بخشی از مقاله
نمک موجود در نفت خام
فهرست
فصل اول : كلياتي در باره آب نمك موجود در نفت خام
فصل دوم :روش كلي نمك زدائي
فصل سوم :مواد شيميايي كه در كارخانه هاي نمك زدائي بكار مي رود
فصل چهارم :آزمايش و تعيين مقدار نمك موجود در نفت
مقدمه
نفت خام مجموعه اي از هيدرو كربورها كه بسته به فشار و درجه حرارت آن بشكل جامد ،مايع و گاز مي باشد و هنگام خروج از چاه مقداري آب نمك و مواد جامد همراه دارد . نر باينكه اين ناخالصيها را مواد غير نفتي تشكيل مي دهند ، لذا هر چه درصد شان كمتر باشد مرغوبيت نفت بيشتر مي شود. بهمين منظور براي جلوگيري از ضايعات ناشي از وجود اين مواددر تاسيسات نفتي ايجاد كارخانه نمك زدائي در مسير نفت خروجي كارخانجات بهره برداري و قبل از ورود به پالايشگاه ها ضروري است .
مسير جريان نفت در يك واحد نمك زدائي بقرار زير است .
مخزن ائتلاف كننده ثقلي مخزن نوسانگير تلمبه
دستگاه گرم كننده مخزن ائتلاف كننده الكتريكي تلمبه
كارخانه بهره برداري
نفت خام قبل از ورود به نمك زدائي در كارخانه بهره برداري گاز آن جدا و نفت مرده وارد كارخانه نمك زدائي شده در ابتدا وارد مخزن ائتلاف كننده ثقلي مي شود و قبل از ورود شدن به مخزن مقداري آب شيرين به آن اضافه مي شود در اين مخزن به علت ساختمان خاصي كه دارد به راحتي قطرات دردشت تر آب نمك از آن جدا مي گردند و ته نشيني مي شوند ( در اينجا بحث انتقال جرم پيش مي آ يد كه در فصل اول اين پروژه كاملاً مورد برسي قرار گرفته است ).
بعد از مخزن ائتلاف كننده ثقلي ، مخزن نوسان گير قرار دارد و منور از آن اين است كه چون بعد از اين مخزن تلمبه هاي تقويتي نصب شده اند لذا وجود اين مخزن باعث مي شود كه نوسانات فشار در لوله ورودي به تلمبه ها را خنثي نمايند و در مواقع قطع جريان نفت به عنوان ذخيره از آن استفاده مي شود بعد از مخزن نوسان گير دستگاه گرم كننده براي گرم نمودن نفت وجود دارد و حرارت دادن به غلظت ووزن مخصوص نفت بستگي دارد و در نفتهاي سنگين بعلت دير جدا شدن ذرات پراكنده
آب نمك (امولسيون ) حرارت دادن الزامي است ولي در نفتهاي سبك اين كار بندرت صورت مي گيرد و سپس نفت وارد دستگاه ائتلاف كننده الكتريكي مي شود يك مولكول كه در نفت بحالت پراكنده يافت ميشود به شكل كروي قرار دارد ولي تحت تاثيرنيروي الكترواستاتيكي تغيير شكل داده و به صورت بيضي در مي آيد و در اين حالت است كه قطرات مجاور به همديگر متصل و ته نشين مي
شوند ولي اگر قطرات خيلي بزرگ باشند جريان الكتريسته آنها را متلاشي و تبديل به قطرات كوچك مي كند .
فصل اول
كليات در باره آب نمكي موجود در نفت خام
نفت خام معمولاً هنگام خروج از چاه با مقداري آب همراه است . در آبيكه بدين ترتيب از اعما
ق زمين همراه نفت خارج مي شود مقداري از نمكها بصورت محلول وجود دارد . محلول نمك طعام كلرورسديم Nacl و نكمهاي منيزيم و كلسيم نيز از اين جمله بشمار مي روند .
