مطالعه کاربرد فناوری لایه مایع الیافی در زمینه پیشپردازش نفت خام
Thread Content
چکیده: این مقاله به توضیح اصول جداسازی مبتنی بر انتقال ماده در فرآیند پیشپردازش نفت خام با استفاده از غشای مایع الیافی میپردازد و همچنین آزمایشهای صنعتی و مطالعات مربوط به سازگاری نفت خام را ارائه میدهد. نتایج نشان داد که پس از پیشپردازش نفت خام با فیلم مایع الیافی سهمرحلهای، میزان نمک کمتر از ۳.۰ میلیگرم NaCl بر لیتر، میزان آب کمتر از ۰.۲٪، میزان کلسیم و آهن کمتر از ۱۰.۰ میکروگرم بر گرم، و میزان روغن در آب کمتر از ۱۵۰ میلیگرم بر لیتر است؛ همچنین تمامی شاخصها مطابق با الزامات تولید صنعتی هستند و این روش بهتر از روش تصفیه الکتریکی نمک است. ۱. مقدمه: فناوری جداسازی با غشای مایع (Liquid membrane permeation، LMP)، روشی برای جداسازی، خالصسازی یا غلیظسازی مواد است که از تفاوتهای قابلیت نفوذ اجزای مختلف مخلوط بهره میبرد. این روش، نوعی روش جداسازی جدید است که عملکرد انتقال مواد در غشاهای زیستی را تقلید میکند و مشکلات مربوط به فاکتورهای جداسازی و انتخابپذیری را برطرف میسازد. این مفهوم در سال ۱۹۶۸ توسط دکتر لی نیانزی، چینیتبار آمریکایی از شرکت اکسون در ایالات متحده مطرح شد. فناوری جداسازی با فوم مایع، نسبت به فناوری جداسازی با فوم جامد، مزایایی مانند کارایی بالاتر، سرعت بیشتر، انتخابپذیری بالاتر و صرفهجویی در مصرف انرژی دارد؛ همچنین نسبت به استخراج مایع-مایع، دارای ویژگیهایی مانند انجام همزمان فرآیندهای استخراج و بازاستخراج، ضریب جداسازی و غلظتسازی بالا، مصرف کمتر عامل استخراج و کاهش میزان از دست رفتن حلال است. در میان آنها، فناوری جداسازی با روکش مایع الیافی در سالهای اخیر در زمینه تصفیه فرآوردههای نفتی در کشور ما به سرعت توسعه یافته است. ۲. اصل جداسازی و انتقال ماده در فرآیند پیشپردازش نفت خام با استفاده از لایه مایع فیبری، بر پایه استفاده از تعداد زیادی رشته فیبری ویژه و هیدروفیلی استوار است. با استفاده از تفاوت کشش سطحی بین دو فاز روغن و آب، یک لایه بسیار نازک از مایع روی سطح رشتههای فیبری تشکیل میشود. در حین جریان نفت خام در میان این لایه مایع، یک سطح انتقال ماده بسیار بزرگ و بدون پراکندگی ایجاد میشود و فاصله انتقال ماده نیز کوتاه است؛ این امر مشکل جداسازی دو فاز ناشی از انتقال ماده به صورت پراکنده را از بین میبرد. نمکهای موجود در نفت خام، به دلیل تفاوت غلظت، به سمت لایه مایع فاز آبی حرکت میکنند؛ در این فرآیند، نمکهای غیرآلی قابل حل در آب، مستقیماً وارد لایه مایع فاز آبی میشوند، در حالی که نمکهای آلی قابل حل در روغن، ابتدا با مواد کمکی برای حذف نمک در سطح لایه مایع فاز آبی واکنش داده و به نمکهای غیرآلی قابل حل در آب تبدیل میشوند؛ سپس این نمکها وارد لایه مایع فاز آبی میگردند و در نتیجه فرآیند حذف نمک از نفت خام انجام میشود. در مقایسه با روش سنتی تصفیه نفت خام با استفاده از الکترولیز، روش تصفیه نفت خام با استفاده از فیلم مایعی فیبری دارای ویژگیهای فنی زیر است: فرآیند ساده است و نیازی به میدان الکتریکی یا مواد شکستندهنده لختهها نیست ； بازدهی انتقال جرم بالا، عملکرد خوبی در خشکسازی، حذف نمک و حذف کلسیم و آهن دارد ； میزان حمل دو فاز کم است؛ محتوای آب و روغن در نفت خام پس از تصفیه، همچنین مقدار COD پایین است ； سرعت هوا بالا، حجم پردازش زیاد ； هزینههای عملیاتی پایین، کارایی فنی-اقتصادی بالا ； فرآیند سازگار با محیط زیست و دارای ایمنی بالایی است. شکل ۱: فرآیند کلی پیشپردازش نفت خام با استفاده از فیلم مایع الیافی۳. آزمایشهای صنعتی: دستگاه آزمایشی صنعتی برای حذف نمک از نفت خام، با ظرفیت ۸×۱۰³ کیلوتن در سال، که توسط شرکت چاینا استیت اویل در شعبه چانگلینگ با استفاده از فناوری پیشپردازش نفت خام با فیلم مایع الیافی ساخته شده بود، در ماه مه سال ۲۰۱۴ با موفقیت راهاندازی شد و تاکنون به خوبی کار میکند. مواد خام مورد استفاده در این دستگاه، نفت خام حملشده از لولههای ییچانگ است؛ ویژگیهای آن در جدول ۱ آمده است.
