نمک زدایی نفت خام یکی از مهم ترین مراحل آماده سازی نفت پیش از ورود به واحدهای اصلی پالایش است. در این فرآیند، نمک های محلول، آب همراه، ذرات جامد و برخی آلاینده های معدنی از نفت خام جدا می شوند تا از آسیب به تجهیزات و افت کیفیت فرآورده ها جلوگیری شود.
حضور ترکیباتی مانند کلرید سدیم، کلرید کلسیم و کلرید منیزیم می تواند در دمای بالا باعث تشکیل اسید هیدروکلریک و خوردگی شدید تجهیزات شود. به همین دلیل، پیش از ورود نفت به واحد تقطیر، عملیات دسالتر انجام می شود تا کیفیت خوراک پالایشگاه افزایش یابد، هزینه تعمیرات کاهش پیدا کند و عملکرد فرآیندهای پایین دستی پایدار بماند.
چرا نمک زدایی نفت خام اهمیت دارد؟
وجود نمک، آب و ذرات معلق در نفت خام فقط یک آلودگی ساده نیست، بلکه می تواند عملکرد کل زنجیره پالایش را مختل کند. زمانی که نفت خام بدون حذف نمک وارد بخش های حرارتی و برج تقطیر شود، احتمال خوردگی، تشکیل رسوب و افت بازده واحدها افزایش می یابد.
اهمیت دسالتر زمانی بیشتر مشخص می شود که بدانیم حتی مقادیر کم نمک نیز در دماهای بالا می توانند ترکیبات خورنده تولید کنند. در بسیاری از واحدهای پالایشی، کیفیت نمک زدایی مستقیما روی طول عمر تجهیزات، کیفیت محصولات نهایی و مصرف انرژی تاثیر می گذارد. به همین دلیل، دسالتر یکی از حیاتی ترین واحدهای آماده سازی نفت خام محسوب می شود. دلیل اهمیت نمک زدایی نفت خام عبارتند از:
- جلوگیری از خوردگی تجهیزات پالایشگاهی
- کاهش رسوب گذاری و گرفتگی مبدل ها
- بهبود کیفیت محصولات پالایشی
- کاهش هزینه های تعمیرات و توقف تولید
جلوگیری از خوردگی تجهیزات پالایشگاهی
اصلی ترین دلیل اجرای فرآیند نمک زدایی، کنترل خوردگی تجهیزات است. نمک های موجود در نفت خام، به ویژه کلرید منیزیم و کلرید کلسیم، هنگام عبور از بخش های با دمای بالا دچار تجزیه حرارتی می شوند و گاز اسید هیدروکلریک تولید می کنند. این اسید در تماس با بخار آب، محیطی بسیار خورنده ایجاد می کند.
بیشترین آسیب در خطوط انتقال، مبدل های حرارتی، برج تقطیر و کندانسورها دیده می شود. اگر عملیات نمک زدایی به درستی انجام نشود، نرخ خوردگی افزایش پیدا می کند و ضخامت تجهیزات فلزی به مرور کاهش می یابد. به همین دلیل در بسیاری از پالایشگاه های نفت ایران کنترل میزان نمک ورودی به واحد تقطیر یک شاخص مهم بهره برداری محسوب می شود.
کاهش رسوب گذاری و گرفتگی مبدل ها
نمک ها و ذرات جامد موجود در نفت خام می توانند در سطوح گرم مبدل های حرارتی ته نشین شوند. این رسوبات انتقال حرارت را مختل می کنند و باعث افت راندمان سیستم های حرارتی می شوند. زمانی که رسوب روی سطوح تبادل حرارت افزایش پیدا کند، برای رسیدن به دمای مورد نیاز باید انرژی بیشتری مصرف شود. همچنین گرفتگی لوله ها موجب افت فشار و کاهش ظرفیت عملیاتی واحد خواهد شد. به همین علت، حذف ذرات نمکی و آب آزاد قبل از پیش گرم کردن نفت خام اهمیت زیادی دارد.