وقتي نمك در نفت خام نام ببريم منظور كليه نمكهاي نامبرده است . در مناطق نفت خيزجهان آب نمك همراه با نفت مشاهده شده است . خروج آب نمك از يك منبع در اثر قدمت و كثرت بهره برداري تكثير مي يابد ، زيرا اين امر باعث مي شود كه حجم گاز و نفت در منبع بتدريج تقليل يافته و سطح آب شور كه در قسمت زير ين قرار دارد بالاه آمده و جاي نفت وگاز كم شده را اشغال كرده و در نتيجه مقدار آب نمك بيشتري از چاه خارج شود . به چاهايكه مقدار زيادي آب نمك با نفتشان همراه است wet wells يا نفت توام با آب نمك مي گويند .
ميزان را در چاههائيكه منحصر بخود دارند ميتوان با تقليل نفت خروجي تحت كنترل قرار داد، در بعضي مواقع براي كنترل مقدار آب نمك مجبور مي شوند چاههائي را كه داراي آب نمك زياد هستند بسته نگه دارند تا نفت بقيه چاهها را كه بعداً با آن مخطوط مي شود با آب نمك آلوده نسازد البته چنانچه بهره برداري از يك ناحيه نفتخيز بميزان حداكثر باشد ممكن است جريان يك يا چند چاه كه آب نمك توليد مي كنند در بالا بردن نمك مجموعه نفت اثر قابل ملاحظه اي نداشته باشد . مقدار واقعي نمك را در مخزنهاي بندر بارگيري در نظر مي گيرند . هر چه بپايان بهره دهي چاه يا منبعي نزديكتر شويم نفت و گاز چاه بتدريج كم مي شود و بالاخره روزي خواهد رسيد كه تنها محصول آن آب شور باشند .
نفت خام مجموعه اي است از هيدرو كربورها كه بسته به فشار و درجه حرارت آن بشكل جامد ، مايع و يا گاز مي باشد و هنگام خروج از چاه مقداري آب نمك و مواد جامد همراه دارد . نظر باينكه اين ناخاليصيها را مواد غير نفتي تشكيل مي دهند لذا هر چه درصد شان كمتر باشد مرغوبيت نفت بيشتر مي شود . بهمين منظور براي جلوگيري از ضايعات ناشي از وجود اين مواد در تاسيسات نفتي ايجاد كارخانه هاي نمك زدائي در مسير نفت خروجي كارخانجات بهره برداري و قبل از ورود نفت به پاليشگاه ضروري است .
هدف از نمك زدائي حذف و يا تقليل دادن ميزان نمك همراه نفت تا ميزان 8 پوند در هزار بشكه ( 8p.T.B) ميباشد.
مزاياي نمك زدائي
1- كاهش خوردگي در تاسيسات نفتي
2- كاهش انسداد مجازي سيستم هاي مبادله حرارتي
3-حفاظت در عمل كاتليست ها ( كاتليستها مواد سريع كننده فعل و انفعالات شيميايي ميباشند.)
4- بهبود كيفيت نفت خام
5- استفاده از حداكثر حجم لوله ها و ظرفيت پالايشگا هها
6- جلوگيري از هدر رفتن انرژي مصرفي در پالايشگاهها ( مثلاً صرف بيمورد انرژي جهت تبخير
آب همراه نفت كه هشت برابر نفت است ).
روش هاي نمك زدائي
1- بهم پيوستگي ته نشيني Setteling coalescing
2- بهم پيوستگي شيمياييchemical coalescing
3- بهم پيوستگي حرارتي Heating
4- بهم پيوستگي مكانيكيmechanical
5- بهم پيوستگي الكتريكيElectrical
7- تركيبي از دو يا جند روش بالا
Chemical.heating . electrical coalescing
روش اول – بهم پيوستگي ته نشيني setteling coalescing
در اين روش براي هر واحد نمك زدائي از 3 مخزن با ظرفيت مساوي استفاده مي شود .
كه هميشه يكي از مخازن در حال پرشيدن مي باشد – يكي در حال ته نشيني شدن و ديگري در حال تخليه ميباشد . اين عمل مرتب براي هر كدام از مخازن تكرار مي شود و در اثر توقف جريان در مخزن مولكولهاي اب نمك كه بصورت قطرات درشت آب در نفت وجود دارند ته نشين مي شوند.