**جدول ۱: ویژگیهای نفت خام حملشده از لولههای ییچانگ**
| پارامتر | مقدار |
|----------|--------|
| چگالی (کیلوگرم/متر مکعب) | ۹۶۳.۸ |
| گوگرد (میلیدرصد) | ۰.۹۲۷۱ |
| چسبندگی در دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد (میلیمتر مربع بر ثانیه) | ۵۶.۳ |
| نیتروژن (میلیدرصد) | ۰.۵۵۵۸ |
| مواد چسبناک (میلیدرصد) | ۲۱.۳ |
| نیکل (میکروگرم بر گرم) | ۳۵.۵ |
| مواد آسفالتی (میلیدرصد) | ۱۱.۵ |
| وانادیوم (میکروگرم بر گرم) | ۲۴۵.۰ |
۳.۱. کارایی حذف نمک، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، به این صورت است: پس از پیشپردازش نفت خام با استفاده از فیلم مایع الیافی در سه مرحله، میزان نمک در نفت کمتر از ۳.۰ میلیگرم NaCl بر لیتر خواهد بود؛ میانگین این مقدار تنها ۱.۵ میلیگرم NaCl بر لیتر است که این میزان، الزامات تولید صنعتی را برآورده میکند. شکل ۲: میزان نمک پس از پیشتصفیه نفت خام در آزمایشهای صنعتی با استفاده از فیلم مایع الیافی سهمرحلهای، برابر با ۳٫۲ است؛ همچنین، کارایی خشککردن نفت خام در شکل ۳ نشان داده شده است. در دستگاههای آزمایش صنعتی، میزان آب پس از پیشتصفیه با استفاده از فیلم مایع الیافی سهمرحلهای، کمتر از ۰٫۲٪ است؛ این میزان، الزامات تولید صنعتی را برآورده میکند. شکل ۳: میزان آب پس از پیشتصفیه نفت خام با روش فیلم مایع الیافی سهمرحلهای؛ مقدار آن ۳٫۳ است. اثرات حذف فلزات نیز در شکل ۴ نشان داده شده است. در دستگاه آزمایش صنعتی، از ماده ویژه KJ-FMT1 برای حذف فلزات استفاده شده است؛ پس از پیشتصفیه نفت خام با این روش، میزان کلسیم و آهن تقریباً در حد کمتر از ۱۰٫۰ میکروگرم بر گرم باقی میماند. در این روش، نرخ حذف کلسیم بیشتر از ۸۰٪ و نرخ حذف آهن بیشتر از ۷۰٪ است؛ که این میزانها به طور کلی الزامات تولید صنعتی را برآورده میکنند. شکل ۴: میزان کلسیم و آهن در نفت خام پس از پیشتصفیه با استفاده از فیلم مایع فیبری سهمرحلهای؛ مقادیر مربوط به آنها ۳٫۴ است. میزان روغن قابل جداسازی نیز همانطور که در شکل ۵ نشان داده شده، پس از پیشتصفیه با این روش، کمتر از ۱۵۰ میلیگرم بر لیتر است؛ این مقدار مطابق با الزامات تولید صنعتی است. شکل ۵: میزان آب و روغن در نفت خام پس از پیشتصفیه با فیلم مایع الیافی سهمرحلهای؛ آمارهای دستگاههای صنعتی نشان میدهد که پس از پیشتصفیه نفت خام با فیلم مایع الیافی سهمرحلهای، تمام شاخصها به الزامات تولید صنعتی رسیدهاند. در مقایسه با فرآیند دیالکترولیز، با حذف تزریق عامل جداسازکن و میدان الکتریکی خارجی، هزینههای عملیاتی به طور چشمگیری کاهش مییابد ； میزان روغنهای قطعشده و مقدار COD در این روش، به طور قابل توجهی