Reduzierte Asphaltenablagerung mit Leistungsultraschall

Asphaltenausfällungen lösen zahlreiche Probleme bei der Ölförderung aus, indem sie die Permeabilität verringern, die Benetzbarkeit des Lagerstättengesteins verändern, Bohrungen verstopfen sowie einen erheblichen Druckabfall um die Förderbohrung herum erzeugen. Die Ultraschall-Asphaltendeagglomeration und -dispergierung verhindert und behebt die Bildung von Asphaltenflocken und deren Ablagerung.

Das Problem: Asphaltene im Rohöl

Asphaltene sind Feststoffe im Rohöl, die als störend empfunden werden, da sie bei der Förderung und dem Transport des Rohöls aus dem Bohrloch große Probleme verursachen. Asphaltene sind eine sehr komplexe Klasse von Molekülen und kommen in unterschiedlichen Molekülstrukturen vor – ein Faktor, der zu dem Problem beiträgt, da verschiedene Formen von Asphaltene Probleme mit unterschiedlichem Schweregrad verursachen. Die vielen verschiedenen Strukturen von Asphaltene machen es auch schwer, es in eine bestimmte Familie zu verallgemeinern. Daher wird Asphaltene im Allgemeinen als Löslichkeitsklasse eingestuft, da es als unlöslich in n-Alkanen charakterisiert wird.
Typische Probleme, die durch Asphaltene im Rohöl verursacht werden, sind z.B. dichte Ausflockungen und Ablagerungen im Reservoir, in Bohrlöchern und Transportpipelines, was in der Folge zu Betriebs- und Produktionskomplikationen und erhöhten Verarbeitungskosten führt.

Agglomerated and flocculated asphaltenes can be remediated by ultrasonic deagglomeration and particle size reduction

Asphaltene Aggregation und Flockung, dargestellt im Yen-Modell.
Mit freundlicher Genehmigung von O. Mullins, Schlumberger.

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Ultrasonicator for asphaltene deagglomeration and flocculant reduction

Der Ultraschallprozessor UIP16000 ist ein Hochleistungshomogenisator für die Rohölaufbereitung

Die Lösung: Ultraschall-Reduktion von Asphalten-Ausfällungen

Ausgefällte und geflockte Asphaltenpartikel können durch Leistungsultraschall zuverlässig saniert werden. Hochleistungs-Ultraschall bricht ausgefällte und ausgeflockte Asphaltene bis auf eine kleine Partikelgröße auf. Dadurch wird das Asphaltene wieder in sehr kleine Partikel dissoziiert, die nicht verstopfen oder die Rohölverarbeitung stören. Ultraschalldispergierer homogenisieren die Partikel im Rohöl. Oft wird ein chemischer Stabilisator hinzugefügt, um eine Langzeitstabilität zu erreichen. Das bedeutet, dass die Ultraschallbehandlung die Ausflockung von makrostrukturellem Asphalten reduzieren kann, was die Ablagerung von Asphalten auf Oberflächen, die Verstopfung von Poren im Reservoir, die Verstopfung von Bohrlöchern und Ablagerungen in Pipelines verhindert.

Ultrasonic deagglomeration reduces asphaltene particle size and prevents deposition.

Ende der Soleflutung unter Ultraschallwellen in verschiedenen Stellen des Mikromodells.
Studie und Copyright: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Vorteile der Asphaltenzerkleinerung mit Ultraschall

  • Partikelzerkleinerung von Asphaltenen
  • Zersetzung von Asphalten-Agglomeraten
  • Flockungshemmung
  • Viskositätsreduzierung des Rohmaterials
Ultrasonic high-performance dispersers deagglomerate asphaltene flocculants and prevent deposition.

Ultraschall-Installation mit 3x UIP1000hdT für die Rohölverarbeitung

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Forschung beweist Wirksamkeit der Asphaltenreduzierung mit Ultraschall

