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

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی گاز 

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

دانشگاه شیراز 

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی گاز

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

 

اساتید راهنما :

دکتر محمود مشفقیان

دکتر سید شهاب الدین آیت الهی

بهمن ماه 1390

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب

 

 

عنوان                                                   صفحه

 

فصل یک

مقدمه. ….. 2

 

فصل دو

اهمیت رسوب واکس

2-1- مشکلات رسوب واکس.. 5

2-2- توصیف واکس.. 7

2-2-1 – تبلور واکس.. 7

2-2-2- رسوب واکس(wax deposition) 8

2-3- ماهیت واکس.. 11

2-4- عوامل موثر در تشکیل رسوب واکس.. 19

 

فصل سه

تئوری های واکس

3-1- تئوری هیدرودینامیکی واکس.. 24

3-1-1 نفوذ مولکولی.. 25

3-1-2- نفوذ براونین.. 25

3-1-3- پراکندگی برشی.. 26

3-1-4- نشست گرانشی.. 26

3-1-۵- ورقه ورقه شدن رسوبات واکسی.. 27

3-2- مدل دینامیکی رسوب.. 27

3-3- رسوب پارافین در سیستم های جریان تکفازی.. 29

3-4- رسوب پارافین در سیستم های جریان چند فازی.. 30

3-4-1-اثر ترکیب سیال.. 32

3-4-2- اثر الگوی جریان.. 32

3-5- مروری بر روش های ته نشینی واکس.. 34

3-5-1- معرفی مدل ریگ، رایدال و رونینگسن.. 34

3-5-2- مدل متزین(Matzain) 37

3-5-3- مدل هیدرو(Hydro) 40

3-5-4- مدل دانشگاه میشیگان(University of Michigan Model) 42

3-6- شبیه سازی واکس توسط نرم افزار الگا(OLGA) 43

3-7- پارامترهای واکس.. 44

 

فصل چهار

تئوری های مختلف تعادل ترمودینامیکی رسوب واکس

4-1- تعادل فازی.. 48

4-2- بررسی ترمودینامیکی تشکیل رسوبات واکس.. 53

4-2-1 مدل لیرا-گالنا.. 54

4-2-2-مدل اریکسون.. 55

4-2-3-مدل پدرسن و مدل های تصحیح شده ی آن.. 55

4-2-4-مدل وُن.. 56

4-2-5-مدل کوتینیو.. 56

4-3-بررسی تفصیلی مدل های ارائه شده.. 57

4-4- ترمودینامیک تعادل بخار،مایع و جامد.. 64

 

فصل پنج

پیشینه ی تحقیق

مقدمه.. 67

5-1- پیشینه ی تحقیق.. 67

 

فصل شش

انجام کار

مقدمه.. 74

6-1-مدل وُون(Won’s model) 74

6-1-1-فرضیات مدل وُن.. 74

6-2- توصیف مدل وون(وون 1986).. 75

6-3-مدل پدرسن(Pedersen ) 80

6-3-1- مفروضات مدل پدرسن.. 82

6-3-2- توصیف مدل پدرسن.. 83

6-4- محاسبات جداسازی آنی سه فازی.. 86

6-5- ارائه الگوریتم.. 88

6-5-1- محاسبات جداسازی آنی دو فازی.. 88

6-5-2 مقادیر حدس اولیه ی …… 89

6-5-3- محاسبات جداسازی آنی دو فازی با استفاده از مدل وون   90

6-5-4- محاسبات جداسازی آنی 3 فازی.. 91

6-5-5- محاسبات تعادل سه فازی.. 95

6-6- اصلاح مدل وون.. 96

6-6-1- مفروضات مدل اصلاح شده.. 97

6-6-2- مدل اصلاح شده وون.. 98

6-6-3- روش حل برای استفاده از مدل اصلاح شده وون.. 103

6-7- محاسبات دینامیکی مدل ارائه شده.. 104

6-7-1-تغییر متغیر.. 114

6-8- مشخصه هپتان.. 116

6-8-1- ضریب شکست نور.. 117

6-8-2-ثابت گرانروی ثقلی.. 118

6-8-3- روش ریاضی-دابرت جهت تعیین مشخصه هپتان در محاسبات جداسازی آنی سه فازی                 119

6-8-4-خواص بحرانی و ضریب بی مرکزی.. 121

6-9- بررسی اثر حضور آب بر دمای تشکیل واکس.. 123

6-9-1-شرح برنامه نویسی.. 124

 

فصل هفت

نتایج

7-1- بهینه سازی مدل وُون.. 129

7-2- پیش بینی محاسبات حاصل از جداسازی آنی سه فازی.. 137

7-3- شرح نتایج بررسی اثر حضور آب بر روی دمای تشکیل واکس.. 142

7-4- نتایج حاصل از مدلسازی دینامیکی جریان.. 148

 

