مقدمه
صنايع نفت و گاز مقدار زيادي پساب به عنوان محصول جانبي توليد مي كنند در جزيره سيري ساليانه در حدود 10000000 بشكه آب همراه توليد مي شود و اين آب مي تواند منبع اصلي آلودگي زيست محيطي دريايي باشد چون نهايتا اين آب به دريا مي ريزد. مي توان با تصفيه اين آب و حذف نفت همراه و رساندن ميزان كدري به حد قابل قبول آن را همراه با آب تزريقي به چاهاي تزريق فرستاد. تركيب آب همراه متفاوت است (بسته به نوع مخزن ) و شامل مواد نفتي، مود آلي، جامدات معلق و حل شده و نمكها و فلزات مي باشد.
از نظر تاريخي كه در سال 1778 فيزيكدان فرانسوي بنام آنتوان نولت پديده اي كه در حال حاضر اسمزشناخته مي شود را بيان كرد كه در اين فرآيند آب را در طول يك غشا نيمه تراوا از محلول آبي با ذرات كمتر به محلول آبي به ذرات بيشتر نفوذ مي كند و به تعادل مي رسد. دويست سال بعد محققان دريافتند كه با صرف انرژي جهت اين فرايند را مي توان برعكس كرد و آب خالص بدست آورد آنها اين پديده را اسمز معكوس ناميدند.
در فرآيند مدلسازي غشايي تصفيه آب همراه سعي خواهد شد به طور بنيادي اين فرايند مورد بررسي قرار گيرد و تاثير عوامل مختلف فيزيكي بر روي بازدهي فرآيند تحقيق شود همچنين سعي خواهد شد مبناي مدلسازي فرايند الترافيلتراسيون باشد تا اينكه درصد جداسازي نفت و حذف كدري آب بررسي شود و با داده هاي آزمايشگاهي مقايسه گردد.
بنابراين اهداف پروژه به شرح زير است:
• حذف نفت باقيمانده در آب همراه بعد از تفكيك كننده و رساندن آن به ميزان استاندارد
• بررسي مكانيسم رسوب ايجاد شده روي غشاهاي مورد استفاده
• بررسي پارامترهاي عملياتي از قبيل دما، فشار، دبي جريان خوراك
• حفظ محيط زيست
در فصل 1 به بررسي آب همراه و روش هاي مختلف تصفيه آن اشاره خواهد شد، فصل 2 به شيمي غشا و خواص و ساختار غشاها و فصل سه راه هاي ازدياد شار و انتخاب غشاي مناسب در نهايت در فصل 4 مدل سازي و ارزيابي مدل، مورد بررسي قرار خواهد گرفت.

بررسی روشهاي سنتي براي تصفيه آب همراه و مدلسازی فرايند غشايي برای تصفیه آب (آلترافيلتراسيون)

بررسی روشهاي سنتي براي تصفيه آب همراه و مدلسازی فرايند غشايي برای تصفیه آب (آلترافيلتراسيون)

فهرست مطالب

چكيده ……………………………………………………………………………………………………………………… 1
مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………… 2

فصل 1 مقدمه اي بر تصفيه آب همراه

1. مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………… 4
1.1.سرچشمه آب همراه ………………………………………………………………………………………………….. 4
1.2.نسبت اجزاي سازنده آب همراه ………………………………………………………………………………………. 5
1.3.تأثير آب همراه روي محيط زيست ……………………………………………………………………………………. 6
1.4 مديريت آب همراه و توافقات بين المللي ……………………………………………………………………………. 6

فصل 2 روشهاي سنتي براي تصفيه آب همراه

1.1 جداسازي بر مبناي گرانش- شناورسازي …………………………… …………………………………………… 8
1.2 روشهاي جداسازي گردشي (سيكلوني) …………………………………………………………………………. 8
1.3 تكنولوژي جداسازي بر مبناي فيلتراسيون ………………………………………………………………………… 9
1.4 رقابت هاي نوين در اداره آب همراه ………………………………………………………………………………… 9
2.1 جداسازي زير دريايي ………………………………………………………………………………………………… 9
2.2 تكنولوژي درون چاهي ……………………………………………………………………………………………… 10
2.3 روش هاي مسدود كردن آب ……………………………………………………………………………………… 10
2.4 ايجاد مسير هاي انحرافي ………………………………………………………………………………………… 10
3.1 جداسازي توسط فيلتراسيون …………………………………………………………………………………….. 11
3.2 تصفيه آب توسط استخراج ……………………………………………………………………………………….. 11
3.3 ازدياد جداسازي نفت با استفاده از به هم پيوستگي (Coalescence) .ا…………………………………….. 12
3.4 روش ها بر مبناي جذب توسط بستر جامد ……………………………………………………………………… 12