بهبود کیفیت محصولات پالایشی
کیفیت فرآورده های نفتی تا حد زیادی به کیفیت نفت خام ورودی وابسته است. وجود نمک و فلزات محلول می تواند باعث آلودگی محصولات نهایی و کاهش عملکرد کاتالیست ها در واحدهای پایین دستی شود. برای مثال، در واحدهای هیدروتریتینگ، ورود ترکیبات فلزی و ناخالصی های معدنی سبب کاهش عمر کاتالیست می شود. همچنین حذف موثر آب و نمک، جداسازی بهتر برش نفتی را ممکن می کند و کیفیت محصولاتی مانند نفت سفید، گازوئیل و سوخت های صنعتی را افزایش می دهد.
کاهش هزینه های تعمیرات و توقف تولید
هر توقف اضطراری در پالایشگاه هزینه های بسیار بالایی ایجاد می کند. بخش زیادی از این توقف ها به خرابی تجهیزات ناشی از خوردگی یا رسوب مربوط است. نمک زدایی موثر می تواند احتمال خرابی زودرس تجهیزات را کاهش دهد. وقتی نرخ خوردگی کنترل شود، نیاز به تعویض لوله ها، تمیزکاری مبدل ها و تعمیرات اساسی کمتر خواهد شد. این موضوع علاوه بر کاهش هزینه های نگهداری، بهره وری تولید را نیز افزایش می دهد.
فرآیند نمک زدایی نفت خام چگونه انجام می شود؟
فرآیند دسالتر بر پایه حل کردن نمک ها در آب و سپس جداسازی فاز آبی از نفت خام طراحی شده است. این فرآیند در دمای ۱۱۰ تا ۱۵۰ درجه سانتی گراد و فشار کنترل شده انجام می شود تا جداسازی بهتر صورت گیرد. فرآیند انجام نمک زدایی شامل موارد زیر است:
- تزریق آب شست و شو
- حل شدن نمک ها در فاز آبی
- جداسازی آب نمکی از نفت
تزریق آب شست و شو
در نخستین مرحله، مقدار مشخصی آب شیرین یا آب کم نمک به نفت خام تزریق می شود. این آب بین ۳ تا ۱۰ درصد حجم نفت خام است و وظیفه دارد نمک های محلول را از فاز نفتی خارج کند. کیفیت آب تزریقی اهمیت زیادی دارد. اگر آب دارای املاح زیاد باشد، فرآیند جداسازی کارایی لازم را نخواهد داشت. در این مرحله، مواد شیمیایی ضد امولسیون نیز تزریق می شوند تا پایداری امولسیون نفت و آب کاهش پیدا کند.
حل شدن نمک ها در فاز آبی
پس از اختلاط، نمک های محلول به دلیل خاصیت یونی وارد فاز آبی می شوند. در این مرحله شدت اختلاط باید کنترل شده باشد. اختلاط کم باعث انتقال ناقص نمک می شود و اختلاط شدید، امولسیون پایدار ایجاد می کند که جداسازی را دشوار می سازد. ترکیبات کلریدی موجود در نفت به سرعت در آب حل می شوند و غلظت نمک در بخش نفتی کاهش پیدا می کند. این مرحله در حذف آلاینده های معدنی نقش کلیدی دارد.
جداسازی آب نمکی از نفت
پس از انتقال نمک ها به آب، مخلوط وارد دسالتر می شود. در این بخش، میدان الکتریکی با ولتاژ بالا موجب به هم پیوستن قطرات ریز آب می شود. قطرات بزرگ تر سنگین تر هستند و در کف مخزن ته نشین می شوند. در پایان، نفت نسبتا خالص از بخش بالایی مخزن خارج می شود و آب شور حاوی نمک و ذرات آلاینده از پایین تخلیه می گردد.
انواع روش های نمک زدایی نفت خام
انتخاب روش نمک زدایی به ویژگی های نفت خام، میزان نمک، درصد آب و نوع تجهیزات پالایشگاه بستگی دارد. فرآیند نمک زدایی در واقع یک عملیات جداسازی فاز است که با هدف حذف املاح معدنی ( سدیم، کلسیم و منیزیم) محلول در آب همراه نفت، پیش از ورود به برج های تقطیر صورت می گیرد تا از خوردگی شدید در تجهیزات و مسمومیت کاتالیست های واحدهای پایین دستی جلوگیری شود.
