به گزارش ايرنا، «مهدي محمدي» فارغ التحصيل دكتراي مهندسي شيمي از دانشگاه علم و صنعت و عضو هيات علمي پژوهشگاه صنعت نفت، درباره طرح توسعه فناوري نمك زدايي نفت خام مي گويد: نفت استخراج شده از چاه هاي نفت به دليل همراه داشتن مقدار زيادي گاز و ناخالصي هايي مانند آب شور، قبل از ارسال به محل مصرف (پالايشگاه ها و پايانه‎هاي صادرات) بايد در تأسيسات روزميني (گاززدايي، شيرين‎سازي، آبزدايي و نمكزدايي) فرآورش شود.
بخشي از آب شور به روش ثقلي قابل جداسازي است، اما شكستن امولسيون قطرات كوچك آب باقيمانده در نفت، تنها با استفاده از روش الكترواستاتيك قابل انجام است، از اين رو كيفيت مورد نظر از طريق فرآورش نفت خام در واحد نمكزدايي قابل دستيابي است.

سوال: اين فرآيند از چه زماني در كشور فعال شده است؟
محمدي: آغاز استفاده از واحدهاي نمكزداي الكترواستاتيك نفت خام در صنعت نفت كشور به چند دهه گذشته بازمي گردد. در آغاز بسياري از واحدهاي بهره برداري بدون نياز به واحد نمكزدايي تأسيس شدند، ولي به دليل بالارفتن عمر مخازن، توليد نفت خام به سمت نمكي شدن پيش رفت و احداث واحدهاي جديد نمكزدايي در دستوركار شركت ها قرار گرفت. همچنين در واحدهاي قديمي كه نمكزدايي تك مرحله اي وجود داشت، اين واحدها براي تبديل به حالت دو مرحله اي تبديل شده يا درحال اصلاح هستند.
در حال حاضر طراحي مفهومي نمكزدا، ساخت و تأمين قطعات داخلي و كليدي آن توسط برخي شركت هاي خارجي انجام مي شود. به دليل اهميت اين فناوري و جايگاه آن در فرآورش نفت خام و با توجه به نياز كشور به احداث و راهبري واحدهاي نمكزدايي در حوزه صنايع بهره برداري نفت، دستيابي به اين دانش فني از اهميت قابل توجهي برخوردار است.

سوال: پژوهشگاه صنعت نفت تاكنون چه اقدام هايي در اين زمينه انجام داده است؟
محمدي: پژوهشگاه براي رفع اين نياز صنعت نفت، در سال 1390 پيشنهاد طرح پژوهشي توسعه دانش فني فرآيند نمكزدايي به مناطق نفت خيز جنوب را ارائه كرده است. پس از طي مراحل مختلف، اين طرح در فهرست طرح هاي پژوهشي مصوب معاونت پژوهش و فناوري وزارت نفت قرار گرفت، ولي متأسفانه قرارداد اين طرح به پژوهشگاه ابلاغ نشد؛ از اينرو طرح با حمايت هاي پژوهشكده پالايش و معاونت فناوري پژوهشگاه به صورت داخلي اجرا شد.
ابتدا مطالعات كتابخانه اي، سپس مطالعات ميداني از طريق بازديد و بررسي عملكرد واحدهاي نمكزدايي موجود در صنعت نفت انجام شد. در اين مراحل اصول پايه هاي حاكم بر فرآيند و بخش هاي كليدي فناوري شناسايي شدند. پس از آن، به منظور بررسي مكانيزم عملكرد نمكزدا در مقياس ميكرو (تجميع الكتريكي قطرات آب در فاز نفتي) يك سامانه آزمايشي طراحي شد و دستگاه هاي آزمايشگاهي تخصصي ولتاژ بالا با مشخصات ويژه مورد نياز به صورت داخلي طراحي و ساخته شدند.
سرانجام با استفاده از اين تجهيزات آزمايشگاهي و با انجام آزمايشات دقيق، مكانيزم عملكرد نمكزدا با موفقيت مورد مطالعه قرار گرفت. لازم به ذكر است كه اين سطح از پژوهش هاي بنيادي با رويكرد كاربرد صنعتي در فناوري نمكزدايي در حال حاضر تنها توسط چند شركت محدود اروپايي انجام مي شود.

