Vähendatud asfalteenide sadestumine võimsa ultraheli abil

Asfalteenide sadenemine tekitab naftatootmises arvukalt probleeme: see vähendab läbilaskvust, muudab reservuaarikivimi märguvust, ummistab puurkaevu ning tekitab tootmiskaevu ümber olulise rõhulanguse. Ultraheli abil toimuv asfalteenide deagglomeratsioon ja dispergeerimine hoiab ära asfalteenihelveste teket ning nende sadestumist ja kõrvaldab need.

Probleem: asfalteenid toornaftas

Asfalteen on toornaftas sisalduv tahke aine, mida peetakse problemaatiliseks, kuna see põhjustab tõsiseid probleeme toornafta tootmisel ja transportimisel puurkaevust. Asfalteenid on väga keeruline molekulide klass ja esinevad erinevates molekulaarstruktuurides – see asjaolu süvendab probleemi, sest asfalteeni erinevad vormid põhjustavad probleeme erineva raskusastmega. Asfalteeni paljud erinevad struktuurid muudavad selle ka raskesti üldistatavaks kindlaks ühendite rühmaks. Seetõttu klassifitseeritakse asfalteeni üldiselt lahustuvusklassina, kuna seda iseloomustab lahustumatus n-alkaanides.
Asfalteenide põhjustatud tüüpilised probleemid toornaftas on näiteks tihedad flokulatsioonid ja setted reservuaaris, puuraukudes ja transporttorustikes, mis põhjustab hiljem tegevus- ja tootmishäireid ning suurendab töötlemiskulusid.

Aglomeraatunud ja flokuleerunud asfalteene saab kõrvaldada ultraheli deagglomeratsiooni ja osakeste suuruse vähendamisega

Asfalteenide agregatsioon ja flokulatsioon Yeni mudelis.
Allikas: O. Mullins, Schlumberger.

Sonikaator asfalteenide deagglomeratsiooniks ja flokulantide vähendamiseks

Ultraheli protsessor UIP16000 on suure jõudlusega homogenisaator toornafta töötlemiseks

Lahendus: asfalteenisetete ultraheliga vähendamine

Sadestunud ja flokuleerunud asfalteeniosakesi saab võimsa ultraheli töötlusega usaldusväärselt kõrvaldada. Suure jõudlusega ultraheli töötlus lõhub asfalteenisademed ja -flokulaadid väikeseks osakeste suuruseks. Seeläbi lagundatakse asfalteen tagasi väga väikesteks osakesteks, mis ei ummista toornafta töötlemist ega sega seda. Ultraheli dispergaatorid homogeniseerivad osakesed toornaftas. Pikaajalise stabiilsuse saavutamiseks lisatakse sageli keemilist stabilisaatorit. See tähendab, et ultraheli töötlus võib vähendada makrostruktuurset asfalteeniflokulatsiooni, mis hoiab ära asfalteeni sadestumise pindadele, pooride ummistumise reservuaaris, puurkaevu ummistumise ja ladestumise torustikes.

Ultraheli deagglomeratsioon vähendab asfalteeniosakeste suurust ja hoiab ära sadestumise.

Soolveega üleujutuse lõpp ultraheli lainete mõjul mikromudeli erinevates kohtades.
Uuring ja autoriõigus: Deshibi et al.2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Asfalteenide ultraheliga peenestamise eelised

Asfalteeniosakeste suuruse vähendamine
Asfalteenide aglomeraatide lõhkumine
Flokulatsiooni pärssimine
Toornafta viskoossuse vähendamine

Suure jõudlusega ultraheli dispergaatorid deagglomereerivad asfalteeniflokulante ja hoiavad ära sadestumise.