Dehshibi et al. (2018) untersuchten die Auswirkungen von niederfrequenter Hochleistungs-Ultraschallbehandlung (30 kHz) auf die Ausfällung/Flockung und Ablagerung von Asphalten unter Temperaturkontrolle. Die Ultraschallbehandlung reduzierte die Asphaltenablagerung. Die Ultraschallwellen und die erzeugte akustische Kavitation bewirkten eine Erhöhung der Ölproduktion durch den Ölschichtungsmechanismus. Durch die Beschallung war es nicht nur möglich, Asphalten-Agglomerate aufzubrechen, sondern sogar die Asphalten-Ablagerung umzukehren.
Außerdem konnte durch die Anwendung von Ultraschall die Verstopfung von Kehlen und Poren mit großem agglomeriertem Asphalten verhindert werden. Dadurch wurde ein Druckabfall aufgrund von Asphaltenablagerungen vermieden und der Flüssigkeitsstrom in den Poren und Kehlen verbessert. Mittels Bildanalyse wurde festgestellt, dass sich durch die Anwendung von Leistungsultraschall etwa 80 % des ausgefällten Asphaltens nicht ablagerten. "Mit anderen Worten, 80 % der Asphaltenablagerungen wurden reduziert und folglich wurde die Wahrscheinlichkeit einer Verstopfung der Mikrokanäle durch die Anwendung von Ultraschall verringert." (Dehshibi et al., 2018)
Die Ergebnisse der Studie der Forschungsgruppe von Deshibi zeigten, dass Ultraschallschwingungen und Kavitationsschwingungen größere Asphalten-Aggregate von den Oberflächen entfernen und in den Hauptteil der Strömung verschieben können. Außerdem reduzierte die Ultraschallbearbeitung die Menge des aggregierten Asphaltens (siehe Abbildung unten). Basierend auf der Bildanalyse werden etwa 70 % des ausgefällten Asphaltens durch die Beschallung des Systems nicht abgelagert.

Ultrasonication is successfully applied to reduce asphaltene aggregates and flocculates to prevent their deposition.

Ende der Flutung mit Sole (Magnesiumchloridlösung) unter Einstrahlung von Ultraschallwellen: (a) die Reversibilität der Asphaltenablagerung (b) die Asphaltenentfernung.
Studie und Copyright: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren

Hielscher Ultrasonics ist spezialisiert auf die Entwicklung, das Prototyping, die Herstellung und den Vertrieb von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren für Heavy-Duty-Anwendungen. Aufgrund der außergewöhnlichen Leistung, Ausdauer, Robustheit und Zuverlässigkeit werden Hielscher-Ultraschallsysteme weltweit für petrochemische Anwendungen eingesetzt. Typische Anwendungen sind die ultraschallgestützte oxidative Entschwefelung, Rohölemulgierung, Asphalten-Desagglomeration, Scavenger-Dispersion und Viskositätsreduzierung von Schwerölen. Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern, die für Heavy-Duty-Anwendungen erforderlich sind. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7-Betrieb kontinuierlich gefahren werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden verfügbar. Die industriellen Systeme von Hielscher bewältigen problemlos sehr hohe Viskositäten und benötigen nur einen geringen Wartungsaufwand.
Kontaktieren Sie uns jetzt, um mehr Informationen über Ultraschall-Asphaltenreduzierung, Installationsmöglichkeiten und Preise zu erhalten! Unsere gut ausgebildeten, langjährig erfahrenen Mitarbeiter besprechen gerne Ihre Prozessanforderungen mit Ihnen!
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.

Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Asphaltene

Asphaltene bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel sowie aus Spuren von Vanadium und Nickel. Das C:H-Verhältnis beträgt etwa 1:1,2, variiert jedoch je nach Asphaltenquelle. Asphalten ist definiert als "die schwerste Komponente von Erdölflüssigkeiten, die in leichten n-Alkanen wie n-Pentan oder n-Heptan unlöslich ist, aber in Aromaten wie Toluol löslich ist" (Goual 2012)

Asphaltene können anhand der folgenden Merkmale identifiziert und klassifiziert werden:

  • Feststoff: Asphaltene ist eine feste Phase, die bei Lagerstättenbedingungen im Rohöl homogenisiert ist.
  • n-Alkan unlöslich: Asphalten wird als Löslichkeitsklasse eingestuft, da es mehrere Strukturen aufweist und es daher äußerst schwierig ist, eine verallgemeinerte Struktur für es anzugeben. Es ist daher definiert als die Komponente mit dem höchsten Molekulargewicht im Rohöl, die in leichten n-Alkanen wie n-Pentan oder n-Heptan unlöslich und in Aromaten wie Toluol oder Xylol löslich ist.
  • Hochgradig polar: Asphalten ist einer der wenigen Bestandteile des Rohöls, der hochpolar ist, im Gegensatz zum Rohöl als Ganzes, das als unpolar gilt.
  • Heteroatome: Asphalten ist mit Heteroatomen verbunden, die sich hauptsächlich in Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel manifestieren.

High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics liefert Hochleistungs-Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis industrielle größen herstellen.