سوال: هدف از بومي سازي اين فرآيند توسط پژوهشگاه چيست؟
محمدي: يكي از اهداف پژوهشگاه در بومي سازي فناوري نمكزدا، شناسايي گلوگاه هاي فناوري و تلاش در جهت دستيابي به دانش مربوط به ساخت آنها است. قطعه بوشينگ ورودي ولتاژ بالا به مخزن نمكزدا از مهمترين بخش هاي اين فناوري به شمار مي آيد.
طراحي و ساخت اين قطعه حياتي (در ابعاد صنعتي) در پژوهشگاه انجام و عملكرد آن نيز با موفقيت تست شده و مورد تأييد قرار گرفته است. ثبت اختراع مربوط به ساخت بوشينگ ولتاژ بالا كه به تأييد سازمان پژوهش هاي علمي و صنعتي ايران رسيده، حاصل تلاش محققان پژوهشگاه در اين مسير است.

سوال: آيا اين طرح در مرحله ساخت پايلوت هم پيشرفت داشته است؟
محمدي: بله. در بخش پايلوت براي اولين بار در كشور يك واحد نيمه صنعتي نمكزداي الكترواستاتيك نفت خام در پژوهشگاه صنعت نفت طراحي و ساخته شد. اين پايلوت براي جريان پيوسته به ظرفيت 20 بشكه در روز به گونه اي طراحي شده كه قابليت تغيير پارامترهاي عملياتي در يك دامنه وسيع را دارد.
در اين پايلوت، تمامي ملزومات واحد صنعتي طراحي و ساخته شده اند. پس از انجام تست هاي اوليه (پيش راه اندازي) و ارائه عملكرد موفق، پايلوت راه اندازي شد و به مدت سه ماه براي انواع نفت خام با اعمال شرايط عملياتي مختلف در عمليات پيوسته (شبانه روزي) قرار گرفت.
نتايج حاصل از اين داده گيري ها از يك سو عملكرد موفق پايلوت با راندمان جداسازي بسيار بالا را تأييد كرد و از سوي ديگر با توجه به بررسي تأثير شرايط عملياتي مختلف و نوع نفت خام، منجر به ايجاد دانش فني اين فرآيند در مقياس نيمه صنعتي شد.

سوال: روند ساخت اين پايلوت در اين مجموعه به چه صورت بوده است؟
محمدي: ما در پژوهشگاه به منظور ساخت اين پايلوت، با تمام صورت مساله هاي ساخت يك واحد صنعتي روبه رو بوديم؛ چرا كه تمام المان هاي يك واحد نمكزدا در صنعت به صورت كوچكتر در واحد پايلوت نيز مورد نياز است. ساخت و راه اندازي اين پايلوت به دليل ناشناخته بودن جزئيات فرآيند، ريسك بالايي داشت زيرا نخستين بار بود كه با دانش داخلي يك ترانس ولتاژ بالا به داخل مخزني كه حاوي آب و نفت خام است، متصل مي شد.
پژوهشگاه صنعت نفت از تمام مواردي كه ناشناخته بود، عبور كرد و به نقطه اي رسيد كه موفق شد پايلوت نمكزدا را به صورت كاملا داخلي بسازد، سپس آن را با موفقيت راه اندازي كرده، به منظور داده گيري به مدت سه ماه آن را تحت عمليات پيوسته (شبانه روزي) قرار دهد.

سوال: اين پايلوت از چه ويژگي هاي شاخصي برخوردار است؟
محمدي: يكي از ويژگي هاي بارز اين پايلوت اين است كه مي تواند كاربردها و قابليت هاي مختلفي براي صنعت داشته باشد؛ از جمله مي توان از آن براي تست عملكرد شرايط عملياتي براي انواع نفت خام و انتخاب شرايط عملياتي بهينه يا براي بررسي عملكرد و انتخاب ماده شيميايي مصرفي دمولسيفاير استفاده كرد.
در حال حاضر، سالانه واحدهاي نمكزدا تحت تست هاي ميداني انتخاب دمولسيفاير قرار مي گيرند و اين ريسك وجود دارد كه نفت خام خروجي از واحد، كيفيت صادرات و انتقال را نداشته باشد. اما اين پايلوت اين امكان را مي دهد تا به جاي آنكه خود واحد صنعتي را در معرض اين تست هاي مخاطره آميز قرار دهيم، انواع دمولسيفايرهاي پيشنهادي شركت ها در پايلوت تزريق و كارآيي آنها را با يكديگر مقايسه و بهترين را انتخاب كرد.
پژوهشگاه همچنين ساخت يك واحد پرتابل با مقياس بزرگتر از پايلوت كنوني را به صنعت نفت پيشنهاد داده است كه قادر است در كنار واحدهاي عملياتي و بهره برداري قرار بگيرد و با اتصال يك انشعاب از خوراك واحد اصلي به منظور تست ميداني انتخاب دمولسيفاير مورد استفاده قرار گيرد.