کمتر از فرآیند دئسالت الکتریکی است و مزایای زیستمحیطی آن چشمگیر است. ۴. مطالعه سازگاری فناوری پیشپردازش نفت خام با روکش مایع الیافی: مطالعاتی در زمینه سازگاری این فناوری برای نفتهای خام سنگین و کیفیت پایین، که در کارخانههای تصفیه نفت داخلی پردازش میشوند، انجام شده است. همانطور که در شکل ۶ نشان داده شده است، پس از پیشتصفیه روغن ماری با استفاده از سه لایه غشای مایعی، میزان آب آن به ۰٫۰۳٪ میرسد ； میزان نمک: ۶.۲۰ میلیگرم NaCl در لیتر؛ درصد حذف نمک: ۹۷.۰۵٪ ； میزان روغن در آب، ۱۱۸.۵۰ میلیگرم بر لیتر است. شکل ۶: اثرات پیشتصفیه با فیلم مایع الیافی در روغن ماری. همانطور که در شکل ۷ نشان داده شده است، پس از پیشتصفیه نفت خام تاهه با استفاده از فیلم مایع الیافی در سه مرحله، میزان آب در آن در حدود ۰٫۲٪ ثابت میماند ； میانگین میزان نمک ۷.۹ میلیگرم NaCl بر لیتر است و درصد حذف نمک بیش از ۹۸٪ میباشد ； میزان روغن در آب، کمترین مقدار آن ۶.۸ میلیگرم بر لیتر و بیشترین مقدار آن ۹۳.۸ میلیگرم بر لیتر است؛ میانگین آن نیز ۳۶.۹ میلیگرم بر لیتر است. تمامی شاخصها نسبت به تجهیزات صنعتی دیالکترولیز در همان دوره، بهتر هستند. شکل ۷: اثربخشی فرآیند پیشتصفیه نفت خام با استفاده از لایه مایع فیبری در رودخانه تا
نتایج آزمایشات فوق نشان میدهد که فناوری لایه مایع فیبری، در زمینه پیشتصفیه نفت خام، دارای ویژگیهای برجستهای مانند سازگاری بالا با نفت خام، کارایی خوب در حذف نمک و آب، و میزان پایین چربی در نفت خام است. ۵. نتیجهگیری: با افزایش چگالی و کیفیت پایینتر نفت خام، کارخانههای تصفیه در کشور با مشکلات فراوانی در استفاده از فناوری تصفیه الکتریکی نفت خام روبرو هستند. فناوری فیلم مایع الیافی، به عنوان یک روش نوین و کارآمد برای انتقال ماده، در مطالعات مربوط به فرآوری اولیه نفت خام نشان داده است که میتواند مصرف انرژی در فرآیند انتقال ماده را به طور مؤثر کاهش دهد و همچنین باعث کاهش مواد ناخواسته در نفت شود. این فناوری دارای مزایایی مانند صرفهجویی در سرمایهگذاری، کاهش فضای مورد نیاز و کاهش هزینههای عملیاتی است؛ در عین حال، این فناوری با نفت خام سازگاری خوبی دارد و پتانسیل استفاده گستردهای را دارد. مجموعهای از مقالات برگزیده از همایش ملی تبادل فناوریهای پیشرفته در صنعت پالایش و شیمی سال ۲۰۱۶، توسط شرکت توسعه فناوریهای پتروشیمیی چانگلینگ، هونان
آیا همه فکر میکنند این فناوری قابل اعتماد است؟
این فناوری بسیار نوین است؛ در کشور ما در حال حاضر روشهای پختهتر برای تصفیه الکتریکی، یعنی روشهای با سرعت پایین و بالا، وجود دارد. اگر این روش واقعاً قابل اجرا باشد، آیندهی خوبی در پیش دارد.