مواد شیمیایی در بهسازی آب (قسمت اول)

2 سال پیش

مواد شیمیایی در بهسازی آب:

مواد شیمیایی نقش مهمی را در تولید نفت بازی می کند. این مواد به جداسازی نفت، آب و گاز از هم و انتقال مایعات کمک می کند، از تجهیزات بهسازی مراقبت می کند و کیفیت گاز، نفت و آب را به صورت جداگانه بهبود می بخشد.

 

گروه های مواد شیمیایی:

در بهسازی آب، مواد شیمیایی به تولید آب مناسب برای تخلیه و تزریق کمک می کنند. محدوده ی وسیعی از برای بهسازی آب در دسترس است.

یک بسته مواد شیمیایی- تزریق حاوی تعداد زیادی مواد شیمیایی است که به بخار آب وارد می شود تا فرآیند بهبود را بهینه کند. در بسیاری از کارها، هر بخار ماده شیمیایی- تزریق با دو پمپ جداگانه تجهیز شده است که هر کدام از آن ها دارای ظرفیت ۱۰۰% می باشند:

  • یک پمپ وظیفه
  • یک پمپ استراحت

ظرفیت مخزن ذخیره سازی طوری طراحی شده است که دستگاه بتواند برای چند روز بدون پر کردن مجدد کار کند. مواد سازنده ی مخزن می تواند هر کدام از مواد زیر باشد:

  • استیل کربن
  • استیل ضد زنگ
  • دیگر مواد مقاوم در برابر خوردگی مواد شیمیایی ذخیره شونده

سرعت و نقاط تزریق متداول برای گروه های اصلی مواد شیمیایی در جدول ۱ نشان داده شده است. این سرعت ها دستورالعمل هایی برای براورد کردن پمپ های تزریق و ظرفیت مخزن مواد شیمیایی فراهم می آورد.

Vol3_Page_171_Image_0001 مواد شیمیایی در بهسازی آب (قسمت اول)

شفاف سازی آب:

منظور از شفاف سازی آب بهبود کیفیت آب جهت دستیابی به تخلیه و تزریق بهتر است. مواد شیمیایی در شفاف سازی آب به انعقاد و لخته سازی نفت و ذرات جامد به اجزای بزرگتر برای افزایش جداسازی آن ها از آب کمک می کنند.

 

مزایای افزایش حذف ذرات معلق:

افزایش سایز ذرات جامد یا قطرات به مقدار زیادی کارایی حذف این دستگاه ها را افزایش می دهد:

  • مخازن کف گیری
  • هیدروسایکلون ها
  • فیلتر ها
  • سانتریفیوژها

مواد شیمیایی پرکاربرد در شفاف سازی آب به دسته ی کواگولانت های معدنی یا پلی الکترولیت ها تعلق می گیرند، اما پلی الکترولیت ها معمولا به صورت کواگولانت ثانویه و کمک کننده تصفیه به کار می روند.

اغلب کواگولانت های معدنی و پلی الکترولیت ها قادر به حل شدن و یونیزه شدن در آب هستند. یون های باردار موجود در آن ها ذرات روغن و ذرات جامد با بار مخالف را جذب می کنند. قطرات روغن با عمل انعقاد و اجزای جامد نیز با تشکیل توده رشد می کنند. قطرات بزرگتر روغن و توده های بزرگتر مواد جامد راحت تر قابل جداسازی هستند. جداسازی ذرات از آب از قانون “استوک” پیروی  می کند که در آن ذرات بزرگتر بسیار سریع تر از آب قابل جداسازی هستند.

 

کواگولانت های معدنی:

  • آلومینیوم
  • آهن
  • نمک های مس

به جز در مورد سدیم آلومینات، اغلب کواگولانت های رایج آلومینیوم و آهن نمک های اسیدی هستند و نیاز به تنظیم pH جهت دستیابی به بهترین محدوده عملیاتی دارند. به عنوان مثال، کواگولانت های آلومینیوم به pH بین ۶ تا ۷ احتیاج دارند، در حالی که نمک های آهن در محدوده pH 5 تا ۱۱ موثر واقع می شوند. این مواد شیمیایی در افزایش دادن انعقاد روغن و ذرات جامد بسیار مؤثر هستند؛ اگر چه، استفاده بیش از حد یا کاربرد نامناسب از این مواد شیمیایی رسوبات ژل مانند نامطلوبی بر جا می گذارد و در بعضی موارد باعث خرابی تجهیزات نظارت و کنترل می شود. کواگولانت های معدنی یا با وزن مولکولی کم در محدوده ی ۱۰ تا ۴۵ ppm مؤثر خواهند بود.

