دوره 1391، شماره 92 - ( 8-1391 )                   جلد 1391 شماره 92 صفحات 36-39 | برگشت به فهرست نسخه ها

XML Print


Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:

افتاری محمد. تأمین انرژی فرایند نمک زدایی از نفت خام با بهره گیری از استخر خورشیدی. ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز. 1391; 1391 (92) :36-39

URL: http://ekteshaf.nioc.ir:80/article-1-192-fa.html


کارشناسی ارشد مهندسی مکانيک تبديل انرژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب
چکیده:   (4963 مشاهده)
نمک زدایی، اولین مرحله در پالایش نفت خام است که در این فرایند ترکیبات نامطلوب قبل از ورود به واحد اصلی از نفت خام تفکیک می شوند. عمل اصلی یک دستگاه نمک زدا1 تفکیک نمک و آب از نفت خام است. علاوه بر نمک و آب باید دیگر مواد زائد موجود در نفت، همچون گل و لای، زنگ و... نیز جدا شوند؛ زیرا این مواد می توانند باعث خوردگی و خرابی دستگاه، جرم گرفتگی و خوردگی لوله ها، تأسیسات، پمپ ها و سایر تجهیزات فرآیند شوند. همچنین قطرات پراکندۀ آب نمک در نفت خام، اثر کاتالیست ها را خنثی می کند. جداسازی امولسیون آب در نفت از نظر صنعتی و همچنین حفظ محیط زیست بسیار اهمیت دارد. دستگاه نمک زدا اصلی ترین منبع فاضلاب در یک پالایشگاه است؛ بنابراین ازبین بردن آب و نمک معلق از نفت خام دلایل تجاری دارد. جداسازی آب و نمک از نفت خام، نیازمند انرژی است که می توان آن را با استفاده از استخرهای خورشیدی تأمین کرد. اساس کار یک استخر خورشیدی که برای ذخیره سازی انرژی خورشیدی استفاده می شود، یک ناحیۀ گرادیانی- چگالی پایدار است که روی ناحیۀ چگالی ذخیره ساز که از نظر شوری و دما یکنواخت است (لایۀ آمیخته)، قرار می گیرد. این ناحیۀ گرادیانی از حرکات همرفتی که باعث انتقال انرژی به طرف سطح استخر و اتلاف آن می شود، جلوگیری می کند و باعث ذخیره شدن این انرژی در لایۀ ذخیره ساز کف استخر می شود و به این ترتیب می توان از این انرژی ذخیره شدۀ خورشیدی استفاده کرد. فرآیند نمک زدایی از نفت خام نفت خامی که از چاه های نفت استخراج می شود، به خصوص در مواقع برداشت از قسمت انتهایی ظرفیت موجود در چاه های نفت، بیش تر مقداری آب نمک به صورت ذرات پراکنده دارد که این مقدار با نزدیک شدن به عمق چاه بیشتر می شود. اطراف این ذرات پراکنده (آب)، فاز پیوسته نفت حلقه زده است که به این مخلوط، امولسیون «آب در نفت» گفته می شود. بیشتر نفت خام های کلریدهای سدیم و منیزیم، اندکی سولفات، سلیس و اکسیدهای آهن دارند. تقریباً در همۀ پالایشگاه ها به نمک گیری از نفت خام اقدام می شود. به طورعام برای نمک زدایی لازم است، به طریقی ذرات آب نمک را در مجاور هم قرار داد و به صورت ذرات بزرگ تر که قابلیت ته نشین شدن دارند، درآورد و درنهایت با توجه اینکه آب به دلیل سنگینی در مقایسه با نفت در زیر نفت جمع می شود، نفت را از آب جدا کرد. این امر با روش های مختلف صورت می گیرد و استفاده از مواد شیمیایی نیز امری الزامی است. عمومی ترین روش جداسازی آب و نمک، حرارت دادن به نفت است؛ سپس با امولسیون کردن نفت خام با مواد شیمیایی و تزریق آب، مواد زائد را از نفت خام جدا می کنند. افزودن مواد شیمیایی، به خصوص باعث می شود ذرات آب با یکدیگر، جمع و آنقدر بزرگ شوند که بتوانند در مخلوط آب و نفت رسوب کنند، نمک ها در آب شستشودهنده حل می شود، سپس در مخزن جداکننده، آب و نفت از هم جدا می شوند. این جداشدن