دانلود پایان نامه : پالایش نفت و فراورده های آن

دانلود پایان نامه : پالایش نفت و فراورده های آن

تعداد صفحات: 195

فرمت فایل: ورد

دسته بندی:

قیمت: 6600 تومان

تعداد نمایش: 101 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 23 نوامبر 2016

به روز رسانی در: 23 نوامبر 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

6600 تومان – خرید

دانلود پایان نامه : پالایش نفت و فراورده های آن

 

 

در شش فصل

مطالعه اوليه نفت قبل از پالايش

پالايش نفت

توليد و تصفيه برش‌هاي نفتي

تبديل مواد نفتي

روشهاي تبديل كاتاليتيكي در صنايع نفت

فرآورده‌هاي مهم نفتي

 

 

ديباچه

نفت خام مايعی است غليظ به رنگ سياه يا قهوه‌ای تيره که اساساً از هيدروکربن‌ها تشکيل شده است. در مورد منشاء نفت به دو نظريهء معدنی و آلی می‌رسيم. نظريهء منشاء معدنی نفت: که در سال 1886 توسط برتلو داده شد اينک رد شده است. همچنين در سالهای 1889( مندليوف) نظريهء برتلو را تاييد کرد و پس از ان در سال1901 سا باتيه و ساندرنس نظريهء منشاء معدنی بودن نفت را تاييد کردند

نظريهء منشاء آلی:

امروزه می‌توان گفت که نظريهء منشاءآلی نفت برای نفت خام سبک به هر نظريه ديگري قابل قبول تر است اين نظريه به دلايل زير متکی است:

1- نفت خام هميشه در لايهای رسوبی يافت می‌شود که همواره مقدار زيادی از مواد آلی نيز در اين لايها وجود دارند.

2- نفت خام محتوی ماده ای به نام پور فيرين می‌باشد. اين ماده فقط در عامل سرخی خون (هِمين) حيوانات و نيز در سبزينهء گياهان وجود دارد.

3- اکثر نفت‌های خام خاصيت چر خش سطح پلاريزاسيون نور را دارند. اين خاصيت مربوط به وجود کلسترول است با منشاء حيوانی يا گياهی.

به نظر می‌رسد که موجودات بسيار کوچک و بيشماری که در دريا‌ها و مرداب‌ها زندگی می‌کنندو پلانگتون (فيتو پلانگتون و زئوپلانگتون‌ها) ناميده می‌شوند منشاء آلی نفت می‌باشند. توزيع پلانکتون‌ها در سطح دريا یکنواخت نيست. اين موجودات در قسمت بالای آب دريا (عمق 50 تا 100 متری) که اشعهء خورشيد نفوذ می‌کند و نيز در مجاورت سواحل متمرکزند. توليد مثل اين موجودات بسيار زياد است و پس از نابودی در کف دريا سوب می‌دهند. البته پلانکتون‌ها تنها منبع مواد آلی نيستند. آب رود خانه‌هايی که به دريا ميريزند حاوی مقداری مواد هيو ميک است که ترکيبشان نزديک به هيدرو کربنها است.

 نفت خام

بسياری از دانشمندان عقيده دارند که نفت از باقيمانده موجودات ريز و گياهانی که صدها ميليون سال پيش در درياها می‌زيسته اند به وجود آمده است. زمانی که آنان مرده اند، بدن آنان در کف دريا، بين رسوبات دريا محصور شده است. بعد از ميليونها سال، گرما و فشار آنها را به نفت و گاز تبديل کرده است. نفت و گاز معمولاً همراه با هم در پوسته زمين يافت می‌شوند و برای به دست آوردن آنها نياز به حفاری در پوسته زمين است. در نمودار زير دوره زمانی شکل گيری نفت خام نمايش داده شده است.

نفت خام و گاز در اعماق زمين، بين چين خوردگيها و سنگهايي که دارای خلل و فرج است يافت می‌شود. اما ترکيبات نفت خام چيست؟ نفت خام مخلوطی از هيدروکربنهای مختلف است از هيدروکربنهای سبک C1 تا هيدروکربن‌های سنگين. همچنين شامل بعضي از نمکها، فلزات و غيره می‌باشد. اگر هر هيدروکربن را به وسيله يک توپ با اندازه مشخص نشان دهيم، شکل زير بيانگر ترکيبات نفت خام است:

همانطور که در شکل مشخص است، نفت خام مشتمل بر انواع هيدروکربن‌ها می‌باشد. به علاوه ترکيبات ديگری به رنگهای آبی و زرد نيز ديده می‌شود که نمکها و ساير ناخالصی‌ها می‌باشند.

مواد آلی موجود در رسوبها حاوی 15-30% اکسيژن و 10-7% هيدروژن ميباشند در حالی که مواد نفتی حد اکثر 4% اکسيژن و15-11% هيدروژن دارند. بنا بر اين تبديل مواد آلی به هيدرو کربن‌ها يک پديده احيا است که به کمک باکتری‌های غير هوازی مو جود در اعماق آبها صورت می‌گرد. بدين ترتيب مواد آلی طی يک رشته واکنش‌های فساد- تجزيه مولکولی- تراکم وپليمری شدن به ماده هيدرو کربنی بيار غليظ به نام کروژن تبديل ميشود. مجموعه اين تغيير وتبديلها را دگرگونی ديا ژنتيک می‌نامند. اين دگر گونی از لايه‌های يک متری آغاز شده و تا اعماق هزار کيلو متری ادامه ميابد و مدت ان نيز 5 تا 10 هزار سال است.

با ادامه رسوب گزاری عمق لايه‌ها نيز زياد می‌شود و در نتيجه فشار ودما افزايش ميابد. تحت چنين شرایطی
t>100c, p>1000atm کروژن در اثر تجزيه حرارتی به هيدرو کربن‌های مايع سبکتر تبديل ميگردد وبا ادامه رسوب گذاری، مقداری از اين هيدرو کربنها در اثر شکست تبديل به هيدرو کربن‌های سبک و گاز متان می‌شوند.

شکوفايی فصلی يا ساليانه جلبک‌های پلانکتونيک، غالبا به عنوان بوجود آورنده لاميناسيون ريتميک در نظر گرفته‌ می‌شود. همانند تشکيل زغال، شرايط هوازی برای ممانعت از اکسيداسيون مواد آلی و احيا تجزيه باکتريائی مورد نياز است. بنابراين بيشتر شيلهای نفتی در توده‌های آبی لايه‌لايه در جايی که آبهای سطحی اکسيژن‌دار اجازه رشد پلانکتونها و آبهای احيايی کف اجازه حفظ شدن مواد آلی را می‌دهد، تشکيل می‌شوند.

 

 

فصل اول

مطالعه اوليه نفت قبل از پالايش

 

 

مقدمه

کروژنها مواد آلی رسوبی شکننده‌ای هستند که در حلالهای مواد آلی غیرمحلول هستند و دارای ساختمان پلمری می‌باشند. مواد آلی شکننده‌ای که در حلالهای آلی محلول باشند، بيتومن ناميده می‌شوند. ولی کروژن‌ها را می‌توان توسط اسيدهايی مانند HCL و HF از سنگهای رسوبی باز پس گرفت. همچنين ممکن است توسط روش دانسيته و استفاده از مايعات سنگين بتوان کروژن را جدا ساخت. چون کروژن نسبت به کانيهای ديگر سبک بوده و وزن مخصوص کمتری دارد.

روشهای مطالعه کروژن

تمرکز کروژن بوجود آمده را می‌توان با ميکروسکوپهای با نور عبوری يا انعکاسی مورد بررسی قرار داد و هويت بيولوژيکی و منشا و نحوه بوجود آمدن اوليه آنها را مطالعه نمود. همچنين با استفاده از ميکروسکوپهای با نور ماورای بنفش و مشاهده کردن رنگهای فلورسانس، اجزا اصلی تشکیل دهنده کروژنها را مشخص ساخت و از اسپکتروسکوپهای مادون قرمز نيز جهت بررسی ترکيب شيميايی و ساختمانی کروژنها کمک گرفت.

تجزيه کروژن

مولکولهای بزرگ و پيچيده کروژن به سختی قابل تجزيه بوده ولی در اثرحرارت دادن در اتمسفر به ذرات کوچکتری شکسته می‌شوند که بعدا آنها را می‌توان توسط دستگاههای کروماتوگرافی گازی و اسپکترومترهای جرمی تجزيه نمود.

تغييرشکل کروژن‌های مدفون در اثر افزايش حرارت

تبديل کروژنها به نفت و گاز فرايندی است که به درجه حرارت بالايی نيازمند است. برای شروع تبديل مواد حيوانی و گياهی آلی به هيدروکربنها درزيرفشار 1-2 کيلومتر رسوب، حرارتی درحدود 70-50 درجه سانتيگراد لازم است. درجه حرارت نهايی برای اين تبديل که بلوغ يا مچوراسيطون ناميده می‌شود. حتی به بيش از 150 درجه سانتيگراد می‌رسد. لازم به ذکر است که در نواحی با گراديان زمين گرمايی بيشتر، به عنوان مثال نواحی با جريان حرارتی بالا، امکان دارد مواد آلی درعمق کمتری به درجه بلوغ (مچوريتی) برسند.

