كيف يعمل تجفيف الملح الكهربائي؟

يشير مصطلح ”التجفيف الكهربائي للملح“ عادةً إلى عملية تُستخدم في صناعة النفط والغاز، وتحديداً لتحلية النفط الخام وتجفيفه. ولا يتعلق الأمر بتجفيف الملح الصلب، بل بإزالة الأملاح المذابة (الموجودة في المرحلة المائية) والماء الحر من مستحلبات النفط الخام.

كيف يعمل تجفيف الملح الكهربائي؟

المشكلة:

غالبًا ما يحتوي النفط الخام، عند خروجه من البئر، على ماء (يشكل أحيانًا مستحلبًا مستقرًا) وأملاح مذابة (بشكل أساسي كلوريد الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم). وتشكل هذه الشوائب مشكلة لعدة أسباب:

التآكل: الماء المالح شديد التآكل للأنابيب ومعدات التكرير وخزانات التخزين، خاصة عند درجات الحرارة المرتفعة.

التلوث: يمكن أن تترسب الأملاح وتشكل ”كتل“ داخل المبادلات الحرارية والأفران، مما يقلل من الكفاءة ويتطلب تنظيفًا متكررًا.

تسمم المحفزات: يمكن أن تسمم بعض الأملاح المحفزات باهظة الثمن المستخدمة في عمليات التكرير النهائية.

المبدأ: التماسك الكهروستاتيكي

الفكرة الأساسية وراء تجفيف الملح الكهربائي هي استخدام مجال كهروستاتيكي عالي الجهد لتعزيز فصل قطرات الماء عن النفط الخام. فيما يلي تفصيل خطوة بخطوة:

تزعزع استقرار المستحلب (اختياري ولكن شائع):

الحرارة: غالبًا ما يتم تسخين مستحلب النفط الخام (على سبيل المثال، إلى 100-150 درجة مئوية). يؤدي التسخين إلى تقليل لزوجة النفط، مما يسهل حركة قطرات الماء ودمجها.

مواد كيميائية مزيلة للاستحلاب: غالبًا ما يتم حقن مواد كيميائية مضافة (مزيلة للاستحلاب) في النفط الخام. تعمل هذه المواد الكيميائية عن طريق تقليل التوتر السطحي بين طور الزيت وطور الماء، مما يساعد على تفكيك المستحلب المستقر ويسمح لقطرات الماء بالانفصال بسهولة أكبر.

ماء الغسيل (لإزالة الملوحة): إذا كان الهدف الأساسي هو إزالة الأملاح المذابة (إزالة الملوحة)، يتم حقن ماء عذب نظيف (ماء الغسيل) وخلطه مع النفط الخام. تنتقل الأملاح المذابة من المحلول الملحي الطبيعي للنفط الخام إلى ماء الغسيل العذب هذا، مما يؤدي إلى تخفيف تركيز الملح في الطور المائي المتبقي بشكل فعال.

مقدمة في المجال الكهروستاتيكي:

يدخل مستحلب النفط الخام (الذي يُعالج عادةً بالحرارة والمواد الكيميائية و/أو ماء الغسيل) إلى وعاء ضغط كبير يُسمى مُجففًا أو مُزيلًا للأملاح الكهروستاتيكي.

يحتوي هذا الوعاء على عدة شبكات أقطاب كهربائية أفقية متوازية (مصنوعة عادةً من الفولاذ، وأحيانًا مطلية بمادة عازلة).

يتم توصيل مصدر طاقة عالي الجهد (تيار متردد) أو تيار متردد/مستمر بهذه الشبكات، مما يُولد مجالًا كهربائيًا قويًا عبر النفط الخام. تتراوح الفولتية من عدة آلاف إلى عشرات الآلاف من الفولتات.

الاستقطاب والاندماج:

جزيئات الماء قطبية، أي أنها تحمل شحنة موجبة جزئية وشحنة سالبة جزئية. أيونات الأملاح (مثل Na+ وCl-) في قطرات الماء مشحونة أيضًا.

عندما تمر قطرات الماء في مستحلب النفط الخام عبر مجال كهربائي شديد، تستقطب بشدة. وهذا يعني أن شحناتها الموجبة والسالبة تتجه نحو المجال الكهربائي.

نتيجةً لهذا الاستقطاب، تنجذب قطرات الماء إلى بعضها البعض، فتتمدد وتهتز، مما يزيد من احتمالية تصادمها.

عندما تتصادم القطرات المستقطبة، تتلاشى طبقاتها الواقية (التي تشكلها المواد الفعالة سطحيًا الموجودة في النفط الخام)، فتندمج لتشكل قطرات أكبر.

الانفصال بفعل الجاذبية:

مع ازدياد حجم قطرات الماء وتجمعها، تزداد كتلتها بشكل ملحوظ.

تصبح قطرات الماء الأكبر حجماً ثقيلة بما يكفي للتغلب على تدفق النفط الخام الصاعد ولزوجته.

ونظرًا لاختلاف الكثافة بين الماء والنفط، تترسب هذه القطرات الكبيرة من طور النفط بفعل الجاذبية، وتتجمع في قاع الوعاء.

الفصل والتفريغ:

يرتفع النفط الخام النظيف والمجفف والمُزال منه الملح إلى أعلى الوعاء، ويُسحب باستمرار لمزيد من المعالجة أو التخزين.

أما الماء المفصول (المحلول الملحي، الذي يحتوي الآن على الأملاح المُزالة) فيتجمع في الأسفل ويُزال.

المكونات الرئيسية لجهاز تجفيف/إزالة الملح الكهربائي

وعاء الضغط: الجسم الرئيسي الذي تتم فيه عملية الفصل.

شبكات الأقطاب الكهربائية: صفائح أو قضبان معدنية داخل الوعاء تولد المجال الكهربائي.

وحدات/محولات الطاقة عالية الجهد: تزود الأقطاب الكهربائية بالجهد العالي اللازم.

موزعات/مداخل ومخارج الزيت: تضمن التدفق المنتظم لمستحلب النفط الخام عبر المجال الكهربائي.

العوازل: تعزل كهربائيًا أقطاب الجهد العالي عن جدران الوعاء.

صمام الخلط (لأجهزة إزالة الأملاح): لخلط النفط الخام جيدًا مع ماء الغسيل.

نظام حقن ماء الغسيل (لأجهزة إزالة الأملاح): لإدخال الماء العذب.

نظام التحكم: لمراقبة وضبط معايير مثل الجهد ومعدلات التدفق ودرجة الحرارة.

المزايا

كفاءة عالية: يمكن تحقيق مستويات منخفضة جدًا من الماء (مثلًا، أقل من 0.5% من الرواسب الأساسية والماء) والملح (مثلًا، 5-10 رطل لكل ألف برميل).

تقليل استخدام المواد الكيميائية: على الرغم من شيوع استخدام مواد فصل المستحلبات، إلا أن المعالجات الكهروستاتيكية تُقلل من إجمالي استهلاك المواد الكيميائية مقارنةً بالطرق الكيميائية البحتة أو الطرق القائمة على الجاذبية.

تصميم مُدمج: غالبًا ما تتطلب خزانات أصغر حجمًا مقارنةً بخزانات الترسيب بالجاذبية لنفس الإنتاجية.

باختصار، تستفيد عملية التجفيف الكهروستاتيكية بالملح من الخصائص الكهربائية للماء والملح لتسريع عملية فصل الزيت عن الماء، مما يجعلها خطوة أساسية في تحضير النفط الخام للتكرير.