یا بر اثر افزودن مواد شیمیایی شکننده امولسیون صورت می گیرد یا با ایجاد یک میدان الکتریکی با پتانسیل بالا. در فرآیند نمک گیری ابتدا نفت برای اینکه به سطح ویسکوزیته مطلوب برسد با استفاده از مبدل های گرمایی که گرمای موردنیاز خود را از استخر خورشیدی تأمین می کنند، گرم و بعد درجۀ حرارت با فشار بخار مادۀ خام مصرفی محدود می شود. مقدار درصد آب شستشو که با کنتور اندازه گیری می شود و در جلو دستگاه قرار دارد، عاملی است که به حل شدن نمک ها و رسوب ها کمک می کند. درصد آب مصرفی شستشودهنده و دمای عملیات به چگالی نفت خام بستگی دارد که در جدول1 آمده ا ست. یادآور می شود، مطالب ذکرشده جنبۀ عمومی و کلی دارد و عملیات مربوط به نمک زدایی و نحوۀ طراحی کارخانه های مربوطه بسیار گسترده است، اما به طورعام می توان گفت، همۀ این عملیات دو مرحله دارد، آبگیری و نمک زدایی که در این فرآیند انرژی موردنیاز خود را از انرژی خورشیدی و با بهره گیری از استخرهای خورشیدی تأمین می کند. با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران و همچنین قرارگیری بیشتر مناطق نفتخیز کشور در معرض نور بسیار عالی خورشید، می توان از این نعمت خدادادی به نحو بسیارخوبی حتی در حوزه های مختلف پالایش نفت که در اینجا فقط به فرایند نمک زدایی آن اشاره شد، استفاده و بدین ترتیب می توان در میادین انرژی نیز در مصرف انرژی صرفه جویی کرد و از انرژی های نو، به ویژه انرژی رایگان خورشید، بهرۀ کافی برد. در ادامه به روش عملکرد سیستم های استخر خورشیدی که موضوع این مقاله است، پرداخته و مشخصات آن نیز تبیین می شود. استخر خورشیدی فنّاوری استخرهای خورشیدی یکی از روش های نسبتاً سادۀ استفاده از انرژی خورشیدی است که برای ذخیره و استفاده از انرژی های گرمایی خورشید ابداع شده و کاربردهای متنوعی دارد. برای اولین بار در 1958، ئگنر ردلف بلوخ و دکتر هری تابور طرح یک استخر خورشیدی آب نمک صنعتی را تهیه کردند و این فنّاوری قابل اجرا شد. لوسین برونیکی، توربین حرارت پایین از گازهای آلی را ابداع و در 1965 شرکتی را برای ساخت و فروش این گونه توربین ها تأسیس کرد. با این توربین بود که گرفتن انرژی از استخرهای خورشیدی امکان پذیر شد؛ به طوری که در 1981، 3000 دستگاه آن در 43 کشور جهان در سخت ترین شرایط بدون مشکل کار کرده اند، برای نمونه شرکت نفت آلاسکا تاکنون حدود 30میلیون ساعت بهره برداری کرده است. شرکت برونیکی و بنیاد تحقیقات علوم امریکا موفق شدند با همکاری یکدیگر اولین نیروگاه آزمایشی استخرهای خورشیدی آب نمک (Ein Bokek pilot plant) را بسازند. در 1975 نیز گروه تحقیقاتی پروفسور هاوارد بریانت، توانست در دانشگاه نیومکزیکو اولین نمونۀ استخرهای آب نمک خورشیدی دو لایه را بسازد که استخری بود، به قطر 15متر و به عمق 5/2متر در عمیق ترین نقطه. برای جمع آوری انرژی خورشیدی بیشتر، دیواره های این استخر زاویۀ 34درجه با افق دارند. در استخر گروه بریانت، درحالی که تغییر درجۀ حرارت در لایۀ زیرین استخر کمتر از 5/1درجۀ سانتی گراد بود، اختلاف درجۀ حرارت محیط در هوای خارج 15درجۀ سانتی گراد در شبانه روز را نشان می داد. بررسی ها و مطالعات این گروه نشان داد، حتی اگر یک هفته هم بر اثر ابری بودن هوا، آفتاب به استخر نتابد باز هم حرارت کف استخر ثابت می ماند، حتی وقتی روی استخر برای مدت دو هفته یخ بست، حرارت طبقات زیرین در شبانه روز فقط 4/0درجۀ سانتی گراد تغییر می کرد. با اخذ حرارت از استخر ابداعی