تاثير فشار بر ساختمان کروژنها

با افزايش حرارت در اثر افزايش بار رسوبی فوقانی عاملهای باندی C- C مولکولهای آلی موجود در کروژن شکسته می‌شوند و گاز نيز در اين مرحله تشکيل می‌شود. بنابراين با بالا رفتن حرارت همگام با افزايش فشار، باندهای C- C بيشتری در کروژن و مولکولهای هيدروکربنی که قبلا تشکيل شده بودند، شکسته می‌شود. اين شکستگی راهنمايی برای تشکيل هيدروکربنهای سبک تر، از زنجيره‌های هيدروکربنی طويل و از کروژن است. جدا شدن متان و ديگر هيدروکربنها سبب می‌شود که کروژن باقيمانده نسبتا از کربن غنی شود. زیرا در آغاز، کروژنهای تيپ 1و 2 نسبت H/C برابر 1. 7 و 1. 3 دارند.

دياژنز کروژن

شروع دياژنز با درجه حرارت 70-60 صورت می‌گيرد و ازدياد درجه حرارت تا زمانی که نسبت H/C=0 6 و نسبت O/C=0.1 باشد تا حدود 150 درجه سانتيگراد ادامه می‌يابد. در درجه حرارتهای بيشتر تمام زنجيره‌های هيدروکربنی طويل تقريبا شکسته می‌شوند و بنابراين باقيمانده آن بطور کلی تنها از گاز متان (گازخشک) می‌باشد و ترکيب کروژن تدريجا به سمت کربن خالص ميل خواهدکرد. (H/C=0).

محاسبه مچوريتی

محاسبه مچوريتی (به بلوغ رسيدن) سنگ مادر برای پيشگويی اينکه چه سنگهای مادری برای تويد نفت بقدر کافی رسيده هستند و همچنين جهت محاسبه کامپيوتری و طرح ريزی بکار می‌رود که اينها يک قسمت مهم از آناليز حوضه برای اکتشافات نفت می‌باشند و مهمترین بهره از اين محاسبات تعيين تاريخچه فرونشينی است که از ثبت چينه شناسی و تخمين گراديان زمين گرمايی مشتق می‌شود. بنابراين تاريخچه فرونشينی تابعی از زمان زمين شناسی می‌باشد.

انواع کروژن

بطور کلی سه نوع کروژن قابل تشخيص است. وجه تمايز اين سه نوع کروژن به نوع ماده آلی تشکیل دهنده و ترکيب شيميايی آن بستگی دارد.

کروژن نوع اول:

اين نوع کروژن دارای منشا جلبکی بوده و نسبت هيدروژن به کربن موجود در آن از ساير کروژنها بيشتر می‌باشد نسبت هيدروژن به کربن حدود 2/1 تا 1. 7 است.

  • کروژن نوع دوم:

کروژن نوع دوم يا ليپتينيک‌ها نوع حد واسط کروژن محسوب می‌شود. نسبيت هيدروژن به کربن نوع دوم، بيش از 1 می‌باشد. قطعات سر شده جلبکی و مواد مشتق شده از فيتو پلانکتونها و زئوپلانکتونها متشکلين اصلی (کروژن ساپروپل) کروژن نوع دوم است.

  • کروژن نوع سوم:

کروژن نوع سوم يا هوميک دارای نسبت هيدروژن به کربن کمتر از 84 % می‌باشد. کروژن نوع سوم از ليگنيت و قطعات چوبی گياهان که در خشکی توليد می‌شود به وجود می‌آيد.

 

 

مراحل تشکيل کروژن

مواد آلی راسب شده در حوضه‌های رسوبی با گذشت زمان در لابه‌لای رسوبات دفن می‌شود. ازدياد عمق دفن‌شدگی با افزايش فشار و دمای محيط ارتباط مستقيم دارد. تی‌سوت (1977) تحولات مواد آلی در مقابل افزايش عمق را تحت سه مرحله به شرح زیر تشريح می‌کند:

مرحله دياژنز

تحولات مواد آلی در مرحله دياژنز در بخشهای کم عمق‌تر زير زمين و تحت دما و فشار متعارف انجام می‌شود. اين تحولات شامل تخريب بيولوژيکی توسط باکتريها و فعل و انفعالات غير حياتی می‌باشد. متان، دی‌اکسيد کربن و آب از ماده آلی جدا شده و مابقی به صورت ترکيب پيچيده هيدروکربوری تحت عنوان کروژن باقی می‌ماند. در مرحله دياژنز محتويات اکسيژن ماده آلی کاسته می‌شود ولی نسبت هيدروژن به کربن ماده‌ آلی کم و بيش بدون تغيير باقی می‌ماند.