فصل 3 فرايند غشايي

1. تعريف و دسته بندي فرايند هاي غشايي ………………………………………………………………………… 13
2. شيمي غشاء، ساختار و كاربردها ………………………………………………………………………………….. 18
2.1 فيلتر هاي ژرف در مقايسه با فيلترهاي غربالي …………………………………………………………………. 18
2.2 غشاهاي ميكرو متخلخل در مقايسه با غشاهاي نامتقارن ……………………………………………………. 21
2.3 پليمرهاي استفاده شده در ساخت غشاها …………………………………………………………………….. 23
2.3.1 پلي وينيليدن فلورايد (PVDF) ….ا………………………………………………………………………………. 24
3. رسوبگيري و تميزكاري ………………………………………………………………………………………………. 25
3.1 مشخصات رسوب …………………………………………………………………………………………………… 25
3.1.1 تغيير در خواص غشاء ……………………………………………………………………………………………. 25
3.1.2 تغيير در خواص خوراك ……………………………………………………………………………………………. 25
3.1.3 پلاريزاسيون غلظتي ……………………………………………………………………………………………… 25
3.1.3.1 شار آب ………………………………………………………………………………………………………….. 26
3.2 نتيجه رسوب ………………………………………………………………………………………………………… 27
3.3 فاكتورهاي موثر بر رسوب ………………………………………………………………………………………….. 28
3.3.1 خواص غشاء ……………………………………………………………………………………………………… 28
3.3.1.1 آبدوستي ……………………………………………………………………………………………………….. 28
3.3.1.2 توپوگرافي سطح ………………………………………………………………………………………………. 30
3.3.1.3 تغيير روي غشاء ……………………………………………………………………………………………….. 31
3.3.1.4 اندازه حفره ها …………………………………………………………………………………………………. 32
3.3.1.5 اصلاح سطح …………………………………………………………………………………………………… 33
3.3.2 خواص مواد حل ………………………………………………………………………………………………….. 34
3.3.2.1 نمك ها …………………………………………………………………………………………………………. 34
3.3.2.3 چربي-روغن ها ……………………………………………………………………………………………….. 36
3.3.2.4 آنتي فوم ……………………………………………………………………………………………………… 37
3.3.2.5 مواد هيوميك ………………………………………………………………………………………………… 38
3.3.3 مهندسي فرايند ……………………………………………………………………………………………….. 38
3.3.3.1 دما ……………………………………………………………………………………………………………. 38
3.3.3.2 سرعت جريان و تلاطم …………………………………………………………………………………….. 39
3.3.3.3 فشار …………………………………………………………………………………………………………. 40
3.3.3.4 فاكتورهاي طراحي كه روي شار موثرند …………………………………………………………………. 41
4. انتخاب غشا مناسب فرآيند آلترافيلتراسيون …………………………………………………………………… 43
4.1 مقدمه …………………………………………………………………………………………………………… 43
4.2 انتخاب غشاء و راهكار افزايش بازدهي آن در فرايند آلترافيلتراسيون آب همراه …………………………. 44
4.3 اصلاح ويژگي آبدوستي غشاء …………………………………………………………………………………. 45
4.3.1 آماده سازي غشاهاي PES/پلورنيك F127 ..ا……………………………………………………………….. 46
4.3.2 مشخص كردن و توصيف غشاي PES/F127 .ا……………………………………………………………….. 47
4.3.3 عملكرد جداسازي غشا براي محلول امولسيون آب/روغن ………………………………………………….. 48
5. احياي غشا در تصفيه پساب نفتي و راهكار ازدياد شار در خلال فرايند UF ا…………………………………… 49
5.1مقدمه …………………………………………………………………………………………………………………. 50
5.2ازدياد شار با تزريق گاز به غشا آلترافيلتراسيون پساب نفتي جريان متقاطع …………………………………. 50
5.2.1وابستگي فشار به شار تراوا ……………………………………………………………………………………… 50
5.2.2اثر تزريق گاز ………………………………………………………………………………………………………… 51
5.2.3 نتايج ……………………………………………………………………………………………………………….. 52

