دانشگاه صنعتي نوشيرواني بابل
دانشکده مهندسي شيمي
پايان نامه دوره دکتري در رشته مهندسي شيمي گرايش بيوتکنولوژي
موضوع:
استفاده از باکتري هاي امولسيون کننده نفت سنگين در جلوگيري از رسوب گذاري در مسير خط لوله
اساتيد راهنما:
دکترمجيد تقي زاده
دکتر باقر يخچالي
دکترکاميار موقر نژاد

دانشجو:
افشين فرح بخش
شهريور 1390
سپاسگزاري
رسول خدا فرمودند:
” کسي که به من علم بياموزد مرا بنده خود ساخته است.”
از اساتيد گرامي جناب آقاي دکتر تقي زاده، دکتر يخچالي و دکتر موقرنژاد و همچنين از دوستان و خانواده عزيزم که راهنما و مشوق من در کل دوران تحصيلم بوده اند،
سپاسگزارم.
“اين پايان نامه با حمايت و پشتيباني شركت ملي پالايش و پخش فرآورده هاي نفتي ايران اجرا شده است”
تقديم به:
همسر عزيزم که در تمام سختي ها و مشکلات يار و ياور من بوده است.
چکيده
انتقال نفت سنگين توسط خط لوله يکي از مهمترين و مناسب ترين روشهاي انتقال بوده و ويسکوزيته بالاي ترکيبات سنگين نفتي و رسوب گذاري آنها در مسير انتقال، بارزترين مشکل اين نوع انتقال است. امولسيون نمودن نفتهاي سنگين در آب يکي از بهترين روشهاي حل اين مشکل محسوب مي شود. در اين پروژه براي تشکيل امولسيون پايدار و مناسب، از چهار سويه ميکروبي ACO4، ACO1، 91-B و1072 براي توليد امولسيون کننده هاي زيستي استفاده شده است. اين امولسيون کننده ها با رشد سويه ها در محيط کشت و شرايط مناسب، توليد و طي فرآيندي چند مرحله اي، جداسازي شده اند. با بکار گيري اين مواد و اجراي دقيق فرآيند امولسيون سازي، امولسيون هاي مختلف نفت در آب براي تمام سويه ها و دو نمونه نفت سنگين تهيه شده از ميادين نفتي نوروز و سروش، ساخته شدند. مطابق مدل طراحي آزمايش تاگوچي آزمايش هاي کاهش ويسکوزيته و پايداري امولسيون انجام شده و توانايي اين امولسيون کننده هاي زيستي در ايجاد يک امولسيون پايدار نفت در آب به اثبات رسيد. در شرايط بهينه (35% آب، 32/1% امولسيون کننده حاصل از سويه ACO4 و 45 درجه سانتيگراد دما) ميزان ويسکوزيته نمونه هاي نفت سنگين تا 98% کاهش يافته و تا 48 ساعت پايدار ماندند. اين کاهش بعد از گذشت 8 روز به 60% رسيد. با توجه به توان بالاي اين امولسيون کننده در امولسيون سازي نفت سنگين در آب، در بخش دوم اين پروژه از اين ماده براي امولسيون سازي در مقياس پايلوت استفاده شد. با تشکيل امولسيون نفت در آب در مقياس نيمه صنعتي و ايجاد شرايط بهينه، ويسکوزيته نمونه نفت سنگين بعد از کاهش تا cP 830 تا 72 ساعت پايدار ماند. با عبور امولسيون توليدي از خط لوله نيمه صنعتي و مقايسه ميزان رسوب گذاري آن با نفت سنگين، کاهش رسوب گذاري در اثر عبور نفت به شکل امولسيون مشخص است. اين مزيت، شرايط راحتتر و کم هزينه تري را براي انتقال نفت سنگين توسط خط لوله، فرآهم مي آورد.
واژه هاي کليدي:
امولسيون کننده هاي زيستي، امولسيون نفت در آب، کاهش ويسکوزيته، کاهش رسوب گذاري؛ خط لوله.
فهرست مطالب
عنوانصفحه
فصل اول : مقدمه(مروري بر منابع)
11-1- نفت خام سنگين و روشهاي انتقال21-1-1-مشخصات نفت سنگين91-1-2-روش هاي انتقال نفت سنگين131-1-3-روش انتقال امولسيون نفت سنگين191-2- سويه هاي ميکروبي امولسيون کننده291-3- امولسيون کننده هاي زيستي و انتقال نفت سنگين381-3-1- کاهش ويسکوزيته401-3-2- توليد سوختهاي سبک421-3-3- مهار رسوب-گذاري43فصل دوم : فاز آزمايشگاهي482-1- مواد، سويه ها و تجهيزات492-1-1- سويه هاي ميکروبي بکار گرفته شده492-1-2- نفتهاي سنگين استفاده شده492-1-3- محيط کشت492-1-4- مواد استفاده شده براي تهيه امولسيون نفت در آب502-2- روشها512-2-1- روش تهيه ترکيبات512-2-1-1-تهيه سويه ها و محيط کشت مناسب512-2-1-2- تهيه ماده امولسيون کننده از سويه هاي ميکروبي522-2-1-3- تهيه امولسيون پايدار نفت در آب542-2-2- روش طراحي آزمايشها552-2-3- روش اجراي آزمايشها582-2-3-1- اندازه گيري ميزان ويسکوزيته 582-2-3-2- اندازه گيري پايداري امولسيون 602-3- نتايج و آناليز612-3-1-نتايج 612-3-1-1- تهيه امولسيون کننده زيستي612-3-1-2- تهيه امولسيون612-3-1-3- پايداري امولسيون632-3-1-4- تغييرات ويسکوزيته امولسيون با تغييرات دما و آب652-3-1-5- تغييرات ويسکوزيته امولسيون ناشي از امولسيون کننده شيميايي و يا زيستي682-3-2-آناليز نتايج 712-3-2-1- آناليز نتايج آزمايشهاي تشکيل امولسيون712-3-2-2- آناليز نتايج آزمايشهاي پايداري امولسيون76فصل سوم : فاز نيمه صنعتي (پايلوت)813-1- مواد، ترکيبات و تجهيزات823-1-1- سويه، نفت، محيط کشت و استخراج امولسيون کننده زيستي823-1-2- ساخت خط لوله چرخشي در مقياس نيمه صنعتي843-1-3- امولسيون نفت در آب843-2- روشها863-2-1- ساخت سيستم انتقال در مقياس نيمه صنعتي863-2-1-1- استخراج اندازه هاي مقياس صنعتي براي شبيه سازي پايلوت863-2-1-2- برآورد ميزان افت فشار در پايلوت طراحي شده براي انتخاب پمپ893-2-1-3- ساخت و استقرار پايلوت963-2-2- راه اندازي پايلوت و اجراي آزمون ها993-3- نتايج و آناليز1053-3-1- اندازه گيري ويسکوزيته امولسيون در خط لوله1083-3-2- اندازه گيري پايداري امولسيون تهيه شده ضمن حرکت سيال داخل خط لوله1073-3-3- مقايسه ميزان رسوب گذاري دو سيال نفت سنگين و امولسيون درخط لوله109نتيجه گيري و پيشنهادها113پيوست الف119پيوست ب122پيوست ج134منابع و ماخذ142چکيده انگليسي147
