فصل یک مقدمه. ….. 2 فصل دو اهمیت رسوب واكس 2-1- مشکلات رسوب واکس.. 5 2-2- توصیف واكس.. 7 2-2-1 – تبلور واكس.. 7 2-2-2- رسوب واکس(wax deposition) 8 2-3- ماهیت واكس.. 11 2-4- عوامل موثر در تشكیل رسوب واكس.. 19 فصل سه تئوری های واكس 3-1- تئوری هیدرودینامیكی واكس.. 24 3-1-1 نفوذ مولكولی.. 25 3-1-2- نفوذ براونین.. 25 3-1-3- پراكندگی برشی.. 26 3-1-4- نشست گرانشی.. 26 3-1-۵- ورقه ورقه شدن رسوبات واكسی.. 27 3-2- مدل دینامیكی رسوب.. 27 3-3- رسوب پارافین در سیستم های جریان تكفازی.. 29 3-4- رسوب پارافین در سیستم های جریان چند فازی.. 30 3-4-1-اثر ترکیب سیال.. 32 3-4-2- اثر الگوی جریان.. 32 3-5- مروری بر روش های ته نشینی واكس.. 34 3-5-1- معرفی مدل ریگ، رایدال و رونینگسن.. 34 3-5-2- مدل متزین(Matzain) 37 3-5-3- مدل هیدرو(Hydro) 40 3-5-4- مدل دانشگاه میشیگان(University of Michigan Model) 42 3-6- شبیه سازی واكس توسط نرم افزار الگا(OLGA) 43 3-7- پارامترهای واكس.. 44 فصل چهار تئوری های مختلف تعادل ترمودینامیکی رسوب واکس 4-1- تعادل فازی.. 48 4-2- بررسی ترمودینامیكی تشكیل رسوبات واكس.. 53 4-2-1 مدل لیرا-گالنا.. 54 4-2-2-مدل اریكسون.. 55 4-2-3-مدل پدرسن و مدل های تصحیح شده ی آن.. 55 4-2-4-مدل وُن.. 56 4-2-5-مدل كوتینیو.. 56 4-3-بررسی تفصیلی مدل های ارائه شده.. 57 4-4- ترمودینامیک تعادل بخار،مایع و جامد.. 64 فصل پنج پیشینه ی تحقیق مقدمه.. 67 5-1- پیشینه ی تحقیق.. 67 فصل شش انجام كار مقدمه.. 74 6-1-مدل وُون(Won’s model) 74 6-1-1-فرضیات مدل وُن.. 74 6-2- توصیف مدل وون(وون 1986).. 75 6-3-مدل پدرسن(Pedersen ) 80 6-3-1- مفروضات مدل پدرسن.. 82 6-3-2- توصیف مدل پدرسن.. 83 6-4- محاسبات جداسازی آنی سه فازی.. 86 6-5- ارائه الگوریتم.. 88 6-5-1- محاسبات جداسازی آنی دو فازی.. 88 6-5-2 مقادیر حدس اولیه ی …… 89 6-5-3- محاسبات جداسازی آنی دو فازی با استفاده از مدل وون 90 6-5-4- محاسبات جداسازی آنی 3 فازی.. 91 6-5-5- محاسبات تعادل سه فازی.. 95 6-6- اصلاح مدل وون.. 96 6-6-1- مفروضات مدل اصلاح شده.. 97 6-6-2- مدل اصلاح شده وون.. 98 6-6-3- روش حل برای استفاده از مدل اصلاح شده وون.. 103 6-7- محاسبات دینامیكی مدل ارائه شده.. 104 6-7-1-تغییر متغیر.. 114 6-8- مشخصه هپتان.. 116 6-8-1- ضریب شكست نور.. 117 6-8-2-ثابت گرانروی ثقلی.. 118 6-8-3- روش ریاضی-دابرت جهت تعیین مشخصه هپتان در محاسبات جداسازی آنی سه فازی 119 6-8-4-خواص بحرانی و ضریب بی مركزی.. 121 6-9- بررسی اثر حضور آب بر دمای تشکیل واکس.. 123 6-9-1-شرح برنامه نویسی.. 124 فصل هفت نتایج 7-1- بهینه سازی مدل وُون.. 129 7-2- پیش بینی محاسبات حاصل از جداسازی آنی سه فازی.. 137 7-3- شرح نتایج بررسی اثر حضور آب بر روی دمای تشكیل واكس.. 142 7-4- نتایج حاصل از مدلسازی دینامیکی جریان.. 148 فصل هشت نتیجه گیری و پیشنهادات 8-1- نتیجه گیری.. 155 پیشنهادات……………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 158 فهرست منابع.. 160 پیوست ها پیوست (1)……………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 172 پیوست (2)……………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 175 فهرست جدول ها عنوان صفحه جدول 2-1: خواص فیزیكی و شیمیایی واكس های پارافینی-میكروكریستال و پترولاتوم، 10 جدول 2-2: تركیب درصد و خواص گروه های تشكیل دهنده واكس.. 14 جدول 2-3 :نقاط شناخته شده و تعریف شده در گذار فازهای مواد نفتی 22 جدول 6-1: ثابت های معادله ی 6-22.. 