روش دوم – بهم پيوستگي شيميايي chemical coale scing
در اين روش به كمك تزريق مواد شيميايي سرعت عمل ته نشيني شدن قطرات آب نمك را بالا مي برند و چون جدار خارجي قطرات آب نمك بوسيله قشري از نفت احاطه شده است لذا تزريق مواد شيميايي جدا كننده كه از نوع Demulsifier مي باشد باعث شكستن اين ديواره شده قطرات كوچك جذب همديگر مي شوند و تشكيل قطرات بزرگتري را داده ته نشين مي شوند . ميزان تزريق اين مواد بستگي بنوع نفت يا مقدار آب نمك و درجه حرارت نفت دارد . كه بين 5 الي 50 قسمت در ميليون (p.p.m ) متغير است و چنانچه از اين مقدار بيشتر تزريق شود عمل عكس انجام مي گيرد بدين معني كه قطرات كوچك آب نمك را به قطرات كوچكتر تبديل مي كند در نتيجه عمل ته نشين
شدن را مشكلتر ميسازد لذا بايد توجه داشت كه اين ميزان دقيقاً حساب شده تزريق شود .
روش سوم – بهم پيوستگي حرارتي Heating coalescing
يكي از عوامل موثر در جدا شدن آب نمك از نفت يا بعبارت ديگر ته نشيني شدن قطرات آب نمك حرارت مي باشد ، روي اين اصل در بعضي از كارخانجات نمك زدائي نفت را حرارت مي دهند . بهترين دما حدود f 120 درجه فاز نهايت است . چون حرارت باعث كاهش ويكسوزيته نفت مي شود لذا ديواره خارجي قطرات آب نمك ضعيف شده و باعث جذب قطرات بهديگر مي شوند . ميزان حرارت نبايستي از حد معين تجاوز نمايد زيرا حرارت زياد باعث جدا شدن هيدروكربورهاي سبك نفت شده در نتيجه چگالي نسبي
( sp.gr.)specific gravity ) ) نفت بالا مي رود و نفت سنگين مي شود و از نظر اقتصادي نفتي كه APL آن پايين باشد ارزشش كمتر است بهمين خاط چون در مناطق نفت خيز نفت اكثر چاهها درجه حرارتشان بالا ميباشد احتياجي به گرم كردن نمي باشد .
روش چهارم – بهم پيوستگي مكانيكي Mechanical coalescing
بهم پيوستگي مكانيكي با راههاي مختلفي صورت مي گيرد كه مهمترين آنها عبارتند از :
الف – عمل فيلتر كردن - در اين روش نفت را از ميان صافيهاي مخصوص عبور مي دهند كه پس از مدتي كار كردن ميبايست اين فيلتر ها را تميز و يا تعويض نمود.
ب- عمل گريز از مركز (سنتري فيوژ) – در اين روش از خاصيت نيروي گريز از مركز استفاده شده است بدين معني كه نفت را در ظروف مخصوص قرار مي دهند و آن ظروف را حول محوري مي چرخانند وپس از مدتي قطرات آب نمك بهمديگر متصل شده و ته نشين مي شوند مي شوند . چون ميزان توليد در صنعت نفت بالا مي باشد لذا روش هاي فوق الذكر استفاده اي نمي شود . از روش هاي گريز از مركز بيشتر در كارهاي آزمايشگاهي استفاده مي شود .
روش پنجم – بهم پيوستگي الكتريكي Eleetrical coulesing
در موقعيكه قطرات آب نمك به سختي از نفت جدا مي شوند از جريان الكتريسيته استفاده مي شود . بدين منظور دستگاههاي جدا كننده اي ساخته شده است كه درون آن دو قطب مثبت و منفي برق با ولتاژ بالا ( حدود 000/21 الي 000/170 ولت ) قرار دارد .