فهرست شکل ها
عنوانصفحهشکل1-1: آماري از توزيع ذخاير نفتي و انواع ترکيبات در آنها5شکل1-2: دياگرام کلي سيستم انتقال امولسيوني نفت خام20شکل2-1: نمودار جرياني تهيه و استخراج ماده امولسيون کننده53شکل2-2 : نمودار جرياني فرآيند تشکيل امولسيون نفت در آب54شکل2-3: تصاوير ميکروسکوپي مربوط به امولسيون O/W (A) و نفت خام (B)62شکل2-4 : تصوير لامهاي تهيه شده از امولسيون O/W و نفت خام62شکل2-5 : نمودار تغييرات ويسکوزيته نفتهاي سنگين بکار گرفته شده با زمان در دماي محيط65شکل2-6 : نمودار تغيييرات ويسکوزيته امولسيون بر حسب تغييرات دما و درصد آب مصرفي براي 76/1 درصد ماده امولسيون کننده تهيه شده از سويه ACO4 و نفتcP 1000066شکل2-7 : نمودار تغييرات ويسکوزيته امولسيون ها بر حسب درصد آبهاي مصرفي براي سويه ACO4 و نفت cP1000067شکل2-8 : نمودار پايداري ويسکوزيته براي امولسيون هاي توليد شده توسط، امولسيون کننده شميايي تنها، امولسيون کننده زيستي تنها و امولسيون کننده ترکيبي از 20% شيميايي و80% زيستي براي نفت cP 10000 وسويه ACO470شکل2-9 : نمودار S/N براي چهار سويه و نمونه نفت سروش72شکل 2-10: نمودار S/N براي چهار سويه و نمونه نفت نوروز72شکل2-11: نمودار ويسکوزيته امولسيون هاي تشکيل شده مطابق جداول 2-12 و 2-1375شکل2-12 : نمودار جمع بندي نتايج پايداري آورده شده در جدول 2-14 براي نفت سروش78شکل2-13: نمودار جمع بندي نتايج پايداري آورده شده در جدول 2-14براي نفت نوروز78شکل2-14 : نمودار درصد کاهش ويسکوزيته امولسيون بر حسب زمان براي امولسيون کننده توليد شده از سويه ACO479شکل3-1 : شمايي از خط لوله پايلوت ساخته شده89شکل3-2 : مش بندي دوبعدي خط لوله در نرم افزار Gambit93شکل3-3 : افت فشار در مرکز لوله در مسير خط لوله با طول نهايي براي نفت سنگين94شکل3-4 : افت فشار در مرکز لوله در مسير خط لوله با طول نهايي براي امولسيون94شکل3-5 : افت فشار هاي حاصل از عبور نفت سنگين و امولسيون در مرکز خط لوله پايلوت95شکل3-6 : تصويري از پايلوت خط لوله ساخته شده97شکل3-7 : تصويري از شيرهاي نمونه گيري نصب شده در پايلوت 98شکل3-8 : تصويري از مراحل 1و2 توليد امولسيون به طور جدا از پايلوت102شکل3-9: اعمال شوک سرما به امولسيون در مخزن دوجداره تعبيه شده در پايلوت و انجام مرحله 3103شکل3-10 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيون با زمان در مدت زمان چرخش در مسير خط لوله پايلوت108شکل3-11 : سطح داخلي لوله جدا شده بعد از اتمام دوره چرخش نفت سنگين110شکل3-12 : سطح داخلي لوله جدا شده بعد از اتمام دوره چرخش امولسيون111شکل ب 1 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO4 و نفت سروش 123شکل ب 2 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه 91-B و نفت سروش123شکل ب 3 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO1 و نفت سروش126شکل ب 4 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه 1072 و نفت سروش126شکل ب 5 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO4 و نفت نوروز129شکل ب 6 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه 91-B و نفت نوروز129شکل ب 7 : نمودارتغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO1 و نفت نوروز132شکل ب 8 : نمودار تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه 1072 و نفت نوروز132شکل ج 1 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول 16134شکل ج 2 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول17135شکل ج 3 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول18136شکل ج 4 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول19137شکل ج 5 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول20138شکل ج 6 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول21139شکل ج 7 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول22140شکل ج 8 : نمودارمبزان S/N براي آزمايشها مختلف انجام شده در جدول23141
فهرست جداول
عنوانصفحهجدول1-1: آمارهاي داده شده در مورد ميزان ذخاير نفتي کشورها3جدول1-2: برخي از نمونه هاي نفت سنگين ايران7جدول1-3 : مشخصات و ظرفيت خطوط لوله انتقال نفت8جدول1-4 : نمونه هاي امولسيوني نفت در آب تشکيل شده توسط مواد امولسيون کننده شيميايي24جدول1-5 : نمونه هايي از فعال كننده هاي زيستي30جدول1-6 : تر كيبات و مشخصات برخي از امولسيون کننده هاي زيستي35جدول1-7: خواص فيزيكي- شيميايي دو نمونه نفت پارافيني استفاده شده درتحقيق41جدول1-8 : نسبتهاي تركيبات براي سيستم پايلوت42جدول2-1: محيط کشت مايع50جدول2-2: ليست و ميزان مواد اوليه استفاده شده در فاز آزمايشگاهي پروژه50جدول2-3 : جدول بکارگرفته شده در مدل تاگوچي براي فاکتور ها و سطوح آنها56جدول2-4 : آرايه متعامد 9L ارائه شده توسط مدل ناگوچي57جدول2-5 : آرايه متعامد 9L به همراه مقادير فاکتورها در سطوح آنها57جدول2-6 : مقادير ترکيبات استفاده براي تشکيل امولسيون در هر آزمايش طرح شده59جدول2-7 : تغييرات ويسکوزيته نفتهاي سنگين بکار گرفته شده با زمان در دماي محيط64جدول2-8 : تغيييرات ويسکوزيته امولسيون بر حسب تغييرات دما و درصد آب مصرفي براي 76/1 درصد ماده امولسيون کننده تهيه شده از سويه ACO4 و نفتcP 