82 جدول 7-1: تركیب اجزاء نفت.. 130 جدول 7-2: اجزاء نفت استفاده شده در جداسازی آنی سه فازی.. 138 جدول 7-3: جدول 1: نفت شماره 2 هوآن کوآن و همکاران… 141 جدول 7-4: دمای تجربی تشکیل واکس برای [(1-x)nC14+xnC16]… 143 جدول 7-5: نتایج مدل جدیدبر مبنای محاسبه ضرایب فعالیت NRTL برای فاز مایع و UNIQUAC برای فاز جامد(16C–14C).. 144 جدول 7-6: دمای تجربی تشکیل واکس برای[(1-x)nC14+xnC15]… 145 جدول 7-7: نتایج مدل جدیدبر مبنای محاسبه ضرایب فعالیت NRTL برای فاز مایع و UNIQUAC برای فاز جامد(15C–14C).. 145 فهرست شکل ها عنوان صفحه شكل 2-1- شدت رسوب واكس.. 6 شكل 2-2- نمونه های مولكول های تشكیل دهنده واكس.. 13 شكل 2-3- نحوه تشخیص دمای تشكیل.. 15 شكل 2-4- نمودار فازی دما-فشار برای رسوب واكس محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel 16 شکل 2-5- نمودار فشار-دما-ترکیب برای یک نمونه رسوب واکس، محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel،.. 17 شكل 2-6- یك نمونه از نمودار فازی نفت كه ممكن است انواع انتقال فازها را تجربه كند.. 21 شکل 4-1- اختلاف پتانسیل شیمیایی جزء خالص i. 49 شكل 4-2- دسته بندی مدلهای ترسیب واكس.. 54 شكل 4-3- مدل چند جامدی ارائه شده توسط لیرا گالنا و فیروزآبادی 58 شكل 6-1- تعادل جامد-مایع در مدل وون.. 75 شكل 6-2- تعادل جامد-مایع پدرسن.. 83 شكل 6-3- جداسازی آنی 3 فازی.. 86 شکل 6-4- حلالیت food grade wax در حلال.. 115 شكل 6-5- مشكل تجمیع كردن.. 117 شکل 6-6- میزان کیفی سه فاز در حال تعادل در فرآیند تشکیل واکس 124 شكل 7-1- درصد واكس رسوب كرده بر حسب تابعیت دما برای نفت سیستمA 131 شكل7-2-مقایسه میزان درصد واكس برای سیستم A حاصل از مدل اصلاح شده و مدل های دیگر.. 132 شكل 7-3- میزان درصد واكس نفت B بر حسب دما.. 133 شكل 7-4- مقایسه میزان درصد واكس نفت B از مدل های مختلف.. 134 شكل 7-5- میزان درصد رسوب در دما های مختلف برای نفت سیستم C 135 شكل 7-6- مقایسه درصد رسوب واكس نفت C بر حسب دما برای مدل های مختلف 136 شکل 7-7- مقایسه پیش بینی حاصل از معادلات حالت PR و SRK.. 139 شکل 7-8- مقایسه پیش بینی حاصل از معادلات PR و ER.. 140 شکل 7-9- محاسبات میزان واکس رسوب کرده و فازهای موجود بر حسب دما 142 شکل 7-10-تغییرات در دمای تشکیل واکس با کسر مولی گلیکول در فاز آبی در کسرهای مولی مختلف C14برای حداکثر آب در نظر گرفته شده در کنار فاز آلی 146 شکل 7-11-تغییرات در دمای تشکیل واکس بر حسب میزان فاز آبی برای کسر مولی های مختلف C14 در فاز آلی (این اختلاف دما، اختلاف دمای تشکیل واکس در شرایط معلوم و حداقل حضور فاز آبی است.).. 147 شکل7-12-تغییرات در حلالیت گلیکول در فاز آلی نسبت به میزان حداقل فاز آبی بر حسب مقدار فاز آبی برای کسر مولی های مختلف C14 در فاز آلی 148 شکل7-13-میزان نهایی آلفا(aspect ratio) برای کریستال های واکس در لایه ژل رسوب کرده به عنوان تابعی از شدت جریان و دمای دیواره.. 