تحقیق روش های جداسازی گاز از نفت خام



تحقیق
روش های جداسازی گاز از نفت خام

مقدمه
نفت و گاز
سوختهای فسیلی شامل نفت و گاز در عمق سه تا چهار کیلومتری اعماق زمین و در خلل و فرج لایه های آن و با فشار چند صد اتمسفر بصورت ذخیره میباشند. گازهای طبیعی زیرزمینی یا به تنهایی و یا به همراه نفت تشکیل کانسار (معدن) می دهند. که در هر دو صورت از نظر اقتصادی بسیار گرانبها می باشد. درصورت همراه بودن با نفت گازها در داخل نفت حل می شوند، و عمدتا نیز بهمین صورت یافت میگردد و در این رابطه مولفه های فیزیکی مواد – حرارت و فشار مخزن تاثیرات مستقیم دارند و نهایتا درصورت رسیدن به درجه اشباع تجزیه شده و بلحاظ وزن مخصوص کمتر در قسمت های فوقانی کانسار و بر روی نفت یا آب به شکل گنبدهای گازی (GAS DOME) قرار میگیرند.گاهآ درمخازن گازهای محلول در آب نیز مشاهده شده است
گاز متان در حرارت و فشار موجود درکانسارها متراکم نمیگردد بنابراین همیشه بصورت گاز باقی مانده ولی در مخازنی که تحت فشار بالا هستند بشکل محلول در نفت در میاید . سایر اجزای گاز طبیعی در مخازن نسبت به شرایط موجود در کانسار در فاز مایع یا فاز بخار یافت میشوند. گازهای محلول در نفت بمثابه انرژی و پتانسیل تولیدمخزن بوده و حتی المقدور سعی میگردد به روشهایی از خروج آنها جلوگیری گردد ولی در هر حال بسیاری از گاز محلول در نفت در زمان استخراج همراه با نفت خارج میگردد .در سالهای پیش از انقلاب در صد بالایی از آن از طریق مشعل سوزانده میشدو بهدر میرفت ولی در سالهای بعد تا بحال بتدریج و با اجرای طرهایی منجمله طرح آماک از آنها به عنوان تولیدات فرعی استحصالی از میادین نفت کشور بمنظور تزریق به مخازن نفتی – تولید مواد خام شیمیایی و سوختی با ارزش استفاده می کنند.
استخراج گاز
در ایران گاز طبیعی خام را از دو نوع چاه استخراج مینمایند .
1 – چاههای مسقل گازی – از قبیل میادین گاز پارس جنوبی – نار و کنگان – خانگیران – تابناک- حوزهای شانون، هما، وراوی و میدان گازى پازنان و غیره .
2 – چاههای نفت – از قبیل میادین اهواز – آغاجاری – مارون – گچساران – بی بی حکیمه – – رامشیر و غیره .

چکیده
1 – گاز طبیعی خام که از چاههای مستقل گازی استخراج میگردد و هنوز فرایندهای سرچاهی و پالایشی را طی نکرده است عمدتا از هیدروکربور متان بعلاوه گاز اتان و همراه با هیدروکربورهای دیگر( سنگین و مایع) مانند پروپان – بوتان – و هیدروکربورهای سنگین تر یا چکیده نفتی (CONDENSATE) بعلاوه بنزین طبیعی ( NATURAL GASOLINE) و همچنین مقداری از ناخالصی های غیر هیدروکربوری شامل بخار آب (H2O), کربن دی اکسید(CO2) , کربن منواکسید (CO), نیتروژن (N), هیدروژن سولفید (H2S), هلیوم (HE) که درصد هر کدام بستگی به نوع مخازن دارد تشکیل شده است .
این چاهها اصولا قادر به تولید در اندازه های تجاری بوده و محصول آنها با نام گاز غیر همراه ( NON -ASSOCIATED GAS) نیز شناخته میگردند گازهای استخراجی از چاههای مستقل گازی یا نفت همراه ندارند و یا مقدارنفت همراه آن بسیار ناچیز میباشد.
گاز طبیعی خام استخراجی از چاههای مستقل گازی با خود مقداری شن – ماسه و آب شور بهمراه دارد که قبل از ارسال به تاسیسات پالایشی در مجموعه تاسیسات سر چاهی و توسط ساینده ها از گاز جدا میگردند.
