ارتقای کیفیت نفت-شیل تولیدی با استفاده از مایکروویو

افزایش استحصال و ارتقاء کیفیت نفت- شیل تولیدی یکی از موضوعات بسیار مهم و چالش برانگیز در بهره برداری از شیل های نفتی می باشد. ارزیابی نرخ حرارت دهی با استفاده از امواج مایکروویو و حرارت بین 283 برروی تولید و کیفیت نفت- شیل تولیدی از مخزن قالی کوه ایران با مجموع کربن ارگانیکی تا 26/4 درصد وزنی و متوسط 16/5 درصد وزنی پرداخته شده است. بدین منظور چند نمونه شیل نفتی را با استفاده از فیشر توسعه یافته با امواج مایکروویو با فرکانس 2450 کیلو هرتز تحت حرارت دهی قرار گرفت. حرارت دهی با استفاده از امواج مایکروویو با توان های ،650 900 و 1200 وات با دمای نهایی 700 درجه سانتیگراد برروی میزان و ترکیبات نفت- شیل های تولیدی بررسی گردیده است.

نفت تولید شده در فرایند حرارت دهی با استفاده از امواج مایکروویو در تمامی نرخ های حرارتی بیش از حرارت دهی معمولی است. بر اساس مقدار نفت تولیدی در حرارت دهی با امواج مایکروویو نقطه بهینه در توان 900 وات می باشد. در حرارت دهی معمولی با افزایش نرخ حرارت دهی میزان نفت تولیدی کاهش می یابد. در نفت تولیدی با افزایش نرخ حرارت دهی با امواج مایکروویو ترکیبات آسفالتینی کاهش و ترکیبات اشباع افزایش می یابد. ترکیبات رزینی و آروماتیکی نیز رفتار نوسانی دارند، به گونه ای که در توان 900 وات به کمترین مقدار خود می رسند. اما در حرارت دهی معمولی با افزایش نرخ حرارت دهی مقادیر ترکیبات اشباع و آسفالتینی کاهش و ترکیبات رزینی افزایش می یابد. مقادیر ترکیبات آروماتیکی نیز دارای نوسان است. در نفت- شیل های تولیدی با استفاده از امواج مایکروویو بیشترین گوگردزدایی مشاهده شد، با افزایش نرخ حرارت دهی حدود 44 درصد کاهش در درصد گوگرد دیده شد. همچنین مقادیر نیتروژن موجود در نفت- شیل نیز با افزایش نرخ حرارت دهی کاهش یافته و از 11 درصد به 8تا 9 درصد وزنی رسید، مقادیر اکسیژن نیز نوسان داشته و در 900 وات به کمترین مقدار خود رسید. در حرارت دهی معمولی نیز با افزایش نرخ حرارت دهی، سولفور 31 درصد و نیتروژن 21 درصد کاهش داشتند.

براساس نتایج طیف FTIR نفت شیل های تولیدی، با افزایش نرخ حرارت دهی با استفاده از امواج مایکروویو علاوه بر حضور ترکیبات هیدروکسیلی، افزایش ترکیبات آلیفاتیکی نیز مشاهده می گردد، اما در حرارت دهی معمولی چنین پدیده ای مشاهده نمی شود. استفاده از تکنولوژی مایکروویو نه تنها سبب افزایش بازدهی تولید نفت از نمونه شیل های نفتی می گردد بلکه ارتقاء کیفیت را نیز به دنبال دارد.

مطالعات صورت گرفته توسط شرکت‌های نفت عربستان سعودی و Beckmann Alexander چند شرکت دیگر نشان میدهد نفت‌های خام سنگین با محتوای گوگرد و ویسکوزیته بالا با فرآیند هیدروسولفوریزاسیون (HDS) ارتقا می‌یابند که شامل تابش مایکروویو مخلوطی از نفت خام سنگین ترش با حداقل یک کاتالیزور و به صورت اختیاری، یک یا چند حساس‌کننده و تابش در حضور هیدروژن است. این فرآیند همچنین برای عملیات شکستن امولسیون با مایکروویو چه در بالای زمین و چه در زیر زمین که در ابتدا امولسیون‌های آب در روغن تشکیل می‌شوند، سازگار است، و به دنبال آن سولفورزدایی کاتالیستی با استفاده از انرژی مایکروویو بیشتر به جریان نفت خام دمولسیون شده ارتقا می‌یابد.

هدف اصلی از سولفورزدایی هیدروژنی (HDS) بهبود کیفیت نفت خام سنگین برای برآوردن مشخصات مورد نیاز برای استفاده خاص آن است. بسته به شرایط فرآیند، فرآیند HDS را می توان به عنوان “مخرب” یا “غیر مخرب” طبقه بندی کرد. فرآیند مخرب HDS با تکه تکه شدن مولکولی و اشباع هیدروژنه قطعات برای تولید کسرهای جوش پایین‌تر مشخص می‌شود، و فرآیند HDS غیرمخرب به شرایط ملایم‌تری نیاز دارد که عموماً به عنوان تصفیه آب شناخته می‌شود و یک وسیله ای برای حذف ترکیبات گوگردی ساده میباشد.

مخازن نامتعارف هیدروکربنی قسمت اعظمی از مخازن نفت و گاز جهان را تشکیل می دهند که مخازن شیل- نفتی از مهمترین آنها محسوب می گردند. شیل های نفتی سنگ های رسوبی غنی از کروژن هستند که نابالغ بوده و به سنگ منشاء شناخته می شوند.

شیل نفتی به عنوان یک مخزن نامتعارف هیدروکربنی تعریف می شود که پیش بینی شده که نفت تولیدی از این منابع بیش از 4 برابر ذخایر نفت ثابت شده در جهان باشد. صرف‌نظر از فرایندهای تولید نفت- شیل، خواص نفت شیل به دلایل متعدد از جمله گران‌روی بالا، مقادیر بالای ناخالصی نظیر گوگرد، نیتروژن، اکسیژن، فلزات سنگین و غیره، درصد بالا ترکیبات آسفالتین، تقریبا در اکثر مواقع از کیفیت پایینی برخوردار هست، به گونه‌ای که نه تنها استحصال و انتقال آنها بسیار سخت و پیچیده است، بلکه قیمت آن در بازارهای جهانی نیز به مراتب کمتر از نفت خام سبک است.

با استفاده از عملیات حرارتی شیل های نفتی می توان تعدادی محصولات نفتی مفید به منظور سوخت جهت حمل و نقل و صنایع نفت سفید و پتروشیمی تولید نمود. از نفت- شیل بدست آمده می توان محصولاتی نظیرگازوئیل و وکس های پارافینی نیز بدست آورد که پس از عملیات پردازش حاصل می شود. از محصولات گازی بدست آمده نیز پس از گوگرد زدایی وهیدروژناسیون می توان به عنوان سوخت برای گرم کردن استفاده کرد. از خاکستر باقی مانده نیز می توان در جهت تولید سیمان و محصولات شیمیایی ساختمان بهره برد.