مدل‌سازی فرایند جداسازی قطره‌های نفت خام امولسیونی از پساب واحد نمک‌زدایی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

بخش مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

نفت خام متشکل از آلودگی‌های گوناگون آب نمک، گاز و رسوب است که باید در واحد نمک‌زدایی جداسازی شوند. در ادامه جداسازی، پساب تولیدی واحد نمک‌زدایی نیز باید از قطره‌های نفت تصفیه شود. در این پژوهش یک مدل ریاضی برای جداسازی قطره‌های تعلیقی نفت از پساب واحد نمک ­زدایی ارایه شده است. در نتیجه موازنه جمعیت، یک معادله غیرخطی هایپربولیکی انتگرالی دیفرانسیلی به‌دست آمد و جمله انتگرال‌های موازنه جمعیت آن با استفاده از روشFixed-pivot  ساده شدند. معادله‌های جزئی (PDE) به‌دست آمده با استفاده از روش خط (Method of line) به یک دسته معادله‌های معمولی (ODE) تبدیل شدند. این دسته معادله‌های (ODE) با استفاده از روش عددی اختلاف محدود و به کمک نرم افزار MATLAB حل شدند. پروفیل توزیع حجمی قطره‌های نفت، میانگین قطر قطره‌ها، میزان جداسازی نفت در طول ارتفاع سامانه در زمان‌های گوناگون بررسی و ثبت شدند که نتیجه‌ها نشان داد میزان درصد حجمی نفت در پایین مخزن نسبت به بالای آن 40% کاهش یافته است. نتیجه‌های به‌دست آمده از مدل‌سازی برای تعلیق‌های نفت در آب با داده‌های آزمایشگاهی موجود در منابع مقایسه شدند. در این پژوهش همچنین تأثیر پارامتر گرانروی و چگالی بر افزایش جداسازی فاز پراکنده و میانگین قطر قطره‌ها نیز بررسی شدند. شایان ذکر است که در این بررسی ضریب‌های تنظیم پذیر موجود در معادله‌ها با توجه به برنامه بهینه‌سازی DE تنظیم شد. نتیجه‌ها نشان داد که با کاهش چگالی و گرانروی نفت خام، اندازه متوسط قطره‌های نفت تا حدود 20% بزرگ‌تر می‌شوند و در نتیجه میزان جداسازی افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] امانی آ.، سلیمانی نظر ع.ر.، مدل‌سازی مونت‌‌کارلو در پیش بینی دینامیکی توزیع اندازه قطره‌های تعلیق آب ـ نفت خام، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)37:  235 تا 246 (1397).
[2] Salam K., Alade A., Arinkoola A., Opawale A., Improving the Demulsification Process of Heavy Crude Oil Emulsion through Blending with Diluent, Journal of Petroleum Engineering., 2013: (2013).
[3] Manning F.S., Thompson R.E.,”Dehydration of Crude Oil, in Oilfield Processing Volume2: Crude Oil, PennWell”, Tulsa, PennWell Books, 113-143 (1995).
[4] Pak. A., Mohammadi T., Wastewater Treatment of Desalting Units., Desalination, 222(1-3): 249–254 (2008).
[5] Chanamai, R., Coupland, J. N., McClements, D. j., Effect of Temperature on the Ultrasonic Properties of Oil-in-Water Emulsions, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects., 139(2): 241-250 (1998).
[6] جلایر م.، پیرزاده م.، مکبری ع.، نصرآبادی م.، فرایند نمک‌زدایی نفت خام و اثر آن بر خوردگی بالاسری برج تقطیر  )مطالعه موردی(، نخستین همایش مهندسی فرایند در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی و انرژی، تهران، 1 تا 4 (1392).
[7] کشاورز ح.، اسفندیاری ن.، بررسی روش‌های نمک‌زدایی از نفت خام، سومین همایش ملی نفت و گاز و صنایع وابسته، کرمان، 1 تا 7 (1394).
[6] Alopaeus V., Koskinen J., Keskinen K.I., Utilization of Population Balances in Simulation of Liquid-Liquid Systems in Mixed Tanks. Chemical Engineering Communications, 190: 1468-1484 (2003).
[9] سعادت ج.، پاکیزه م.، مروری بر روش‌های تصفیه پساب‌های روغنی با تأکید بر روش‌های غشایی، فرآیند نو، (54)10: 52 تا 57 (1394).
[7] Khajehesamedini A., Sadatshojaie A., Parvasi P., Rahimpour M.R., M. Naserimojarad M., Experimental and Theoretical Study of Crude Oil Pretreatment using Low-Frequency Ultrasonic Waves, Ultrason.Sonochem., 48: 383-395 (2018).
[8] Mitre J.F., Lage P.L., Souza M.A., Silva E., Barca L.F., Moraes A.O., Coutinho R.C., Fonseca E.F., Droplet Breakage and Coalescence Models for the Flow of Water-in-Oil Emulsions through a Valve-Like Element. Chemical Engineering Research and Design, 92: 2493-2508 (2014).
[9] Zhang L., He G., Ye D., Zhan N., Guo, Yongsheng., Fang, Wenjun., Methacrylated Hyperbranched Polyglycerol as a Novel High-efficient Demulsifier for Oil-in-Water Emulsions, Energy Fuels, 30(11): 9939-9946 (2016).
[10] Sterling M.C., Bonner J.S., Page C.A., Fuller C.B., Ernest A.N.S., Autenrieth R.L., Modeling Crude Oil Droplet – Sediment Aggregation in Nearshore Waters, Environmental Science Technology., 38: 4627-4650 (2004).
[11] Attarakih M.M., Bart H.J., Faqir N.M., Numerical Solution of the Spatially Distributed Population Balance Equation Describing the Hydrodynamics of Interacting Liquid-Liquid Dispersion, Chemical Engineering Science., 59: 2567-2585 (2004).
[12] Jeelani S.A.K., Hartland S., Effect of Dispersion Properties on the Separation of Batch Liquid-Liquid Dispersions, Industrial & Engineering Chemistry Research, 37: 547-565 (1998).
[13] Cunha R.E.P., Fortuny M., Dariva C., Santos A.F., Mathematical Modeling of the Destabilization of Crude Oil Emulsions Using Population Balance Equation, Industrial & Engineering Chemistry Research, 47: 7094-7103 (2008).
[14] Nopens I., Biggs C.A., De Clercq B., Govoreanu R., Wilén B.M., Lant P., Vanrolleghem P.A., Modelling the Activated Sludge Flocculation Process Combining Laser Light Diffraction Particle Sizing and Population Balance Modelling (PBM), Water Science and Technology, 45(6): 41–49 (2002).
[16] Nasiri, H. GH., Mosavian, M. T., Kadkhodaee, R., Demulsification of Gas Oil/Water Emulsion via High-Intensity Ultrasonic Standing Wave, Journal of Dispersion Science and Technology, 34(4): 483-489 (2013).