1000066جدول2-9 : تغييرات ويسکوزيته امولسيون بر حسب درصد آبهاي مصرفي براي سويه ACO4 و نفت cP 1000067جدول2-10: تغيير ويسکوزيته با زمان براي امولسيون هاي توليد شده توسط ، امولسيون کننده شميايي تنها، امولسيون کننده زيستي تنها و امولسيون کننده ترکيبي از 20 % شيميايي و 80 % زيستي براي نفت cP 10000 و سويه ACO469جدول2-11 : فرمول و شرايط استفاده S/N هاي مختلف در مدل تاگوچي71جدول2-12: شرايط بهينه و ميزان ويسکوزيته در اين شرايط براي تمام سويه ها و نفت نووز74جدول2-13: شرايط بهينه و ميزان ويسکوزيته در اين شرايط براي تمام سويه ها و نفت سروش74جدول2-14: بهينه ترين آزمايشها پايداري بعد از جمع بتدي آناليز جداول ب 1-8 و شکلهاي ب 1-877جدول3-1: محيط کشت مايع در مقياس نيمه صنعتي83جدول3-2: ليست و مشخصات تجهيزات بکار گرفته شده در ساخت سيستم پايلوت84جدول3-3: ليست و مقدار مواد مصرفي براي توليد امولسيون در مقياس پايلوت85جدول3-4 : مشخصات خط لوله انتقال نفت کوره ري/ منتظر قائم87جدول3-5 : مشخصات نفت سنگين خروجي از پالايشگاه تهران87جدول3-6 : ميزان ويسکوزيته امولسيون تهيه شده در بهينه ترين شرايط در مقياس پايلوت106جدول3-7 : ويسکوزيته امولسيون در مدت چرخش در خط لوله پايلوت و در دماي oC 25108جدول الف 1: نتايج مدل تاگوچي براي سويه ACO4 و نفت سروش119جدول الف 2 : نتايج مدل تاگوچي براي سويه 91-B و نفت سروش119جدول الف 3 : نتايج مدل تاگوچي براي سويه ACO1 و نفت سروش119جدول الف 4 : نتايج مدل تاگوچي براي سويه 1072 و نفت سروش120جدول الف 5 : نتايج مدل تاگوچي براي سويه ACO4 و نفت نوروز120جدول الف 6 : نتايج مدل تاگوچي براي سويه 91-B و نفت نوروز120جدول الف 7 : نتايج مدل تاگوچي براي سويه ACO1 و نفت نوروز121جدول الف 8 : نتايج مدل تاگوچي براي سويه 1072 و نفت نوروز121جدول ب 1 : تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO4 و نفت سروش122جدول ب 2 : تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه 91-B و نفت سروش124جدول ب 3 : تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO1 و نفت سروش125جدول ب 4 : تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه 1072 و نفت سروش127جدول ب 5 : تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO4 و نفت نوروز128جدول ب 6 : تغيير ويسکوزيته امولسيون در زمانهاي مختلف براي سويه 91-B و نفت نوروز130جدول ب 7 : تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه ACO1 و نفت نوروز131جدول ب 8 : تغيير ويسکوزيته امولسيونها در زمانهاي مختلف براي سويه 1072 و نفت نوروز133جدول ج 1 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول 16 توسط مدل تاگوچي134جدول ج 2 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول 17توسط مدل تاگوچي135جدول ج 3 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول 18 توسط مدل تاگوچي136جدول ج 4 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول 19 توسط مدل تاگوچي137جدول ج 5 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول 20 توسط مدل تاگوچي138جدول ج 6 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول21 توسط مدل تاگوچي139جدول ج 7 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول 22توسط مدل تاگوچي140جدول ج 8 : آناليز S/N و ANOVA نتايج جدول 23 توسط مدل تاگوچي141
فهرست علايم واختصارات
اختصار American Petroleum InstituteAPIگرانروي ويژهSp.Gr.غلظتCغلظت بحرانيC*واحد ويسکوزيته سينماتيکيcStدرجه سانتيگرادoCدرصد وزنيwt%واحد ويسکوزيتهcPبخش بر ميليونPPmمعيار آب دوستي و روغن دوستي موادHLBطول (کيلومتر)kmاختصار Deoxyribonucleic acidDNAcritical micelle concentrationCMCحجم (ميلي ليتر)ccسرعت (دور بر دقيقه)rpmوزن (گرم)gواحد سنجش طول موج (نانو متر)nmحجم (ميکروليتر)?
نسبت حجم به حجمv/vدانستيه (گرم بر سانتيمتر مکعب)g/cm3زمان (ساعت)hغلظت (گرم بر ليتر)g/litفشار (پي اس آي)psiنسبت نفت/ آبO/Wبسته امولسيون کننده (80% بيو و 20% شيمايي)E.Pنسبت آماريS/Nاستنلس استيلs.sطول (انيچ)inطول (ميليمتر)mmدبي (گالن بر روز)BPDواحد ويسکوزيته سينماتيکيSocsتوان (اسب بخار)hp
فصل اول:
مقدمه
(مروري بر منابع)
1-1- نفت خام سنگين و روشهاي انتقال
روند رو به رشد تقاضا براي انرژي در سراسر دنيا به ويژه کشور هاي صنعتي و در حال توسعه لزوم و نقش توليد و انتقال نفت خام سنگين را براي تامين نيازهاي انرژي، دو چندان و بسيار برجسته کرده است. طبق پيش بيني آژانس بين المللي انرژي تقاضاي دنيا براي انرژي اوليه در سال 2011 ، 28% و تا سال 2030 بميزان 60% افزايش خواهد يافت و به عبارتي نرخ رشد متوسط تقاضاي انرژي 1/7% در هر سال خواهد بود .سهم و نقش منابع هيدرو کربني در تامين و پوشش دادن به اين تقاضاي فزاينده انرژي بسيار بزرگ و مقدم بر ساير منابع انرژي مي باشد و نقش نفت خام سنگين بسيار برجسته و تعيين کننده تر خواهد بود]1و2[.
در جهان امروز بيش از 60% از انرژي مصرفي بشر فرآورده هاي نفتي است كه اين ميزان در كشور ما بيش از 80% مي باشد. از مجموع فرآورده هاي مصرفي نفت حدود 70% بنزين و گاز يا به اصطلاح برشهاي سبك است ، و الباقي به همان صورت سنگين (برشهاي سنگين) استفاده مي شوند]2و3[.
