سیکلو پارافین
۲-۸
۶۵-۷۵
دمای ذوب(سانتی گراد)
۵۰-۶۵
۸۰-۹۰
جرم متوسط مولکولی
۳۵۰-۴۳۰
۵۰۰-۸۰۰
تعداد کربن
۱۸-۳۶
۳۰-۶۰
بلورینگی[۳]
۸۰-۹۰
۵۰-۶۵
موسر و کیلپاتریک[۴] [۲۲] آزمایشاتی را بر روی ۱۶ ترکیب نفتی مختلف انجام دادند و مشاهد کردند که واکس های ماکروسکوپی جرم مولکولی بین ۳۵۰ تا ۶۰۰ دارند در حالیکه واکس های میکروسکوپیک مقدارشان بین ۳۰۰ تا ۲۵۰۰ می باشد، که در این آزمایشات ۵ مخلوط خواص میکروسکوپیک و ۶ مخلوط خواص ماکروسکوپیک و ۵ مخلوط نیز دارای هر دو نوع رسوب واکسی بودند.
در شکل ۲-۳ نحوه تغییر دمای تشکیل واکس به طور آزمایشگاهی دیده می شود که در این نقطه با تغییرات زیاد در فشار تغییرات کمی در دما مشاهده می گردد.
شکل ۲-۳- نحوه تشخیص دمای تشکیل [۱۱۷]
در مخازن، هنگامی که شرایط ترمودینامیکی در مخزن تغییر می کند و میزان حلالیت واکس ها کاهش می یابد، واکس تشکیل می شود. ذرات واکس رسوب نمی کنند و امکان دارد که به طورت کریستال بر روی سطح سیال جمع شوند و در هنگامی که میزان این ذرات افزایش پیدا می کند و یا ذرات دیگری به مانند آسفالتن ها، رزین ها و حتی مواد حاصل از خوردگی به عنوان هسته های اولیه در مخلوط وجود داشته باشد، کریستال های واکس بهم متصل شده و ذرات بزرگتر را تشکیل می دهند و این ذرات بزرگ می توانند از مخلوط جدا شده و رسوبات واکس را تشکیل دهند.
در شکل ۲-۴ یک نمونه نمودار فازی رسوب واکس در محورهای دما-فشار را نشان می دهد.
WDE: Wax Deposition Envelope
شکل ۲-۴- نمودار فازی دما-فشار برای رسوب واکس محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel [1]
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
همانطور که از شکل فوق پیداست، مرزهای بین فازهای جامد و مایع بسیار به خط عمودی نزدیک است و میزان حساسیت این خط به دما بسیار بیشتر از فشار می باشد. اما همین تغییرات کم شیب با فشار موجب ایحاد تغییرات زیادی در میزان دمای رسوب واکس می شود. کاهش دما دلیل اصلی ایجاد رسوبات نفتی می باشد زیرا با کاهش میزان دما در مخلوط های نفتی میزان حلالیت واکس در سیال هیدروکربنی کاهش پیدا می کند.همچنین بر اثر برداشت از مخازن و انبساط نفت و کاز درون مخزن، دمای آن افت پیدا می کند و پایین می آید و با جداسازی گازهای حل نشده در مخلوط نفتی نیز میزان رسوبات افزایش می یابد. البته همواره در مخلوط های نفتی مواد سبکتر را به عنوان حلال های رسوبات واکس نام می برند.
شکل ۲-۵- نمودار فشار-دما-ترکیب برای یک نمونه رسوب واکس، محاسبه شده توسط نرم افزار WAXModel، [۱]
تشکیل رسوبات نفتی دارای رسوبات ۲ مرحله کاملاً متفاوت می باشد. تشکیل هسته ها و رشد کریستال ها. اگر دمای مایع تا نقطه تشکیل واکس پایین آورده شود، مولکول های واکس شروع به تشکیل خوشه ها می کنند و مولکول های واکس به هم متصل می شوند و این مرحله خوشه ای شدن را آنقدر ادامه می دهند تا بتوانند به مرحله پایداری برسند و در این مرحله هسته ها تشکیل شده اند و به این مرحله هسته گذاری می گویند. و اگر دما همچنان پایین تر از دمای رسوب واکس باشد، کریستال ها شروع به رشد می کنند و ساختاری صفحه ای را تشکیل می دهند [۲۳].