فصل 4 مدلسازي فرايند غشايي

1. چكيده …………………………………………………………………………………………………………………. 56
2. مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………… 56
3. فيلتراسيون غشايي ………………………………………………………………………………………………… 57
4. آناليز داده ها …………………………………………………………………………………………………………. 66
5. مدل سازي تصفيه فرايند UF آب همراه و…………………………………………………………………………… 71
5.1 ناحيه اي كه توسط فشار كنترل مي شود: ……………………………………………………………………… 73
5.1.1 پلاريزاسيون غلظتي …………………………………………………………………………………………….. 77
5.2 مدل انتقال جرم (تئوري فيلم) …………………………………………………………………………………….. 79
5.3 مدل مقاومتي ………………………………………………………………………………………………………. 80
5.3.1 مقاومت غشا Rm ..ا……………………………………………………………………………………………… 82
5.3.2 انسداد حفره ها Rp(z) و تشكيل لايه كيك Rc(z) …ا…………………………………………………………. 82
5.3.3 رسوبگيري (Rsc(z و پلاريزاسيون غلظتي (Rcp(z ..ا………………………………………………………….. 82
5.4 مدل فشار اسمزي براي براي شار محدود شده ………………………………………………………………….. 84
6. مدلسازي داده هاي آزمايشگاهي بر اساس مدل رسوبي ………………………………………………………… 86
7. پيش بيني شار تراوا با استفاده مدل هاي هرميا ………………………………………………………………….. 89
7.2.1 تجزيه و تحليل انسداد استانداد حفره ……………………………………………………………………………. 91
7.2.2 آناليز انسداد كامل حفره ………………………………………………………………………………………….. 92
7.2.3 آناليز انسداد مياني حفره ها …………………………………………………………………………………….. 93
7.2.4 آناليز تشكيل كيك ………………………………………………………………………………………………… 94
7.2.5 مدل تركيبي ………………………………………………………………………………………………………. 95

فصل 5 ارزيابي مدل

1.. ارزيابي مدلسازي تصفيه فرايند UF آب همراه …………………………………………………………………. 97
2. ارزيابي مدلسازي رسوب غشا …………………………………………………………………………………… 99
2.1 مشخصات تراوا …………………………………………………………………………………………………… 99

فصل 6

نتايج ………………………………………………………………………………………………………………… 103
علائم ………………………………………………………………………………………………………………… 105
منابع …………………………………………………………………………………………………………………. 106
چكيده انگليسي ……………………………………………………………………………………………………. 107
پيوست ………………………………………………………………………………………………………………. 108

فهرست جدول ها

جدول1: مشخصات فرايند هاي غشايي ………………………………………………………………………………14
جدول 2: زير ليستي از موادي كه در ساخت غشاء استفاده مي شود…………………………………………….24
جدول 3: زاويه تماس براي مواد غشايي ………………………………………………………………………………30
جدول 4: فرمول محلول ريخته گري …………………………………………………………………………………….. 45

جدول 1: پارامترهاي براي طراحي ماژول غشا ……………………………………………………………………… 61

جدول 2: مشخصات ……………………………………………………………………………………………………… 68
جدول3: فاكتورها و سطح هاي انتخاب شده. …………………………………………………………………………. 68

جدول 4: شرايط آزمايش …………………………………………………………………………………………………. 68

جدول5: مقاومت ذاتي سه غشا استفاده شده ………………………………………………………………………. 86

جدول 6: نتايج آزمايش هاي شار بر حسب زمان. ……………………………………………………………………. 88

جدول 7: خلاصه اي از معادله هاي مشخصه براي قوانين فيلتراسيون فشار ثابت …………………………………… 90
جدول 1: نتايج آناليز خوراك و تراواجدول 2: مقايسه 2R براي مدل هاي هرميا ……………………………………….99
جدول 3: مقايسه بين پيش بيني مدل ها و نتايج آزمايشگاهي بعد از 90 دقيقه………………………………………100

فهرست شکلها

شكل1: نمونه اي از پروفيل توليد در يك ميدان نفتي ……………………………………………………………………….. 4

شكل 2 : تزريق مجدد آب جداشده از نفت در يك تاسيسات فراساحل …………………………………………………… 5
شكل 1: نماي شماتيكي از يك هيدرو سيكلون …………………………………………………………………………….. 8

شكل2: يك واحد زير دريايي بهره برداري نيمه صنعتي ……………………………………………………………………. 10

شكل3: مثال تصويري از چاه هاي انحرافي …………………………………………………………………………………. 11
شكل 1: محدوده مفيد فرايندهاي گوناگون جداسازي ……………………………………………………………………… 14

شكل 2: فرايندهايي با نيرو محركه فشار به همراه مشخصات جداسازي شان. ……………………………………….. 15

شكل 3: مقايسه فيلتراسيون و فيلتراسيون غشايي ……………………………………………………………………… 16

شكل 4: چند مثال از جداسازي اجزاي حل شده توسط فرايندهاي غشايي …………………………………………… 17

