دراسة تطبيقات تقنية الغشاء السائل الليفي في مجال معالجة النفط الخام
Thread Content
ملخص: يعرض هذا المقال مبادئ الفصل بواسطة نقل المواد في عملية معالجة النفط الخام باستخدام الأغشية السائلة الليفية، كما تم إجراء تجارب صناعية ودراسات حول قدرة هذه الأغشية على التعامل مع النفط الخام. أظهرت النتائج أنه بعد المعالجة المسبقة للنفط الخام باستخدام غشاء ليفي سائل ثلاثي المراحل، أصبح محتوى الملح أقل من 3.0 ملغم NaCl/لتر، ومحتوى الماء أقل من 0.2%، ومحتوى الكالسيوم والحديد أقل من 10.0 ميكروغرام/غرام، بينما كان محتوى الماء المنفصل أقل من 150 ملغم/لتر؛ حيث استوفت جميع المؤشرات متطلبات الإنتاج الصناعي، وكانت النتيجة أفضل من عملية إزالة الملح بالكهرباء. ١. المقدمة: تقنية فصل الأغشية السائلة (Liquid membrane permeation، LMP) هي تقنية فصل تعتمد على الاختلافات في قدرة مكونات الخليط على النفاذ، وذلك لتحقيق عمليات الفصل أو التنقية أو التركيز. إنها طريقة فصل حديثة تحاكي وظيفة نقل المواد في الأغشية البيولوجية، وتساعد في حل مشاكل مثل عوامل الفصل والانتقائية. تم طرحه في عام 1968 من قبل الدكتور لي نيانتشي، الصيني الأمريكي من شركة إكسون الأمريكية. تتميز تقنية الفصل بالأغشية السائلة عن تقنية الفصل بالأغشية الصلبة بمزايا مثل الكفاءة العالية والسرعة والقدرة العالية على الانتقاء بالإضافة إلى توفير الطاقة؛ كما أنها تتفوق على تقنية الاستخلاص بين السوائل من حيث إمكانية إجراء عمليتي الاستخلاص وإعادة الاستخلاص في نفس الوقت، وارتفاع معاملات الفصل والتركيز، بالإضافة إلى استخدام كميات أقل من المذيبات وانخفاض كمية التسرب منها. من بينها، شهدت تقنية فصل الأغشية السائلة الليفية تطورًا سريعًا في مجال تكرير المنتجات النفطية في بلادنا في السنوات الأخيرة. 2. يعتمد مبدأ فصل المواد أثناء المعالجة المسبقة للنفط الخام باستخدام غشاء الألياف السائلة على استخدام كمية كبيرة من الألياف ذات الخصائص المائية الخاصة كوسيلة داعمة؛ حيث يتم استغلال الاختلاف في التوتر السطحي بين الطورين الزيتي والمائي لكي يتكون على سطح الألياف طبقة سائلة رقيقة جداً من الماء. وأثناء تدفق النفط الخام عبر هذه الطبقة المائية نزولاً على طول الألياف، يتشكل سطح تواصل مادي ضخم وغير متفرق مع مسافة تواصل قصيرة، مما يمنع حدوث مشاكل في فصل الطورين الناتجة عن التمازج والتشتت. تنتقل المواد المالحة الموجودة في النفط الخام نحو طبقة السائل المائي بفعل فرق التركيز، حيث تدخل المواد المعدنية القابلة للذوبان في الماء مباشرة إلى طبقة السائل المائي، أما المواد العضوية القابلة للذوبان في الزيت فإنها تتفاعل أولاً مع مواد مساعدة على إزالة الملوحة على سطح طبقة السائل المائي لتتحول إلى مواد معدنية قابلة للذوبان في الماء، ثم تدخل إلى طبقة السائل المائي، وبذلك يتم تحقيق عملية إزالة الملوحة من النفط الخام. مقارنةً بعملية إزالة الملح التقليدية للنفط الخام، يتميز عملية إزالة الملح للنفط الخام باستخدام الأغشية الليفية بالخصائص التقنية التالية: العملية