طبق آمارها و تخمين هاي ارائه شده ، ميزان نفت در ذخاير نفتي جهان حدود 6200 ميليارد بشکه برآورد شده است که ميزان 1300 ميليارد بشکه ازآن نفت خام با API بيشتر از 020 است که اصطلاحا نفت سبک ناميده مي شوند. و الباقي در حدود 4900 ميليارد بشکه، نفت سنگين با API کمتر از 020 است که اصطلاحا نفت سنگين ناميده مي شوند. اما در حال حاضر درصد بسيار كمي(1 تا 2 درصد) ازمنابع نفت خام سنگين جهان بهره برداري مي شود. در نتيجه پژوهش در زمينه هاي استخراج ، فراوري و انتقال نفت سنگين ميتواند ضمن ايجاد ارزش افزوده بالا باعث بالا رفتن ميزان ذخاير قابل دسترسي و استفاده نفتي و سوختهاي فسيلي شود. (جدول 1-1) ]3-4[.
با توجه به حجم بالاي ذخاير نفت سنگين در چند سال گذشته عمليات استخراج اين گونه نفتها با استفاده از روشهاي معمول در اکثر کشورهاي پيشرفته شروع شده است و با سرعت بالايي در حال توسعه است. اين موضوع باعث شده ديدگاهها و تفکرات ذيل در خصوص استفاده و فراوري هر چه سريعتر نفت سنگين بيان شود]2و3[.
1. توانايي استخراج نفت خام سنگين با هدف بهره گيري از منابع نفتي به عنوان انرژي هاي نهفته موجود.
2. امکان انتقال نفت خام سنگين به مراکز و کارخانجات مصرف کننده و پالايشگاه هاي نفت.
3. ايجاد عاملي که بتواند قيمت جهاني نفت را بر اساس افزايش تعداد کشورهاي استخراج کننده نفت، ثابت نگه دارد.
4. کاهش جنبه استراتژيکي محصولات نفتي
5. به تاخير انداختن نياز به سرمايه گذاري کلان براي استخراج و استفاده از منابع سوختي ديگر مانند زغال سنگ وساير سوختهاي سنتزي]3[
جدول 1-1: آمارهاي داده شده در مورد ميزان ذخاير نفت هاي سنگين کشورها]3[
ميزان برداشت (بيليون بشکه)ميزان ذخاير (بيليون بشکه)کشور5003000ونزوئلا2132950کانادا3077ايالات متحده112ايتاليا125ماداگاسکار329ايران110عراق
با توجه به مطالب فوق ميتوان نتيجه گرفت كه انجام فرآيندهاي بهبود نفت سنگين (برشهاي سنگين) مطابق پيشرفتهاي جديد صنايع وابسته نفت، مي تواند مشكل كمبود فرآورده هاي سبك را تا حد مناسبي حل كند.
بطور کلي بهره برداري از نفت سنگين، از توليد گرفته تا انتقال و پالايش، به علت خواص ويژه آن مستلزم استفاده از فناوري هاي پيشرفته است. بعلاوه به علت سنگين شدن تدريجي نفت در مخازن و مقادير عظيم ذخاير نفت سنگين توليد ، انتقال و فراوري آن نياز مند سرمايه گذاري خاص وبيشتر از سرمايه گذاري لازم براي بهره برداري از نفت متعارف است. در حال حاظر پروژه هاي متعدد توليد و علي الخصوص انتقال نفت سنگين از طريق خط لوله در کشور هاي توليد کننده نفت در سراسر دنيا در حال انجام و عمل مي باشند که با مسائل و مشکلات عديده اي به لحاظ هاي فني و اقتصادي روبرو هستند. در اينجا روش هاي موجود پيشنهادي براي انتقال نفت خام سنگين به وسيله خط لوله از جنبه هاي فني و اقتصادي بررسي و تحليل شدند]2و5[.
انتقال نفت سنگين به وسيله خط لوله بدون کاهش قبلي در ويسکوزيته آن امکان پذير نمي باشد. بالا بودن ويسکوزيته نفت خام، که بخشي از آن حاصل لختگي يا رسوب مواد آسفالتين با جرم مولکولي بسيار بزرگ است، مشکلات شديدي را پيش مي آورد که گرفتگي حفره چاه در عمليات توليد و ته نشيني و نهايتا انسداد در خط لوله طي عمليات انتقال از اهم آنها مي باشند. بررسي گزارشهاي متعدد نشان مي دهد که توليد نفت سنگين به ويژه از سال 2000 رو به افزايش بوده است و انتظار مي رود اين روند افزايش توليد حداقل تا سال2020 همچنان ادامه يابد. از اين رو نياز مبرم به نفت سنگين به منزله منبع انرژي هيدروکربني ، جهت تامين ايمن تقاضاي فزاينده براي انرژي در دهه هاي آينده نه تنها لزوم توسعه و دست يابي به روشهاي موثر با صرفه اقتصادي را براي حمل و نقل نفت سنگين توسط خط لوله، ايجاب مي کند؛ بلکه به عنوان يک ضرورت استراتژيک براي يک کشور نفت خيز در گستره درون مرزي و بين المللي بايد مطرح باشد]6و7[.
شکل 1-1 توزيع اين ذخاير نفتي و مقادير استحصال شده ويا قابل استحصال آنها را نشان مي دهد. اين حجم ذخاير در کشور هاي خاور ميانه ،روسيه،آمريکاي جنوبي و ايالات متحده و به ميزان اندکي در منطقه خاور دور توزيع يافته اند. ميزان قابل توجهي از ذخاير نفت سنگين در خارج از منطقه خاور ميانه واقع اند و بهره برداري از آنها مي تواند در کنترل و کاهش قيمت نفت متعارف توسط کشور هاي توليد کننده پيشرو منطقه موثر باشد. وضعيت خاص جغرافيايي منطقه خاور ميانه از جمله کشور پهناور جمهوري اسلامي ايران، ذخاير بزرگ غني از نفت در اين منطقه و توانايي استخراج نفت سنگين در دهه هاي آتي باعث شده است جايگاه کشور هاي توليد کننده نفت اين منطقه در عرضه جهاني بخصوص ممالک عضو سازمان توسعه همکاري اقتصادي، بيش از پيش فزوني يابد]2و5[.
برداشت افراطي نفت از ذخاير و رقابت براي برداشت بيشتر در منطقه خاورميانه باعث نزول کيفيت تدريجي نفت در مخازن هيدرو کربني در مناطق خشکي و دريايي شده است و اين مسئله امکان تبديل نفت هاي سبک به ترکيبات سنگين و تشکيل رسوب آسفالتين توسط نفت هاي سنگين را بسيار افزايش مي دهد]7و8[.
شکل 1-1: آماري از توزيع ذخاير نفتي و انواع ترکيبات در آنها]5[
فشار ميتواند تاثير مهمي بر رسوب آسفالتين در ذخاير نفت داشته باشد به طوري که کاهش فشار اغلب سبب تشکيل رسوب آسفالتين مي گردد. البته لازم به ياداوري است که کاهش فشار هميشه منجر به تشکيل و افزايش مقدار رسوب نمي شود. در فشارهايي کمتر از فشار نقطه حباب روند معکوس اتفاق مي افتد. هر چند که رسوب آسفالتين در ذخاير نفت يک مساله شناخته شده قديمي است اهميت تاثير آن بر نزول کيفيت نفت ويا بعبارتي سنگين شدن آن و فعاليت هاي علمي و مهندسي در توصيف و مقابله با حداقل کنترل رسوب آسفالتين تنها در سال هاي اخير نمايان و افزون شده است و قطعا در سال هاي آينده شدت خواهد يافت. انتقال نفت با کيفيت نازل يعني سنگين به پالايشگاه ها و مراکز مصرف و فروش بين المللي چالش هاي علمي- مهندسي ويژه اي را ايجاد خواهد کرد که نه تنها گريز از آنها قابل تصور نميباشد بلکه تداوم آنها و دست يابي به راهکار هاي بهينه فني واقتصادي در انتقال نفت سنگين يک ضرورت استراتژيک است]9و8[.
انتقال نفت خام از مبادي توليد تا پالايشگاهها و مراكز مصرف به دليل گذر از مسيرهاي ناهموار و صعب العبور داراي روندي دشوار و طاقت فرساست. به طور معمول، انتقال نفت خام به پالايشگاههاي داخلي و پايانه هاي صادراتي از طريق خطوط لوله و كشتي هاي حمل نفت خام ميسر مي باشد. براي ايجاد سهولت و حفظ فرآيند استراتژيك انتقال نفت خام به پالايشگاهها و بنادر صادراتي، به كارگيري خطوط لوله از اولويتهاي اصلي انتقال ميباشد. لازم به ذكر است هر چنداستفاده از خطوط لوله براي انتقال نفت خام و فرآوردههاي نفتي، احتياج به سرمايه گذاري اوليه بالايي دارد، اما هزينه هاي جاري خطوط لوله نسبت به ساير روشهاي انتقال بسيار پايين تر ميباشد. هم اكنون، مجموعه خطوط لوله انتقال نفت خام و فرآوردههاي نفتي با مسئوليت سوخت رساني به كليه نقاط كشور به عنوان اصلي ترين وسيله انتقال مورد بهره برداري قرار دارد.
چندين ميدان نفت سنگين در نقاط مختلف کشورمان شناسايي و بهره برداري مي شوند که بايد براي استخراج، انتقال، فرآوري و ارتقاء كيفيت آنها راهي انديشيده شود (جدول 1-2). چگالي = 962/0 ، ميزان ترکيبات پارافيني= 5/19% (w/w) ، ميزان ترکيبات آروماتيک= 33% (w/w)، ميزان آسفالتين= 28%(w/w).
جدول1-2: برخي از نمونههاي نفت سنگين ايران]1[
ميزان وکس (wt%)ميزان آسفالتين (wt%)ويسکوزيته در°C40 (cSt)API(o)Sp.Gr. (56/15°C)ميادين نفتي6/43/304/116/29-188782/0سنگين صادراتي5/56/428/168/25-178994/0بهرگانسر صادراتي8/55/661/219/25-178989/0هنديجان9/38/2652/97/29-198779/0فروزان9/36/103/28420-169451/0سروش5/192863/81015962/0نوروز
بعد از خط لوله آلاسكا، دومين خط لوله انتقال پر پيچ و خم نفت در دنيا خط لوله انتقال نفت خام مارون- اصفهان، مي باشد. اين خط به طول 435 كيلومتر، روزانه 550 هزار بشكه نفت خام را از مركز انتقال نفت شهيد جابرآل خميس واقع در 25 كيلومتري شهرستان اميديه (آغاجاري)، با لوله هاي 30 و 32 اينچي به پالايشگاه اصفهان منتقل ميكند و مازاد خوراك نفت خام پالايشگاه اصفهان به پالايشگاههاي تهران و تبريز منتقل مي شود. مشخصات و ظرفيت برخي از خطوط لوله انتقال نفت خام در داخل کشور و خارج از کشور براي صادرات محصولات در جدول 1-3 آورده شده است ]3[.
با توجه به طولاني بودن فاصله جغرافيايي كشورهاي توليد كننده و كشورهاي مصرف کننده نفت، بيش از 90 درصد نفت خام صادراتي جهان با كشتي حمل ميشود. در ايران نيز بيشترين موارد حمل و نقل كالا ، از طريق كشتي و دريا به انتقال نفت و گاز و فرآوردههاي نفتي مربوط مي شود و ترمينال جزيره خارك در اين مورد، نقش عمده اي را ايفا مي كند. در سال 1386 بالغ بر 79/2 ميليون تن نفت خام از طريق كشتيهاي شركت ملي نفتكش ايران به بازارهاي داخلي و جهاني حمل شده که نسبت به سال قبل 2/7 درصد کاهش داشته است ]1[ .
جدول1-3: مشخصات و ظرفيت خطوط لوله انتقال نفت
مسيرطول لوله (کيلومتر)قطر لوله (اينچ)ظرفيت اسمي (هزار بشکه در روز)اميديه- مارون436490مارون- گندمکار23630490گندمکار- اصفهان20032490اصفهان – ري37224200مايل40- آبادان10312150مايل40 – آبادان4216150اهواز- ري73926410گچساران- شيراز2281045ري- تبريز6071695نفت شهر – کرمانشاه231817نکا- ري36130-32450نفت سنگين صادراتيبوستر اهواز- اميديه18342 و 36—بوستر اهواز- خارک16942و 30300فروزان5/242—
انتقال نفت و گاز درياي خزر به علت عدم دسترسي به درياي آزاد تنها از طريق خطوط لوله امكان پذير ميباشد و ايران نيز به خاطر داشتن منابع غني نفت و گاز در منطقه خليج فارس و نزديكي به درياهاي آزاد داراي موقعيت استراتژيك بسيار حساس و متمايزي در منطقه خزر است و ميتواند يك مسير ترانزيت مؤثر و اقتصادي براي پنج كشور حوزه درياي خزر به بازارهاي جهاني باشد. به علاوه وجود شبكه انتقال وسيع نفت در ايران و دسترسي به راههاي جايگزين با حداقل سرمايه گذاري از ديگر علل توجه ايران براي دستيابي به بازارهاي مصرف ميباشد. هر چند برخي از مشكلات سياسي – اقتصادي موجود در كشورهاي حوزه درياي خزر موانعي را در اين خصوص به وجود آورده است. ايران همچنان نقش ترانزيت نفت خام كشورهاي حوزه درياي خزر موسوم به (کراس) راعهده دار مي باشد. ساخت خطوط لوله انتقال نفت خام از پايانه نكا به تأسيسات ري و تلمبه خانه هاي آن نيز انجام گرفته است. ظرفيت مورد نظر 450 هزار بشكه در روز جهت انتقال نفت خام از پايانه ساري تا ري در نظر گرفته شده است ]1[.