  • تاثير مرحله دياژنز در بوجود آمدن هيدروکربنها:

در اوائل مرحله دياژنز مقداری از مواد جامد از قبيل خرده فسيلها و يا کانيهای کوارتز و کربنات کلسيم و …، ابتدا حل شده بعدا از آب روزنه‌ای اشباع گشته، سپس به همراه سولفورهای آهن – سرب و روی و مس و غيره دوباره رسوب می‌کنند. در اين مرحله مواد آلی نيز به سوی تعادل می‌روند. يعنی اول در اثر فعاليت باکتريها مواد آلی متلاشی شده و بعدا همزمان با سخت شدن رسوبات (سنگ شدگی) اين مواد نيز پليمریزه شده و مولکولهای بزرگتری را تشکيل داده سپس به تعادل می‌رسند که در اين حالت تعادل آنها را کروژن می‌نامند.

مرحله کاتاژنز

تحولات مواد آلی در مرحله کاتاژنز در عمق بيشتر تحت دمای زيادتر صورت می‌گيرد. جدايش مواد نفتی از کروژن در مرحله کاتتاژنز به وقوع می‌پيوندد. در ابتدا نفت و سپس گاز طبيعی از کروژن مشتق می‌شود. نسبت هيدروژن به کربن ماده آلی کاهش يافته ولی در مقدار اکسيژن به کربن تغيير عمده‌ای صورت نمی‌گيرد.

  • تاثير مرحله کاتاژنز در بوجود آمدن هيدروکربنها:

در اين مرحله مواد آلی تغييرات زيادی پيدا می‌کنند و حين تغيير وضع مداوم مولکولی در کروژنها در ابتدا نفتهای سنگين، بعدا نفتهای سبک و در آخر گازهای مرطوب توليد می‌شوند. در آخر مرحله کاتاژنز تقريبا تمامی شاخه‌های زنجيری هيدروکربنها از مولکول کروژن جدا شده و مواد آلی باقيمانده در مقايسه با زغال سنگها از نظر درجه بلوغ، شبيه به آنتراسيت بوده و ضريب انعکاسی بيش از 2% دارند.

مرحله متاژنز

تحولات ماده آلی در مرحله متاژنز تحت دما و فشار بالاتر نسبت به مراحل قبلی انجام می‌شود. بقايای هيدروکربن بخصوص متان از ماده آلی جدا می‌شود. نسبت هيدروژن به کربن کاهش يافته، به نحوی که در نهايت کربن به صورت گرافيت باقی خواهد ماند. تخلخل و تراوايی سنگ در اين مرحله به حد قابل چشم پوشی می‌رسد.

  • تاثير مرحله متاژنز در بوجود آمدن هيدروکربنها:

در مرحله متاژنز و متامورنيسم رسوبات در عمق بيشتر و تحت تاثير حرارت و فشار بيش از حد قرار دارند. در اين مرحله کاني‌های رسی، آب خودشان را از دست داده و در نتيجه تبلور مجدد در بافت اصلی سنگ تغييرات بوجود می‌آيد. در اين مرحله کروژن باقی مانده (موادآلی باقی مانده) تبديل به متان و کربن باقيمانده می‌شود. اين مواد را می‌توان قابل قياس با تبديل زغال سنگ به آنتراسيت دانست که ضريب انعکاسشان تا 4% می‌رسد. بالاخره در آخراين مرحله باقيمانده مواد آلی که به صورت کربن باقی مانده در آمده بود، تبديل به گرافيت می‌شود.

مواد آلی تشکيل دهنده شيل‌های نفتی

  • بيشتر مواد آلی در شيلهای نفتی، بقايای جلبک و اسپورهای جلبکی فراوانند. بنابراين، فرض بر اين است که بيشتر مواد آلی دارای منشا جلبکی باشند. خرده‌های دانه ريز گياهان کاملتر و مگااسپورها نيز ممکن است يک جز تشکيل دهنده مهم باشند. شکل تيپيک رسوبی در بسياری از شيلهای نفتی وجود لاميناسيون مشخص، در مقياس ميليمتر، تناوبی از لامينه‌های آواری و آلی می‌باشد. .