فصل هشت

نتیجه گیری و پیشنهادات

8-1- نتیجه گیری.. 155

پیشنهادات……………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 158

 

فهرست منابع.. 160

 

پیوست ها

پیوست (1)……………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 172

پیوست (2)……………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 175

 

 

 

 

 

 

فهرست جدول ها

 

 

عنوان                                                   صفحه

 

جدول 2-1: خواص فیزیکی و شیمیایی واکس های پارافینی-میکروکریستال و پترولاتوم،   10

جدول 2-2: ترکیب درصد و خواص گروه های تشکیل دهنده واکس.. 14

جدول 2-3 :نقاط شناخته شده و تعریف شده در گذار فازهای مواد نفتی   22

جدول 6-1: ثابت های معادله ی 6-22.. 82

جدول 7-1: ترکیب اجزاء نفت.. 130

جدول 7-2: اجزاء نفت استفاده شده در جداسازی آنی سه فازی.. 138

جدول 7-3: جدول 1: نفت شماره 2 هوآن کوآن و همکاران... 141

جدول 7-4: دمای تجربی تشکیل واکس برای [(1-x)nC14+xnC16]... 143

جدول 7-5: نتایج مدل جدیدبر مبنای محاسبه ضرایب فعالیت NRTL برای فاز مایع و UNIQUAC  برای فاز جامد(16C14C).. 144

جدول 7-6: دمای تجربی تشکیل واکس برای[(1-x)nC14+xnC15]... 145

جدول 7-7: نتایج مدل جدیدبر مبنای محاسبه ضرایب فعالیت NRTL برای فاز مایع و UNIQUAC  برای فاز جامد(15C14C).. 145

 

 

فهرست شکل ها

 

 

عنوان                                                   صفحه

 

شکل 2-1- شدت رسوب واکس.. 6

شکل 2-2- نمونه های مولکول های تشکیل دهنده واکس.. 13

شکل 2-3- نحوه تشخیص دمای تشکیل.. 15

شکل 2-4- نمودار فازی دما-فشار برای رسوب واکس محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel 16

شکل 2-5- نمودار فشار-دما-ترکیب برای یک نمونه رسوب واکس، محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel،.. 17

شکل 2-6- یک نمونه از نمودار فازی نفت که ممکن است انواع انتقال فازها را تجربه کند.. 21

شکل 4-1- اختلاف پتانسیل شیمیایی جزء خالص i. 49

شکل 4-2- دسته بندی مدلهای ترسیب واکس.. 54

شکل 4-3- مدل چند جامدی ارائه شده توسط لیرا گالنا و فیروزآبادی   58

شکل 6-1- تعادل جامد-مایع در مدل وون.. 75

شکل 6-2- تعادل جامد-مایع پدرسن.. 83

شکل 6-3- جداسازی آنی 3 فازی.. 86

شکل 6-4- حلالیت food grade wax در حلال.. 115

شکل 6-5- مشکل تجمیع کردن.. 117

شکل 6-6- میزان کیفی سه فاز در حال تعادل در فرآیند تشکیل واکس   124

شکل 7-1- درصد واکس رسوب کرده بر حسب تابعیت دما برای نفت سیستمA   131

شکل7-2-مقایسه میزان درصد واکس برای سیستم A حاصل از مدل اصلاح شده و مدل های دیگر.. 132

شکل 7-3- میزان درصد واکس نفت B بر حسب دما.. 133

شکل 7-4- مقایسه میزان درصد واکس نفت B از مدل های مختلف.. 134

شکل 7-5- میزان درصد رسوب در دما های مختلف برای نفت سیستم C   135

شکل 7-6- مقایسه درصد رسوب واکس نفت C بر حسب دما برای مدل های مختلف   136

شکل 7-7- مقایسه پیش بینی حاصل از معادلات حالت PR و  SRK.. 139

شکل 7-8- مقایسه پیش بینی حاصل از معادلات PR و ER.. 140

شکل 7-9- محاسبات میزان واکس رسوب کرده و فازهای موجود بر حسب دما   142

شکل 7-10-تغییرات در دمای تشکیل واکس با کسر مولی گلیکول در فاز آبی در کسرهای مولی مختلف C14برای حداکثر آب در نظر گرفته شده در کنار فاز آلی   146

شکل 7-11-تغییرات در دمای تشکیل واکس بر حسب میزان فاز آبی برای کسر مولی های مختلف C14 در فاز آلی (این اختلاف دما، اختلاف دمای تشکیل واکس در شرایط معلوم و حداقل حضور فاز آبی است.).. 147

شکل7-12-تغییرات در حلالیت گلیکول در فاز آلی نسبت به میزان حداقل فاز آبی بر حسب مقدار فاز آبی برای کسر مولی های مختلف C14 در فاز آلی   148

شکل7-13-میزان نهایی آلفا(aspect ratio) برای کریستال های واکس در لایه ژل رسوب کرده به عنوان تابعی از شدت جریان و دمای دیواره.. 149

شکل7-14-تأثیرات دما بر روی ضخامت لایه رسوب برای540 Re=، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران.. 150

شکل7-15-تأثیر نرخ جریان بر روی ضخامت لایه برای دمای دیواره 3/8 سانتی گراد، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران   150

شکل7-16-تأثیر نرخ جریان بر روی ضخامت لایه برای دمای دیواره 3/8 سانتی گراد، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران   151

شکل 7-17-مقادیر آلفا برای دماهای مختلف دیواره جهت بهینه سازی نتایج کار حاضر   152

شکل7-18-نتایج مدلسازی پس از انجام بهینه سازی مقادیر آلفا و در نظر گرفتن انتقال حرارت با محیط.. 153

 

 

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، چاههای 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 راههای بررسی این پدیده است.[1-6

اهمیت رسوب واکس

 

2-1- 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 2-1).

مسائل فنی در ارتباط با رسوب موم عبارتند از :

کاهش تراوایی و آسیب سازند زمانی که در چاه و اطراف آن رخ می دهد.

کاهش در قطر داخلی و نهایتاً بسته شدن لوله های تولید جریان.

تغییرات در ترکیب مایع مخزن و رئولوژی مایع به علت جدایی فازها بواسطه ی رسوب  ماده جامد رسوب واکس.

فشار اضافی وارده برای پمپاژ بر تجهیزات برای جبران افت فشار در امتداد خط جریان در نتیجه ی تغییرات رئولوژیکی به جهت شروع به تبلور واکس.

از این رو، کنترل رسوب واکس ضروری است. برای پرداختن به موضوع رسوب واکس، سه پدیده ی مهم در نظر گرفته می شود : تشکیل رسوب واکس، نشست پویای واکس و انتقال حرارت از چاه. انسداد واکسی، که از رسوب واکس به دست آمده، ژلی است که حاوی بلورهای واکس جامد و مایع به دام افتاده.[7] رسوب واکس پدیده ی ترمودینامیکی است که منجر به رسوب بلورهای واکس جامد می شود. رسوب پویا ی واکس پدیده ای که در آن یک ژل با بلورهای واکس و مایع تشکیل شده، می باشد. رسوب واکس به منظور توسعه راه حل های کنترل رسوب موم در چاه باید دقیقاً توصیف گردد.

واکس یک اصطلاح کلی است برای توصیف تمام انواع ماده جامد که رسوب کرده اند و یا در طی سرد یا گرم شدن در محلول حل شده اند، بکار می رود.درجه حرارت ظاهر شدن واکس(WAT) درجه حرارتی است که در آن بلور واکس برای اولین بار دیده می شود؛ آن را نیز نقطه ابری شدن می نامند.دمای تشکیل واکس نفت مخزن ذخیره (STO) با استفاده از Cross polar microscopy اندازه گیری شده و برای  نفت زنده live oil)) از high pressure cross polar microscopy استفاده می گردد.درجه حرارتی که در آن تمام بلورهای واکس به درون نفت برمی گردند به عنوان درجه حرارت انحلال واکس شناخته می شود (Wax Dissolution Temperature). دمای انحلال واکس معمولا بالاتر از دمای تشکیل واکس می باشد.

رسوب واکس در طول تولید نفت خام پارافینی و حمل و نقل آن، یکی از جدی ترین مشکلات در عملیات پایین دستی  و بالا دستی است که با آن مواجه هستند. این رسوبات به طور عمده توسط نرمال پارافین ها (آلکان ها ی خطی) و مقدار کمی از پارافین شاخه دار و همچنین ترکیبات آروماتیک تشکیل می شود. نفتن ها (حلقوی ها) و پارافین های با زنجیره بلند نیز به تشکیل واکس میکروکریستالی کمک نموده و تأثیر قابل توجهی در الگوهای رشد میکروکریستال ها دارد. تعداد مولکول کربن پارافین ها ی موجود در لایه رسوب واکس از 15 اتم به بالاتر شناخته شده است. وقتی رسوب واکس شکل گرفت، به شکل کریستال خوشه ای است، که تشکیل یک ساختار کریستالی می دهد. کریستالی ذاتاً ترمو-پلاستیک بوده و می تواند به صورت جامد و یا مایع در محلول، بسته به درجه حرارت و شرایط فشار نفت خام وجود داشته باشد. تکنیک های پیشرفته تحلیلی این امکان را بوجود آورده اند تا 160 اتم کربن در این رسوبات تشخیص داده شود.

تعداد صفحه : 215

قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09199970560        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

شماره کارت :  6037997263131360 بانک ملی به نام محمد علی رودسرابی

11

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید