معالجة مياه الصرف الصحي في صناعة النفط والغاز الطبيعي

نوفمبر 15, 2021 (اقرأ 12 دقيقة)
جوردي فابريغاس

1. مياه الصرف الصحي للنفط والغاز الطبيعي: تحد تكنولوجي

1.1 حلول الاقتصاد الدائري لإعادة استخدام المياه في النفط والغاز

تولد صناعة النفط والغاز الطبيعي ، المعروفة باسم النفط والغاز ، الطاقة اللازمة للقيام بالعديد من الأنشطة البشرية والصناعية.

يستلزم الحجم الكبير للموارد المائية التي تستهلكها هذه الصناعة الحاجة إلى تصميم حلول فعالة ومستدامة ومربحة لمعالجة مياه الصرف الصحي المتولدة في مصافي النفط ، والحمأة المنتجة في آبار الاستخراج ، وما إلى ذلك ، لأن هذه النفايات السائلة لها تأثير مباشر على استدامة الموارد وعلى البيئة وعلى الصناعات والقطاعات الأخرى.

أحد الأهداف الرئيسية لصناعة النفط والغاز هو تقليل الطلب على المياه ، مما يعني تنفيذ حلول الاقتصاد الدائري ، والتي تعزز إعادة استخدام مياه الصرف الصحي وتوفير الموارد والمواد الخام ، وبالتالي المساهمة في الاستدامة الاقتصادية والبيئية لصناعة النفط والغاز.

يمكن إعادة استخدام مياه الصرف الصحي ، المعالجة بشكل صحيح ، في العديد من الإجراءات المختلفة ، على سبيل المثال:

  • ري المناطق الخضراء المجاورة
  • شبكة تدفق الحريق
  • أنظمة التبريد
  • مراجل
  • شاحنات تنظيف المياه والسيارات وما إلى ذلك.

لضمان استدامة المياه وصناعة النفط والغاز نفسها ، يجب تطبيق مبادئ الاقتصاد الدائري للمياه ، والتي من خلالها تصبح مياه الصرف الصحي موردا.

ما هو تطبيق أنظمة DAF في قطاع النفط والغاز؟

تعويم الهواء المذاب هو التكنولوجيا الأكثر كفاءة لتنفيذ معالجة مياه الصرف الصحي الأولية في مختلف أنشطة قطاع النفط والغاز. الهدف من هذه المعالجة الأولية هو فصل الزيوت والمواد الصلبة المعلقة عن مياه الصرف الصحي بحيث يمكن الانتقال إلى مرحلة معالجة لاحقة.

تستخدم أنظمة DAF على نطاق واسع في العديد من الأنشطة في صناعة النفط والغاز ، بما في ذلك: حقول النفط ومصافي النفط ومصانع الكيماويات والبتروكيماويات ومصانع معالجة الغاز الطبيعي والمنشآت الصناعية المماثلة.

1.2 مياه الصرف الصحي المتولدة في النفط والغاز ، وبدائل إدارتها

الأنشطة الرئيسية الثلاثة لهذه الصناعة هي:

  • استخراج النفط الخام والغاز الطبيعي.
  • تحويل النفط الخام إلى كسوره.
  • الحصول على الطاقة من مشتقات البترول والغاز الطبيعي.

يمكن أن تقدم مياه الصرف الصحي في صناعة النفط والغاز خصائص مختلفة جدا في كل مصنع (استخراج النفط ، التكسير ، استخدام الوقود والغاز ، إلخ) ، بالإضافة إلى كونها متقلبة في حد ذاتها ، ولكن لها خصائص أساسية مثل ما يلي:

  • نسبة عالية من الدهون والزيوت والهيدروكربونات.
  • المواد العضوية الذائبة.
  • بقايا النفط.
  • نسبة عالية من المواد الصلبة العالقة.
  • لزوجة كبيرة.
  • الأملاح الذائبة.
  • المعادن الثقيلة.

المكونات التي يجب إزالتها بشكل أكثر فعالية هي الزيوت والشحوم والهيدروكربونات والمواد الصلبة العالقة والمواد العضوية الذائبة.

لمعالجة مياه الصرف الصحي هذه ، يلزم وجود هندسة يمكنها توفير حلول متكاملة وقوية وفعالة مع إمكانية تحسينها.

التقنيات الأكثر فعالية المستخدمة في فصل الزيوت والدهون والهيدروكربونات هي تقنيات API و CPI و DAF:

  • API: خزانات خاصة يحدث فيها فصل طبيعي لأثقل الرواسب. يتم جمع المواد خفيفة الوزن ومنخفضة الكثافة والعائمة بواسطة كاشطات API (المصممة وفقا لمعايير معهد البترول الأمريكي) وإزالتها من الماء.
  • CPI: CPI (اعتراض الألواح المموجة) هو فاصل لوحة اندماج مطبق في فصل الزيوت والهيدروكربونات.

يمكن دمج تقنيات API و CPI داخل نفس الخزان لتحسين العملية.

  • DAF: تسمح معدات DAF بتعويم المواد الصلبة العالقة والمواد الغروية لفصلها عن الماء ، بعد تطبيق عملية التلبد والتخثر لتجميع هذه المواد الصلبة والغرويات.

التقنيات الأخرى الأقل شيوعا ولكنها فعالة بنفس القدر هي الأعاصير الحلزونية / الأعاصير المائية وأنظمة الترشيح الغشائية.

الجدول 1. التقنيات المطبقة في فصل الزيوت والدهون والهيدروكربونات.

التقنيةالخصائصأدر
واجهات برمجة تطبيقات منفصلةمصممة لوقت الاحتفاظغير فعال مع الزيوت المستحلبة
فاصل CPIإنه مصمم على أساس الكثافة واللزوجة ودرجة الحرارة ونظام التدفق. أوقات الاحتفاظ عاليةغير فعال مع الزيوت المستحلبة. عادة ما يقترن بفاصل API.
مصفى DAFإدخال الماء المضغوط الذي يحتوي على الهواء المذاب ، يشكل فقاعات صغيرة تسمح بتعويم الكتل.كفاءة فصل عالية جدا للمواد الصلبة والزيوت والدهون والهيدروكربونات مع نظام تخثر وتلبد مصمم جيدا. 
الأعاصير المائيةمناسبة لتركيزات عالية من الزيوت. تكلفة صيانة عالية.تزداد الكفاءة مع الترتيب التسلسلي للعديد من الأعاصير المائية.
ترشيح الغشاءأحجام المسام 0.01μmيستخرج بكفاءة الزيوت المشتتة والمركبات العطرية.

أكثر التقنيات فعالية لإزالة المركبات العضوية الذائبة هي أنظمة الامتزاز والاستخراج والأكسدة المتقدمة.

الجدول 2. التقنيات المطبقة في القضاء على المركبات العضوية الذائبة.

الجدول 2.1. إمتصاص

المكون الرئيسيالخصائصأدر
الكربون المنشطإزالة البنزين والتولوين وآثار اللبن الرائب. يطبق أوقات احتفاظ عالية ويعتمد على حجم مسام CA.عملية تنشيط الفحم ضرورية. الإقصاءات بين 50 - 75٪.
الزيوليتالقضاء على BTEX (البنزين والتولوين وإيثيل بنزين والزيلين). يتم تصنيع الوحدات المدمجة.القضاء بين 70 - 80 ٪. ارتفاع تكاليف التجديد. ذلك يعتمد على الكارهة للماء من المركبات.
بَيْضَةإزالة الزيوت وآثار اللبن الرائب.القضاء بين 60 - 80 ٪. انخفاض تكلفة المواد الخام.
مركبات النانوإزالة الزيوت وآثار اللبن الرائب.القضاء على 50 ٪ في أوقات الاتصال المنخفضة.
البوليمريهإزالة البنزين والتولوين وآثار اللبن الرائب. يمكن أن تكون PET (البولي إيثيلين تيريفثاليت) أو البوليسترين.القضاء على ما يصل إلى 99 ٪.

الجدول 2.2. إستخلاص

المكون الرئيسيالخصائصأدر
المذيباتالتخلص من الدهون الحرة و / أو الذائبة.فعالة ولكنها مكلفة بسبب تجديد المذيبات. يجب معاملة المذيب كنفايات.

الجدول 2.3. الاكسده

المكون الرئيسيالخصائصأدر
التحفيز الضوئيإزالة الكربون العضوي الكلي والفينولات و BTEX و TPH (إجمالي الهيدروكربونات البترولية). تأثير كبير من درجة الحموضة. محفز: TiO2إزالة >80٪ BTEX ، >95٪ TOC ، >60٪ فينولات ، >75٪ TPH.
الأشعة فوق البنفسجية / 03إزالة أحماض النفتا والأمونيوم والهيدروكربونات العطرية. التحكم في درجة الحموضة التي لا ينبغي أن تكون قلوية. غير مواتية مع تركيزات عالية من بيكربونات و Cl-.عمليات الحذف >80٪.

بالإضافة إلى معالجة المياه ، يجب إدارة الحمأة المتولدة كنفايات خاصة. يتم تطبيق تقنيات الفصل عالية الأداء مثل مكابس الترشيح وأجهزة الطرد المركزي للجفاف والاستقرار.

2. قصة نجاح SIGMA: معالجة المياه في وحدة الإنتاج الحراري UPT في إيبيزا.

2.1 البيانات العامة للمشروع

موقع المشروع: وحدة الإنتاج الحراري في إيبيزا.

المالك: إنديسا - المشغل: Endesa Generación.

سنة المشروع: 2012 – 2013

الشكل 1. وحدة الإنتاج الحراري UPT في إيبيزا.

تشغيل المحطة: محطة الطاقة الحرارية ، أو UPT ، في إيبيزا هي منشأة حرارية ذات دورة تقليدية تقع في بلدية إيبيزا. لديها 13 مجموعة حرارية نشطة بسعة إجمالية تبلغ 270 ميجاوات (ستة محركات وأربعة توربينات غازية وثلاثة توربينات غازية مزدوجة) ، والتي تستخدم الغاز الطبيعي كوقود رئيسي والديزل كمساعد:

2 × 216 ميجاوات محركات

4 × 18.4 ميجاوات محركات

1 × 25 ميجاوات توربينات غازية

1 × 14 ميغاواط توربينات غازية

2 × 25 ميجاوات توربينات غازية

3 × 25 ميجاوات توربينات غازية مزدوجة

أهداف العلاج: إزالة الزيوت والهيدروكربونات والمواد الصلبة العالقة من مياه الصرف الصحي من UPT. 

خصائص المياه: كمية عالية من الزيوت والهيدروكربونات والمواد الصلبة العالقة: 1100 ملغم / لتر.

ملخص العلاج: تنقسم معالجة مياه الصرف الصحي إلى المراحل التالية ، وهدفها الرئيسي هو إزالة المواد الصلبة العالقة والزيوت والهيدروكربونات الموجودة في الماء ،

  • عملية الفصل الخشن لزيت الوقود والهيدروكربونات باستخدام تقنية API + CPI
  • عملية فصل المواد الصلبة عن طريق الغربلة وإزالة الشوائب
  • عملية فصل الهيدروكربون الدقيقة
  • عملية جرعات الكاشف: التخثر - التلبد
  • معالجة تعويم DAF (معدات SIGMADAF FPAC-20-S)
الشكل 2. عملية تم تصميمها وتركيبها بواسطة Sigmadaf لمعالجة مياه الصرف الصحي في صناعة النفط والغاز. حالة نجاح UPT في إيبيزا.

الأداء: تسمح المعدات المثبتة بواسطة Agua Sigma بالوصول ، عند خروج معدات DAF ، إلى تركيزات أقل من 55 مجم / لتر من إجمالي المواد الصلبة والزيوت والدهون العالقة ، مما يعني كفاءة إزالة بنسبة 95٪.

2.2 وصف محطة معالجة مياه الصرف الصحي في UPT في إيبيزا

الفصل الخشن للوقود والهيدروكربونات ، تقنية API + CPI.

يستخدم النظام الذي صممته SIGMA تقنية لوحة فاصل CPI لفصل الهيدروكربونات داخل الخزان.

الخزان عبارة عن خزان مستطيل ذو قاع مائل ، يحتوي على مستخرج لولبي للمواد الصلبة المستقرة ويتضمن نظام مقشدة لفصل الهيدروكربونات والزيوت بتقنية API.

لديها دائرة تسخين باستخدام الماء الساخن. بنيت في الفولاذ عالي الجودة.

الشكل 3. SIGMA CPI – API معدات لفصل زيت الوقود والهيدروكربونات المثبتة في محطة معالجة UPT في إيبيزا.
الشكل 4. منظر داخلي لمعدات SIGMA CPI – API لفصل الوقود والهيدروكربونات المثبتة في محطة المعالجة في UPT في إيبيزا

فصل المواد الصلبة عن طريق الغربلة وإزالة الشوائب

يتضمن غربال مائل وبرغي بدون عمود لرفع المواد الصلبة المنفصلة. يشتمل قسم إزالة الرمل على برغي أفقي لنقل الرمال.