 نوع کروژن در شيل‌های نفتی

کروژن در شيلهای نفتی عمدتا از نوع I است که دارای نسبت بالای H/C و نسبت پايين O/C است و عمدتا از مواد جلبکی ليپيد چربيها و اسيدهای چرب سرچشمه گرفته است، تا اينکه از کربوهيدراتها، ليگينها يا صمغها باشد. برخی از کروژنها در شيلهای نفتی، ممکن است از نوع II باشد که از خرده‌های گياهان آوندی تشکيل شده‌اند. برخی فلزات، نظير واناديوم، نيکل، اورانيوم و موليبدنيوم در شيلهای نفتی فراوانند که با کروژن مخلوط شده‌ يا اينکه به صورت کلات در کروژن هستند.

محيط‌های رسوبی شيل‌های نفتی

شيلهای نفتی، در محيطهای درياچه‌ای و دريايی رسوب کرده‌اند. شيلهای نفتی در سازند گرين ريور ائوسن حاوی دولوميت و کلسيت بيشتری بوده و به صورت لامينه‌ها يا واروهای ريتميک هستند. اگر چه قبلا به منشا آبهای نسبتا عميق نسبت داده می‌شد، وليکن در حال حاضر، تصور بر اين است که رسوبگذاری در درياچه‌های موقتی، نسبتا کم عمق که اغلب در معرض خشک شدگی قرار گرفته‌اند، صورت گرفته باشد. سيکلهای کوچک مقياس شيلهای نفتی که به طرف بالا به تبخيري‌ها تبديل می‌شود منعکس کننده گسترش مداوم يک درياچه لايه‌لايه غيرشور، به يک درياچه شور می‌باشد.

شيل نفتی تشکيل شده از يک گونه منفرد جلبکی در چندين افق در کربونيفر تحتانی دره ميدلند در اسکاتلند دريافت می‌شود. اين افق‌ها، در درياچه‌های آب شيرين در يک کمپلکس دلتايی که زغالهای هوميکی نيز گسترش دارند، يافت می‌شود. چون جلبکهای پلانکتونيک، منشا اصلی مواد آلی هستند و اينها دارای يک تاريخچه زمين شناسی طولانی هستند، لذا شيلهای نفتی در کامبرين يافت می‌شوند. برای مثال، شيل ناساج در ميشيگان و وسيکانسين سنی در حدود 1100 ميليون سال دارد.

اهميت شيل‌های نفتی از نظر اقتصادی

در حال حاضر، توجه نسبتا زيادی به شيلهای نفتی می‌شود چون آنها يک منشا سوخت فسيلی هستند و ممکن است به جايگزينی ذخاير نفتی که انتظار اتمام آن می‌رود، کمک کند. رسوبات گسترده‌ای از شيلهای نفتی در روسيه، چين و برزيل يافت می‌شود و رسوبات با عيار پايين که ممکن است از نظر اقتصادی باارزش شود در تعداد زيادی از کشورهای ديگر جهان يافت می‌شود. شيلهای نفتی همچنين پتانسيل سنگهای مولد نفت هستند.

علائم و شواهد مهاجرت هيدروکربورها

  • مواد آلی موجود در منافذ مرتبط سنگهای سطحی زمين، اکسيد شده و فاسد می‌شود. بنابراين، لازمه حفظ مواد نفتی در مخزن به دنبال افزايش عمق و ازدياد دمای مخزن می‌باشد.
  • بخش بسيار کوچکی از مواد ارگانيکی سنگهای منشا به نفت و گاز تبديل می‌شود. مقدار نفت به صورت جازا بسيار ناچيز است. به همین دليل تشکيل مخزن دارای ذخيره قابل ملاحظه هيدروکربور در سنگ منشا غير ممکن به نظر می‌رسد.
  • نفت و گاز بطور کلی همراه آب در منافذ سنگ مخزن تجمع می‌يابد. به همين دليل، وجود نفت و گاز در منافذ و شکستگيها همزمان با دفن شدگی مخزن در صورت گرفته است.
  • نفت و گاز در بالاترين نقطه مخزن تجمع و تمرکز يافته که خود تاثيری بر حرکت نفت به سمت بالا و يا در جهات عرضی می‌باشد.
  • نفت و گاز و آب بر اساس وزن مخصوص نسبت به يکديگر در مخزن قرار می‌گيرد. نحوه قرار گرفتن گاز، نفت و آب حاکی از حرکت آنها در داخل مخزن است.

پاسخ دهید