Ultraheli paigaldis, mis koosneb 3 seadmest UIP1000hdT toornafta töötlemiseks

Uuringud tõendavad asfalteenide ultraheliga vähendamise tõhusust

Dehshibi et al. (2018) uurisid madala sagedusega ja suure võimsusega ultraheli töötluse (30kHz) mõju asfalteenide sadenemisele / flokulatsioonile ja sadestumisele temperatuuri kontrolli all. Ultraheli töötlus vähendas asfalteenide sadestumist. Ultraheli lained ja nende tekitatud akustiline kavitatsioon põhjustasid naftatootmise suurenemise nafta kihistumise mehhanismi kaudu. Ultraheli töötlusega (sonikeerimisega) oli võimalik mitte ainult asfalteenide aglomeraate lõhkuda, vaid isegi asfalteenide sadestumist tagasi pöörata.
Lisaks võis ultraheli töötluse rakendamine ära hoida kitsaskohtade ja pooride ummistumise suurte aglomeraatunud asfalteenidega. Seeläbi välditi asfalteenide sadestumisest tingitud rõhulangust ning paranes vedeliku voolamine pooride ja kitsaskohtade kaudu. Pildianalüüsi abil leiti, et võimsa ultraheli rakendamise tulemusel ei sadestunud umbes 80% sadenenud asfalteenist. „Teisisõnu, asfalteenide sadestumine vähenes 80% ja seetõttu väheneb ultraheli kasutamise tõttu mikrokanalite ummistumise tõenäosus.“ (Dehshibi et al., 2018)
Deshibi uurimisrühma uuringu tulemused näitasid, et ultraheli vibratsioon ja kavitatsioonivibratsioon suudavad eemaldada pindadelt suuremaid asfalteeniagregaate ja viia need voolu põhimassi. Lisaks vähendas ultraheli töötlus agregeerunud asfalteeni hulka (vt allolevat joonist). Pildianalüüsi põhjal ei sadestu umbes 70% sadenenud asfalteenist tänu süsteemi allutamisele ultraheli töötlusele.

Ultraheli töötlust rakendatakse edukalt asfalteeniagregaatide ja flokulaatide vähendamiseks, et hoida ära nende sadestumine.

Soolvee (magneesiumkloriidi lahuse) üleujutuse lõpp ultraheli lainetega kiiritamisel: (a) asfalteenide sadestumise pöörduvus (b) asfalteenide eemaldamine.
Uuring ja autoriõigus: Deshibi et al. 2018 (CC BY-NC-ND 4.0)

Suure jõudlusega ultraheli seadmed

Hielscher Ultrasonics on spetsialiseerunud suure jõudlusega ultraheli protsessorite arendamisele, prototüüpimisele, tootmisele ja müügile raskeks tööks mõeldud rakenduste jaoks. Tänu erakordsele jõudlusele, vastupidavusele, töökindlusele ja usaldusväärsusele on Hielscheri ultraheli süsteemid paigaldatud petrokeemia rakendustesse üle kogu maailma. Tüüpilised rakendused hõlmavad ultraheli toel toimuvat oksüdatiivset väävlitustamist, toornafta emulgeerimist, asfalteenide deagglomeratsiooni, püüdurainete (scavenger) dispergeerimist ja rasknaftade viskoossuse vähendamist. Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheli protsessorid suudavad anda väga suuri amplituude, mida raskeks tööks mõeldud rakendused nõuavad. Kuni 200µm amplituude on lihtne pidevalt kasutada ööpäevaringses 24/7 töös. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Hielscheri tööstuslikud süsteemid toime tulevad hõlpsasti väga suure viskoossusega ja vajavad vaid vähest hooldust.
Võtke meiega kohe ühendust, et saada lisateavet asfalteenide ultraheliga vähendamise, paigaldusvõimaluste ja hindade kohta! Meie hästi koolitatud ja kogenud töötajad arutavad teiega hea meelega teie protsessi nõudeid!
Allolev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:

Partii maht	Vooluhulk	Soovitatavad seadmed
1 kuni 500mL	10 kuni 200mL/min	UP100H
10 kuni 2000mL	20 kuni 400mL/min	UP200Ht, UP400St
0,1 kuni 20L	0,2 kuni 4L/min	UIP2000hdT
10 kuni 100L	2 kuni 10L/min	UIP4000hdT
n.a.	10 kuni 100L/min	UIP16000
n.a.	suurem	klaster: UIP16000

Võtke meiega ühendust! / Küsige meilt!