149 شکل7-14-تأثیرات دما بر روی ضخامت لایه رسوب برای540 Re=، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران.. 150 شکل7-15-تأثیر نرخ جریان بر روی ضخامت لایه برای دمای دیواره 3/8 سانتی گراد، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران 150 شکل7-16-تأثیر نرخ جریان بر روی ضخامت لایه برای دمای دیواره 3/8 سانتی گراد، نتایج مدلسازی در مقابل داده های آزمایشگاهی سینگ و همکاران 151 شکل 7-17-مقادیر آلفا برای دماهای مختلف دیواره جهت بهینه سازی نتایج کار حاضر 152 شکل7-18-نتایج مدلسازی پس از انجام بهینه سازی مقادیر آلفا و در نظر گرفتن انتقال حرارت با محیط.. 153 مقدمه یكی از مهمترین مسائل در صنایع نفت، رسوب مواد آلی سنگین موجود در نفت خام است، كه طی مراحل تولید، حمل و نقل و فرآوری نفت رخ می‌دهد. رسوب این مواد در مخازن، چاههای نفت، پمپ‌ها، تانك‌های ذخیره‌سازی، لوله‌های انتقال و تجهیزات پالایش، باعث اتلاف هزینه‌های فراوان می‌گردد. با پیش‌بینی مكان تشكیل رسوب می‌توان به كمك روش‌های مكانیكی، شیمیایی و یا تغییر شرایط محیطی، برای از بین بردن یا كاهش رسوب اقدام نمود. كریستالیزاسیون و رسوب تركیبات واكسی منجر به بروز مشكلات زیادی در مراحل تولید، انتقال، ذخیره سازی و انجام فرآیندهای مختلف مربوط به نفت خام و یا مشتقات آن می‌شود. شركت‌های نفتی در سراسر دنیا به دلیل كاهش تولید، هزینه‌ مواد شیمیایی مورد نیاز، انسداد خطوط لوله و افزایش انرژی مصرفی ناشی از ایجاد رسوبات، سالیانه میلیاردها دلار زیان می‌بینند. با كاهش ذخایر موجود و افزایش بهره‌برداری از مخازن نفت‌های سنگین و مخازن نفتی دور از ساحل، استفاده از روش‌های جدید و كارآمد برای رفع این مشكلات به یك ضرورت تبدیل شده است. نفت خامی كه از اعماق زمین استخراج می شود، شامل هیدروكربورهای سنگین و نیمه سنگین است كه اشكال مختلف و خصوصیات متفاوت دارد. هیدروكربورهای سنگین شامل واكس ها، مواد آسفالتنی و رزین ها هستند كه می توانند به صورت جامد، در تركیبات ظاهر شوند كه در این بین، واكس ها اهمیت خاصی دارند.تغییر عواملی مانند دما، فشار و تركیب اجزای سبك در تركیبات نفتی، سبب تشكیل رسوب های واكس پارافینی جامد در این تركیبات می شود. رسوب واكس تشكیل شده به طور عمده شامل پارافین ها، نفتن ها و به مقدار كمی از دیگر هیدروكربورها، مانند آروماتیك هاست. تشكیل این رسوبات در مرحله اول می تواند منافذ زیرزمینی را مسدود كرده، باعث كاهش شدید نفوذ پذیری آنها شده و راندمان استخراج نفت را كاهش دهد. در مراحل بعدی نیز تشكیل رسوبات، مشكلات زیادی را به دنبال خواهد داشت. به عنوان مثال تشكیل رسوبات واكس در خطوط انتقال نفت خام، می تواند باعث گرفتگی لوله ها و افزایش مقاومت در برابر جریان و در نتیجه افت فشار جریان شده و علاوه بر افزایش توان مورد نیاز جهت پمپ نمودن سیال، موجب استهلاك زودرس تاسیسات شود. تشكیل رسوبات واكس در تجهیزات پروسسی مانند مبدل های حرارتی و خطوط لوله كاهش كارآیی این تجهیزات را به دنبال دارد.با توجه به اینكه در فرآیندهای روغن سازی یكی از مراحل اصلی فرآیند، جداسازی واكس می باشد، اهمیت این پدیده مشخص می گردد. مساله تشكیل رسوب واكس و عوامل موثر بر آن، سالهای متمادی مورد بحث پژوهشگران بوده و اكثر روش ها و مدلهایی كه جهت توصیف و پیش بینی این پدیده ارائه شده اند، توافق ضعیفی با داده های آزمایشگاهی دارند و از هیچكدام نمی توان به عنوان یك راه حل عمومی، جهت پیش بینی این پدیده، استفاده كرد. این مدلها اغلب دمای پیدایش واكس و میزان رسوب تشكیل شده را بالاتر از مقدار تجربی و آزمایشگاهی آن، تخمین می زنند.با توجه به توضیحات یاد شده، پیش بینی دمای تشكیل رسوبات واكس و در نظر گرفتن این دما در طراحی تجهیزات مربوط به استخراج، تولید و بهره برداری از نفت خام یا برش های نفتی، اهمیت خاصی دارد. مدل سازی ترمودینامیكی، یكی از راههای بررسی این پدیده است.[1-6