مطالعه تجربی نمک زدایی از نفت خام و بررسی پارامتر های موثر

فرآیند نمک زدایی نفت خام، به عنوان خط مقدم واحدهای پالایشگاهی، نقشی حیاتی در تضمین کیفیت خوراک ورودی به برج های تقطیر دارد. حضور امولسیون های پایدار آب در نفت، نمک های معدنی و جامدات معلق، منجر به مشکلات عملیاتی شدیدی از جمله خوردگی تجهیزات، رسوب گذاری در مبدل های حرارتی و مسمومیت کاتالیست ها می شود. فناوری استاندارد صنعتی برای حذف این آلاینده ها، استفاده از نمک زدای الکتریکال است که در آن، یک میدان الکتریکی قوی، فرآیند به هم پیوستن (Coalescence) قطرات ریز آب را تسریع می بخشد تا به اندازه ای بزرگ شوند که بتوانند تحت نیروی گرانش ته نشین گردند. با این حال، با گرایش روزافزون صنعت به سمت فرآورش نفت های خام سنگین و فوق سنگین، که سرشار از تثبیت کننده های طبیعی مانند آسفالتین و رزین هستند، چالش های این فرآیند دوچندان شده است. این ترکیبات، فیلم های بین سطحی بسیار مقاومی ایجاد کرده و منجر به تشکیل امولسیون های بسیار پایدار و پدیده هایی نظیر "لایه رگ" (Rag Layer) می شوند که عملا فرآیند جداسازی را مختل کرده و راندمان نمک زداهای الکتریکال مرسوم را به شدت کاهش می دهد. در پاسخ به این نیاز، دو رویکرد مکمل در تحقیقات مهندسی دنبال می شود: مدل سازی محاسباتی و مطالعات تجربی. اگرچه شبیه سازی ها به درک الگوهای جریان کمک می کنند، اما پیچیدگی پدیده های الکتروشیمیایی و بین سطحی در نفت خام واقعی، اتکای صرف به مدل را غیرممکن می سازد. به همین دلیل، مطالعات تجربی به عنوان سنگ بنا و بخش حیاتی این تحقیقات شناخته می شوند. این مطالعات اهداف دوگانه ای را دنبال می کنند: اول، بررسی پارامتریک متغیرهای فرآیندی در یک محیط کنترل شده آزمایشگاهی؛ و دوم، تولید داده های معتبر برای اعتبارسنجی مدل های محاسباتی که بخش شبیه سازی این پروژه جامع به آن متکی است. بررسی سوابق پژوهشی اخیر نشان می دهد که تحقیقات تجربی بر روی پلنت های پایلوت الکتریکال متمرکز شده اند. این مطالعات بهینه سازی چندمتغیره پارامترهای عملیاتی کلیدی شامل دما، دبی خوراک (سرعت فضایی) و نسبت آب شستشو را با موفقیت ارزیابی کرده اند. اهمیت این رویکرد تجربی به ویژه در مواجهه با چالش های «نفت خام سنگین» به اثبات رسیده است. علاوه بر پارامترهای فرآیندی، تحقیقات نوآورانه تر نشان داده اند که راندمان فرآیند به شدت به پارامترهای الکتریکی (مانند اعمال میدان های AC با فرکانس بالا و شکل موج های (Waveform) بهینه) و همچنین پارامترهای طراحی هندسی (مانند طراحی و موقعیت توزیع کننده ورودی (Distributor) در مخزن) وابسته است. این پژوهش ها اثبات کرده اند که برای این پارامترهای فیزیکی، نقاط بهینه مشخصی وجود دارد که می تواند راندمان جداسازی را به حداکثر برساند. با وجود پیشرفت ها در شبیه سازی عددی، درک کامل فرآیند پیچیده ی نمک زدایی الکتریکال، به ویژه برای نفت های خام سنگین، همچنان با شکاف تحقیقاتی عمیقی مواجه است. مدل های محاسباتی برای پیش بینی دقیق پدیده هایی مانند به هم پیوستن قطرات در حضور آسفالتین، نیازمند داده های تجربی معتبر جهت کالیبراسیون و اعتبارسنجی هستند. ضرورت این پژوهش، پاسخ به این نیاز از طریق طراحی آزمایش (Design of Experiments) و ایجاد یک پایگاه داده جامع و باکیفیت از یک ستاپ آزمایشگاهی الکتریکال است. نوآوری اصلی این پروژه در دو بخش مکمل تعریف می شود. اول، طراحی یک ستاپ آزمایشگاهی دینامیک است که فراتر از پارامترهای عملیاتی مرسوم (مانند دما و دبی) که در مطالعات پایلوت قبلی بررسی شده اند، قابلیت بررسی تجربی پارامترهای نوین الکتریکی (نظیر فرکانس و شکل موج میدان) و پارامترهای هندسی (مانند ساختار توزیع کننده ورودی) را فراهم می آورد. این متغیرها تاثیر مستقیمی بر هیدرودینامیک داخلی و راندمان جداسازی در نفت خام سنگین دارند. دوم، هدف این پژوهش، ایجاد یک پایگاه داده مستقل و غنی است. این داده ها علاوه بر کاربرد اصلی خود در اعتبار سنجی مدل های شبیه سازی، پایه ای برای تحلیل های دینامیک سیالات تجربی فراهم کرده و به عنوان یک پایگاه داده غنی، پتانسیل آن را دارند که در مطالعات آتی، برای توسعه و آموزش مدل های پیش بینی مبتنی بر هوش مصنوعی (مانند شبکه های عصبی) جهت بهینه سازی فرآیند مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه ها:

نمک زدایی الکتریکی ، طراحی آزمایش ، نفت خام سنگین ، روش سطح پاسخ ، لایه رگ