دستگاههای گرمکن موجود در نقاط مشخصی درطول خط لوله تا مرکز جمع آوری نیز مانع از انجماد بخار آّب موجود در گاز میگردند زیرا در صورت نبود این تجهیزات ترکیبات جامد و نیمه جامد هیدرات های گاز طبیعی احتمالی(کریستالهای یخ) در روند کار سیستم گردآوری ایجاد مشکلات عدیده مینمایند.
2 – گاز طبیعی خام از چاههای نفت نیز بدو صورت استخراج میگردد.
الف – در صورتی که گاز، محلول در نفت خام باشد گاز محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد.
ب – در تماس مستقیم ولی جدا از نفت باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) نامیده می شود .
مشخصات و مزیتهای گاز طبیعی
گاز طبیعی(متان – CH4) حاصل از عملیات فرآورش نهایی دارا ی مشخصات بدون رنگ – بدون بو و سبکتر از هوا میباشد. ارزش حرارتی یک گاز، مقدار حرارتی است که در اثر سوختـن یک مترمکعب آن گاز ایـجاد می شود که بدین ترتیب ارزش حرارتی هر متر مکعب متان تقریبا معادل ارزش حرارتی یک لیتر نفت سفید میباشد و به عبارت دیگر چنانچه یک فوت مکعب از آن سوزانده شود معادل با 252 کیلو کالری انرژی حرارتی آزاد مینماید که از این لحاظ در مقایسه با دیگر سوختها بسیار قابل توجه میباشد . هیدروکربنها با فرمول عمومی CnH2n+2 اجزاء اصلی گاز طبیعی بوده و منابع عمده انرژی میباشند . افزایش اتمهای کربن مولکول هیدروکربن را سنگینتر و ارزش حرارتی آن افزونتر میسازد. ارزش حرارتی هیدروکربنهای متان و اتان از 8400 تا 10200 کیلو کالری بازای هر مترمکعب آنها می باشد .
ارزش حرارتی هیدروکربن پروپان برابر با 22200 کیلو کالری بازای هر مترمکعب آن می باشد . ارزش حرارتی هیدروکربن بوتان برابر با 28500 کیلو کالری بازای هر مترمکعب آن می باشد . گاز طبیعی شامل 85 درصد گاز متان و 12 درصد گاز اتان و 3 درصد گاز پروپان، بوتان، ازت و غیـره می باشد
گاز طبیعی حاصل از میادین گازی سرخس حاوی متان بادرجه خلوص 98 درصد میباشد. ارجحیت دیگر گاز گاز طبیعی(متان – CH4) به سایر سوخت ها آن است که گاز طبیعی تمیز ترین سوخت فسیلی است زیرا نه تنها با سوختن آن گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمیگردد بلکه جالب است بدانیم که ماحصل سوخت این گاز غالبا آب بهمراه حداقل میزان دی اکسیدکربن در مقایسه با تمام سوختهای فسیلی میباشد .
در یک تحقیق از میزان آلایندگی گاز طبیعی و دیگر سوخت های فسیلی یافته ها به شرح ذیل بودند . میزان انتشار co2 در گاز طبیعی 6/53 درصد، پروپان 67 درصد، بنزین 7/72 درصد، نفت گاز 76/2 درصد، نفت کوره 3/79 درصد و زغال سنگ 1/82 درصد به ازای یک واحد گرما(Kg co2/Gj) است لذا با توجه به موارد فوق می توان از آن به عنوان سوخت برتر – ایمن و سالم در محیطهای خانگی- تجاری و اداری که دارای فضاهای بسته و محدود میباشند استفاده نمود.
دمای احتراق خود به خود گاز طبیعی 649 درجه سانتی گراد است. دمای جوش متان 49/ 161 درجه سانتی گراد زیر صفر است .فرایند تبدیل گاز طبیعی به گاز مایع LN G در همین درجه حرارت صورت میگیرد.
یکی از عوامل مهم و موثر در کامل سوزی گاز طبیعی و آبی سوزی شعله تامین هوای کافی است. میزان هوای لازم جهت هر مترمکعب گاز طبیعی هنگام سوختن حدودا 10 مترمکعب میباشد. آبی تر بودن شعله بمعنی دریافت بهتر و بیشتر هوا می باشد.

