دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی گاز 

عنوان : ارزیابی روش های موجود تشكیل رسوب واكس و ارائه ی یك روش بهبود یافته

دانشگاه شیراز 

دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز

پایان نامه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی گاز

ارزیابی روش های موجود تشكیل رسوب واكس و ارائه ی یك روش بهبود یافته

 

اساتید راهنما :

دكتر 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 واكس

2-1- مشکلات رسوب واکس.. 5

2-2- توصیف واكس.. 7

2-2-1 – تبلور واكس.. 7

2-2-2- رسوب واکس(wax deposition) 8

2-3- ماهیت واكس.. 11

2-4- عوامل موثر در تشكیل رسوب واكس.. 19

 

فصل سه

تئوری های واكس

3-1- تئوری هیدرودینامیكی واكس.. 24

3-1-1 نفوذ مولكولی.. 25

3-1-2- نفوذ براونین.. 25

3-1-3- پراكندگی برشی.. 26

3-1-4- نشست گرانشی.. 26

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

3-2- مدل دینامیكی رسوب.. 27

3-3- رسوب پارافین در سیستم های جریان تكفازی.. 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 واكس.. 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 واكس توسط نرم افزار الگا(OLGA) 43

3-7- پارامترهای واكس.. 44

 

فصل چهار

تئوری های مختلف تعادل ترمودینامیکی رسوب واکس

4-1- تعادل فازی.. 48

4-2- بررسی ترمودینامیكی تشكیل رسوبات واكس.. 53

4-2-1 مدل لیرا-گالنا.. 54

4-2-2-مدل اریكسون.. 55

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

4-2-4-مدل وُن.. 56

4-2-5-مدل كوتینیو.. 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 كار

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 بهره گرفتن 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 دینامیكی مدل ارائه شده.. 104

6-7-1-تغییر متغیر.. 114

6-8- مشخصه هپتان.. 116

6-8-1- ضریب شكست 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 مركزی.. 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 تشكیل واكس.. 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 فیزیكی و شیمیایی واكس های پارافینی-میكروكریستال و پترولاتوم،   10

جدول 2-2: تركیب درصد و خواص گروه های تشكیل دهنده واكس.. 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: تركیب 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

 

شكل 2-1- شدت رسوب واكس.. 6

شكل 2-2- نمونه های مولكول های تشكیل دهنده واكس.. 13

شكل 2-3- نحوه تشخیص دمای تشكیل.. 15

شكل 2-4- نمودار فازی دما-فشار برای رسوب واكس 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

شكل 2-6- یك نمونه از نمودار فازی نفت كه ممكن است انواع انتقال فازها را تجربه كند.. 21

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

شكل 4-2- دسته بندی مدلهای ترسیب واكس.. 54

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

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

شكل 6-2- تعادل جامد-مایع پدرسن.. 83

شكل 6-3- جداسازی آنی 3 فازی.. 86

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

شكل 6-5- مشكل تجمیع كردن.. 117

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

شكل 7-1- درصد واكس رسوب كرده بر حسب تابعیت دما برای نفت سیستمA   131

شكل7-2-مقایسه میزان درصد واكس برای سیستم A حاصل از مدل اصلاح شده و مدل های دیگر.. 132

شكل 7-3- میزان درصد واكس نفت B بر حسب دما.. 133

شكل 7-4- مقایسه میزان درصد واكس نفت B از مدل های مختلف.. 134

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

شكل 7-6- مقایسه درصد رسوب واكس 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

 

 

یكی از مهمترین مسائل در صنایع نفت، رسوب مواد آلی سنگین موجود در نفت خام است، كه طی مراحل تولید، حمل و نقل و فرآوری نفت رخ می‌دهد. رسوب این مواد در مخازن، چاه های نفت، پمپ‌ها، تانك‌های ذخیره‌سازی، لوله‌های انتقال و تجهیزات پالایش، باعث اتلاف هزینه‌های فراوان می‌گردد. با پیش‌بینی مكان تشكیل رسوب می‌توان به كمك روش‌های مكانیكی، شیمیایی و یا تغییر شرایط محیطی، برای از بین بردن یا كاهش رسوب اقدام نمود. كریستالیزاسیون و رسوب تركیبات واكسی منجر به بروز مشكلات زیادی در مراحل تولید، انتقال، ذخیره سازی و انجام فرآیندهای مختلف مربوط به نفت خام و یا مشتقات آن می‌شود.  شركت‌های نفتی در سراسر دنیا به دلیل كاهش تولید، هزینه‌ مواد شیمیایی مورد نیاز، انسداد خطوط لوله و افزایش انرژی مصرفی ناشی از ایجاد رسوبات، سالیانه میلیاردها دلار  زیان می‌بینند. با كاهش ذخایر موجود و افزایش بهره‌برداری از مخازن نفت‌های سنگین و مخازن نفتی دور از ساحل، استفاده از روش‌های جدید و كارآمد برای رفع این مشكلات به یك ضرورت تبدیل شده است.

نفت خامی كه از اعماق زمین استخراج می شود، شامل هیدروكربورهای سنگین و نیمه سنگین است كه اشكال مختلف و خصوصیات متفاوت دارد. هیدروكربورهای سنگین شامل واكس ها، مواد آسفالتنی و رزین ها هستند كه می توانند به صورت جامد، در تركیبات ظاهر شوند كه در این بین، واكس ها اهمیت خاصی دارند.تغییر عواملی مانند دما، فشار و تركیب اجزای سبك در تركیبات نفتی، سبب تشكیل رسوب های واكس پارافینی جامد در این تركیبات می شود. رسوب واكس تشكیل شده به طور عمده شامل پارافین ها، نفتن ها و به مقدار كمی از دیگر هیدروكربورها، مانند آروماتیك هاست. تشكیل این رسوبات در مرحله اول می تواند منافذ زیرزمینی را مسدود كرده، باعث كاهش شدید نفوذ پذیری آنها شده و راندمان استخراج نفت را كاهش دهد. در مراحل بعدی نیز تشكیل رسوبات، مشكلات زیادی را به دنبال خواهد داشت. به عنوان مثال تشكیل رسوبات واكس 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 استهلاك زودرس تاسیسات شود. تشكیل رسوبات واكس در تجهیزات پروسسی مانند مبدل های حرارتی و خطوط لوله كاهش كارآیی این تجهیزات را به دنبال دارد.با توجه به اینكه در فرآیندهای روغن سازی یكی از مراحل اصلی فرآیند، جداسازی واكس می باشد، اهمیت این پدیده مشخص می گردد. مساله تشكیل رسوب واكس و عوامل موثر بر آن، سالهای متمادی مورد بحث پژوهشگران بوده و اكثر روش ها و مدلهایی كه جهت توصیف و پیش بینی این پدیده ارائه شده اند، توافق ضعیفی با داده های آزمایشگاهی دارند و از هیچكدام نمی توان به عنوان یك راه حل عمومی، جهت پیش بینی این پدیده، استفاده كرد. این مدلها اغلب دمای پیدایش واكس و میزان رسوب تشكیل شده را بالاتر از مقدار تجربی و آزمایشگاهی آن، تخمین می زنند.با توجه به توضیحات یاد شده، پیش بینی دمای تشكیل رسوبات واكس 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 ترمودینامیكی، یكی از راه های بررسی این پدیده است.[1-6

اهمیت رسوب واكس

 

2-1- مشکلات رسوب واکس

 

با بوقوع پیوستن مشکل رسوب واكس، صنعت نفت برای چندین دهه دچار مشكل 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 كه آن را غیر فابل كنترل كند (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 واكس.

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 واكس.

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

واكس یک اصطلاح کلی است برای توصیف تمام انواع ماده جامد كه رسوب كرده اند و یا در طی سرد یا گرم شدن در محلول حل شده اند، بكار می رود.درجه حرارت ظاهر شدن واكس(WAT) درجه حرارتی است که در آن بلور واكس برای اولین بار دیده می شود؛ آن را نیز نقطه ابری شدن می نامند.دمای تشكیل واكس نفت مخزن ذخیره (STO) با بهره گرفتن 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 واكس به درون نفت برمی گردند به عنوان درجه حرارت انحلال واكس شناخته می شود (Wax Dissolution Temperature). دمای انحلال واكس معمولا بالاتر از دمای تشكیل واكس 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 كه 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 آروماتیك تشکیل می شود. نفتن ها (حلقوی ها) و پارافین های با زنجیره بلند نیز به تشكیل واكس میكروكریستالی کمک نموده و تأثیر قابل توجهی در الگوهای رشد میكروكریستال ها دارد. تعداد مولکول کربن پارافین ها ی موجود در لایه رسوب واكس از 15 اتم به بالاتر شناخته شده است. وقتی رسوب واكس شكل گرفت، به شکل کریستال خوشه ای است، كه تشکیل یک ساختار کریستالی می دهد. کریستالی ذاتاً ترمو-پلاستیك 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 امكان را بوجود آورده اند تا 160 اتم کربن در این رسوبات تشخیص داده شود.

تعداد صفحه : 215

قیمت :14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

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

پشتیبانی سایت :        *       serderehi@gmail.com

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.