Ultraheli kõrge nihkejõuga homogenisaatoreid kasutatakse labori-, laua-, pilootmastaabis ja tööstuslikus töötluses.

Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks laboratoorses, pilootmastaabis ja tööstuslikus mastaabis.

Kirjandus / viited

Reza Rezaei Dehshibi, Ali Mohebbi, Masoud Riazi, Mehrdad Niakousari (2018): Experimental investigation on the effect of ultrasonic waves on reducing asphaltene deposition and improving oil recovery under temperature control. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 45, 2018. 204-212.
Amani, Mahmood, Retnanto, Albertus, AlJuhani, Salem, Al-Jubouri, Mohammed, Shehada, Salem, Rommel Yrac (2015): Investigating the Role of Ultrasonic Wave Technology as an Asphaltene Flocculation Inhibitor, an Experimental Study. International Petroleum Technology Conference, Doha, Qatar, December 2015.
Khosrow Naderi, Tayfun Babadagli (2010): Influence of intensity and frequency of ultrasonic waves on capillary interaction and oil recovery from different rock types. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 17, Issue 3, 2010. 500-508.
Goual Lamia (2012): Petroleum asphaltenes. In: Crude Oil Emulsions – Composition Stability and Characterization. InTechOpen 2012.
Salehzadeh, M., Akherati, A., Ameli, F. and Dabir, B. (2016): Experimental study of ultrasonic radiation on growth kinetic of asphaltene aggregation and deposition. Canadian Journal of Chemical Engineering 94(11). 2202-2209.

Seotud teemad

Teada väärt fakte

Asfalteenid

Asfalteenid koosnevad peamiselt süsinikust, vesinikust, lämmastikust, hapnikust ja väävlist ning sisaldavad ka vanaadiumi ja nikli jälgi. C:H suhe on ligikaudu 1:1,2, kuid varieerub sõltuvalt asfalteeni allikast. Asfalteeni defineeritakse kui „naftavedelike kõige raskemat komponenti, mis on lahustumatu kergetes n-alkaanides, nagu n-pentaan või n-heptaan, kuid lahustuv aromaatsetes ühendites, nagu tolueen“ (Goual 2012)

Asfalteeni saab tuvastada ja klassifitseerida järgmiste omaduste alusel:

Tahke: asfalteen on tahke faas, mis on reservuaari tingimustes toornaftas homogeniseeritud.
n-alkaanides lahustumatu: asfalteeni klassifitseeritakse lahustuvusklassina, kuna sellel on mitu struktuuri ja seetõttu on selle jaoks äärmiselt raske anda üldistatud struktuuri. Seetõttu defineeritakse seda kui toornafta suurima molekulmassiga komponenti, mis on lahustumatu kergetes n-alkaanides, nagu n-pentaan või n-heptaan, ja lahustuv aromaatsetes ühendites, nagu tolueen või ksüleen.
Väga polaarne: asfalteen on üks väheseid toornafta komponente, mis on väga polaarne, erinevalt toornaftast tervikuna, mida peetakse mittepolaarseks.
Heteroaatomid: asfalteen on seotud heteroaatomitega, mis väljenduvad peamiselt lämmastikus, hapnikus ja väävlis.

Suure jõudlusega ultraheli! Hielscheri tootevalik katab kogu spektri kompaktsetest laboratoorsetest sonikaatoritest lauaseadmeteni ja täismahus tööstuslike ultraheli süsteemideni.

Hielscher Ultrasonics pakub suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laboratoorsest kuni tööstusliku suuruseni.