سوال: آيا در بخش نرم افزاري نيز موفقيت هايي به دست آمده است؟
محمدي: بله دقيقا اين اتفاق رخ داده است. در بخش نرم افزاري، نتايج و توابع رياضي منطبق با داده هاي پايلوتي به منظور تهيه يك نرم افزار تخصصي مورد استفاده قرار گرفت و در نهايت نرم افزاري توسعه يافت كه قادر است ميزان آب و نمك همراه نفت خام محصول را با توجه به نوع نفت خام و شرايط عملياتي پيش بيني كند.
همچنين اين نرم افزار در حالت بهينه سازي قادر است شرايط عملياتي بهينه را تعيين كند. اين نرم افزار در كشور منحصر به فرد است و در هيچ يك از نرم افزارهاي تجاري شبيه ساز فرآيند، برنامه اي كه بتواند عمليات نمكزدايي را شبيه سازي كند، وجود ندارد؛ بنابراين دستيابي به اين نرم افزار گام بزرگي براي بومي سازي اين فناوري محسوب مي شود.
تخصص و مهارت بالاي برنامه نويسي همكاران بنده در پژوهشكده پالايش كمك شاياني در انجام اين بخش از طرح كرد.
شناسايي رفتار دقيق هيدروديناميكي نمكزداي الكتروستاتيك از طريق شبيه سازي CFD، مي تواند نقش موثري در طراحي بهينه اين تجهيزات و بهبود عملكرد آنها داشته باشد.
از آنجا كه پارامترهاي مؤثر بر عملكرد نمكزدا متعدد است، تعيين اثر هر يك از اين عوامل بر راندمان جداسازي نقش بسزايي در تعيين ابعاد و شرايط بهينه عملياتي نمكزدا خواهد داشت. براي اين منظور ابتدا مكانيزم نمكزدايي در مقياس دوقطرهاي از طريق شبيه سازي CFD مورد مطالعه قرار گرفت.
سپس با توسعه معادلات موازنه جمعيتي با توجه به تأثير همزمان هيدروديناميك و الكتروستاتيك بر معادلات تجميع قطرات، شبيه سازي سيستم نمكزدا انجام شد. با اين كار توانستيم هيدروديناميك داخل مخزن نمكزدا، توزيع اندازه قطرات، پروفايل توزيع فازها و نحوه رشد قطرات و جداسازي را در داخل مخزن نمكزدا پيش بيني كنيم.
بي شك يكي از مهمترين بخش هاي فناوري نمكزدايي منبع الكتريكي، ولتاژ بالاي اختصاصي مورد استفاده در دستگاه است. اين منبع الكتريكي كه به دليل ماهيت ويژه عملياتي براي شرايط اتصال كوتاه طراحي مي شود، همواره در تغيير نسل هاي مختلف فناوري نقشي پيشتاز داشته است.
از سوي ديگر با توجه به پيوند خوردن دو موضوع فرآيند و برق، نكات خاصي در طراحي آن وجود دارد؛ از اين رو در اين طرح با مطالعات فراوان توانستيم مفاهيم پايه اي اين بخش از دانش را نيز شناسايي كنيم.
سپس با ايجاد يك مدل جامع كه دو بخش منبع الكتريكي بيروني (ترانس) و مصرف كننده داخلي مخزن (ميدان الكتريكي) را همزمان شبيه سازي مي كند، به توانمندي لازم براي طراحي آنها دست يافتيم.
از آنجا كه در اين مدل پارامترهايي نظير افت ولتاژ مؤثر، فركانس و پروفايل رسانايي سيال درون مخزن همگي مورد توجه قرار گرفته اند، دستيابي به نسل جديد فناوري در دسترس پژوهشگاه قرار گرفته است.

