چگونه به‌طور مؤثر امولسیون‌های نفت خام را با استفاده از امولسیفایر با کیفیت شکست؟

چرا نفت خام امولسیون‌های پایدار تشکیل می‌دهد و عوامل مؤثر در عملکرد یک امولسیفایر چیست

عامل‌های امولسیون‌کننده طبیعی در نفت خام: آسفالتن‌ها، رزین‌ها و اسیدهای نفتالنیک

نفت خام طبیعی در واقع دارای مواد درون‌زادی است که به مخلوط شدن آن با آب کمک می‌کنند. این مواد شامل آسفالتن‌ها، رزین‌ها و اسیدهای نفتِنیک هستند که اغلب درباره‌شان صحبت می‌کنیم. هنگامی که در طول فرآیند تولید، تکان‌های شدید و اختلاط رخ می‌دهد، این مولکول‌ها تمایل دارند در مرز مشترک نفت و آب جمع شوند. آن‌ها لایه‌های محافظی حول قطرات ریز آب که در نفت شناور هستند ایجاد می‌کنند و از تجمیع مجدد این قطرات جلوگیری می‌کنند. آسفالتنهای بزرگ و پیچیده به‌ویژه در این کار بسیار مؤثرند، زیرا به‌خوبی روی سطوح می‌نشینند. در همین حال، اسیدهای نفتِنیک به‌صورت متفاوتی عمل می‌کنند و با تغییر بار الکتریکی سطح مشترک، کشش سطحی را کاهش می‌دهند. نکته جالب اینجاست که حتی در صورت وجود مقدار بسیار کم آسفالتِن (کمتر از ۰٫۱ درصد وزنی)، همچنان می‌توانند امولسیون‌های فوق‌العاده پایدار ایجاد کنند. این موضوع باعث می‌شود مخلوط حاصل بسیار غلیظ‌تر از نفت خام معمولی شود و گاهی تا پنج برابر غلیظ‌تر گردد. و غلیظ‌تر بودن به معنای پمپاژ و پردازش دشوارتر است که به‌طور طبیعی هزینه‌های عملیاتی برای پالایشگاه‌ها و شرکت‌های حمل‌ونقل را افزایش می‌دهد.

مکانیسم‌های کلیدی دامولسیفیکاسیون: لخته‌شدن، ادغام و تخریب فیلم بین‌سطحی

دمولسیفیکاسیون مؤثر از طریق سه مرحله متقابلاً وابسته پیش می‌رود:

• لخته‌شدن ، که در آن قطرات از طریق خنثی‌سازی بار یا پل‌زنی پلیمری به هم متصل می‌شوند؛
• ادغام ، که به قطرات ادغام‌شده اجازه می‌دهد تا به اندازه‌ای بزرگ شوند که از طریق نیروی گرانشی جدا شوند؛ و
• تخریب فیلم بین‌سطحی ، که در آن مولکول‌های دمولاسیفایر به‌صورت رقابتی جایگزین مواد پایدارکننده طبیعی در سطح مشترک نفت-آب می‌شوند.

دمولسیفایرهای شیمیایی با کیفیت بالا به سرعت عمل می‌کنند و سریع‌تر از فرآیند طبیعی بر سطوح جذب می‌شوند، سپس لایه‌های مقاوم فصل مشترک بین نفت و آب را حل یا شل می‌کنند. این عمل در بیشتر موارد باعث کاهش چسبندگی در این فصل مشترک تا حدود ۷۰ تا تقریباً ۹۰ درصد می‌شود. عامل اثرگذاری این محصولات، ترکیب مناسب خواص دوستدار آب و دوستدار روغن در فرمولاسیون آنهاست. این تعادل مشخص می‌کند که چقدر مواد در شکستن امولسیون‌ها مؤثر هستند و آیا با انواع مختلف نفت خام سازگاری دارند یا خیر. آزمایش‌های میدانی نشان داده‌اند که زمانی که تمام عوامل به درستی هماهنگ شوند، زمان پردازش در جداکننده‌ها بیش از ۵۰ درصد کاهش می‌یابد و این امر باعث افزایش چشمگیری در کارایی عملیات می‌شود.

انتخاب امولسیفایر مناسب: شیمی سطح‌فعال‌ها، HLB و سازگاری ویژه نفت خام

دمولسیفایرهای غیریونی در مقابل یونی: معاوضه بین فعالیت فصل مشترکی و تحمل نمک

امولسیفایر‌های نانیونی معمولاً بهتر از سایر انواع در برخورد با محتوای بالای نمک در آب تولیدی عمل می‌کنند، هرچند در ایجاد رابط قوی بین روغن و آب عملکرد خوبی ندارند. از سوی دیگر، امولسیفایر‌های یونی می‌توانند به‌خوبی این رابط‌ها را تجزیه کنند، به‌ویژه هنگامی که با آب کم‌شوره برخورد می‌کنند. اما در محیط‌های شور باید مراقب مشکلاتی بود که ممکن است این نوع یونی رسوب ایجاد کنند یا کاملاً از اثر خارج شوند. سیستم تعادل آبدوستی-چربی‌دوستی (HLB) به اپراتورها معیار مشخصی برای انتخاب امولسیفایر مناسب می‌دهد. بیشتر افراد مقدار HLB در محدوده ۴ تا ۶ را برای تشکیل امولسیون آب در روغن در فرآوری نفت خام مناسب می‌دانند. عدم رعایت این تعادل اغلب به معنای جداسازی ناقص آب از روغن است که به‌طور قابل‌توجهی هزینه‌های عملیاتی را افزایش می‌دهد. برخی مطالعات منتشر شده در سال گذشته در مجله علم نفت نشان داده‌اند که افزایش هزینه‌ها به حدود ۱۵٪ ناشی از عدم تطابق مناسب HLB می‌رسد، بنابراین تنظیم صحیح آن برای نتایج نهایی بسیار مهم است.

امولسیفایر‌های پلیمری و ساختارهای شاخه‌دار برای نفوذ بهتر در فیلم

امولسیفایر‌های پلیمری با زنجیره شاخه‌دار حدود ۴۰ درصد سریع‌تر از نمونه‌های خطی خود وارد فیلم‌های بینابینی غنی از آسفالتن می‌شوند، زیرا نقاط متعددی برای اتصال دارند و ساختار فیلم را بهتر تخریب می‌کنند. این ساختارهای پلیمری حتی در دماهای بالای ۱۵۰ درجه سانتی‌گراد نیز به خوبی کار می‌کنند که این امر برای روش‌های بازیابی نفت حرارتی از جمله زهکشی گرانشی با کمک بخار یا به اختصار SAGD بسیار مهم است. آزمایش‌های واقعی نشان می‌دهند که این نسخه‌های شاخه‌دار میزان مورد نیاز امولسیفایر را حدود ۳۰ درصد کاهش می‌دهند و سطح BS&W را به طور مداوم در نفت خام فرآوری‌شده در تمامی مکان‌ها زیر نیم درصد حفظ می‌کنند.

اعتبارسنجی عملکرد امولسیفایر: روش‌های بهترین عملکرد در آزمون بطری و همبستگی میدانی

تست بطری همچنان به عنوان روش آزمایشگاهی مرجع در صنعت برای غربال سریع امولسیون‌کننده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، هرچند موفقیت این روش منوط به پایبندی دقیق به پروتکل‌ها است. برای دستیابی به نتایج معنادار، نیازمند نمونه‌های نفت خام نماینده هستیم که مستقیماً از خطوط تولید در حال انجام گرفته و خواص امولسیون اولیه خود را حفظ کرده باشند. هنگام انجام آزمایش‌ها، مهم است که شرایط مشابه آنچه در مخازن واقعی یافت می‌شود، شبیه‌سازی شود. این بدین معناست که دما باید با دقت حدود پنج درجه سانتی‌گراد با شرایط واقعی مطابقت داشته باشد، برش لازم از طریق روش‌های استاندارد تکان دادن اعمال شود و نسبت آب جدا شده (water cut) با مقادیر مشاهده شده در عملیات میدانی واقعی همخوانی داشته باشد. چیزهایی که ما بررسی می‌کنیم شامل سرعت جدایش اندازه‌گیری شده بر حسب میلی‌لیتر در دقیقه، مقدار رسوب و آب باقیمانده در پایین ظرف پس از ته‌نشینی (در حالت ایده‌آل کمتر از نیم درصد)، و وضوح مرز بین لایه‌ها است. اگر همچنان کدورت قابل توجهی وجود داشته باشد، معمولاً این موضوع نشانه وجود مواد جامد باقیمانده یا مشکل در ادغام کامل قطره‌هاست.