انواع روش های نمک زدایی نمک خام به شرح زیر است:
- نمک زدایی با آب
- نمک زدایی الکتروستاتیک
- نمک زدایی تک مرحله ای و چند مرحله ای
نمک زدایی با آب
در این روش، آب شست و شو به نفت تزریق می شود تا نمک ها در آن حل شوند. این روش ساده ترین شکل دسالتر است اما در نفت هایی با میزان آلودگی بالا راندمان محدودی دارد. استفاده از این روش برای برخی انواع نفت سبک رایج تر است زیرا مقدار آسفالتن و ذرات جامد در آن کمتر بوده و جداسازی ساده تر انجام می شود.
نمک زدایی الکتروستاتیک
این روش رایج ترین فناوری صنعتی محسوب می شود. در دسالتر الکتروستاتیکی، میدان الکتریکی قوی بین الکترودها ایجاد می شود تا قطرات ریز آب به یکدیگر جذب شوند. با بزرگ شدن قطرات، ته نشینی سریع تر انجام می گیرد و کیفیت جداسازی افزایش پیدا می کند. این فناوری توانایی حذف مقدار زیادی از نمک، آب و ذرات معلق را دارد و راندمان حذف نمک در آن گاهی به بیش از ۹۰ درصد می رسد.
نمک زدایی تک مرحله ای و چند مرحله ای
برخی پالایشگاه ها از دسالتر تک مرحله ای استفاده می کنند، اما زمانی که نفت خام دارای آلودگی زیاد باشد، سیستم چند مرحله ای انتخاب می شود. در روش دو مرحله ای یا سه مرحله ای، نفت خام چند بار شست و شو و جداسازی می شود. این طراحی باعث کاهش بیشتر کلریدها و بهبود کیفیت نفت ورودی به برج تقطیر خواهد شد. این موضوع هنگام فرآورش نفت هایی با ترکیب هیدروکربن سبک و سنگین اهمیت بیشتری پیدا می کند.
تجهیزات اصلی واحد نمک زدایی (Desalter)
عملکرد موثر دسالتر به طراحی صحیح تجهیزات وابسته است. این بخش از پالایشگاه، وظیفه مدیریت دقیق انتقال جرم و تفکیک فازی را بر عهده دارد تا با ایجاد شرایط بهینهی عملیاتی برای جداسازی حداکثری ناخالصی های یونی فراهم آورد. تجهیزات اصلی واحد نمک زدایی عبارتند از:
- مخزن اختلاط
- شیرهای کنترل و تزریق آب
- مبدل های حرارتی
- دسالتر الکتروستاتیکی واحد نمک زدایی
- سیستم تخلیه آب شور
مخزن اختلاط در واحد نمک زدایی
مخزن اختلاط وظیفه دارد نفت خام و آب شست و شو را به صورت یکنواخت مخلوط کند. طراحی مناسب میکسر اهمیت زیادی دارد، زیرا اختلاط نامناسب باعث کاهش انتقال نمک به آب می شود. شدت برش در این بخش باید به اندازه ای باشد که تماس موثر ایجاد شود اما امولسیون پایدار تشکیل نشود.
شیرهای کنترل و تزریق آب
کنترل دقیق دبی آب اهمیت زیادی دارد. اگر مقدار آب کم باشد، حذف نمک ناقص خواهد بود و اگر بیش از حد تزریق شود، هزینه انرژی و بار عملیاتی افزایش پیدا می کند. شیرهای کنترلی همچنین میزان تزریق مواد ضد امولسیون و تنظیم فشار سیستم را مدیریت می کنند.
مبدل های حرارتی
پیش از ورود نفت خام به دسالتر، دمای آن افزایش داده می شود تا ویسکوزیته کاهش یابد. کاهش ویسکوزیته باعث حرکت بهتر قطرات آب و جداسازی سریع تر می شود. به همین دلیل، مبدل های حرارتی نقش مهمی در افزایش بازده جداسازی دارند.
دسالتر الکتروستاتیکی واحد نمک زدایی
قلب اصلی فرآیند نمک زدایی، مخزن دسالتر است. این تجهیز دارای الکترودهایی با ولتاژ بالا است که قطرات ریز آب را به هم متصل می کند. طراحی مناسب میدان الکتریکی، کنترل دما و زمان ماند از مهم ترین عوامل تعیین کننده راندمان این تجهیز هستند.