شكل 5: اصول اوليه عمليات فرايند غشايي ………………………………………………………………………………. 18

شكل 6: دسته بندي فيلترها ………………………………………………………………………………………………. 20

شكل 7: نماي شماتيكي از فيلتر ژرف، ………………………………………………………………………………….. 20

شكل 8: نمايي از يك فيلتر چند مرحله اي ژرف …………………………………………………………………………. 21

شكل 9: نمايي از فيلترهاي غربالي كه ذرات باقيمانده روي سطح شان جمع شده است. ……………………….. 21

شكل 10: مقايسه بين فيلتر ژرف و فيلتر غربالي…………………………………………………………………………… 22

شكل 11: نمايي از يك غشاء ميكرو متخلخل حفره اي. ……………………………………………………………………. 22

شكل 12: نماي شماتيكي از يك يك غشاء غير متقارن (پوسته اي). ………………………………………………………. 23 شكل13: نمايي از سطح مقطع يك غشاء غير متقارن پلي سولفون. ……………………………………………………… 23

شكل 14: غشاء پلي وينيليدن فلورايد ………………………………………………………………………………………….25
شكل 15 نمونه اي از الگوي رسوب گيري كه در فرايند UF آب پنير مشاهده شده است……………………………………26
شكل 16: رسوب غشاء UF توسط محلول 0.1% BSA در pH 5 و 25°C, 100 kPa. همه غشاهاي پلي سولفون……………………………………………………………………………………………………………………………….27
شكل17 :زاويه تماس……………………………………………………………………………………………………………….28
شكل18 : ساختار سطح غشاء RO پلي اتر آمين………………………………………………………………………………29
شكل 19 : ساختار سطح غشاء RO كامپزيتي فيلم نازك بر مبناي پلي آميد……………………………………………….31
شكل20 : فرايند UF رنگ كاتدي PPG با ماژول استاندارد Romicon XM-50 و ماژول فيبر توخالي CXM…ا……………………………………………………………………………………………………………………………….32
شكل21 : تاثير اندازه حفره هاي غشاء بر شار. سمت چپ: شار لحظه اي نسبت به زمان……………………………….32
شكل22 : تاثير اندازه حفره ها بر رسوب غشاء…………………………………………………………………………………33
شكل 23: مكانيسم رسوب غشاء توسط ذرات، شكل تاثير حفرات در رابطه با اندازه ذرات را نشان مي ده……………………………………………………………………………………………………………………………………33.
شكل24 : رسوب در غشاء UF توسط نمك هاي موجود در شير……………………………………………………………….34
شكل25 : نمونه اي از الگوي رسوب در فرايند UF…ا……………………………………………………………………………35
شكل26 : تاثير نمك روي شار آب پنير…………………………………………………………………………………………..36
شكل8: نماي از GE Sepa™ CF II Med/High Foulant System (GE, YCFHFSYS01) …ا……………………………. 66

شكل 9: نماي از دياگرام تجهيزات آزمايشگاهي …………………………………………………………………………… 67

شكل 10: نمايي از پروفيل سرعت و غلظت در يك لايه مرزي توسعه يافته. …………………………………………… 70

شكل 11:پروفيل غلظت در خلال يك فرايند غشايي دفع كامل يا جزئي ماده حل شونده. …………………………… 71

شكل12: شماتيكي از غشا غير متقارن UF ا…………………………………………………………………………….. 73

شكل13: تفاوت بين فيلتراسيون غشايي انتها بسته و جريان متقاطع. ………………………………………………….. 74

شكل14: رابط كلي بين پارامترهاي عملياتي و شار …………………………………………………………………….. 75

شكل15: نمايي از پديده CP در فرايند UF ماكرومولكول هاي حل شده. ………………………………………………… 76

شكل16: تاثير TMP روي شار (بالا) و ارتفاع لايه دفع شده روي سطح غشا (پايين…………………………………….. 77
شكل17: نمايي از رسوب روي غشا UF. ….ا……………………………………………………………………………….. 82

شكل 18 الف: نمودار شار بر حسب فشار براي دبي جريان LPM 9/1 ..ا………………………………………………. 85

شكل 18 ب: نمودار شار بر حسب فشار براي دبي جريان LPM 8/3 ..ا…………………………………………………. 86

شكل 19 الف: رابطه Rg و فشار در دبي جريان خوراك LPM 9/1ا ……………………………………………………….. 87

شكل 19 ب: رابطه Rg و فشار در دبي جريان خوراك LPM 8/3 ..ا………………………………………………………… 87

شكل 20: منحني رسوب براي مجموعه آزمايش انجام شده……………………………………………………………….. 89

شكل 21: شار تراواي پيش بيني شده براي مدل انسداد استاندارد حفره ……………………………………………….. 91

شكل 22: شار تراواي پيش بيني شده براي انسداد كامل حفره ………………………………………………………….. 92

شكل 23: شار تراواي پيش بيني شده براي انسداد مياني حفره ها …………………………………………………….. 92 شكل24: شار تراواي پيش بيني شده براي مدل تشكيل كيك …………………………………………………………….93

شكل 25 شار تراواي پيش بيني شده براي مدل تركيبي ……………………………………………………………………94
شكل 1: نمودار شار بر حسب زمان، دو اثر CP و رسوب نشان داده شده است. …………………………………………. 96

فصل اول
1. مقدمه
هدف از اين تحقيق تصفيه آب همراه نفت به كمك فرايندهاي غشايي و حذف قطرات نفت موجود در آب خروجي از تفكيك كنندها و حذف كدري آب است. از آن جا كه اين پروژه بر اساس مدلسازي است مي توان اثر عوامل مختلف از قبيل فشار، دبي، جريان خوراك، دما را بر روي كيفيت جداسازي بررسي نمود. ضرورت اين پروژه از ديدگاه محيط زيستي نيز حايز اهميت است. علاوه بر اين مي توان از آب خروجي جهت تزريق به چاههاي تزريقي نيز استفاده نمود.
مقدمه اي بر تصفيه آب همراه
بعضي تحقيقات بر روي آب همراه نشان مي دهد كه اجزاي سمي در آب همراه ممكن است باعث آسيب جبران ناپذير به محيط زيست شود. ميزان آب و هيدروكربن توليدي براي يك ميدان نفتي در شكل زير نشان داده شده است.
شكل1: نمونه اي از پروفيل توليد در يك ميدان نفتي
شكل1 نشان مي دهد كه تغيير قابل ملاحضه اي در نسبت آب/نفت در طول زمان ايجاد مي شود و با گذشت زمان آب حجم زيادي از توليد را در بر مي گيرد.

1.1 سرچشمه آب همراه
آب معمولاً همراه با نفت در مخازن نفتي يافت مي شود. علاوه بر آن، يك لايه آبده كه در نتيجه بالاتر بودن چگالي آب نسبت به نفت در يك لايه جداگانه اي در زير يا حاشيه مخزن نفتي قرارگرفته، وجود دارد. آبي كه به طور طبيعي در مخزن وجود دارد. بعد از آنكه استخراج نفت و گاز در طول زمان انجام شد، آب لايه هاي آبده به چاه هاي توليدي مي رسد و توليد آب شروع مي شود. برشهاي آب خروجي از نفت در طول زمان و استخراج هر چه بيشتر از چاه هاي نفتي ويا گازي افزايش مي يابد. تا آن جا كه توليد نفت از ميادين متوقف مي شود، محتواي نفت خروجي چاه مي تواند به كمتر از دو درصد و آب به نود و هشت درصد برسد.
به منظور نگهداشت فشار هيدروليكي مخزن نفتي، كه به سرعت بعد از توليد آغاز مي شود اغلب در لايه آبده، آب دريا تزريق مي شود. (شكل2)
اين حفظ فشار با تزريق آب باعث افزايش ضريب بازيافت مي شود ولي به طور همزمان منجر به توليد بيشتر آب نيز مي شود.
1.2 نسبت اجزاي سازنده آب همراه
نسبت اجزاي سازنده آب سازند در هر مكاني به طور مشخص با توجه به مشخصات بين مخزن هاي متفاوت متغير است. هنگامي كه توليد از يك مخزن شروع مي شود، نسبت اجزاي سازنده آب همراه از چاه هاي توليدي ممكن است به طور پيوسته، به خاطر تزريق آب دريا، تزريق مجدد آب همراه، تحريك مخزن، فعاليت هاي باكتريال و مواد شيميايي كه در هنگام توليد اضافه مي شود، تغيير كند.
آب همراه اساساً مخلوطي از آب سازند و آب تزريقي است اما داراي مقدار كمي مواد ديگر شامل:
مواد آلي محلول (شامل هيدروكربنها) اندكي فلزات سنگين نفت معلق (غير قطبي)
جامدها (سنگريزه و لجن)
مواد شيميايي كه در هنگام توليد اضافه مي شود.
نيز مي باشد.
هيدروكربنهاي محلول كه به طور طبيعي در آب سازند يافت مي شود و مي تواند سمي و تجمع بيولوژيكي باشند. اين تركيب درصد هاي قابل انحلال در آب همراه اساساً BTEX ( بنزن، تولوئن، اتيل بنزن و هگزان)، هيدروكربنهاي پلي آروماتيك ( PAH) و آلكيل فنولها به همراه فلزات سنگين كه به عنوان زيان آورترين آلودگي ها در آب همراه هستند را شامل مي شود.

1.3 تأثير آب همراه روي محيط زيست
عموماَ در واحد هاي بهره برداري به منظور مديريت آب همراه با تجهيزات جداسازي، بر مبناي گرانش جداسازي انجام گرفته و سپس به دريا ريخته مي شود. براي مدت زمان طولاني قوانين دولتي در يك ناحيه نفتي، تغليظ نفت غير قطبي در آب بوده است و توجه كمي به مواد آلي حل شده در آب همراه شده است.
امروزه بين دولتها و محققين در صنايع نفت اين توافق وجود دارد كه در حال حاضر بايد روي مواد آلي حل شده، فلزات سنگين و مواد شيميايي كه حين توليد اضافه مي شود، توجه داشت. محتواي نفت در آب بايد تا آنجا كه ممكن است پايين باشد. و صنايع بايد از بهترين تكنولوژي در دسترس استفاده كند.
تأثيرات بلند مدت چنين آلودگي هايي روي محيط زيست به طور كامل شناخته شده نيست و مطالعات زيادي در حال انجام است. نتايج پژوهشهاي اخير نشان داده است كه به هر حال ماهياني كه در معرض آلكيل فنولها قرار مي گيرند، اختلالاتي در اندام و باروري آنها ايجاد مي شود ضمن آتكه نبايد تاثًير سرب جذب شده بر بدن آبزيان و در نتيجه اثر آن را روي سلامتي انسانها را ناديده گرفت.

1.4 مديريت آب همراه و توافقات بين المللي
يك قانون عمومي براي تخليه آب همراه از فراساحل وضع شده است كه حداكثر (mg/lit (ppm) 40) است در تعهدنامه اسلو پاريس موافقت شد كه حداكثر محدوده ميزان تخليه زير 30ppm براي كمپاني هاي نفتي باشد. در نروژ مرجع كنترل آلودگي و صنايع نفت ابزار مديريت آب همراه را توسعه دادند و هدف آنها استراتژي صفر است.

بررسی روشهاي سنتي براي تصفيه آب همراه و مدلسازی فرايند غشايي برای تصفیه آب (آلترافيلتراسيون)

بررسی روشهاي سنتي براي تصفيه آب همراه و مدلسازی فرايند غشايي برای تصفیه آب (آلترافيلتراسيون)

فصل 2

مقدمه اي بر تصفيه آب همراه

1 روشهاي سنتي براي تصفيه آب همراه 1.1 جداسازي بر مبناي گرانش- شناورسازي
تصفيه آب همراه به طور سنتي بر مبناي تجهيزات گرانشي انجام شده است ، جايي كه از اختلاف در چگالي استفاده مي شود. چنين جداسازي هايي عموماً در يك تانك جداسازي بزرگ در فشار هاي مختلف انجام مي گيرد. شناورشدن اجزاي سبك تر (نفت) را مي توان توسط توزيع حباب هاي كوچك گاز افزايش داد و صفحات موازي را به طور مورب در مخزن جداسازي نصب كرد.

1.2 روشهاي جداسازي گردشي (سيكلوني)
به منظور تصفيه حجم بيشتري از آب همراه در يك فضاي محدود روشهاي تصفيه بهبود يافته است. رايج ترين تكنولوژي در مناطق توليدي فراساحل از سال 1990 هيدروسيكلون استاتيك بوده است كه در فشار در دسترس براي افزايش سرعت در جداسازي گرانشي استفاده مي شود. مزاياي اين گونه تجهيزات قابليت اطمينان بالا (نداشتن اجزاي متحرك)، تعمير و نگهداري كم، نياز به فضاي كوچك، بازده جداسازي خوب و گنجايش بالاست. شكل زير آب (قرمز رنگ) به سمت پايين جريان مي يابد و همزمان نفت به سمت مركز به آن نيرو وارد مي شود و از سرريز سيكلون خارج مي شود.
كاربرد ديگر براي جداسازي نفت از آب استفاده از سانتريفيوژ با كارآيي بالاست. از آنجا كه اين تجهيزات داراي موتور هستنداغلب براي جريانهاي آب با فشار پايين استفاده مي شوند. اين نمونه از تجهيزات انرژي زيادي نياز دارند و هزينه به تعمير و نگهداري بالايي دارند.
1.3 تكنولوژي جداسازي بر مبناي فيلتراسيون
يك تكنيك شناخته شده به منظور جداسازي اجزاي نامحلول فيلتراسيون است. اصول مختلفي براي تصفيه آب همراه توسط غشاهاي ميكروفيلتراسيون و فيلترها در نظر گرفته شده است. اين تكنولوژي مزاياي زيادي دارد كه با آن مي توان به درجه بسيار خوب جداسازي دست يافت. به هر حال ميكرو فيلتراسيون داراي معايبي نظير مصرف بالاي انرژي و خراب شدن عناصر و المنتهاي فيلتر مي باشد.
1.4 رقابت هاي نوين در اداره آب همراه
جداسازي بر مبناي جاذبه با سيكلونهاي هيدرواستاتيك روش پر استفاده اي به منظور تصفيه آب همراه است. در حالت هاي ويژه اي با مشخصه هاي مختلف يا حجم كم از ديگر تجهيزات تصفيه استفاده مي شود. يك جايگزين خوب براي دفع آب همراه مي تواند اين باشد كه آنرا مجدداً به مخزن فرستاد و از آن به منظور تقويت فشار مخزن استفاده كرد. اين روش علاوه بر هزينه بالا( در صورتي كه تاسيسات تزريق آب موجود نباشد) داراي اين عيب است كه تزريق مجدد همچنين بر كيفيت توليد و قابليت توليد مخزن لطمه وارد مي كند.

2 مديريت آب همراه از راه به حداقل رساندن توليد آن
بر مبناي ابهام جدي كه به تاثيرات دراز مدت محيط زيستي تخليه آب همراه در وجود دارد و به منظور جلوگيري از آسيب هاي احتمالي به محيط زيست قوانين سخت گيرانه اي وضع شده است. در نروژ و درياي آتلانتيك (نفت شمال ) دولت و كمپاني هاي نفتي موافقت كرده اند كه آسيب به محيط زيست را به صفر برسانند. صنايع نفتي روش هاي متنوعي بدين منظور اتخاذ كرده اند.

2.1 جداسازي زير دريايي
به منظور كاهش ظرفيت لازم فرآوري در تاسيسات بهره برداري نفت خام، يك روش مناسب اين است كه تا آنجا كه ممكن است ميزان آب از جريان خروجي چاه در نقطه اوليه كاهش يابد. با قرار دادن اولين مرحله جداسازي آب/نفت در ته دريا لازم نيست كه همه آب به تاسيسات فرآوري روي سكو منتقل شود. تاسيسات سكو به طور مشخصي ساده خواهند شد علاوه بر آن وزن سازه نيز كاهش مي يابد. آب جداشده در كف دريا مي تواند به يك چاه كم عمق تزريق گردد. شكل4 يك نمايش گرافيكي نصب يك سازه زير دريايي نيمه صنعتي را نشان مي دهد.

2.2 تكنولوژي درون چاهي
يك گام جلوتر در كاهش ميزان آب از جريان توليدي آن است كه تجهيزات فرايند جداسازي آب/نفت در چاه هاي توليدي قرار گيرد. اين تكنيك به طور مبسوطي در سال هاي اخير بررسي شده است. آب همراهي كه از نفت يا گاز جدا مي شود، سپس با استفاده از پمپ هاي هيدروليكي درون چاهي پر فشار مي شود و به درون چاه دوباره تزريق مي شود. اين تكنولوژي در حال حاضر در مرحله نيمه صنعتي است و پرهزينه مي باشد و پيچيدگي آن با افزايش عمق مخزن افزايش مي يابد. سيستم هاي جداسازي آب/نفت عمودي درون چاهي در چند سال اخير تا حدودي استفاده شده است. سيستم هاي جداسازي افقي پيچيده تر جديد در مرحله آزمايش نيمه صنعتي قرار دارد.

2.3 روش هاي مسدود كردن آب
به منظور كاهش جريان آب در نواحي توليدي چاه، دو روش سنتي مورد استفاده قرار مي گيرد. در خلال مسدود كردن مكانيكي، سيمان يا وسايل مكانيكي مسير آب را از ناحيه سوراخ شده مسدود مي كند. مسدود كردن با روشهاي شيميايي شامل تزريق پليمرها به داخل مخزن است كه ويسكوزيته آب را افزايش مي دهد و يك ژل پايا تشكيل مي دهد و در نتيجه توانايي جريان آب را مسدود مي كند.

2.4 ايجاد مسير هاي انحرافي
افزايش در توليد آب براي مثال در نتيجه رسوخ آب به ناحيه توليدي را مي توان با بيرون كشيدن تجهيزات درون چاهي، بستن ناحيه سوراخ شده (بستن مكانيكي) و حفاري در يك ناحيه جديد متوقف كرد. شكل5 چندين چاه فرعي كه درون چاه اوليه قديمي حفر شده است را نشان مي دهد.
3 پيشرفت هاي اخير در تصفيه آب همراه
تكنولوژي هاي مختلف مشخصه هاي مربوط به خود را دارند كه آنها را براي تصفيه نوع خاصي از آب همراه مناسب مي سازند. يك توجه عمده بر روي روشهاي جديد جهت حذف اجزا حل شده در آب همراه وجود دارد.