يك ملكول آب (H2O ) كه در نفت بحالت پراكنده يافت مي شود به تشكيل كروي قرار دارد ولي تحت تاثير نيروي الكترواستاتيكي تغيير شكل داده و بصورت بيضي در مي آيد و در اين حالت است كه قطرات مجاور به همديگر متصل و ته نشين مي شوند ولي اگر قطرات خيلي بزرگ باشند جريان الكتريسيته شديداً آنها را متلاشي و تبديل به قطرات كوجك ميكند پس اين نكات حائز اهميت است . اول آنكه فاصله بين قطرات كم باشد ، دوم آنكه قطرات بزرگ نباشند . بهمين منظور در سيستم هاي نمك زدائي بروش الكتريكي معمولاً آب رات به نفت ورودي تزريق مي كنند تا ذرات نمك در آب حل شوند و همچنين فاصله بين قطرات كمتر شود و اندازه قطرات در وضعيت مناسبي قرار مي
گيرند . از آنجائيكه آب اصلي تشكيل دهنده امولسين است يك الكتريكي هم مي باشد وداراي خاصيت هدايت الكتريسته است لذا وقتي آب نمك تحت عواملي بصورت امولسيون در نفت در آمد همين خاصيت الكتريكي باعث ثبات آن مي شود و به آن يك حالت پايدار مي دهد و از طرف ديگر از همين خاصيت براي از بين بردن امولشن بطريق فزريكي و شيميايي استفاده مي شود .
مي دانيم كه آب يك ماده قطبي است و وقيكه مواد معدني مثل نمكها در آن حل شوند بعلت وجود آينونها وكاتيونها اين حالت قطبي بودن آب را تشديد مينمايد لذا وقتيكه آب نمك بصورت ذرات كلوئيدي ( امولسيون ) درنفت در آمد ايجاد ذرات كروي بسيار ريز را مي نمايد كه بار منفي در مركز كره و بار مثبت در سطح كره پخش مي شود و اين طرز قرار گرفتن بار الكتريكي در ذرات امولسيون به آن حالت پايدار مي دهند . (بنابه اصل دو قطب همنام همديگر را دفع و غير همنام همديگر را جذب مي نمايند ). چون در سطح ذرات امولسيون يك نوع بار الكتريكي پخش شده است بهمين
خاطر ذرات امولسين هميشه از هم فاصله گرفته و باعث ثبات امولشن مي گردد . با افزايش مواد شيميايي (Demul sifier )مواد فعال كننده امولسيون كه بصورت قشر نازكي دور آنرا احاطه نموده است ضعيف مي شود و بوسيله جريان الكتريسيته ساكن Electo static كه در جداكننده ها بوسيله دو قطب مثبت و منفي ايجاد مي شود امولسيون بطرف قطبين كشيده مي شود و از حالت كروي خارج مي گردد و بحالت بيضي در مي آيند و قطرات نرديك بهم براحتي در همديگر اقدام شده و باعث ته نشين شدن امولسيون مي گردد .
پيوند كووالساني (قطبي ) 20 H ----O + H 2
پيوند الكترووالانسي ( قطبي ) NaCL ---- Na + CL
امولسيون ( امولشن) E mulsion
براي امولسيون تعارف زيادي شده است كه در اينجا به چند تعريف آن مي پردازيم .
الف- امولسيون عبارت است از پراكندگي ذرات بسيار ريز يك مايع در داخل مايع ديگر كه قابل
يت حل در آن مايع را نداشته باشد .
ب- امولسيون عبارتست از دو فاز مايع كه يكي از آنها در داخل ديگري بصورت قطرات پخش شده باشد .
ج- يك امولسيون عبارتست از يك مايع حل نشدني كه در داخل مايع ديگري بصورت ذرات پراكنده وجود داشته باشد و معمولاً قطر ذرات پراكنده نبايد كمتر از 1/0 ميكرون باشد بطور كلي ذرات پراكنده را فاز داخلي
( InternaIphase ) و مايعي كه ذرات پراكنده را در بر دارد فاز خارجي يا
(ExternuI phase ) گويند .
در مورد نفت خام حاوي آب نمك ذرات آب نمك كه بصورت پراكنده در نفت مي باشند فاز داخلي و خود نفت را فاز خارجي مي گويند . قطر ذرات آب نمك پراكنده در نفت معمولاً بيش از 25 /0 ميكرون مي باشد .