 

نمک آهن:

سولفات آهن می تواند به صورت کواگولانت مورد استفاده قرار بگیرد. اندازه بزرگ کاتیون Fe3+، پایداری کلویید را از بین می برد و بهترین اشکال جامد با به دام افتادن توسط رسوب هیدروکسید آهن تشکیل می شود. در واکنش کلی، سولفات آهن یون های بی کربنات را مصرف می کند و می تواند در مقادیر زیاد باعث کاهش pH شود.

 

پلی الکترولیت:

پلی الکترولیت ها به همه ی پلیمر های آلی محلول در آب گفته می شود. پلی الکترولیت ها مولکول های دراز زنجیر هستند که اغلب آن ها را پلی آمید ها و پلی آکریل آمید ها تشکیل می دهند. اندازه زنجیر و بار پلی الکترولیت ها کلویید ها را ناپایدار می کند و باعث تجمع رسوب می گردد. در بهسازی آب، عبارت “پلی الکترولیت” عموما به دو نوع ماده شیمیایی اشاره می کند:

  • اولین نوع، کواگولانت پلیمری اصلی است؛ این مواد شیمیایی کاتیونی هستند و وزن مولکولی کمی دارند (<500,000)
  • نوع دیگر پلی الکترولیت فلوکولانت پلیمری یا کمک انعقاد است که ممکن است انیونی، کاتیونی یا حتی خنثی باشد. نوعا وزن مولکولی ممکن است بیش از ۲۰,۰۰۰,۰۰۰ باشد.

پلی الکترولیت ها کمک کی کنند تا ذرات پلساز به هم نزدیک شوند. تنها مقدار بسیار کمی از این ماده شیمیایی پلیمری نیاز است تا تاثیر قبل ملاحظه ای در تولید قطرات روغن یا توده های جامد به وجود آید. برای این ماده شیمیایی غلظت قابل کاربرد بین ۱ تا ۵ ppm است.

 

مهار پوسته:

هنگامی که بخار آب در میان سیستم تصفیه حرکت می کند، در موارد زیر دچار تغییر می شود:

  • فشار
  • دما
  • ترکیب اجزاء

 

تشکیل پوسته:

تغییرات فشار و دما انحلال پذیری اجزای شیمیایی در آب را تحت تاثیر قرار می دهند و ممکن است باعث تشکیل پوسته شوند. بسته به مصرف آب، انواع مختلف پوسته  می تواند در موارد زیر تشکیل شود:

  • خطوط لوله
  • تجهیزات
  • سیستم کنترل
  • پمپ ها

 

انواع پوسته:

تشکیل پوسته منجر به از بین رفتن ، گرفتگی و آلودگی تجهیزات می گردد. رایج ترین پوسته هایی که تا کنون در سیستم های تولید شده، مشاهده شده است، شامل موارد زیر است:

  • کربنات
  • سولفات
  • فسفات
  • آمونیوم
  • سولفید
  • اکسید
  • سیلیکا
  • کمپلکس های سیلیکاتی- فلزی

 

تعیین تمایل پوسته گذاری:

چندین روش برای تعیین تمایل پوسته گذاری در سیستم های آبی گسترش یافته است. گرایش فعلی، استفاده از چندین روش مختلف برای محاسبه ی تمایل پوسته گذاری و به دست آوردن محدوده ای از شرایط است که پوسته می تواند تشکیل شود. پس از آنکه تمایل پوسته گذاری محاسبه شد، ترکیبات ضد تشکیل پوسته مناسب برای سیستم مورد نظر انتخاب می شود.

 

انواع مواد شیمیایی:

مواد شیمیایی مختلفی برای جلوگیری از تشکیل پوسته در آب مورد استفاده قرار گرفته است. انتخاب ممانعت کننده تشکیل پوسته  به نوع پوسته ای که باید مهار شود و همچنین به شرایط عملیاتی سیستم مثل دما و فشار بستگی دارد. بیشترین مهار کننده های پوسته مورد استفاده کیلانت ها، پلی آکریلات ها، فسفونات ها و پلی فسفات ها هستند.

 

کیلانت ها:

ترکیبات کیلانتی کمپلکس هایی محلول با عوامل پوسته ساز تشکیل می دهند که دو مورد از این عوامل در زیر بیان شده است:

  • ترکیبات دو ظرفیتی مثل کلسیم و منیزیم
  • فلزات سه ظرفیتی

رایج ترین کیلانت ها EDTA و NTA هستند. این ترکیبات به طور گسترده ای در بهبود تولید کننده بخار مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا در دماهای بالا پایداری خوبی دارند. سطوح استوکیومتری برای استفاده از کیلانت ها در کنترل تشکیل پوسته لازم است.

 

پلی آکریلات ها:

پلی آکریلات ها شامل گروه کربوکسیلیک اسید هستند. بسته به مصرف آن، این ماده در دماهای نسبتا بالا پایدار است و می تواند برای کنترل تشکیل پوسته به مانند مواد معلق مورد استفاده قرار بگبرد.

 

فسفونات ها:

این ترکیبات فسفری آلی برای کنترل آهن یا نمک های سخت مورد استفاده قرار گرفته است و فیلم های محافظتی بر روی سطوح فلزی ایجاد می کند. معمولا این ماده در دمای ۲۵۰ درجه فارنهایت از نظر دمایی پایدار است اما این پایداری در غیاب اکسیژن تا دماهای بالاتر نیز افزایش می یابد.

 

پلی فسفات ها:

پلی فسفات ها با طول زنجیر های مختلف در کنترل سختی و پوسته های آهنی مورد استفاده قرار گرفته است. پلی فسفات ها مواد شیمیایی مؤثری هستند، اگر چه پایداری حرارتی آن ها از فسفونات ها کمتر است.

 

روش های انتخاب:

بسته به کاربرد، روش های مختلفی برای انتخاب مهار کننده پوسته مورد استفاده قرار گرفته است. در میان فاکتور هایی که برای تعیین اثر گذاری مواد شیمیایی در شرایط عملیاتی این فاکتور ها مورد آزمایش قرار گرفت:

  • پایداری حرارتی
  • مشخصه های جذبی محیط
  • زمان در معرض گذاری

رایج ترین روش های استفاده شده آزمون پایداری حرارتی و آزمون مهار پوسته ی پویا(Dynamic Scale- Inhibition) است.

 

آزمون پایداری حرارتی:

این روش پایداری حرارتی و مهار کنندگی تشکیل پوسته را همزمان تعیین می کند.

 

آزمون مهار پوسته ی پویا:

توانایی یک مهارکننده در متوقف کردن تشکیل پوسته وظیفه ی اصلی آن در هر کاربرد است. با استفاده از تست های مسدود کردن لوله پویا (Dymnamic tube- blocking) می توان مهار کننده ها را برای متوقف کردن پوسته، رتبه بندی کرد.

 

ماکانیسم های اثر مواد شیمیایی:

مهار کتننده های تشکیل پوسته در نوع و روش عمل از هم تفاوت دارند. مواد شیمیایی منفرد با یک یا چند مکانیسم ذیل فعالیت می کنند:

 

جداسازی:

این ترکیبات به یکی از گونه هایی که قرار است رسوب داده شود می چسبند و  آن را برای رسوب دادن از دسترس خارج می کنند. یک مثال رایج EDTA است که یک ساختار چنگ مانند تشکیل می دهند که به یون کلسیم متصل شده است، به این ساختار چنگ مانند کی لیت گفته می شود که مانع از رسوب کلسیم به صورت کلسیم کربنات یا کلسیم سولفات می شود.

 

پراکندگی:

این ترکیبات درواقع می توانند پوسته ای را که قبلا به سطح متصل شده بود پراکنده کنند. این ترکیبات می توانند برای تمیز کردن کامل سیستم هایی که دچار تشکیل پوسته شده اند، مورد استفاده قرار بگیرند؛ اما باید این کار با احتیاط صورت بپذیرد زیرا این کار می تواند باعث آزاد شدن جامد های معلق شود که در تشکیل کواگولانت ها مزاحمت ایجاد کند.

 

تنظیم کننده های کریستالی:

این ترکیبات مانند فسفات های پیچیده، در رشد کریستال های پوسته دخالت می کنند و مانع رشد بیشتر آن می شوند.

 

اثرات آستانه:

عبارت “اثرات آستانه” به توانایی بسیاری از مهار کننده ها در نگه داشتن مقادیر قابل توجه از ترکیبات تشکیل دهنده پوسته در محلول ها اشاره دارد و هنگامی مطلوبست که فقط مقادیر بسیار کوچکی از غلظت های آن ها در محلول حاضر باشد.

0
برچسب ها :
نویسنده مطلب علیرضا

بدون دیدگاه