دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

دانشکده مهندسی شیمی

پایان نامه دوره دکتری در رشته مهندسی شیمی گرایش بیوتکنولوژی

موضوع:

استفاده از باکتری های امولسیون کننده نفت سنگین در جلوگیری از رسوب گذاری در مسیر خط لوله

اساتید راهنما:

دکترمجید تقی زاده

دکتر باقر یخچالی

دکترکامیار موقر نژاد

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)

چکیده:

انتقال نفت سنگین توسط خط لوله یکی از مهمترین و مناسب ترین روشهای انتقال بوده و ویسکوزیته بالای ترکیبات سنگین نفتی و رسوب گذاری آنها در مسیر انتقال، بارزترین مشکل این نوع انتقال است. امولسیون نمودن نفتهای سنگین در آب یکی از بهترین روشهای حل این مشکل محسوب می شود. در این پروژه برای تشکیل امولسیون پایدار و مناسب، از چهار سویه میکروبی ACO4، ACO1، 91-B و1072  برای تولید امولسیون کننده های زیستی استفاده شده است. این امولسیون کننده ها با رشد سویه ها در محیط کشت و شرایط مناسب، تولید و طی فرآیندی چند مرحله ای، جداسازی شده اند. با بکار گیری این مواد و اجرای دقیق فرآیند امولسیون سازی، امولسیون های مختلف نفت در آب برای تمام سویه ها و دو نمونه نفت سنگین تهیه شده از میادین نفتی نوروز و سروش، ساخته شدند. مطابق مدل طراحی آزمایش تاگوچی آزمایش های کاهش ویسکوزیته و پایداری امولسیون انجام شده و توانایی این امولسیون کننده های زیستی در ایجاد یک امولسیون پایدار نفت در آب به اثبات رسید. در شرایط بهینه (35% آب، 32/1% امولسیون کننده حاصل از سویه ACO4 و 45 درجه سانتیگراد دما) میزان ویسکوزیته نمونه های نفت سنگین تا 98% کاهش یافته و تا 48 ساعت پایدار ماندند. این کاهش بعد از گذشت 8 روز به 60% رسید. با توجه به توان بالای این امولسیون کننده در امولسیون سازی نفت سنگین در آب، در بخش دوم این پروژه از این ماده برای امولسیون سازی در مقیاس پایلوت استفاده شد. با تشکیل امولسیون نفت در آب در مقیاس نیمه صنعتی و ایجاد شرایط بهینه، ویسکوزیته نمونه نفت سنگین بعد از کاهش تا cP 830 تا 72 ساعت پایدار ماند. با عبور امولسیون تولیدی از خط لوله نیمه صنعتی و مقایسه میزان رسوب گذاری آن با نفت سنگین، کاهش رسوب گذاری در اثر عبور نفت به شکل امولسیون مشخص است. این مزیت، شرایط راحتتر و کم هزینه تری را برای انتقال نفت سنگین توسط خط لوله، فرآهم می آورد.

فصل اول: مقدمه (مروری بر منابع)

1-1- نفت خام سنگین و روشهای انتقال

روند رو به رشد تقاضا برای انرژی در سراسر دنیا به ویژه کشور های صنعتی و در حال توسعه لزوم و نقش تولید و انتقال نفت خام سنگین را برای تامین نیازهای انرژی، دو چندان و بسیار برجسته کرده است. طبق پیش بینی آژانس بین المللی انرژی تقاضای دنیا برای انرژی اولیه در سال 2011 ، 28% و تا سال 2030 بمیزان 60% افزایش خواهد یافت و به عبارتی نرخ رشد متوسط تقاضای انرژی 1/7% در هر سال خواهد بود .سهم و نقش منابع هیدرو کربنی در تامین و پوشش دادن به این تقاضای فزاینده انرژی بسیار بزرگ و مقدم بر سایر منابع انرژی می باشد و نقش نفت خام سنگین بسیار برجسته و تعیین کننده تر خواهد بود]1و2[.