بسيطة، ولا تحتاج إلى مجال كهربائي خارجي أو مواد مانعة للتجلط ； كفاءة نقل المواد عالية، وتأثيره في إزالة الماء والملح والكالسيوم والحديد ممتاز ； انخفاض كمية الطورين المرتبطين، وانخفاض نسبة الماء والزيت في النفط الخام بعد المعالجة، بالإضافة إلى انخفاض قيمة COD ； سرعة الطيران عالية، وحجم المعالجة كبير ； تكاليف التشغيل منخفضة، ولها كفاءة اقتصادية عالية ； العملية صديقة للبيئة، والسلامة الجوهرية عالية. الشكل 1: المخطط الأساسي لعملية معالجة النفط الخام باستخدام طبقة السائل الليفية.3. التجارب الصناعية: قامت شركة سينوبك في منطقة تشانغلينغ ببناء جهاز تجريبي صناعي لإزالة الملح من النفط الخام باستخدام تقنية طبقة السائل الليفية، بطاقة 8×103 كيلوطن/سنة. وقد تم تشغيل هذا الجهاز بنجاح في مايو 2014، ولا يزال يعمل بشكل جيد حتى الآن. تأتي المواد الخام المستخدمة في تصنيع هذا الجهاز من النفط الخام المنقول عبر أنابيب ييتشانغ، وخصائص هذا النفط موضحة في الجدول 1.
الجدول 1: خصائص النفط الخام المنقول عبر أنابيب ييتشانغ
الخاصية | القيمة
الكثافة (كجم/م³) | 963.8
الكبريت (م%) | 0.9271
اللزوجة عند 100 درجة مئوية (مم²/ثانية) | 56.3
النيتروجين (م%) | 0.5558
المواد اللاصقة (م%) | 21.3
النيكل (ميكروغرام/جرام) | 35.5
القطران (م%) | 11.5
الفاناديوم (ميكروغرام/جرام) | 245.0
3.1: تأثير إزالة الملوحة موضح في الشكل 2؛ حيث أن نسبة الملوحة في النفط الخام بعد المعالجة بواسطة طبقة سائلة من الألياف تكون أقل من 3.0 ملغم/لتر من NaCl، والمتوسط يبلغ 1.5 ملغم/لتر فقط، وهو ما يلبي متطلبات الإنتاج الصناعي. الشكل 2: محتوى الملح في النفط الخام بعد المعالجة بطبقة الألياف السائلة من المستوى الثالث، وهو 3.2%. أما كفاءة إزالة الماء فهي كما هو موضح في الشكل 3؛ حيث يكون محتوى الماء في النفط الخام بعد المعالجة بطبقة الألياف السائلة أقل من 0.2%، وهو ما يلبي متطلبات الإنتاج الصناعي. الشكل 3: نسبة الماء في النفط الخام بعد معالجته باستخدام طبقة سائلة من الألياف في المرحلة الثالثة، وتبلغ هذه النسبة 3.3. أما فعالية إزالة المعادن فهي كما هو موضح في الشكل 4؛ حيث يستخدم جهاز التجارب الصناعية مادة KJ-FMT1 المخصصة لإزالة المعادن. بعد معالجة النفط الخام باستخدام طبقة سائلة من الألياف في المرحلة الثالثة، يتم السيطرة على نسبة الكالسيوم والحديد عند مستوى أقل من 10.0 ميكروغرام/جرام، حيث تزيد نسبة إزالة الكالسيوم عن 80%، ونسبة إزالة الحديد عن 70%، وهو ما يلبي متطلبات الإنتاج الصناعي. الشكل 4: محتوى الكالسيوم والحديد في النفط الخام بعد المعالجة بغشاء سائل للألياف من المستوى الثالث، حيث بلغ 3.4. أما محتوى الزيت القابل للفصل عن الماء فهو كما هو موضح في الشكل 5؛ حيث أن محتوى الزيت القابل للفصل عن الماء في النفط الخام بعد المعالجة بغشاء سائل للألياف من المستوى الثالث كان أقل من 150 ملغ/لتر، وهو ما يلبي متطلبات الإنتاج الصناعي. الشكل 5: نسبة الماء إلى الزيت في النفط الخام بعد معالجته باستخدام طبقة سائلة من الألياف