فصل اول
آشنایی با سیستم های تفکیک و جداسازی گاز شرکت نفت
تفکیک :
هدف از عمل تفکیک جداکردن گاز از نفت بمنظور تقلیل فشار وبوجود آوردن امکاناتی است که بتوان از نقطه نظر انتقال و صرفه جوئی اقتصادی درصد افزایش محصولات مورد انتظار را بیشتر نمود .
در محل هائی که فشار جریان نسبتاً زیاد است ، غالباً عمل تفکیک گاز از نفت در مراحل متعدد صورت می گیرد .
امروزه عمل تفکیک گاز و نفت معمولاً درچهار مرحله انجام میشود ، مواردی که لازم است برای جداسازی گوگرد و یا آب موجود در نفت ، و نمک زدائی ، دستگاههای دیگری در کنار دستگاههای تفکیک قرار داد . البته در بعضی از کارخانه ها بعلت کمبود فشار نفت عملیات تفکیک در مراحل کمتری انجام میشود . در طرح سیستمی جهت انجام عمل تفکیک در مراحل کمتری انجام
می شود . در طرح سیستمی جهت انجام عمل تفکیک باید مقدار جریان خروجی محصول چاه از منبع . وزن مخصوص و اوضاع منبع مانند فشار . درجه حرارت و میزان آب موجود در نفت و فشار عملیاتی دستگاههای تفکیک را می بایست در نظر داشت .
عواملی که در امر تفکیک موثرند ، عبارتند از ، گنجایش جداکننده . اندازه شیرها و لوله های ورودی و خروجی نفت و گاز ، فشار عملی تفکیک ، ارتفاع سطح مایع و حرارت محیط اندازه یک جدا کننده و شکل هندسی و وسائلی که درون آن بکار رفته میتواند در چگونگی عمل تفکیک موثر بوده و ظرفیت آنرا به نسبت تغییر دهد . و اندازه لوله و شیرهای ورودی و خروجی گازو نفت طوری انتخاب و تعبیه می شوند که متناسب با ظرفیت دستگاه تفکیک باشند . بنابراین وقتی جدا کننده با ظرفیتی برای نفتی با خصوصیات معین سفارش داده شد ساخته می شود و در امر بهره برداری از آن و چگونگی عمل تفکیک و میزان بهره دهی آن و عواملی چون فشار عملی ، سطح مایع و حرارت محیط می توانند موثر باشند .
دو عامل از عوامل ذکر شده را می توان با در نظر گرفتن G.O.R (نسبت گاز به نفت) و فشار جریان ، تنظیم و کنترل نمود : نگهداری ارتفاع سطح مایع و تنظیم و کنترل فشار .
سطح مایع :
یک ظرف را در نظر بگیرید که از یک طرف مایع وارد آن شده و از سوی دیگر خارج شود و فرض کنید که اندازه لوله های ورودی و خروجی آن یکی باشد
در صورتی که لوله خروجی این ظرف بوسیله شیری بسته باشد و مایع را از طریق لوله ورودی وارد ظرف سازیم ، سطح مایع در ظرف تا حدی بالا خواهد رفت که ظرف پر از مایع شود .
حال اگر شیر خروجی را باز و شیر ورودی آنرا ببندیم : سطح مایع در ظرف آنقدر پائین خواهد آمد تا ظرف خالی شود و چنانچه در ضمن خالی کردن ظرف و هنگامیکه سطح مایع به نیمه ظرف رسید ، شیر ورودی را هم باز کنیم بطوریکه مقدار مایع ورودی و خروجی مساوی شود ، سطح مایع در ظرف ثابت خواهد ماند مگر اینکه در مقدار مایع ورودی و یا خروجی تغییری داده شود . بنابراین میتوان سطح مایع را در ظرف با کم و زیاد کردن نفت ورودی ویا خروجی تغییر داد و یا کنترل نمود .
یکی دیگر از عواملی که در کنترل و یا تغییر سطح مایع در ظرف موثر است ، نیروئی است که اگر به سطح مایع وارد آید باعث ازدیاد سرعت و حرکت ملکولی در لوله خروجی مایع خواهد شد . حال اگر بتوان چنین وضعیتی را با کم و یا زیاد کردن فشار بر سطح بوجود آورد ، نتیجتاً مایع کندتر ویا سریعتر از ظرف خارج خواهد شد و سطح مایع در ظرف تغییر خواهد کرد .