آزمایش‌های آزمایشگاهی فقط در شرایط عملیات واقعی که امر به چیزهای پیچیده‌ای مانند نیروهای برشی لوله‌کشی، حباب‌های گاز شناور و زمان‌های انتظار غیرقابل پیش‌بینی درون دسالتهای الکترواستاتیکی تبدیل می‌شود، جواب نمی‌دهد. به همین دلیل است که نتایج آزمایش بطری اغلب کاملاً با آنچه در محل اتفاق می‌افتد متفاوت است. برای مثال، یک پالایشگاه بزرگ را در نظر بگیرید که پس از تغییر از مخلوط‌های سبک‌تر به مخلوط‌های سنگین‌تر نفت خام، شاهد کاهش تقریباً ۴۰ درصدی کارایی دسالتور خود بود. پس چگونه می‌توانیم این مشکل را حل کنیم؟ با انجام اعتبارسنجی میدانی در مراحل مختلف شروع کنید. با نصف دوز پیشنهادی در آزمایش‌های آزمایشگاهی شروع کنید، عملکرد جداکننده را به مدت سه روز مداوم زیر نظر داشته باشید، سپس به تدریج تنظیمات را انجام دهید در حالی که نحوه خشک شدن نفت خام و کیفیت آب تولیدی را رصد می‌کنید. این روش پیش و عقب به ما کمک می‌کند تا از مشکلات ناشی از استفاده بیش از حد از مواد شیمیایی تصفیه جلوگیری کنیم که می‌تواند منجر به مشکلاتی مانند رسوب روی تجهیزات و صورتحساب‌های بالاتر دفع پسماند شود، یا از سوی دیگر، عدم استفاده کافی که منجر به توقف‌ها و مشکلات خوردگی می‌شود. نکته پایانی: هیچ‌کس با آزمایش‌های مناسب در محیط‌های کنترل‌شده قبول نمی‌شود وقتی شرایط در میدان دائماً در حال تغییر است.

بخش سوالات متداول

چه چیزی باعث تشکیل امولسیون‌های پایدار در نفت خام می‌شود؟

امولسیون‌های پایدار در نفت خام توسط مواد امولسیون‌کننده طبیعی مانند آسفالتن‌ها، رزین‌ها و اسیدهای نفتالنیک ایجاد می‌شوند که لایه‌های محافظی دور قطرات آب تشکیل داده و از ترکیب آنها جلوگیری می‌کنند.

فرآیندهای دفع امولسیون چگونه می‌توانند بهبود یابند؟

دفع امولسیون می‌تواند با استفاده از مکانیسم‌هایی مانند لخته‌شدگی، ادغام و تخریب فیلم سطحی با افزودن مواد شیمیایی دفع‌کننده امولسیون که چسبندگی سطحی را به‌طور مؤثر کاهش می‌دهند، بهبود یابد.

نقش عدد تعادل بین‌المللی هیدروفیل-لیپوفیل (HLB) در انتخاب امولسیون‌کننده چیست؟

HLB به تعیین امولسیون‌کننده مناسب برای فرآورش نفت خام کمک می‌کند، به‌طوری که مقادیر حدود ۴ تا ۶ برای تشکیل امولسیون آب در روغن مناسب هستند و هزینه‌های عملیاتی و ناکارآمدی‌ها را کاهش می‌دهند.

در چه مواردی از امولسیون‌کننده‌های پلیمری ترجیح داده می‌شود؟

از امولسیون‌کننده‌های پلیمری، به‌ویژه انواع شاخه‌دار آن، در شرایط دمای بالا مانند روش‌های بازیابی نفت حرارتی به دلیل نفوذ بهتر در فیلم سطحی ترجیح داده می‌شود.

چرا آزمون‌های واقعی برای اعتبارسنجی امولسیفایر حیاتی هستند؟

آزمون‌های واقعی از این جهت حیاتی هستند که عوامل پیچیده‌ای مانند برش لوله‌کشی، حباب‌های گاز و شرایط متنوع را در نظر می‌گیرند که آزمون‌های آزمایشگاهی اغلب نمی‌توانند آنها را شبیه‌سازی کنند و به این ترتیب اعتبارسنجی دقیق و کارایی در عملیات تضمین می‌شود.