نرمال الکان ها ساختارهای متفاوتی در هنگام تشکیل فاز واکس از خودشان نشان می دهند. ساختارهای شش تایی[۵]، اُورتوروموبیک[۶]، تریکلینیک[۷] و مونو کلینیک[۸]. نرمال آلکان های دارای تعداد کربن فرد بین ۱۱ تا ۴۳ و نرمال آلکان های بین ۲۲ تا ۴۲ در هنگام تشکیل فاز جامد ساختار شش تایی تشکیل می دهند. این ساختار دارای درجه آزادی چرخشی بالایی می باشد و از لحاظ فیزیکی نور را از خود عبور می دهد، سایر ساختار ها از لحاظ درجه چرخش محدودیت دارند. آلکان های با تعداد کربن زوج بین ۱۲ تا ۲۰ یک ساختار تری کلینیک تشکیل می دهند و سایر آلکان های با تعداد کربن بیشتر از ۴۳ ساختار ارتورومبیک دارند. ساختار مونوکلینیک نیز بصورت مستقیم اجاد نمی شود بلکه با سرد کردن آلکان های با تعدا د کربن زوج از ساختارهای هگزاگونال یا ارتوروموبیک ایجاد می شود.
در یک مخلوط دو تایی از دو هیدروکربن متفاوت باید شرایط را در نظر گرفت زیرا ساختار تشکیل شده توسط این مخلوط دو تایی بسیار به مولکول های سازنده و به فرد و زوج بودن دو ماده و اینکه یک ماده زوج و دیگری فرد باشد بستگی دارد. اگر هر دو مولکول از لحاظ ساختاری و نحوه تشکیل دارای یک ساختار کریستالی و در حالت خاص خود باشند این بدین معنی است که یک ساختار جامد تکفازی تشکیل می شود. در هنگامی که اختلاف طول بحرانی مولکول ها کمتر از ۶% باشد. در نرمال آلکان های دارای بین ۱۸ تا ۳۵ کربن اختلاف صول بحرانی بین ۲ تا ۶ اتم کربن می باشد [۲۴].
در یک ترکیب دو تایی بین یک آلکان فرد و آلکان زوجی با اختلاف طول مولکولی کمتر از ۲ %، حالت پایدار در دماهای پایین عموماً بطورت ساختار اورتوروموبیک می باشد [۲۵].
رفتار ساختاری اجزای یک مخلوط نفتی می تواند از رفتار ساده در تشکیل ساختارهای ساده تا رفتار پیچیده در هنگام تشکیل واکس از مخلوط ها وجود داشته باشد و توسعه ی هر مدل ترمودینامیکی برای تعیین شرایط رسوب تشکیل واکس از مخلوط های نفتی بستگی به ساختاری دارد که مدل می شود و برای این کار باید مدل های مختلف و پارامترهای بسیاری تست شوند تا بتوان بهترین و ساده ترین مدل را انتخاب کرد.
ساده ترین مدل ها بر مبنای سیستم های تک جزیی و تکفازی جامد نوشته می شوند. این مدل ها برای مواد خالص و سیستم هایی که بتوان تمام اجزای جامد را در یک فاز درنظر گرفت به کار می رود و مدل جامد محلول بر همین اساس ترکیب چند جزیی در فاز جامد را یک فاز در نظر می گیرد که روابط هر جز خالص جامد را در ترکیبات دوتایی و چند تایی بکار می برند.
لیرا-گالنا و همکاران اولین بار این تئوری را مطرح کردند که در این تئوری فرض می شود که فاز جامد متشکل از چندین فاز غیر قابل حل در یکدیگر می باشد که هر کدام از این فازها یک جزء خالص می باشد.
در صنایع نفتی، حلالیت نرمال آلکان ها به مانند سایر مواد مانند آروماتیک ها و نفتنیک ها، بسیار مهم می باشد. اما اکثر این مطالعات در شرایط استاندارد و در فشار اتمسفری می باشد.[۲۶-۳۷] در حالیکه در صنایع نفتی در اکثر موارد فشار بالاست و پدیده ی رسوب در فشار های بالا همواره مشکلات بسیاری برای سیستم اایجاد می کند و مطالعه رسوب در فشارهای بالا یکی از اولویت های اکثر شرکت های نفتی می باشد.
مدل های ترمودینامیکی زیادی توسط محققان ارائه شده است، اکثر این مدل ها در شرایط اتمسفری و فشارهای پایین دارای جواب های مناسبی می باشند، و مدل هایی که در فشارهای بالا ارائه شده اند دارای پارامتر های برازش شده بسیاری در هر ترکیب دو تایی می باشند.[۳۸]