1-1-1- مشخصات نفت سنگين:
به طور کلي نفت خام هاي سنگين و فوق سنگين، از اكسيداسيون باكتريولوژيك نفت خام در داخل مخازن ايجاد مي شوند. اين گونه هاي نفتي خواص متفاوتي نسبت به نفت هاي خام سبک دارند. از جمله اين خواص مي توان؛ ويسكوزيته بالا، محتواي بالاي فلزات سنگين، ميزان قابل توجه واکس هاي نفتي و درصد سولفور و نيتروژن زياد را نام برد. تفاوت نفت خام هاي سبک، سنگين و فوق سنگين مطابق تعريف زيراز تفاوت دانسيته آن ها ناشي مي شود.
نفت خام سبک، نفتي است كه محدوده دانسيته آن 20API > باشد .
نفت خام سنگين، نفتي است كه محدوده دانسيته آن 10 >API <20 باشد.
نفت خام فوق سنگين، نفتي است كه محدوده دانسيتهآن 10API< باشد.
با افزايش درصد اتمهاي نامتجانس (ناجور)1‌ مانند گوگرد و نيتروژن و نيز تركيبات با وزن مولكولي بالا درمواد نفتي، درجه APIکاهش مي‌يابد (نفت سنگينتر ميشود) و هر چه قدر درجه API بزرگتر باشد نفت سبكتر است ]1و2[.
از لحاظ اقتصادي و قيمت گذاري بر روي نمونه هاي مختلف نفت، معيار سبك و يا سنگين بودن آنها نيز داراي اهميت است. معيار هاي سنجش اصولا : دانسيته، API و درصد گوگرد است.
نفت سنگين داراي هيدروكربن‌هاي درشت مولکول (با وزن مولكولي بالا) و نيز تركيبات داراي گوگرد آلي، نيتروژن آلي، اكسيژن آلي و فلزهاي کمياب است. ولي نفت سبك اين تركيبات را به اندازه‌هاي كمتري داراست ]2و8[.
يک روش ديگر براي بررسي شيميايي نفت‌هاي گوناگون، نگاه به درصدهاي چهار گروه هيدروكربن‌هاي اشباع2، آروماتيك‌ها3، رزين‌ها4و آسفالتين‌ها5ست. اين چهار گروه بر پايه حلاليت در حلالهاي گوناگون از هم جدا ميشوند. آلکانهاي خطي(پارافينها6) و آلكانهاي حلقوي (نفتنها7) در گروه اشباع شدهها جاي ميگيرند. سه گروه ديگر آروماتيکها، رزينها و آسفالتين ها، مجموعه اي از ملکولها را دربرميگيرند که هرچه از آروماتيکها به سوي آسفالتينها پيش ميرود، بر وزن مولکولي، آروماتيسيته و درصد اتمهاي ناجور در آنها افزوده ميشود. آسفالتينها ميتوانند نيکل، واناديوم و اندکي از فلزهاي ديگر نيز (بيشتر در ساختار کمپلکس با گروههاي پارافيني وجود دارند) در خود داشته باشند. از اين ديدگاه، نفت‌هاي گوناگون را به نامهايي چون پارافيني، پارافيني-نفتي، آروماتيك، آروماتيك-آسفالتيك و يا آروماتيك-نفتي ميخوانند ]3[.
نفت خام آميزه پيچيده‌اي است كه درآن واكنش‌پذيري شيميايي هر يك از اجزا به اجزاي ديگر وابسته است. بخشهاي سنگين نفت، يعني آسفالتين‌ها به همراه اشباع شده‌هاي سنگين، آروماتيك‌ها و رزين‌ها، آسفالت را مي‌سازند. آسفالت ماده‌اي كلوئيدي است كه ساختار شيميايي همانند نفت خام دارد با اين تفاوت كه بخش‌هاي سبك آن برداشته شده‌است. شايان ذكر است که واژه آسفالتين را هم براي بخشي از نفت خام که در تولوئن محلول است ولي در آلکانهاي نرمال سبک (n-پنتان يا n-هپتان) حل نميشود بهکار ميبرند و هم براي مولکولهاي غولآسايي که بيشترِ ناجوراتمها و اتمهاي فلزي را در خود جاي ميدهند. در ساختار پذيرفتهشده براي مولکولهاي آسفالتين، حلقههاي نفتي و حلقههاي آروماتيکِ بههم جوش خورده با ميانجيگري زنجيرههاي آليفاتيک و از راه پيوندهاي سولفيدي، اتري و استري به هم پيوستهاند ]11[.
آسفالتينها به کمک رزين‌ها در محيط نفت خام پخش ميشوند و ريزواره8هايي(ميسل ها) با قطب‌هاي گوناگون پديد ميآورند كه به يکديگر پيوسته و ريزواره هاي بزرگ9 و محلول‌هاي مولكولي10 را مي سازند. نيروهاي ربايش غيرقطبي ميان گروههاي آليفاتيک و آروماتيک بزرگ در اشباع شدههاي سنگين (واکسها) و آسفالتينها را بايد ريشه پيوستگي و پابرجايي اين آميزه و نيز رفتارهاي فيزيکي وشيميايي نفت همچون ويسکوزيته، گراويتي(API) و ويسکوزيته آن دانست ]4[.
وجود مواد آسفالتين با مقادير بيشتر در نفت هاي سنگين از جمله مشخصات و ويژگي بارز آنها مي باشد . تعريف کلاسيک آسفالتين ها بر خواص محلول حاصل از انحلال ته مانده نفت در حلال هاي مختلف مبتني است. به طور کلي آسفالتين ها در پارافين ها ( نظير پنتان نرمال ) نا محلول و در آرماتيک ها (نظير تولوئن) محلول هستند. هر چند بيشتر خواص آسفالتين ها هنوز هم کامل بررسي نشده و نا شناخته مانده ولي آنها موادي هستند غير فرار با وزن ملکولي بسيار زياد و در واقع سنگين ترين و بيشترين بخش آرماتيکي و قطبي نفت خام را تشکيل مي دهند. از آنجا که آسفالتين ها در هپتان حل نمي شوند لذا به صورت جامد در نفت خام باقي ميمانند. اين اجزاء خاص را ميتوان به صورت مولکول هائي توصيف کرد که از حلقه هاي آرماتيک پلي کندانسه تشکيل ميشوند و حاوي زنجير هاي آليفاتيک داراي گروه هاي اسيد- باز و قطبي مي باشند. مطالعاتي که با استفاده از حلال هاي آلي ساده انجام شده نشان ميدهد که اسفالتين ها مي توانند بواسطه کنش هاي فيزيکي متقابل خود بخود بهم پيوسته و جمع شوند و لذا بدين سان ويسکوزيته نفتي را که در آن وجود دارند بالا ببرند. مطالعات تجربي رئولوژيکي و ساختاري در باره آسفالتين اضافه شده به نفت عاري از آسفالتين توسط عده اي از پژوهشگران انجام يافته است. از نتايج حاصل از اين مطالعات تجربي مي توان به اين نتيجه مهم رسيد که آسفالتين ها در بالا تر از غلظت بحراني ، ويسکوزيته را به شدت افزايش مي دهند ]2و1[.