3.1 جداسازي توسط فيلتراسيون
استفاده از غشاها به منظور تصفيه پساب نفتي جهت كاهش اجزاي حل شده در نظر گرفته شده است. سيستم جديد شامل استفاده از غشاهاي فيلتراسيون نانويي است. به هر حال گرچه روشهاي فيلتراسيون اثر جداسازي بسيار خوبي دارد، شامل برخي پيچيدگي در روشهاي تصفيه نيز مي باشد.

3.2 تصفيه آب توسط استخراج
تكنولوژي ديگري كه به طور گسترده هم در مقياس نيمه صنعتي و هم با مقياس كامل مورد آزمايش قرار گرفته شده است به خواص حلال مايعات فوق بحراني بر مي گردد. در اين فرايند از ميعانات (NGL) اسكرابرها استفاده مي شود و آنها را به آب همراه در بالا دست هيدروسيكلون تزريق مي كنند. هيدروكربنهاي محلول و پخش شده كه حلاليت بيشتري در ميعانات دارند، در فاز ميعانات مي روند و در هيدروسيكلون جدا مي شوند. اين تجهيزات به طور گسترده اي در فاز نيمه صنعتي آزمايش شده اند و آزمايش هاي ميداني آنها نزديك است. فرايند به كيفيت ميعانات به شدت حساس است.

3.3 ازدياد جداسازي نفت با استفاده از به هم پيوستگي (Coalescence)
چندين روش نوين تصفيه آب همراه بر مبناي به هم پيوستگي قطرات نفت پخش شده وجود دارد كه اغلب قبل از جداسازي سيكلوني هستند. تجهيزاتي كه در بالا دست مخزن سيكلوني نصب شده تا قطر قطرات نفت را افزايش دهد كه نتيجه آن بالا بردن درجه جداسازي در هيدروسيكلون است. فرآيند به هم پيوستگي را مي توان با وسايل مختلف شتاب بخشيد.
يك روش اين است كه مدياي فيبري ويژهاي در خط لوله يا مخزن هيدروسيكلون نصب شود كه كه قطرات نفت را جذب كند و اين به هم پيوستگي را با تجمعات بزرگ تر ارتقا بخشد. اين سيستم ها هيچ تاثيري بر روي هيدروكربن هاي حل شده ندارد، اما ساده هستند و به آساني بر روي سيستم هاي قديمي نصب مي شوند. مدياي فيبري بر رسوب و هر ماده ساينده ديگري نظير سنگريزه حساس است.
ديگر روش ها شامل تركيبي از تزريق مواد شيميايي (منعقد كننده ها) و همزن هاي مكانيكي در مخزن هاي ويژه است.
3.4 روش ها بر مبناي جذب توسط بستر جامد
ثابت شده است كه جذب سطحي يك بستر مطلوب به منظور تخليه آب همراه و تصفيه آن است. فرايندهايي كه از فيلتراسيون استفاده مي كنند، در حجم محدودند و يا به فرايند احياي پيشرفته اي احتياج دارند كه هم انرژي بر و هم گران است. روشهاي جذب سطحي شامل فيلترهاي كربن فعال كه با اكسايش هواي مرطوب احيا مي شوند و مديا و مخزن جذب نفت آن بر مبناي رزين ها،پليمرها و خاك رس است.
تكنولوژي ديگري كه در تصفيه پساب نفتي استفاده مي شود و مي تواند ميزان نفت را به كمتر از ppm 5 برساند استفاده از تركيبي از كوالسر و جذب سطحي است كه هيدروكربن هاي حل شده و توزيع شده در آب همراه را حذف مي كند. ويژگي اين روش آن است كه هم هيدروكربن هاي قطبي (حل شده) و هم هيدروكربن هاي غير قطبي (OWI) را از انواع مختلف آب همراه جذب مي كند. توجه شود كه در اين روش از مواد منعقد كننده با فرمول انحصاري و در بالا دست جريان ورودي به تجهيزات فرايندي به منظور اختلاط كامل نظير مخلوط كننده هاي ايستا و يا شيرها يا پمپ ها استفاده مي شود.


مقطع : کارشناسی ارشد

قیمت 25 هزار تومان

خرید فایل pdf به همراه فایلword

قیمت:35هزار تومان