الشكل 5. SIGMA معدات الغربلة وإزالة الرواسب المثبتة في محطة معالجة UPT في إيبيزا.

الفصل الدقيق للهيدروكربونات

يتكون من خزان مستطيل ذو قاع شبه منحرف ، ومجهز بمجموعة من صفائح الاندماج المستقلة لتوزيع المياه على النحو الأمثل. ويشمل نظام مقشدة لفصل الهيدروكربونات والزيوت. لديها دائرة تسخين باستخدام الماء الساخن.

هذه المعدات هي جزء من قطار الغربلة والإزالة ، وتكمل نظاما مدمجا مدمجا مدمجا من الفولاذ عالي الجودة.

الشكل 6. معدات SIGMA لفصل الهيدروكربونات المثبتة في محطة معالجة UPT في إيبيزا.

المعالجة الفيزيائية والكيميائية والتوضيح DAF

تتكون المعالجة الفيزيائية والكيميائية من إضافة مادة تجلط الدم والندف التي تسمح بتكوين كتل تلتصق بالمواد الصلبة العالقة الموجودة في الماء ، والتي لا يمكن فصلها بشكل طبيعي عن طريق الترسيب بسبب كثافتها المنخفضة. تسهل هذه العملية أيضا الإزالة الجزئية للمواد العضوية المرتبطة بهذه المواد الصلبة وإزالة بقايا النفط والهيدروكربون التي ربما بقيت بعد المعالجة السابقة.

الشكل 7. تم تركيب مفاعل التخثر والتلبد SIGMA في محطة معالجة UPT في إيبيزا.

تتم إضافة مادة التخثر والندف في خزان متسلسل مزود بالإثارة ومبني من الفولاذ عالي الجودة. يتم توفير نظام جرعات معدل خصيصا للجرعات المطلوبة من هذه المنتجات. يتم تحديد هذه الجرعات من خلال اختبارات التلبد السابقة التي يتم تنفيذها في المختبر ، وبالتالي ، يتم إعادة ضبط الجرعة على نطاق صناعي.

الشكل 8. أجريت اختبارات التخثر والتلبد على عينة مياه الصرف الصحي من UPT في إيبيزا. يتم تطبيق نتائج الاختبارات في تصميم جرعة التخثر والندف على نطاق صناعي.

يتم فصل الكتل المتولدة عن الماء باستخدام تقنية تعويم الهواء المذاب (DAF). بالنسبة لمحطة المعالجة التي تم بناؤها في UPT في إيبيزا ، تم تصميم وتركيب نموذج وحدة SIGMA DAF FPAC 20.

الشكل 9. معدات تعويم SIGMA DAF FPAC - 20 - S لتوضيح مياه الصرف الصحي ، المثبتة في محطة معالجة UPT في إيبيزا.
الشكل 10. تشغيل معدات التعويم SIGMA DAF FPAC 20 لتوضيح مياه الصرف الصحي ، المثبتة في محطة معالجة UPT في إيبيزا.
الشكل 11. معدات تعويم SIGMA DAF FPAC - 20 - S لتوضيح مياه الصرف الصحي ، المثبتة في محطة معالجة UPT في إيبيزا.

نماذج SIGMA DAF FPAC هي نظام تعويم الهواء المذاب لتوضيح مياه الصرف الصحي. إنها معدات فصل عن طريق التدفقات المتقاطعة ومع الكثير من السطح الحر حيث تتراكم الحمأة العائمة.

تعمل وحدات SIGMA DAF FPAC بمعدلات تدفق صغيرة أو متوسطة (بين 5 و 160 م 3 / ساعة) ومع أحمال عالية جدا من الملوثات (إجمالي المواد الصلبة العالقة والزيوت والدهون والحمل العضوي).

لديهم تطبيق في FBR (مفاعلات التعويم البيولوجي) ، مثخنات الحمأة ، صناعة التقديم ، صناعات اللحوم والمسالخ ، صناعة الأغذية ، التعدين ، صناعة البتروكيماويات والورق ، من بين أمور أخرى.

تم تصميم أنظمة DAF FPAC خصيصا لمعالجة التيارات ذات الأحمال الصلبة العالية جدا (حتى 40 كجم من المواد الصلبة / م 2 من السطح الخالي من النظام) التي تحتاج إلى مساحة سطح كبيرة للتعويم والفصل ، والتي ليس لها طفو.

يعد هواء التعويم ضروريا لتحسين تعويم الفلكتشيل عندما يؤثر خليط المستحلبات والزيوت والمواد الصلبة على الجاذبية النوعية.