در جهان امروز بیش از 60% از انرژی مصرفی بشر فرآورده های نفتی است که این میزان در کشور ما بیش از 80% می باشد. از مجموع فرآورده های مصرفی نفت حدود 70% بنزین و گاز یا به اصطلاح برشهای سبک است ، و الباقی به همان صورت سنگین (برشهای سنگین) استفاده می شوند]2و3[.

طبق آمارها و تخمین های ارائه شده ، میزان نفت در ذخایر نفتی جهان حدود 6200 میلیارد بشکه برآورد شده است که میزان 1300 میلیارد بشکه ازآن نفت خام با API  بیشتر از ⁰20  است که اصطلاحا نفت سبک نامیده می شوند. و الباقی در حدود 4900 میلیارد بشکه، نفت سنگین با API  کمتر از ⁰20  است که اصطلاحا نفت سنگین نامیده می شوند. اما در حال حاضر درصد بسیار کمی(1 تا 2 درصد) ازمنابع نفت خام سنگین جهان بهره برداری می شود. در نتیجه پژوهش در زمینه های استخراج ، فراوری و انتقال نفت سنگین میتواند ضمن ایجاد ارزش افزوده بالا باعث بالا رفتن میزان ذخایر قابل دسترسی و استفاده نفتی و سوختهای فسیلی شود. (جدول 1-1)   ]3-4[.

با توجه به حجم بالای ذخایر نفت سنگین در چند سال گذشته عملیات استخراج این گونه نفتها با استفاده از روشهای معمول در اکثر کشورهای پیشرفته شروع شده است و با سرعت بالایی در حال توسعه است. این موضوع باعث شده دیدگاهها و تفکرات ذیل در خصوص استفاده و فراوری هر چه سریعتر نفت سنگین بیان شود]2و3[.

1- توانایی استخراج نفت خام سنگین با هدف بهره گیری از منابع نفتی به عنوان انرژی های نهفته موجود.

2- امکان انتقال نفت خام سنگین به مراکز و کارخانجات مصرف کننده و پالایشگاه های نفت.

3- ایجاد عاملی که بتواند قیمت جهانی نفت را بر اساس افزایش تعداد کشورهای استخراج کننده نفت، ثابت نگه دارد.

4- کاهش جنبه استراتژیکی محصولات نفتی.

5- به تاخیر انداختن نیاز به سرمایه گذاری کلان برای استخراج و استفاده از منابع سوختی دیگر مانند زغال سنگ وسایر سوختهای سنتزی.

با توجه به مطالب فوق میتوان نتیجه گرفت که انجام فرآیندهای بهبود نفت سنگین (برشهای سنگین) مطابق پیشرفتهای جدید صنایع وابسته نفت، می تواند مشکل کمبود فرآورده های سبک را تا حد مناسبی حل کند.

بطور کلی بهره برداری از نفت سنگین، از تولید گرفته تا انتقال و پالایش، به علت خواص ویژه آن مستلزم استفاده از فناوری های پیشرفته است. بعلاوه به علت سنگین شدن تدریجی نفت در مخازن و مقادیر عظیم ذخایر نفت سنگین تولید ، انتقال و فراوری آن نیاز مند سرمایه گذاری خاص وبیشتر از سرمایه گذاری لازم برای بهره برداری از نفت متعارف است. در حال حاظر پروژه های متعدد تولید و علی الخصوص انتقال نفت سنگین از طریق خط لوله در کشور های تولید کننده نفت در سراسر دنیا در حال انجام و عمل می باشند که با مسائل و مشکلات عدیده ای به لحاظ های فنی و اقتصادی روبرو هستند. در اینجا روش های موجود  پیشنهادی برای انتقال نفت خام سنگین به وسیله خط لوله از جنبه های فنی و اقتصادی بررسی و تحلیل شدند]2و5[.