سوال: مهمترين دستاوردهاي اين طرح پژوهشي براي صنعت نفت چيست؟
محمدي: پژوهشگاه صنعت نفت با توجه به تجربياتي كه تاكنون در بخش هاي مختلف سخت افزاري و نرم افزاري اين فناوري و از جمله در ساخت پايلوت نمكزدا كسب كرده، قادر است براي تأمين اين فناوري در صنعت نفت كشور و رفع مشكلات عملياتي در واحدهاي نمكزدايي موجود در خدمت صنعت باشد.
هم اكنون در پروژه هاي احداث واحدهاي نمك زدايي، بخش عمده اي از هزينه شركت هاي خارجي مربوط به دانش فني است، درصورتي كه اگر اين پروژه ها به صورت داخلي انجام شوند، هزينه هاي صنعت نفت در اين بخش بسيار پايين مي آيد و ضمن صرفه جويي ارزي قابل توجه، ارزش افزوده بالايي نيز براي كشور خواهد داشت.

سوال: ويژگي هاي اين طرح در مقايسه با نمونه هاي داخلي و خارجي را در چه مي بينيد؟
محمدي: در حال حاضر پيمانكاران داخلي، ساخت بخش هاي حجيم نظير مخازن را به وسيله شركت هاي داخلي انجام مي دهند، ولي از نگاه فناورانه در تمام اين پروژه ها، شركت هاي خارجي، طراحي و تأمين اجزاي مهم اين فناوري را به عهده دارند.
ويژگي طرح پژوهشگاه در مقايسه با پيمانكاران داخلي در آن است كه به طراحي و ساخت تمام اجزاي كليدي فناوري توجه شده و تأمين آنها از طريق خريد خارجي را نفي مي كند.
همچنين در مقايسه با شركت هاي خارجي (فعال در ايران)، پژوهشگاه توسعه فناوري را از اولين حلقه هاي علمي آغاز كرده و آن را تا مقياس نيمه صنعتي توسعه داده است، در حالي كه شركت هاي مزبور از زاويه اجراي پروژه به اين موضوع مي نگرند و اجزاي اصلي فناوري را از ساير شركت هاي خارجي خريداري و تأمين مي كنند.

سوال: اين طرح در حوزه اقتصاد مقاومتي چه كارآيي داشته است؟
محمدي: از آنجا كه كشور ما از منابع سرشار نفت و گاز برخوردار و همچنان در حال گسترش صنايع مربوط به بهره برداري از اين منابع است، نياز به احداث واحدهاي جديد نمكزدا همواره در اين صنايع وجود خواهد داشت. در حال حاضر طراحي نمكزدا و تأمين قطعات داخلي آن به وسيله شركت هاي خارجي انجام مي شود.
از طرفي بر اساس برآورد برخي شركت هاي داخلي، در پروژه هاي احداث واحدهاي نمكزدايي حدود نيمي از هزينه پرداخت شده مربوط به حق دانش فني است. به دليل اهميت فراوان اين فناوري و جايگاه آن در فرآورش نفت خام و با توجه به نياز كشور به احداث و راهبري واحدهاي جديد در حوزه صنايع بهره برداري نفت، دستيابي به دانش فني و فناوري نمكزدايي الكترواستاتيك نفت خام مي تواند ضمن كاهش وابستگي و صرفه جويي ارزي، امكان بهينه سازي عملكرد اين واحدها را نيز فراهم آورد.
با آنكه اين طرح بدون حمايت صنعت انجام شد، ولي پژوهشگاه با دعوت از همه شركت هاي نفتي و خصوصي كه به نحوي با اين موضوع در ارتباط هستند، اقدام به برگزاري همايش نمكزدا در سال 94 كرد و ضمن اطلاع رساني از اقدام هاي انجام شده، با برگزاري پرسش و پاسخ توانمندي خود را در معرض چالش از سوي صاحبنظران اين حوزه قرار داد.
منبع: نشريه مشعل وزارت نفت