هرگاه غلظت آسفالتين C از غلظت بحراني آنC* کمتر شود (رقيق) ذرات آسفالتين در نفت به صورت ذرات کلوئيدي پخش شده رفتار مي کنند . در وضعيت C > *C (نيمه رقيق) ذرات آسفالتين در همديگر تداخل ميکنند که بيانگر بالا بودن ويسکوزيته مي باشند. بنابراين در غلظت بحراني ، ذرات آسفالتين در نفت سنگين به صورت ساختار منظم قرار دارند که خود تابعي از غلظت است. به اختصار مي توان نفت هاي خام سنگين را همانند سوسپانسيون کلوئيدي توصيف نمود که از حل شونده (مواد آسفالتين ) و فاز مايع موسوم به مالتين11(نفت عاري از آسفالتين) تشکيل مي گردد ]5[.
در گذشته، برداشت نفت سنگين از مخزن و استفاده ازآن اقتصادي نبود؛ اما امروزه، با پايين آمدن ميزان نفت موجود در ذخاير نفت سبک از يک سو و همهگير نشدن کاربرد انرژيهاي تجديدپذير (مانند انرژي هستهاي و يا خورشيدي) از سوي ديگر، نگاه به نفت سنگين را به عنوان سوخت آينده ناگزير ساخته است. فرايندهاي هزينهبرِ بهبود و انتقال نفت سنگين نيز که در گذشته پذيرفتني نبودند، با افزايش بهاي جهاني نفت خام کمکم توجيهپذير شدهاند. از اين رو، برنامههاي پژوهشي مختلفي در اين راستا در برخي کشورها طرح شدهاست و تاکنون نيز چندين فناوري براي بهبود ويژگيهاي فيزيکي و شيميايي نفت سنگين به بازار آمده است. هدف اين فناوريها کاهش ويسکوزيته نفت خام، همچنين زدايش گوگرد، نيتروژن و فلزات سنگين از آن است. شايان ذكر است که انجام فرايندهاي ارتقا و بهبود كيفيت، براي باقيماندههاي سنگين نفتهاي معمولي هم نياز است ]8و7و4[.
در راستاي بهبود كيفيت نفت سنگين علاوه بر استفاده از فرايندهاي شيميايي يا فيزيکي مانند شکست گرمايي يا کاتاليستي ، پژوهشهايي هم براي بهکارگيري فناوري زيستي دراين راستا به انجام رسيده است ]2[.
1-1-2- روش هاي انتقال نفت سنگين:
يكي از مهمترين مباحثي كه در خصوص نفت سنگين و يا تركيبات سنگين وجود دارد، بحث انتقال به وسيله خط لوله است. براي انتقال نفت سنگين و يا به اصطلاح امكان پذيري انتقال، و جود شرايط زير براي مواد نفتي لازم است: باتوجه به وابستگي انتقال مواد نفتي به ميزان API ، بايد APIبيشتر از19 درجه باشد. داشتن ويسکوزيته بالا شرايط انتقال را سخت مي كند در اين خصوص حداكثر ميزان ويسكوزيته بايد (cP) 3500 در دماي لوله باشد. همچنين حضور مواد سولفوري و آب به همراه مواد نفتي وايجاد حالت دو فازي مي تواند باعث ايجاد رسوب شده و عمليات انتقال را با مشكل روبرو كند. در اين راستا حداكثر ميزان اين دو عامل را 5/0% عنوان كرده اند ]9و10[.
نفت سنگين به دليل ويسكوزيته بالا و رسوب گذاري زياد مشكلات اساسي را در انتقال با خط لوله ايجاد مي كند. دليل اصلي اين مشكلات ويسكوزيته بالاي نفت سنگين است كه بكارگيري فرايندهايي براي كاهش ويسكوزيته ميتواند راه حل اين مشكل باشد. در نتيجه براي انتقال نفت سنگين نياز است كه بروي اصلاح نفت سنگين وتبديل آن به نمونه هاي قابل پمپ كردن كارهاي اساسي انجام شود ]5و6[.
يکي از مهمترين مشكلات نفت سنگين خاصيت رسوب گذاري آن است كه عمدتا اين مشكل در خطوط انتقال و مخازن نگهداري از اهميت زيادي برخوردار است. از جمله ذرات جامد كه در نفت خام وجود داشته وباعث ايجاد رسوب ميشوند مي توان به موارد زير اشاره كرد ]4و6[:
1- Aspartames : اين ذرات جامد از ته نشيني محلول آلكان ها حاصل ميشود.
2- waxes : كريستالهاي ايجاد شده در دماي پايين را مي گويند.
3-Sludges : توسط عمليات پليمريزاسيون در محصول و يا در فرآيند ايجاد مي شوند.
4- Coke : به مواد جامد نامحلولي كه در اثر فرآيند با دماي بالا ايجاد شده است، گفته ميشود.
در حال حاضر روشهايي به شرح زير براي رفع مشكلات استفاده ميشود:
يكي از اين روشها که براي نفتهاي وكسي(waxy) استفاده مي شود، افزايش دما تا محدوده نقطه جاري شدن نفت ميباشد.
روش دوم استفاده از مقاديري نفت خام سبك و اضافه كردن آن به تركيبات سنگين تر براي كاهش ويسكوزيته تركيب و در نتيجه انتقال راحتتر آنهاست.
در روش سوم كاهش ويسكوزيته با استفاده از تركيبات جامد به صورت مخلوطي از جامد/نفت است .
روش چهارم استفاده از آب و ايجاد امولسيون نفت در آب براي كاهش ويسكوزيته است كه مي تواند از جمله روشهاي مناسب وبا صرفه باشد ]1و4 [.
