تقنية الاندماج الكهروستاتيكي

مقدمة في تقنية الاندماج الكهروستاتيكي

تُعدّ تقنية التجميع الكهروستاتيكي طريقة فعّالة للغاية لتحسين فصل السوائل، وخاصةً لكسر المستحلبات المستقرة مثل مستحلب الماء في الزيت. وتعتمد هذه التقنية على استخدام مجالات كهربائية عالية الجهد لحثّ اندماج (تجميع) القطرات الصغيرة المتفرقة لتكوين قطرات أكبر، والتي تنفصل بدورها بسهولة أكبر بفعل الجاذبية.

مبادئ الاندماج الكهروستاتيكي

يعتمد المبدأ الأساسي وراء الاندماج الكهروستاتيكي على اختلاف الخصائص العازلة للسوائل غير القابلة للامتزاج. في حالة مستحلب الماء في الزيت:

الاستقطاب: عند تطبيق مجال كهربائي على المستحلب، تستقطب قطرات الماء الموصلة (التي تتميز بنفاذية كهربائية وموصلية أعلى بكثير من الزيت المحيط بها). وهذا يعني توليد شحنات على سطح قطرات الماء.

قوى التجاذب: تُولّد الشحنات المتولدة قوى تجاذب بين القطرات المستقطبة المتجاورة. تتغلب هذه القوى على قوى التنافر التي تُبقي القطرات الصغيرة منفصلة عادةً (غالبًا بسبب الأغشية الرقيقة للطور المستمر أو وجود عوامل مُثبِّتة مثل المواد الفعالة سطحيًا).

الاندماج: عندما ينجذب المجال الكهربائي نحو القطرات، فإنها تصطدم. كما يُساعد المجال الكهربائي على زعزعة استقرار الغشاء البيني بين القطرات، مما يؤدي إلى ترققه وتمزقه، وبالتالي اندماجها لتكوين قطرات أكبر.

تحسين الفصل: وفقًا لقانون ستوكس، يتناسب معدل ترسب القطرة طرديًا مع مربع نصف قطرها. ومن خلال تكوين قطرات أكبر حجمًا، يُسرّع المجال الكهروستاتيكي بشكل ملحوظ عملية الفصل الجاذبي للطور المشتت عن الطور المستمر.

يمكن استخدام كل من التيار المتردد (AC) والتيار المستمر (DC)، أو مزيج منهما (مثل التيار المستمر النبضي، أو التيار المتردد/المستمر ثنائي التردد). غالبًا ما يُفضّل استخدام التيار المتردد لقدرته على تحمل محتوى مائي أعلى ومنع حدوث قصر في الدائرة، بينما قد تكون المجالات النبضية أكثر فعالية في بعض الحالات وتسمح بشدة مجال أعلى دون حدوث انهيار.

التطبيقات

تُستخدم تقنية التجميع الكهروستاتيكي بشكل أساسي في الصناعات التي تتطلب فصلًا فعالًا للسوائل وتفكيك المستحلبات. تشمل التطبيقات الرئيسية ما يلي:

إنتاج النفط والغاز: يُعد هذا التطبيق الأهم. تُستخدم أجهزة التجميع الكهروستاتيكي على نطاق واسع في:

تجفيف النفط الخام: إزالة الماء من النفط الخام لتلبية متطلبات خطوط الأنابيب والمصافي، ومنع التآكل، وخفض تكاليف النقل.

تحلية النفط: إزالة الأملاح الذائبة (الموجودة في الطور المائي) من النفط الخام لمنع الترسيب والتآكل في معدات التكرير.

تفكيك المستحلبات/إزالة الاختناقات: تسريع فصل مستحلبات الماء في الزيت المستقرة التي تتشكل غالبًا أثناء إنتاج النفط.

زيادة الإنتاجية: من خلال تحسين كفاءة الفصل، يمكن للفواصل الحالية التعامل مع معدلات تدفق أعلى.

فصل الزيوت الثقيلة: تسهيل فصل الزيوت الثقيلة عالية اللزوجة عند درجات حرارة منخفضة، مما يؤدي إلى توفير الطاقة.

تكرير البترول: يُستخدم في المرحلة النهائية لإزالة الماء والملوثات من مختلف المنتجات المكررة مثل الكيروسين (وقود الطائرات)، وغاز البترول المسال، والبنزين، والديزل.

المعالجة الكيميائية: فصل السوائل غير القابلة للامتزاج في مختلف العمليات الكيميائية.

معالجة مياه الصرف الصحي: وخاصةً لفصل الزيت عن الماء في تيارات مياه الصرف الصناعي.

المزايا

كفاءة فصل عالية: تعمل هذه التقنية على تفكيك المستحلبات المستقرة بكفاءة عالية، مما يُحقق محتوى منخفضًا جدًا من الماء والملوثات في الطور المفصول.

انخفاض استهلاك مواد الفصل: يُمكنها تقليل الحاجة إلى مواد الفصل الكيميائية بشكل كبير، أو حتى الاستغناء عنها تمامًا، مما يُؤدي إلى توفير التكاليف وتحقيق فوائد بيئية.

معدات صغيرة الحجم: تُتيح حركية الفصل المُحسّنة إمكانية تصنيع فواصل أصغر حجمًا ومساحة أصغر، وهو أمر مفيد بشكل خاص للمنصات البحرية أو المنشآت ذات المساحة المحدودة.

انخفاض درجات حرارة التشغيل: بالنسبة للزيوت الثقيلة، يُمكنها تمكين الفصل عند درجات حرارة منخفضة، مما يُؤدي إلى توفير كبير في الطاقة.

زيادة الإنتاجية: يُمكنها زيادة قدرة معالجة وحدات الفصل الحالية بشكل كبير.

فوائد بيئية: يُمكن أن يُؤدي انخفاض استخدام المواد الكيميائية وتحسين الفصل إلى عملية أكثر ملاءمة للبيئة.

متانة عالية: صُممت أجهزة التجميع الكهروستاتيكية الحديثة لتحمّل نسب الماء المتفاوتة، وحتى وجود الغازات، دون حدوث تماس كهربائي.

بشكل عام، توفر تقنية الاندماج الكهروستاتيكي حلاً قوياً وفعالاً لتحديات فصل السوائل، وخاصة في صناعة النفط والغاز، من خلال الاستفادة من المجالات الكهربائية للتغلب على استقرار المستحلبات وتسريع عملية الاندماج.