انتقال نفت سنگین به وسیله خط لوله بدون کاهش قبلی در ویسکوزیته آن امکان پذیر نمی باشد. بالا بودن ویسکوزیته نفت خام، که بخشی از آن حاصل لختگی یا رسوب مواد آسفالتین با جرم مولکولی بسیار بزرگ است، مشکلات شدیدی را پیش می آورد که گرفتگی حفره چاه در عملیات تولید و ته نشینی و نهایتا انسداد در خط لوله طی عملیات انتقال از اهم آنها می باشند. بررسی گزارشهای متعدد نشان می دهد که تولید نفت سنگین به ویژه  از سال 2000 رو به افزایش بوده است و انتظار می رود این روند افزایش تولید حداقل تا سال2020 همچنان ادامه یابد. از این رو نیاز مبرم به نفت سنگین به منزله منبع انرژی هیدروکربنی ، جهت تامین ایمن تقاضای فزاینده برای انرژی در دهه های آینده نه تنها لزوم توسعه و دست یابی به روشهای موثر با صرفه اقتصادی را برای حمل و نقل نفت سنگین توسط خط لوله، ایجاب می کند؛ بلکه به عنوان یک ضرورت استراتژیک برای یک کشور نفت خیز در گستره درون مرزی و بین المللی باید مطرح باشد]6و7[.

شکل 1-1 توزیع این ذخایر نفتی و مقادیر استحصال شده ویا قابل استحصال آنها را نشان می دهد. این حجم ذخایر در کشور های خاور میانه ،روسیه،آمریکای جنوبی و ایالات متحده و به میزان اندکی در منطقه خاور دور توزیع یافته اند. میزان قابل توجهی از ذخایر نفت سنگین در خارج از منطقه خاور میانه واقع اند و بهره برداری از آنها می تواند در کنترل و کاهش قیمت نفت متعارف توسط کشور های تولید کننده پیشرو منطقه موثر باشد. وضعیت خاص جغرافیایی منطقه خاور میانه از جمله کشور پهناور جمهوری اسلامی ایران، ذخایر بزرگ غنی از نفت در این منطقه  و توانایی استخراج نفت سنگین در دهه های آتی باعث شده است جایگاه کشور های تولید کننده نفت این منطقه در عرضه جهانی بخصوص ممالک عضو سازمان توسعه همکاری اقتصادی، بیش از پیش فزونی یابد]2و5[.

برداشت افراطی نفت از ذخایر و رقابت برای برداشت بیشتر در منطقه خاورمیانه باعث نزول کیفیت تدریجی نفت در مخازن هیدرو کربنی در مناطق خشکی و دریایی شده است و این مسئله امکان تبدیل نفت های سبک به ترکیبات سنگین و تشکیل رسوب آسفالتین توسط نفت های سنگین را بسیار افزایش می دهد]7و8[.

فشار میتواند تاثیر مهمی بر رسوب آسفالتین در ذخایر نفت داشته باشد به طوری که کاهش فشار اغلب سبب تشکیل رسوب آسفالتین می گردد. البته لازم به یاداوری است که کاهش فشار همیشه منجر به تشکیل و افزایش مقدار رسوب نمی شود. در فشارهایی کمتر از فشار نقطه حباب روند معکوس اتفاق می افتد. هر چند که رسوب آسفالتین در ذخایر نفت یک مساله شناخته شده قدیمی است اهمیت تاثیر آن بر نزول کیفیت نفت ویا بعبارتی سنگین شدن آن و فعالیت های علمی و مهندسی در توصیف و مقابله با حداقل کنترل رسوب آسفالتین تنها در سال های اخیر نمایان و افزون شده است و قطعا در سال های آینده شدت خواهد یافت. انتقال نفت با کیفیت نازل یعنی سنگین به پالایشگاه ها و مراکز مصرف و فروش بین المللی چالش های علمی- مهندسی ویژه ای را ایجاد خواهد کرد که نه تنها گریز از آنها قابل تصور نمیباشد بلکه تداوم آنها و دست یابی به راهکار های بهینه فنی واقتصادی در انتقال نفت سنگین یک ضرورت استراتژیک است]9و8[.

انتقال نفت خام از مبادی تولید تا پالایشگاهها و مراکز مصرف به دلیل گذر از مسیرهای ناهموار و صعب العبور دارای روندی دشوار و طاقت فرساست. به طور معمول، انتقال نفت خام به پالایشگاههای داخلی و پایانه های صادراتی از طریق خطوط لوله و کشتی های حمل نفت خام میسر می باشد. برای ایجاد سهولت و حفظ فرآیند استراتژیک انتقال نفت خام به پالایشگاهها و بنادر صادراتی، به کارگیری خطوط لوله از اولویتهای اصلی انتقال میباشد. لازم به ذکر است هر چنداستفاده از خطوط لوله برای انتقال نفت خام و فرآوردههای نفتی، احتیاج به سرمایه گذاری اولیه بالایی دارد، اما هزینه های جاری خطوط لوله نسبت به سایر روشهای انتقال بسیار پایین تر میباشد. هم اکنون، مجموعه خطوط لوله انتقال نفت خام و فرآوردههای نفتی با مسئولیت سوخت رسانی به کلیه نقاط کشور به عنوان اصلی ترین وسیله انتقال مورد بهره برداری قرار دارد.

چندین میدان نفت سنگین در نقاط مختلف کشورمان شناسایی و بهره برداری می شوند که باید برای استخراج، انتقال، فرآوری و ارتقاء کیفیت آنها راهی اندیشیده شود (جدول 1-2). چگالی = 962/0 ، میزان ترکیبات پارافینی= 5/19% (w/w) ، میزان ترکیبات آروماتیک= 33% (w/w)، میزان آسفالتین= 28%(w/w).

بعد از خط لوله آلاسکا، دومین خط لوله انتقال پر پیچ و خم نفت در دنیا خط لوله انتقال نفت خام مارون- اصفهان، می باشد. این خط به طول 435 کیلومتر، روزانه 550 هزار بشکه نفت خام را از مرکز انتقال نفت شهید جابرآل خمیس واقع در 25 کیلومتری شهرستان امیدیه (آغاجاری)، با لوله های 30 و 32 اینچی به پالایشگاه اصفهان منتقل میکند و مازاد خوراک نفت خام پالایشگاه اصفهان به پالایشگاههای تهران و تبریز منتقل می شود. مشخصات و ظرفیت برخی از خطوط لوله انتقال نفت خام در داخل کشور و خارج از کشور برای صادرات محصولات در جدول 1-3 آورده شده است ]3[.

با توجه به طولانی بودن فاصله جغرافیایی کشورهای تولید کننده و کشورهای مصرف کننده نفت، بیش از 90 درصد نفت خام صادراتی جهان با کشتی حمل میشود. در ایران نیز بیشترین موارد حمل و نقل کالا ، از طریق کشتی و دریا به انتقال نفت و گاز و فرآوردههای نفتی مربوط می شود و ترمینال جزیره خارک در این مورد، نقش عمده ای را ایفا می کند. در سال 1386 بالغ بر 79/2 میلیون تن نفت خام از طریق کشتیهای شرکت ملی نفتکش ایران به بازارهای داخلی و جهانی حمل شده که نسبت به سال قبل 2/7 درصد کاهش داشته است ]1[ .

انتقال نفت و گاز دریای خزر به علت عدم دسترسی به دریای آزاد تنها از طریق خطوط لوله امکان پذیر میباشد و ایران نیز به خاطر داشتن منابع غنی نفت و گاز در منطقه خلیج فارس و نزدیکی به دریاهای آزاد دارای موقعیت استراتژیک بسیار حساس و متمایزی در منطقه خزر است و میتواند یک مسیر ترانزیت مؤثر و اقتصادی برای پنج کشور حوزه دریای خزر به بازارهای جهانی باشد. به علاوه وجود شبکه انتقال وسیع نفت در ایران و دسترسی به راههای جایگزین با حداقل سرمایه گذاری از دیگر علل توجه ایران برای دستیابی به بازارهای مصرف میباشد. هر چند برخی از مشکلات سیاسی – اقتصادی موجود در کشورهای حوزه دریای خزر موانعی را در این خصوص به وجود آورده است. ایران همچنان نقش ترانزیت نفت خام کشورهای حوزه دریای خزر موسوم به (کراس) راعهده دار می باشد. ساخت خطوط لوله انتقال نفت خام از پایانه نکا به تأسیسات ری و تلمبه خانه های آن نیز انجام گرفته است. ظرفیت مورد نظر 450 هزار بشکه در روز جهت انتقال نفت خام از پایانه ساری تا ری در نظر گرفته شده است ]1[.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.