براي كاهش ويسكوزيته نفت سنگين به روش امولسيون سازي نفت در آب، بايد از افزودني هاي شيميايي و يا زيستي استفاده نمود. از جمله افزودني هاي شيميايي كه براي اين هدف استفاده مي شود مي توان به هيدرواكسيد سديم، آمونياک و فعال كنندهاي آنيوني و غير آنيوني اشاره كرد. البته بايد بيان شود كه دركنار تشکيل امولسيون، ايجاد پايداري و دوام براي امولسيون نيز بسيار داراي اهميت است ]2[.
انتقال نفت هاي سنگين به وسيله خطوط لوله عادي بعلت بالا بودن ويسکوزيته آنها ميسر نيست بلکه مستلزم اجراي عمليات خاص بر روي نفت پيش از فرستادن آن به خطوط لوله است . بدين معني که اين عمليات به دو منظور يا در دو جهت (1) کاستن ويسکوزيته نفت و (2) کاستن اصطکاک در لوله انجام مي گيرند. اصولا پنج روش شناخته شده براي انتقال خط لوله اي نفت خام سنگين وجود دارند که عبارتند از گرمايش، رقيق سازي، امولسيوني، بهسازي ترکيب و جريان مغزه حلقه اي. ذيلا اصول و ويژگي هاي هر يک از اين روش ها به اختصار تشريح مي گردد و توانمندي هر يک از آنها در کاستن ويسکوزيته نفت هاي سنگين را بررسي و بحث مي کنيم.
گرمايش نفت خام :
تجربيات مسلم نشان مي دهد که ويسکوزيته سيالات با افزايش دما سريعا کاهش مي يابد. از اين رو عمل گرمايش نفت خام روش جالب توجهي براي بهينه کردن خواص جريان نفت و هدايت آن در خط لوله مي باشد و همواره به عنوان يک انتخاب موثر مد نظر است. مثال بارزي که مي توان ذکر نمود خط لوله موجود در آلاسکا است که نفت خام را حدودا در دماي?C 50 انتقال مي دهد . ولي طراحي خط لوله تحت دماي بالا تر و چگونگي گرم کردن سيال کار چندان آساني نيست بلکه مستلزم بررسي هاي دقيق و ملا حظات زيادي است که مي توان از جمله به انبساط خط لوله ، تعداد ايستگاه هاي پمپاژ/گرمايش ، اتلاف گرمايي و غيره اشاره نمود: هزينه هاي بالا و خوردگي شديد و سريع داخل لوله به علت دماي نسبتا بالا نيز از جمله مسائل عمده اين روش مي باشند .بعلاوه مطالعات اخير نشان داده است که گرمايش نفت مي تواند تغييراتي را در ساختار کلوئيدي آن ايجاد کند که خود باعث بدتر شدن خواص رئولوژيکي مي شود ]2و11[ .
رقيق سازي نفت :
در اين روش نفت خام را با هيدروکربن هاي داراي ويسکوزيته پايين تر مخلوط مي کنند. هيدروکربورهاي کندانسه نفتا12، نفت سفيد13،و نفت خام سبک از جمله مواد رقيق کننده يا حلال هاي موثر هستند که کاربرد بيشتري دارند. هر چند که کاربرد هيدروکربورهاي کندانسه14 از چند دهه پيش معمول شده است ولي استفاده از آنها براي رقيق سازي نفت خام سنگين معايبي را به همراه دارد که از جمله مي توان به مناسب نبودن کندانسه ها بعنوان حلال براي آسفالتين ها و در نتيجه پديد آمدن لختگي اشاره نمود .تحقيقاتي که توسط پژوهشگران انستيتو نفت فرانسه گزارش شده، بخوبي بيان مي کند که نفت (هيدروکربنهاي سبک) رقيق کننده بسيار مناسبي براي کاهش ويسکوزيته نفت خام سنگين است. به علاوه نفت، سازگاري خوبي را با آسفالتين نشان مي دهد و به سهولت قابل استفاده مجدد است ]12[.
امولسيون :
فرايند كاهش ويسكوزيته در نفتهاي سنگين، همچنين با ايجاد امولسيونهاي پايدار نفت در آب امكان پذير است. اين فرايند به نوع ماده امولسيون كننده و پيوند بين ماده واسط و دو تركيب اصلي (نفت- آب) وشرايط ايجاد اين پيوند وابسته است. در صورت عدم دقت در بكارگيري نوع امولسيون كننده و فرايند ايجاد امولسيون نتيجه كار ميتواند برعكس شده و هدف اصلي محقق نشود ]13و14[.
روش امولسيون نفت در آب، که در آن نفت خام سنگين در آب به صورت قطرات متعادل شده توسط فعال کننده سطحي15 (افزايش دهنده کشش سطحي) پخش مي شود ، بعلت مستعد بودن ، توجه فزاينده اي کسب کرده و در حال توسعه بيشتر مي باشد ]2 [.
مطابق نتايج منتشر شده از تحقيقات، معمولا در يک سيستم امولسيوني، اگر حدودا 70% نفت خام و نزديک به30% آب و 500 الي ppm 2000 افزوده هاي شيميايي براي تشکيل امولسيون با يکديگر ترکيب شوند؛ ميتوان انتظار داشت که ويسکوزيته امولسيون در شرايط عملياتي خط لوله تا پائين تر ازcP 200 تغيير نمايد. اين روش در برخي از کشورها نظير ونزوئلا براي انتقال نفت خام سنگين توسط خط لوله استفاده مي شود. هر چند که تبديل نفت سنگين به امولسيوني نفت در آب به لحاظ فني روش مستعدي است ولي مسائل زيست محيطي و خوردگي شديدي را در بر دارد زيرا باعث آلودگي منابع آبي و تخريب خط لوله انتقال مي شود. بعلاوه از آنجا که اين روش نياز به سرمايه گذاري بالايي دارد لذا بايستي از لحاظ اقتصادي تحت بررسي دقيق قرار گيرد ]15[.
بهسازي :
اين روش که عبارت است از بهينه کردن ترکيب نفت خام سنگين به واسطه تبديل آن به نفت سبکتر (نفت خام مصنوعي ) به لحاظ نداشتن پي آمد هاي زيست محيطي و نبود مسائل خوردگي، تکنيک جالب توجهي است. ولي با وجود اين، روش بهسازي نفت خام سنگين براي کاستن ويسکوزيته آن نياز به بررسي و توسعه فراگير دارد زيرا فرايند هاي متعدد و متفاوت از جمله حرارتي و کاتاليتيکي مي توانند به کار گرفته شوند. فن آوريهاي بهسازي نظير فرآيند هاي کرآکينگ حرارتي و کاتاليتيکي و هيدروگرمائي که به طور سنتي در پالايشگاه ها انجام مي شوند مي توانند براي بهسازي نفت خام سنگين نيز مورد استفاده قرار



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید