بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله فرآیندهای غشایی مورد استفاده جهت تصفیه پساب تولیدی که از صنایع نفت در فرآیندهای مرسوم بالادستی و پاییندستی تولید میشود، بررسی میگردد. به دلیل پیامدهای عظیم زیست محیطی و اقتصادی، استانداردهای نظارتی سختگیرانهای برای تخلیه پساب تولیدی صنایع نفت وجود دارد. از جمله فرآیندهایی که میتواند در مقیاس صنعتی کمک شایانی به فرآیند تصفیه آب نماید فرآیندهای غشایی میباشد. در این مقاله قابلیتها و امکان بهینهسازی فرآیندهای میکروفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون، نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس در فرآیند تصفیه پساب تولیدی صنایع نفت مورد ارزیابی قرار میگیرد.
کلمات کلیدی: پساب نفتی، فرآیندهای غشایی، رسوب غشا، اسمز معکوس، میکرو فیلتراسیون
مقدمه
.1 پیادهسازی فرآیند غشایی برای تصفیه آب تولیدشده در صنایع نفت
استفاده از تکنولوژی غشایی در صنعت نفت در حدود قرن 21 آغاز شد. [1] آزمایشهای اولیه استفاده از فرآیندهای غشایی شامل جداسازی گازهای معینی بوده که ابتدا در سال 1950 انجام گرفت.[2] بدین صورت که واحد غشایی پیشگام قابل توجه در سال 1978 برای تنظیم نسبت H2/O راهاندازی شد. همچنین از غشا برای بازیابی هیدروژن از گازهای تصفیه شده در کارخانههای پتروشیمی نیز استفاده گردید که در سال 1978 نصب گردید .[3] موفقیت در بکارگیری این غشاها، در حدود سال 1993 منجر به توسعه و استفاده از 219 واحد غشا و فرآیندهای غشایی در پالایشگاهها در سراسر جهان گردید، و پس از آن استفاده از غشا در فرآیندهای دیگر توسعه یافته و به کار گرفته شد.
مهمترین برنامههای کاربردی غشا در صنعت نفت در تولید نیتروژن، بازیافت هیدروژن، شیرین سازی گازهای طبیعی، حذف نیتروژن، افزایش بازیافت نفت از طریق CO2، بازیابی مونومر در تولید پلیاولفین و نانوفیلتراسیون حلالهای آلی بوده است .[4]چنین پیشرفتهایی در فرآیند جداسازی گازها توسط فنآوری غشایی منجر به بکارگیری غشا در فرآیندهای جداسازی مایع- مایع و جامد- مایع، در صنعت نفت گردید. اولین فنآوری مشابه در سال 1998 در پالایشگاهی در بیومونت تگزاس1 به کار گرفته شده بود که در آن شرکت نفت موبیل یک غشای اسمز معکوسRO2 را برای جداسازی مولکولهای کوچک حلال متیل اتیل کتون از روغن نصب کرده بود 5]،.[6
این فرآیند غشایی، اولین استفاده صنعتی ثبت شده از غشاهای فشاری3، برای جداسازی مخلوط حلالهای طبیعی در صنعت نفت بوده است .[5] جنس غشاهای بکار برده شده از نوع پلی آمیدی بوده که تا 305œ C مقاومند، و ساختار غشا به صورت شیشهای و غیرمتورم میماند [5]و اساساً به شکل ماژول مارپیچی استفاده میشوند. این غشاهای اسمزمعکوس دارای شار 10-20gal/ft2/d در گستره فشاری -650psi 450 میباشند، و کاربرد موفقیتآمیز آنها، توان بالقوهای است که در اجرای فرآیندهای غشایی در جداسازی مایعات آلی، مثل جداسازی پارافینهای خطی از شاخهدار و جداسازی بنزن و ترکیبات آروماتیک از پارافین، از خود نشان دادهاند .[5]
پیشرفتهای اخیر، پتانسیل بالای ماژولهای تجاری در دسترس را جهت مدیریت آب تولید شده در صنعت نفت نشان داده کاربرد موفق این گونه غشاها در جداسازی گاز و صنعت شیرینسازی آب سبب قابل اطمینان بودن این فناوری میشود. گزینههای موجود برای مدیریت آب تولیدی در حال حاضر محدود به تزریق مجدد، استفاده مجدد یا بازیافت، و تخلیه می-باشد، که همگی به دلیل پیچیدگی تولید آلایندههای آب، به شدت توسط قوانین و مقررات اداره میشوند .[7] در حال حاضر، روشهای سنتی مدیریت آب تولیدی به اندازه کافی پاسخگوی نیازهای صنعت نفت برای فرآیند تصفیه آب در انطباق با استاندارد تخلیه و استفاده مجدد نیست 8] و.[9
بدین ترتیب، در اینجا نیاز قابل توجهی برای فرایندهای غشایی و فنآوریهای غشایی نوآورانه وجود دارد. برای این منظور، این مقاله یک روش استفاده از غشاهای فشاری در صنعت نفت را برای تصفیه آب تولیدی تولیدشده از منابع نفت متعارف، که 85 درصد از نفت استخراج شده، برجسته میسازد .[10]مطالعات موجود در مورد این فرآیندها و پیشرفتهای جدید در برنامههای فنآوری غشایی در صنعت نفت برای تولید آب تصفیه شده ناکافی است 11-12]، .[9 از این رو، با توجه به این شکاف تحقیقاتی این مقاله منابع موجود برای تمرکز روی روشهای مختلف از جمله میکروفیلتراسیون - MF - 1، اولترافیلتراسیون - - UF، نانوفیلتراسیون - NF - 5 و فرآیندهای غشایی اسمزمعکوس - RO - برای تصفیه آب تولیدی که از منابع نفت تولیدشده را معرفی مینماید.
.1,1 غشاهای میکروفیلتراسیون
چندین مطالعه در راستای غشا میکروفیلتراسیون برای تعیین خصوصیات و اثربخشی این غشا برای تولید آب تصفیه شده انجام شد. در سال 1997 یک غشا میکروفیلتراسیون سرامیکی برای تصفیه آب تولیدی گزارش شده است.[13]دو غشاء سرامیکی - آلومینا با اندازه تخلخل 0/2 و 0/8 میکرومتر و یک غشا سرامیکی با سطح اصلاح شده متشکل از پلی اکریلونیتریل - که در این گزارشMF1، MF2 و MF3 نامیده شدهاند - در میکروفیلتراسیون آب تولیدی حاوی سطوح بالایی از نفت مورد استفاده قرار گرفتند - تا . - 1000mg/l مولر و همکارانش[13] 4 ادعای راندمان حذف 99 درصد را با استفاده از غشاهای میکروفیلتراسیون داشتند که توسط ممبرالوکس و زنون2 به شکل ماژول لولهای عرضه شد - جدول . - 1
غشاها در فشار پایین - 0/69bar - بکار برده شدند و محدوده زیر از مقادیر شار نفوذی برای غشا MF به دست آمده است: 471-26 kg/m2h : MF1، 301-25 kg/m 2 h :MF2 و .438-6/9 kg/m 2h :MF3در این مطالعه محلولهای سود 0/2 - درصد وزنی - و نیتریک اسید 0/1 - درصد وزنی - را برای تمیزکردن شیمیایی غشاهایMF و ٍMF گزارش کرد، در حالی که یک ماده شوینده آنیونی - PH 12/1 - 3 و سیتریک اسید - PH 1/4 - برای تمیزکردن غشا َMF مورد استفاده قرار گرفت. هیچ یک از این روشهای تمیزکردن غشای میکروفیلتراسیون پس از استفاده در تصفیه آب با غلظتهای بالای نفت که موجب رسوبگذاری قابل توجهی بود مؤثر نبوده و منجر به بهبود شار نشد - نمودار . - 1-3
مدل مکانیسم رسوبگذاری در نمودار 4 برای غشاهای ٌMF و ٍMF نشان میدهد که رسوبگذاری در آنها به ترتیب داخلی و خارجی بوده در حالی که برای غشا َMF رسوبگذاری خارجی به دلیل مقادیر بالایی از رسوب به شکل قطرات کوچک نفت با اندازه ریزمیکرون مشاهده شد. تجزیه و تحلیل ضخامت لایه رسوبی ، نشان میدهد که ضخامت لایههای رسوبی غشا سرامیکی 0/2ʽm و غشاء PAN-MF، به ترتیب 60 و 30 میکرومتر است - نمودار . - 4 لایههای رسوبی با این ضخامت، یک مرحله پیش تصفیه قبل از فرآیند تصفیه آب با غشای سرامیکی میکروفیلتراسیون نیاز دارند .[13]