سیستم تخلیه آب شور
آب شور خروجی باید به صورت پیوسته تخلیه شود تا از تجمع رسوبات و اختلال در عملکرد سیستم جلوگیری گردد. این بخش شامل سیستم های کنترل سطح، پمپ تخلیه و تجهیزات پایش کیفیت آب است.
تفاوت نمک زدایی نفت خام و شیرین سازی نفت
|
معیار مقایسه |
شیرین سازی نفت |
نمک زدایی نفت خام |
|
هدف اصلی |
حذف ترکیبات گوگردی و گازهای اسیدی | حذف نمک، آب و ذرات معدنی |
| نوع آلاینده | سولفید هیدروژن و مرکاپتان ها |
کلریدها، آب شور، رسوبات |
|
زمان انجام |
در واحدهای فرآورش بعدی |
پیش از تقطیر |
|
روش عملیاتی |
فرآیندهای شیمیایی و هیدروژنی | آب شست و شو و میدان الکتریکی |
| اثر روی تجهیزات | کاهش خوردگی و آلودگی زیست محیطی |
کاهش خوردگی و رسوب |
|
دسالتر، مخزن اختلاط |
واحد آمین، هیدروتریتینگ |
دسالتر، مخزن اختلاط |
نتیجه گیری
نمک زدایی نفت خام یکی از مهم ترین مراحل آماده سازی نفت پیش از ورود به فرآیندهای پالایشی است که نقش مستقیمی در کاهش خوردگی، جلوگیری از رسوب گذاری و افزایش کیفیت فرآورده ها دارد. وجود نمک های کلریدی در نفت خام می تواند در دماهای بالا باعث تولید ترکیبات خورنده شود و به تجهیزات حساس پالایش آسیب وارد کند. به همین دلیل، استفاده از دسالتر باعث افزایش طول عمر تجهیزات، کاهش توقف های تولید و کنترل هزینه های تعمیراتی می شود.
روش هایی مانند نمک زدایی با آب، دسالتر الکتروستاتیکی و سیستم های چند مرحله ای از مهم ترین فناوری های صنعتی این حوزه هستند. انتخاب روش مناسب به نوع نفت خام، میزان آلودگی و طراحی پالایشگاه بستگی دارد و اجرای صحیح آن نقش مهمی در پایداری فرآیند پالایش دارد. برای انجام این موارد می توانید از کارشناسان نیرونماد کمک بگیرید.
سوالات متداول
چه عواملی بر راندمان دسالتر تاثیر می گذارند؟
دمای نفت خام، کیفیت آب شست و شو، شدت اختلاط، میزان تزریق مواد ضد امولسیون، ولتاژ میدان الکتریکی و زمان ماند داخل مخزن از مهم ترین عوامل موثر بر راندمان دسالتر هستند. کنترل نادرست هرکدام از این پارامترها می تواند کیفیت جداسازی نمک را کاهش دهد.
چرا نمک موجود در نفت خام خطرناک است؟
نمک های کلریدی در دمای بالا تجزیه می شوند و ترکیبات خورنده تولید می کنند. این مواد می توانند باعث خوردگی خطوط انتقال، مبدل ها و برج های تقطیر شوند و هزینه های تعمیرات را افزایش دهند.
دسالتر الکتروستاتیکی چگونه کار می کند؟
در دسالتر الکتروستاتیکی، میدان الکتریکی باعث جذب قطرات ریز آب به یکدیگر می شود. پس از تشکیل قطرات بزرگ تر، آب شور به دلیل وزن بیشتر در کف مخزن ته نشین می شود و نفت تصفیه شده از قسمت بالایی خارج می گردد.
من متخصص مهندسی مکانیک هستم و چندین سال در حوزه تصفیه روغن و تجهیزات صنعتی تجربه دارم. هدف من از نوشتن مقالات در «نیرو نماد» این است که دانش فنی را به شکل کاربردی و قابل استفاده برای حرفهایها و علاقهمندان به اشتراک بگذارم.
