پایان نامه : ارزیابی روشهای موجود تشکیل رسوب واکس و ارائه ی یک روش بهبود یافته

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی گاز

” ارزیابی روش های موجود تشکیل رسوب واکس و ارائه ی یک روش بهبود یافته“

اساتید راهنما :

دکتر محمود مشفقیان

دکتر سید شهاب الدین آیت الهی

بهمن ماه ۱۳۹۰

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)


فهرست مطالب
 
 
عنوان                                                   صفحه
 
فصل یک
مقدمه. . ۲
 
فصل دو
اهمیت رسوب واکس
۲-۱- مشکلات رسوب واکس ۵
۲-۲- توصیف واکس ۷
۲-۲-۱ – تبلور واکس ۷
۲-۲-۲- رسوب واکس(wax deposition) 8
۲-۳- ماهیت واکس ۱۱
۲-۴- عوامل موثر در تشکیل رسوب واکس ۱۹
 
فصل سه
تئوری های واکس
۳-۱- تئوری هیدرودینامیکی واکس ۲۴
۳-۱-۱ نفوذ مولکولی ۲۵
۳-۱-۲- نفوذ براونین ۲۵
۳-۱-۳- پراکندگی برشی ۲۶
۳-۱-۴- نشست گرانشی ۲۶
۳-۱-۵- ورقه ورقه شدن رسوبات واکسی ۲۷
۳-۲- مدل دینامیکی رسوب ۲۷
۳-۳- رسوب پارافین در سیستم های جریان تکفازی ۲۹
۳-۴- رسوب پارافین در سیستم های جریان چند فازی ۳۰
۳-۴-۱-اثر ترکیب سیال ۳۲
۳-۴-۲- اثر الگوی جریان ۳۲
۳-۵- مروری بر روش های ته نشینی واکس ۳۴
۳-۵-۱- معرفی مدل ریگ، رایدال و رونینگسن ۳۴
۳-۵-۲- مدل متزین(Matzain) 37
۳-۵-۳- مدل هیدرو(Hydro) 40
۳-۵-۴- مدل دانشگاه میشیگان(University of Michigan Model) 42
۳-۶- شبیه سازی واکس توسط نرم افزار الگا(OLGA) 43
۳-۷- پارامترهای واکس ۴۴
 
فصل چهار
تئوری های مختلف تعادل ترمودینامیکی رسوب واکس
۴-۱- تعادل فازی ۴۸
۴-۲- بررسی ترمودینامیکی تشکیل رسوبات واکس ۵۳
۴-۲-۱ مدل لیرا-گالنا ۵۴
۴-۲-۲-مدل اریکسون ۵۵
۴-۲-۳-مدل پدرسن و مدل های تصحیح شده ی آن ۵۵
۴-۲-۴-مدل وُن ۵۶
۴-۲-۵-مدل کوتینیو ۵۶
۴-۳-بررسی تفصیلی مدل های ارائه شده ۵۷
۴-۴- ترمودینامیک تعادل بخار،مایع و جامد ۶۴
 
فصل پنج
پیشینه ی تحقیق
مقدمه ۶۷
۵-۱- پیشینه ی تحقیق ۶۷
 
فصل شش
انجام کار
مقدمه ۷۴
۶-۱-مدل وُون(Won’s model) 74
۶-۱-۱-فرضیات مدل وُن ۷۴
۶-۲- توصیف مدل وون(وون ۱۹۸۶) ۷۵
۶-۳-مدل پدرسن(Pedersen ) 80
۶-۳-۱- مفروضات مدل پدرسن ۸۲
۶-۳-۲- توصیف مدل پدرسن ۸۳
۶-۴- محاسبات جداسازی آنی سه فازی ۸۶
۶-۵- ارائه الگوریتم ۸۸
۶-۵-۱- محاسبات جداسازی آنی دو فازی ۸۸
۶-۵-۲ مقادیر حدس اولیه ی ۸۹
   ۹۰
۹۱
۹۵
۹۶
۹۷
۹۸
۱۰۳
۱۰۴
۱۱۴
۱۱۶
۱۱۷
۱۱۸
۱۱۹
۱۲۱
۱۲۳
۱۲۴
 

۱۲۹
۱۳۷
۱۴۲
۱۴۸
 

۱۵۵
۱۵۸
 
۱۶۰
 
پیوست ها
. ۱۷۲
. ۱۷۵
 
 
 
 
 
 
فهرست جدول ها
 
 
عنوان                                                   صفحه
 
جدول ۲-۱: خواص فیزیکی و شیمیایی واکس های پارافینی-میکروکریستال و پترولاتوم،   ۱۰
۱۴
   ۲۲
۸۲
۱۳۰
۱۳۸
۱۴۱
۱۴۳
۱۴۴
۱۴۵
۱۴۵
 
 
فهرست شکل ها
 
 
عنوان                                                   صفحه
 
شکل ۲-۱- شدت رسوب واکس ۶
۱۳
۱۵
۱۶
۱۷
۲۱
. ۴۹
۵۴
   ۵۸
۷۵
۸۳
۸۶
۱۱۵
۱۱۷
   ۱۲۴
   ۱۳۱
۱۳۲
۱۳۳
۱۳۴
   ۱۳۵
   ۱۳۶
۱۳۹
۱۴۰
   ۱۴۲
   ۱۴۶
۱۴۷
   ۱۴۸
۱۴۹
۱۵۰
   ۱۵۰
   ۱۵۱
   ۱۵۲
۱۵۳
 