عوامل موثر در پايداري امولسيون
1- سياست ( Viscosity ) يكي از عوامل مهم پايداري امولسين ميباشد كه خود تابع عوامل زير ميباشد :
الف – سياست فاز در برگيرنده يا خارجي
Viscoity of the external phase
ب- سياست فاز داخلي
Viscsity of the internal phase
امولسين آب نمك در نفت در مورد بحث قرار مي دهيم كه در اينجا امولسيون آب نمك همان فاز دروني است و نفت در برگيرنده است . بايد توجه داشت كه نفت داراي يا سياليت است و آب نمك داراي سياليت ديگري مي باشد كه تابعي از غلظت نمك موجود در آن است بطور خلاصه پايدار بودن امولشن در نفت تابع سياليت هر دو فاز ( فاز دروني و فاز بروني ) ميباشد كه اكثر سياليت فاز بيروني ( نفت ) بسيار حائز اهميت است .
2- غلظت Concentration
هرچه غلظت امولسيون بيشتر باشد امولسيون پايدارتر خواهد بود . براي مثال هرچه غلت نمك موجود در آب بيشتر باشد امولسيون موجود در نفت پايدارتر خواهد بود.
وبهمين منظورنفت حاوي آب نمك رابا آب شيرين شستشو ميدهند تا غلظت نمك رادر امولسيون كاسته شده وبصورت ناپايداردرآيد .
3_ عوامل فعال كننده امولسيون
موادي كه در محيط تشكيل امولسيون وجود دارند كه باعث ثبات امولسيون مي گردند اين مواد بنام عوامل فعال كننده امولسيون ناميده ميشود وايجاد ديك قشر بسيار نازك در دور امولسيون را
مينمايند كه باعث ثبات امولسيون ميگردد.
4_اندازه قطر امولسيون
يكي ديگراز عوامل مهم پايداري امولسيون اندازه قطر ذرات امولسيون ميباشد .هرچه قطرانها بزرگتر باشدامولسيون ناپايدارتر خواهدبود. ازروي اين خاصيت بطروق فيزيكي و شيميايي ذرات امولسيون رابهم متصل ميكنند تاقطر بزرگتري از آب نمك بوجود آيد ودر اثر نيروي ثقل واختلاف وزن مخصوص آب نمك با نفت ته نشين شوند .
5_نيروي جاذبه يا ثقل
بطور معمول در محيطهاي مختلف نيروي ثقل در ته نشيني آب نمك موجود در نفت موثر مي باشد .
فصل دوم
روش كلي نمك زدايي
در هر منطقه بنا به شرايطي (ميزان نمك ونوع نفت ) كاخانه هاي نمك زدايي مختلفي ايجاد ميكنند ،ولي اصول كار آنها با هم چندان تفاوتي ندارند وهمانطوريكه قبلا اشاره شد در صنعت نفت از روش كلي شيميايي ،حرارتي دوالكتريكي استفاده ميشود بهمين منظور جهت آشنايي با كار نمك زدايي كارخانه بخصوصي در نر گرفته نشده است وبراي سهولت كار قسمتهاي مختلف يك كارخانه نمك زدايي را جدا گانه شرح مي دهيم .
مسير جريان نفت wet crude
نفت مخزن ائتلاف كننده ثقلي مخزن نوسان گير
Wetcrude codlescer tunk surge tank
ائتلاف كننده الكتريكي دستگاه گرم كننده تلمبه
Electrostatic Pre-Heater Booster
Coalescer Pump
تلمبه كارخانه بهره برداري
M.O.L Dry crude )productionunit )
Pump
مخزن ائتلاف كننده ثقلي coalescer Tunk
ساختمان- ابعاد اين نوع مخزن عبارتند از قطر 30 الي 40 متر ارتفاع 17 الي 20 متر و حجم 12 الي 24 هزار متر مكعب و حداكثر فشار تنظيم شده براي اين نوع مخزن 3/0 پوند بر ايپنج مربع طرح شده است و بهمين منظور شير ايمني آن روي اين فشار بكار مي افتد .
لوله ورودي از قسمت پايين وارد مخزن مي شود و از داخل مخزن به بالاي آن كشيده شده است . لوله خروجي از پايين مخزن خارج مي شود و از داخل مخزن تا بالاي آن وصل شده است . لوله خروجي آب از قسمت پايين مخزن خارج مي شود .
در قسمت تحتاني مخزن چند عدد ته كش نصب شده است و لوله گاز پتوئي نصب نموده اند .
فشار گاز پتوئي بوسيله لوله اي به من نوسان گير وصل شده است كه روي ان چند عدد شير ايمني نصب شده است كه روي فشار psi 3/0 تنظيم شده است .
