پالایش و خطوط شود. بنابراین از بین بردن امولسیون، یک موضوع مهم در استفاده از نفت، از زمان تولید تا زمانی که وارد فرایند تصفیه می شود می باشد]ُ.[ روش شیمیایی معمول ترین روش برای حل مشکل امولسیون هم در میادین نفتی و هم در پالایشگاه ها می باشد. سورفکتنت های آنیونی، کاتیونی، غیر یونی و آمفوتریک زیادی وجود دارد که می توانند به عنوان دمولسیفایر استفاده گردند. شکننده های امولسیونی متعارف عموماً با فرمول شیمیایی زیر 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 اسید های چرب، الکل های چرب، آمین های چرب و کواترنری آمین ها و نمک های اسید سولفونیک. در واقع، امولسیون شکن تجاری ممکن است تنها یک نوع ماده فعال داشته باشد]ِ .[ دمولسیفایر های تجاری که برای شکستن امولسیون آب در نفت استفاده می شوند شامل دمولسیفایرهای محلول در آب و محلول در نفت هستند. به طور معمول، دمولسیفایرهای محلول در نفت در حلال آلی تنها مانند تولوئن، زایلن، تتراهیدروفوران، دی اکسان، الکل های سبک، برش های بنزین سبک با دمای جوش حدود 200 - 50 درجه سانتیگراد فرموله می شوند]ّ.[ برای اطمینان از عملکرد با کیفیت بالا، یک دمولسیفایر باید دارای ویژگی های زیر باشد]ْ:[
• دمولسیفایر باید قابلیت پخش شدن در فاز آبی را دارا باشد.
• محلول درفاز نفت باشد.
• غلظت دمولسیفایر در قطرات باید کافی باشد تا از نفوذ به اندازه کافی بالای انتشار در سطح مشترک اطمینان حاصل شود.
• فعالیت سطح مشترک دمولسیفایر باید به اندازه کافی بالا باشد.
- 2روش و مراحل تحقیق
به منظور بررسی اثر دمولسیفایر بر جداسازی امولسیون آب در نفت، 32 نمونه در دو سری 16 تایی تهیه شد که نمونه های هر سری در جزء حجمی و pH آب اضافه شده، متفاوت بوده اند. اولین سری 16 تایی امولسیون ها، با اختلاط آب مقطر نفت خام توسط همزن مغناطیسی در دمای 50 ℃ در مدت زمان 6 ساعت به دست آمد. در حالی که سری دوم، به وسیله همزن مکانیکی با دور 1300rpm طی 3 دقیقه ساخته شد. بدیهی است امولسیون های ساخته شده به وسیله همزن مکانیکی، به دلیل اغتشاش و تلاطم بیشتر، پایدارترند. دمولسیفایر استفاده شده در آزمایش های سری دوم نمونه ها، هگزیل آمین بوده که باید در یک حلال آلی - در اینجا تولوئن - حل شود تا در نفت خام پراکنده گردد. با استفاده از آزمون و خطا، غلظت مناسب دمولسیفایر، یعنی کمترین غلظتی که در آن بازده آب زدایی بیشینه است، به دست آمد تا از مصرف بیش از اندازه و هدر رفتن دمولسیفایر جلوگیری شود. حجم محلول دمولسیفایر و حلال اضافه شده به امولسیون، 2cc بوده که 2 درصد آن یعنی 0/04cc دمولسیفایر - هگزیل آمین - و بقیه - تولوئن - بوده است. در این صورت، غلظت دمولسیفایر در امولسیون 600ppm خواهد بود. 16 امولسیون ساخته شده توسط همزن مغناطیسی بدون اضافه کردن دمولسیفایر و 16 امولسیون ساخته شده توسط همزن مکانیکی پس از اضافه کردن دمولسیفایر به مقدار تعیین شده - 600ppm - تحت میدان الکتریکی قرار گرفتند که نتایج به دست آمده در جدول 1 آمده است:
جدول :1 آزمایش های انجام شده روی سری اول و دوم امولسیون ها و نتایج آن ها
- 3ارائه و تحلیل نتایج
شکل 1 بازده آب زدایی سری اول امولسیون ها 16 - نمونه ساخته شده به وسیله همزن مغناطیسی - را با سری دوم 16 - نمونه ساخته شده به وسیله همزن مکانیکی - مقایسه می کند. با توجه به شکل مشخص است بازده جداسازی برای سری دوم بالاتر از سری اول است. این نتیجه اهمیت کاربرد هگزیل آمین به عنوان دمولسیفایر را نشان می دهد چون امولسیون های ساخته شده به وسیله همزن مکانیکی با وجود پایدارتر بودن، بازده جداسازی بالاتری دارند.