 
مقدمه
 
 
یکی از مهمترین مسائل در صنایع نفت، رسوب مواد آلی سنگین موجود در نفت خام است، که طی مراحل تولید، حمل و نقل و فرآوری نفت رخ می‌دهد. رسوب این مواد در مخازن، چاه های نفت، پمپ‌ها، تانک‌های ذخیره‌سازی، لوله‌های انتقال و تجهیزات پالایش، باعث اتلاف هزینه‌های فراوان می‌گردد. با پیش‌بینی مکان تشکیل رسوب می‌توان به کمک روش‌های مکانیکی، شیمیایی و یا تغییر شرایط محیطی، برای از بین بردن یا کاهش رسوب اقدام نمود. کریستالیزاسیون و رسوب ترکیبات واکسی منجر به بروز مشکلات زیادی در مراحل تولید، انتقال، ذخیره سازی و انجام فرآیندهای مختلف مربوط به نفت خام و یا مشتقات آن می‌شود.  شرکت‌های نفتی در سراسر دنیا به دلیل کاهش تولید، هزینه‌ مواد شیمیایی مورد نیاز، انسداد خطوط لوله و افزایش انرژی مصرفی ناشی از ایجاد رسوبات، سالیانه میلیاردها دلار  زیان می‌بینند. با کاهش ذخایر موجود و افزایش بهره‌برداری از مخازن نفت‌های سنگین و مخازن نفتی دور از ساحل، استفاده از روش‌های جدید و کارآمد برای رفع این مشکلات به یک ضرورت تبدیل شده است.

نفت خامی که از اعماق زمین استخراج می شود، شامل هیدروکربورهای سنگین و نیمه سنگین است که اشکال مختلف و خصوصیات متفاوت دارد. هیدروکربورهای سنگین شامل واکس ها، مواد آسفالتنی و رزین ها هستند که می توانند به صورت جامد، در ترکیبات ظاهر شوند که در این بین، واکس ها اهمیت خاصی دارند.تغییر عواملی مانند دما، فشار و ترکیب اجزای سبک در ترکیبات نفتی، سبب تشکیل رسوب های واکس پارافینی جامد در این ترکیبات می شود. رسوب واکس تشکیل شده به طور عمده شامل پارافین ها، نفتن ها و به مقدار کمی از دیگر هیدروکربورها، مانند آروماتیک هاست. تشکیل این رسوبات در مرحله اول می تواند منافذ زیرزمینی را مسدود کرده، باعث کاهش شدید نفوذ پذیری آنها شده و راندمان استخراج نفت را کاهش دهد. در مراحل بعدی نیز تشکیل رسوبات، مشکلات زیادی را به دنبال خواهد داشت. به عنوان مثال تشکیل رسوبات واکس در خطوط انتقال نفت خام، می تواند باعث گرفتگی لوله ها و افزایش مقاومت در برابر جریان و در نتیجه افت فشار جریان شده و علاوه بر افزایش توان مورد نیاز جهت پمپ نمودن سیال، موجب استهلاک زودرس تاسیسات شود. تشکیل رسوبات واکس در تجهیزات پروسسی مانند مبدل های حرارتی و خطوط لوله کاهش کارآیی این تجهیزات را به دنبال دارد.با توجه به اینکه در فرآیندهای روغن سازی یکی از مراحل اصلی فرآیند، جداسازی واکس می باشد، اهمیت این پدیده مشخص می گردد. مساله تشکیل رسوب واکس و عوامل موثر بر آن، سالهای متمادی مورد بحث پژوهشگران بوده و اکثر روش ها و مدلهایی که جهت توصیف و پیش بینی این پدیده ارائه شده اند، توافق ضعیفی با داده های آزمایشگاهی دارند و از هیچکدام نمی توان به عنوان یک راه حل عمومی، جهت پیش بینی این پدیده، استفاده کرد. این مدلها اغلب دمای پیدایش واکس و میزان رسوب تشکیل شده را بالاتر از مقدار تجربی و آزمایشگاهی آن، تخمین می زنند.با توجه به توضیحات یاد شده، پیش بینی دمای تشکیل رسوبات واکس و در نظر گرفتن این دما در طراحی تجهیزات مربوط به استخراج، تولید و بهره برداری از نفت خام یا برش های نفتی، اهمیت خاصی دارد. مدل سازی ترمودینامیکی، یکی از راه های بررسی این پدیده است.[۱-۶

اهمیت رسوب واکس
 
۲-۱- مشکلات رسوب واکس
 
با بوقوع پیوستن مشکل رسوب واکس، صنعت نفت برای چندین دهه دچار مشکل شده است، همزمان با ایجاد دو نگرانی اصلی -فنی و اقتصادی-. رسوب واکس می تواند خفیف، و یا می تواند به اندازه کافی شدید باشد که آن را غیر فابل کنترل کند (شکل ۲-۱).
مسائل فنی در ارتباط با رسوب موم عبارتند از :
کاهش تراوایی و آسیب سازند زمانی که در چاه و اطراف آن رخ می دهد.