تعيد مضخة إعادة التدوير توجيه جزء من الماء المصفى إلى نظام تشبع الضغط عند مخرج وحدة DAF. يتم ضغط المياه المعاد تدويرها بواسطة المضخة إلى حوالي 6 بار ويتم خلطها بالهواء المضغوط. بهذه الطريقة سيتم تشبع الماء المضغوط بالهواء المضغوط. في ظل ظروف الضغط هذه ، يذوب الهواء في الماء.

يحدث إزالة الضغط داخل وحدة DAF ، مما يؤدي إلى توليد فقاعات هواء صغيرة. تسمح الفقاعات الدقيقة للهواء المذاب بإزالة المواد الصلبة وجزيئات الدهون والزيوت والهيدروكربونات وما إلى ذلك التي لا تحتوي على طفو كاف. يتراوح قطر الفقاعات بين 30-50 ميكرون ، وهي أبعاد أساسية للتعويم الفعال. تلتصق الفقاعات بسرعة بجزيئات ذات أبعاد مماثلة وأكبر وترتفع إلى السطح.

يتم توزيع هذا الخليط من الماء والفقاعات بشكل متجانس في حجرة المدخل إلى وحدة DAF في ظل ظروف النظام الصفحي. يتم إعادة توجيه الجسيمات الطافية مباشرة إلى نظام التجفيف في الجزء العلوي من الوحدة ، حيث يتم إزالتها بواسطة الكاشطات. الحمأة والزيوت والشحوم والهيدروكربونات التي تطفو على شكل رغوة تغادر الوحدة ويتم تخزينها في قادوس الحمأة.

تترك الكتل العائمة الوحدة على شكل رغوة عن طريق نظام مقشدة مقشدة ويتم تجميعها في قادوس الحمأة.

تنحدر المادة الرسوبية إلى حجرة الرواسب في قاع وحدة DAF ويتم تصريفها بواسطة نظام استخراج الحمأة الدودية.

يترك الماء المصفى الوحدة عن طريق نظام طاف قابل للتعديل. سيتم إعادة توجيه جزء من تيار الماء الموضح هذا بواسطة مضخة إعادة التدوير للدخول إلى نظام الضغط والتشبع الموصوف أعلاه.

3. المراجع 

Lavariega L. 2011 ، قطارات معالجة المياه لصناعة النفط. الشعبة الأكاديمية للعلوم البيولوجية، جامعة خواريز المستقلة في تاباسكو. 17(33), 25-28.

ميسا إس إل ، أورجويلا جي إم ، أورتيجا إيه تي ، ساندوفال جي إيه 2018. مراجعة البانوراما الحالية لإدارة مياه الإنتاج في صناعة النفط الكولومبية. الإدارة والبيئة. 21(1), 87-98.

مجلة البتروكيماويات على الخط. 2017. صناعة النفط والغاز ، من بين الأكثر "أهمية" في العالم.

فيليجاس جي بي ، أرسيلا إن ، أورتيجا دي ، فرانكو سي إيه ، كورتيس إف بي 2017. إزالة الهيدروكربونات من مياه الإنتاج في صناعة النفط باستخدام المواد الوسيطة النانوية المكونة من SiO2 التي تعمل مع الجسيمات النانوية المغناطيسية. داينا. 84(202), 6574.

    هل أنت مهتم بهذا الحل؟

    بند المعلومات الأساسية

    مراقب البيانات: سيجماداف مصفيات ، س. ل.
    قصد: للرد على طلب المستخدم ، وفي حالة قبول إرسال الاتصالات التجارية ، لإبقائهم على اطلاع بالعروض والأخبار.
    الشرعية: موافقة موضوع البيانات.
    التعيينات والتحويلات: من المتوقع نقل بياناتك إلى الكيان PIPEDRIVE ، الموجود في الولايات المتحدة الأمريكية ، بصرف النظر عن تلك الضرورية بموجب الالتزام القانوني و / أو أمر المحكمة.
    حقوق: الوصول ، التصحيح ، الحذف ، المعارضة ، التقييد ، قابلية النقل ، إلغاء الموافقة. إذا كنت تعتقد أن معالجة بياناتك لا تتوافق مع اللوائح ، فيمكنك الذهاب إلى السلطة الإشرافية (www.aepd.es).
    معلومات إضافية: مزيد من المعلومات في سياسة الخصوصية الخاصة بنا.