من المرحلة الثالثة. تُظهر بيانات المنشآت الصناعية أن النفط الخام، بعد معالجته بهذه الطريقة، يلبي المعايير المطلوبة للإنتاج الصناعي. مقارنةً بعملية التنقية الكهربائية، تم إلغاء حاجة إلى حقن مواد تفكيك الروابط الدهنية واستخدام المجال الكهربائي، مما أدى إلى انخفاض كبير في تكاليف التشغيل ； مستويات محتوى الزيوت وCOD أقل بشكل ملحوظ مقارنة بعملية التنقية الكهربائية، مما يؤدي إلى فوائد بيئية كبيرة. 4. دراسة تطبيقية لتقنية المعالجة المسبقة للنفط الخام باستخدام غشاء الألياف السائلة: تم إجراء هذه الدراسة التطبيقية على أنواع نموذجية من النفوط الخام الثقيلة ذات الجودة المنخفضة التي تعالجها مصافي التكرير المحلية. كما هو موضح في الشكل 6، بعد المعالجة المسبقة لزيت ماري باستخدام طبقات سائلة من الألياف في ثلاث مراحل، يصبح محتوى الماء 0.03% ； محتوى الملح: 6.20 ملغ/لتر من NaCl، ونسبة إزالة الملح: 97.05% ； محتوى زيت القطع هو 118.50 ملغ/لتر. الشكل 6: تأثير معالجة ألياف زيت ماري باستخدام الغشاء السائل. كما هو موضح في الشكل 7، فإن نسبة الماء في النفط الخام من منطقة تاهه تظل ثابتة عند 0.2% بعد المعالجة بالغشاء السائل من ثلاث مراحل ； متوسط محتوى الملح هو 7.9 ملغ من كلوريد الصوديوم/لتر، ومعدل إزالة الملوحة يتجاوز 98% ； كان محتوى زيت القطع يتراوح بين 6.8 ملغ/لتر كحد أدنى، و93.8 ملغ/لتر كحد أقصى، بينما كان المتوسط 36.9 ملغ/لتر. جميع المؤشرات أفضل من معدات تنقية المياه بالتحليل الكهربائي في نفس الفترة. الشكل 7: تأثير معالجة النفط الخام باستخدام طبقة السوائل الليفية في نهر تا. تُظهر نتائج التجارب المذكورة أن تقنية طبقات السوائل الليفية تتمتع بمزايا ملحوظة في مجال معالجة النفط الخام، ومنها قدرتها العالية على التكيف مع خصائص النفط الخام، بالإضافة إلى فعاليتها العالية في إزالة الملح والماء، وانخفاض نسبة الماء والزيت في النفط الخام. ٥. الخلاصة: مع تزايد كثافة النفط الخام وتدهور جودته، تواجه المصافي المحلية المستخدمة لتقنية إزالة الملوحة من النفط الخام المزيد من المشاكل. تُعد تقنية الغشاء السائل الليفي تقنية جديدة فعالة لنقل المواد، وتُظهر الدراسات التطبيقية في مجال معالجة النفط الخام أن هذه التقنية يمكنها تقليل استهلاك الطاقة خلال عملية نقل المواد، بالإضافة إلى تقليل حدوث الانحشارات. كما أنها توفر فوائد منها توفير التكاليف وتقليل المساحة المطلوبة وخفض تكاليف التشغيل. وفي الوقت نفسه، فإن النفط الخام يتكيف بشكل جيد مع هذه التقنية، مما يجعل لها آفاقًا تطبيقية واعدة. مختارات من أوراق المؤتمر الوطني لتبادل التقنيات المتقدمة في صناعة التكرير والبتروكيماويات، الصادر عن شركة هونان تشانغلينغ لتطوير التكنولوجيا البتروكيماوية المحدودة، عام 2016
هل تعتقدون أن هذه التقنية موثوقة؟
هذه التقنية جديدة نسبيًا، فالتقنيات المستخدمة حاليًا في البلاد هي تقنيات إزالة الملوحة بالطريقة الكهربائية ذات السرعة المنخفضة والعالية، وإذا كانت هذه التقنية قابلة للتطبيق فإن آفاقها يجب أن تكون واسعة جدًا.