گروه تحقیقاتی پروفسور بریانت، این امکان پیدا شد که نیازهای گرمایشی یک خانه با 185مترمربع زیربنا (قابل استفاده برای یک خانوادۀ پنج نفری) برآورده شود. دمای کف استخر به 5/106درجۀ سانتی گراد نیز رسید که برای پخت وپز استفاده می شد. در انگلستان آزمایش مشابهی شد و نشان داد گرمای موردنیاز ساختمانی با همان زیربنا را می توان به راحتی تأمین کرد. براساس نظر بریانت، هزینۀ حرارت تولیدی از استخر آب نمک با هزینۀ کیلووات ساعت انرژی حاصل از گاز یکسان بود. اصولاً دوگونه استخر خورشیدی آب نمک دارد: دو لایه ای و چند لایه ای. اگر آب یک استخر (یا دریاچه کوچک) شور و بی حرکت باشد و مدت ها مقابل آفتاب قرار گیرد، ازآنجاکه تبخیر به طورمداوم جریان دارد، به تدریج لایه ای از آب گرم پررنگ تر (غلیظ تر) در سطح استخر تشکیل می شود. که به دلیل وزن خود به آهستگی به طرف پایین حرکت می کند و در ته استخر جمع می شود. اگر قطر لایۀ اخیر آب که گرم تر و شورتر است به 1متر برسد و به نحوی از میل طبیعی آن که صعود به طرف بالاست، جلوگیری شود تا این لایه در جای خود ثابت بماند، منبع خوبی برای ذخیرۀ حرارت فراهم خواهد کرد. بنابراین استخرهای دو لایه به این دلیل چنین نامیده می شوند که دو لایۀ آب نمک در آنها، تشکیل و لایه با غلظت کمتر در بالا و لایه با غلظت بیشتر در پایین در ته استخر جمع می شود. این استخرهای آب نمکی حتی در روزهای ابری نیز قادر به کار خواهند بود. استخر آب نمک دولایه ای درواقع تقلیدی است از طبیعت؛ این گونه استخرها را می توان در نقاط مختلف کرۀ زمین مشاهده کرد، ازجمله دریاچۀ مدوه در مجارستان، دریاچۀ ایلات در فلسطین، دریاچۀ اورویل در واشنگتن، دریاچۀ آنتیل در ونزوئلا، دریاچه های ارومیه، بختگان، هامون و سواحل خلیج فارس. بعضی از این استخرهای خورشیدی طبیعی می توانند تا 70درجۀ سانتی گراد نیز گرم شوند، اما درجۀ حرارت طبقۀ ذخیره (لایۀ پایینی) که از آن بهره برداری می کنند، معمولاً حدود 80 تا 90درجۀ سانتی گراد باقی می ماند. البته حرارت طبقۀ سنگین و داغ استخرهای خورشیدی ساخت دست بشر به درجۀ آب جوش و حتی به دلیل املاح و نمک به بیشتر از آن هم می رسد؛ درحالی که درجۀ حرارت آب روی استخر به حدود 25درجۀ سانتی گراد در موقع کار استخر باقی می ماند. در نوع چند لایۀ این گونه استخرها، چند لایه آب و نمک با غلظت های متغیر بوجود می آیند و به این ترتیب از خروج جریان های همرفت با اختلاف غلظت لایه های آب نمکی جلوگیری می شود. در پایین ترین لایه، غلظت نمک محلول که می تواند نمک طعام معمولی یا نیترات پتاسیم باشد، با درصدی خاص شروع می شود و به تدریج کاهش می یابد تا آنکه لایۀ بالایی و آخری با آب بدون نمک پوشانده شود. در تجربۀ گروه پروفسور بریانت، غلظت پایین ترین لایه 15درصد بود و به تدریج حدود یک درصد در هر لایه از آن کاسته می شد. در این استخرها، آب در سه ناحیه با افزایش شوری ذخیره می شود. حداکثر شوری در ناحیۀ بالایی استخر خورشیدی، در حدود شوری آب دریاست. ضخامت این ناحیه هر چه کمتر باشد عملکرد حرارتی استخر بهتر می شود، اما به هرحال پیدایش این ناحیه، به دلیل عواملی از قبیل اختلاط سطحی ناشی از وزش باد یا انتقال نمک از لایۀ زیرین به سطح استخر خورشیدی، اجتناب ناپذیر است. ضخامت معمول لایۀ سطحی حدود 10 تا 30 سانتی متر است که در «شرایط حفاظت نشده» به 5/0متر و بیشتر هم می رسد در لایۀ سطحی، به دلیل یکنواختی دانسیته، حرکت همرفتی در عمق صورت می پذیرد. در ناحیۀ وسط چگالی آب، به طورشبه خطی، با عمق افزایش پیدا می کند تا به حداکثر مقدار خود برسد. به دلیل افزایش چگالی حرکت همرفتی در این ناحیه امکان ندارد. عمق این لایه حدود 1 تا 5/1متر است. در لایۀ زیرین که سنگین ترین ناحیۀ استخر خورشیدی است، چگالی آب نمک نسبتاً یکنواخت و در حد نزدیک به اشباع است؛ بنابراین، در ناحیۀ اخیر، حرکت همرفتی صورت می پذیرد. ضخامت این ناحیه متغیر است و بسته به نیاز تا 2متر هم می رسد. استخرهای خورشیدی آب نمک نیز همانند دیگر منابع انرژی مشکلات خاص خود را دارند ازجمله: 1- استخرهای خورشیدی معمولاً برای گرم شدن تا درجۀ حرارت موردنظر باید چندین هفته در معرض نور خورشید باشند. این استخرها در مقابل تغییرات شبانه روزی حرارت خورشید عکس العمل قابل ملاحظه ای نشان نمی دهند، اما اگر در نقاطی چندین هفته هوا ابری باشد و درجۀ حرارت هم پایین، مشکلاتی برای کار آن پدید می آید. 2- پرکردن استخرهای چند لایه، به صبر و آرامش عمل نیاز دارد تا آنکه غلظت طبقات به طورمجزا تشکیل شود. 3- تیره شدن آب استخر بر اثر گیاهان آبزی یا کثیف شدن آب. 4- مخلوط شدن آب های سطح استخر بر اثر باد، امواج و حتی غلیان سطوح پایینی. 5- تبخیر سطحی زیاد بر اثر تغلیظ شدید آب در سطح استخر و از دست رفتن حرارت. 6- اغتشاش غلظت آب های ذخیره بر اثر استخراج حرارت. 7- نیاز به مکانیزم  های کنترل غلظت و درجۀ حرارت. 8- تولید گاز در زمین زیر استخر و بالاآمدن گازها. 9- نفود آب های زیرزمینی به داخل استخر. 10- مسئلۀ انتخاب زمین هایی که به پوشش بتونی احتیاج نداشته باشند یا انتخاب پوشش بتونی مناسب. 11- امکان شکستگی کف بتونی و ازدست رفتن آب استخر و روش پیداکردن محل آن. 12- انتخاب لوله های مناسب برای بیرون آوردن حرارت از طبقۀ ذخیرۀ گرما. در ایران نیز پروژۀ استخر خورشیدی بررسی شده و کارهای متعددی که بیشتر جنبۀ تحقیقاتی داشته است، انجام شده که می توان به این موارد اشاره کرد: - استخر خورشیدی کوچک با گرادیان نمک با مساحت متوسط 8/1مترمربع در دانشکدۀ ژئوفیزیک دانشگاه تهران - استخر خورشیدی با گرادیان نمک به عمق 08/1متر و به مساحت 4مترمربع در دانشگاه فردوسی مشهد که در شکل5 نمودار تغییرات درجۀ حرارت لایه های زیرین، سطحی و درجۀ حرارت محیط در شبانه روز در این استخر آمده است. پیشنهاد امکانات و مزایای طبیعی در ایران همچون شدت بالای تابش آفتاب، وجود نمک و آب شور فراوان و ارزان و میزان تبخیر پایین و زمین رایگان در بسیاری از مناطق در جزایر و سواحل جنوب یا کویرها و حواشی آنها که بیشتر مناطق نفتخیر ایران را شامل می شود، سبب شده است ایران جزو کشورهایی باشد که پتانسیل خوبی برای اجرای پروژۀ استخر خورشیدی دارند؛ بنابراین با توسعه و گسترش صنعت انرژی های نو باید هر چه سریع تر کاربرد این نوع کلکتورهای خورشیدی را برای تأمین گرمایش و انرژی موردنیاز در صنایع نفت و پتروشیمی و پالایش آغاز کرد.
متن کامل [PDF 928 kb]   (852 دریافت)    
نوع مطالعه: كاربردي | موضوع مقاله: مخزن
دریافت: ۱۳۹۲/۸/۲۶ | پذیرش: ۱۳۹۲/۹/۲۴ | انتشار: ۱۳۹۲/۹/۲۴

ارسال نظر درباره این مقاله : نام کاربری یا پست الکترونیک شما:
CAPTCHA code

کلیه حقوق این وب سایت متعلق به ماهنامه علمی- ترویجی اکتشاف و تولید نفت و گاز می باشد.

طراحی و برنامه نویسی : یکتاوب افزار شرق

© 2018 All Rights Reserved | Journal of Exploration & Production Oil & Gas

Designed & Developed by : Yektaweb

تحت نظارت وف ایرانی