در قسمت جانبي مخزن محلهائي جهت نمونه گير قرار دارد كه سطح مشترك آب و نفت را مشخص مي كند( Inter face ) و دو عدد سويچ برقي اعلام دهنده حداقل و حداكثر سطح مشترك را در اطلاق فرمان نشان مي دهد – كنترل كننده سطح آب – روي لوله ورودي نفت شير هاي خود كاري نصب شده است كه روي اختلاف فشار كار مي كند و لوله تزريق آب قبل از اين شيرها به لوله نفت متصل است و محلهاي تزريق مواد شيميايي روي لوله ورودي نفت قرار دارند .
بهم پيوستن قطرات درشت آب در اثر تزريق مواد شيميايي و آب شيرين كه تبديل قطرات ريز را به قطرات درشت تر بهمراه دارد و همچنين زياد بودن زمان سكون Resident time بخاطر حجم زياد مخزن هم عواملي هستند كه باعث ته نشين شدن قطرات درشت آب نمك مي گيرند .
ابتدا نفت (Wet crude ) از طريق لوله اي در حدود 24 از بهره برداري وارد كارخانه مي شود قبل از ورود به مخزن مقداري آب شيرين (درحدود 5% نفت) و مواد شيميايي تصفيف كننده ( Demulsifier ) و ضد خوردگي
(corrosioninhibitor ) به آن تزريق مي شود و در اثر اختلاف فشاريكه بين شيرهاي خوردكاريكه روي لوله ورودي نصب شده اند كاملاً با نفت مخطوط مي شود بهمين جهت اين شيرها را بنام شيرهاي مخلوط كننده
(Mixing valve) مي خوانند ، ميزان اين اختلاف فشار بطور تجربي بدست مي آيد چون اگر ميزان اختلاف فشار بالا باشد علاوه بر آنكه عمل شستشو را انجام نمي دهد قطرات پراكنده اب را ب
ه ذرات كوچكتر تبديل مي كند و اگر از حد معين پايين تر بيايد بطور كامل با قطرات اب نمك ادغام نمي شود بنابراين بر مشكلات مي افزايد لذا مقدار اين اختلاف فشار بسيار حائز اهميت است كه مي بايست رعايت گردد.
در اثر ساختمان خاصي كه مخزن دارد به راحتي قطرات درشت تر آب نمك از نفت جدا مي گردند ، آب ته نشين شده با نفت سطح مشتركيرا مي سازد كه كنترل كننده اي اين سطح را كنترل مي كند و باز بستن شير خودكار آب خروجي ، اين عمل صورت مي گيرد چناچه سطح مشترك پايين تر از حد معمول بيايد چون احتمال خارج شدن نفت از طريق آب خروجي مي رود سويچ برقي سطح كم (L.L.S ) عمل مي كند و در اطاق فرمان هشدار مي دهد و اگر سطح مشترك از حد معمول بالاتر برود چون احتمال خروجي اب از طريق لوله نفت خروجي مي رود وهمچنين زمان توقف نفت در مخزن پايين تر مي آيد ، لذا سويچ برقي (H.L.S ) عمل ميكند و در اطلاق فرمان اعلام مي دهد.
مخزن نوسان گير
ساختمان – ابعاد اين مخزن در بيشتر كارخانه ها به اين شرح است :
قطر10 متر بلندي 15 متر حداكثر فشار طرح شده 3/0 پوند بر اينچ مربع .
در يعضي از مخازن لوله ورودي و خروجي يكي مي باشد و دو نوع ديگر لوله ورودي و خروجي از همديگر جدا مي باشند و هر دو از قسمت پايين وارد مخزن مي شوند و بين لوله ورودي و خروجي لوله رابطي نصب شده است ، از نظر داخلي با مخازن معمولي فرقي ندارد در قسمت تحتاني آن لوله ته كش نصب شده است و در بالاي مخزن لوله گاز پتوئي – لوله ارتباط با مخزن ائتلاف كننده و وشير ايمني نصب شده است . در قسمت جانبي چهار عدد سويچ برقي ، دستگاه انتقال دهنده سطح نفت و نشان دهنده سطح نفت نصب شده است .