فشار علاوه بر نگهداری سطح مایع . خود میتواند در کیفیت و چگونگی گاز حاصله موثر باشد ، معمولاً گازهای سبکتر در فشارهای بالاتر و گازهای سنگین تر در فشارهای کمتر تفکیک می شوند.
تغییر درجه حرارت محیط و تاثیر آن در عمل تفکیک :
اگر در یک ظرف سربسته محتوی گاز ، درجه حرارت بالا رود سرعت مولکولها و فاصله مولکولی افزایش یافته و باعث ایجاد فشار بیشتری میگردد .
در مایعات مولکول ها بوسیله نیروهای جاذبه بین مولکولی باهم در تماس بوده و در عین حال دائماً در حرکتند و بر روی هم می غلطند . این حرکت و جنبش دائمی موجب میشود که تعدادی از مولکول های سطح مایع که از یک طرف آزاد هستند ، محیط را ترک کنند و از ظرف خارج شوند .
حال اگر یک ظرف سربسته دا در نظر بگیریم و قسمتی از آن را پر از مایع کنیم ، در صورت زیاد شدن درجه حرارت مایع ، حرکت مولکولها سریعتر شده و مولکولهای بیشتری از سطح مایع خارج می شود . این مولکولها که موجب ایجاد فاز گاز می شوند . در اثر برخورد بر جدار ظرف فشار بیشتری بوجود می آورند . بنابراین در صورتی که حجم ثابت باشد فشار بخار مایع در درجه حرارت بالاتر بیشتر و در درجه حرارت پائین تر کمتر است .
مولکول های موجود در فاز گاز همیشه سعی دارند وارد محیط مایع شوند و بزرگترین عاملی که می تواند در انجام این عمل موثر باشد ، کم شدن ناگهانی درجه حرارت است و در صورتی که چنین وضعی پیش آید از حجم گاز کاسته شده و حجم مایع زیاد می شود .
در یک مرحله تفکیک نفت از گاز که حجم جدا کننده ثابت است و فشار و سطح مایع آن در حد معینی تنظیم شده ، کم شدن ناگهانی درجه فشار دستگاه کم می شود برای نگه داشتن فشار باید از میزان گاز خروجی آن کم نمود و چون حجم مایع زیاد می شود . سطح مایع نیز بالا خواهد رفت وبرای برگرداندن سطح مایع به حالت اولیه می بایست مقدار مایع خروجی را بیشتر نمائیم . در مورد زیاد شدن حرارت محیط عکس این مسئله نیز صادق است .
در طرح ساختمان یک ظرف جدا کننده ، حداکثر مقدار گاز و نفتی را که می خواهند تفکیک کنند در نظر می گیرند و اندازه لوله و شیر خروجی گاز طوری طرح ریزی می شود که بتواند ده درصد بیش از مقدار حداکثر گاز تفکیکی آن را از جدا کننده خارج نماید ، که این خود به این دلیل است که در صورت زیاد شدن درجه حرارت محیط و استفاده از حد اکثر ظرفیت . تفکیک کننده ، بتواند مانع ایجاد فشار بیشتر گردد و عمل تفکیک را دچار اشکال نسازد . در صورتیکه جداکننده ای در حال تفکیک گاز و نفت در حداکثر میزان تعیین شده باشد و ناگهان درجه حرارت محیط کم شود ، مقداری از مولکول های گاز در لوله ای که نفت را از چاه به ظرف جداکننده هدایت می کند به مایع تبدیل شده و در نتیجه حجم مایع ورودی به دستگاه تفکیک زیاد شده و بعلت کم شدن مولکول های گاز فشار نیز کم می شود و سطح مایع در دستگاه بالا می رود و چون لوله و شیر خروجی نفت نمی تواند مایع را بیش از حد معین عبور دهد ، سطح نفت تا حدی بالا می رود که اولاً عمل تفکیک بخوبی انجام نمی گیرد و ثانیاً مقداری از قطرات نفت همراه گاز از لوله خروجی گاز خارج می شود در چنین موردی حتماً می بایست از مقدار نفت ورودی بدستگاه تفکیک کاسته شود .

عملیات بهره برداری کلاً شامل نکات زیر است :
1-چگونگی استفاده از چاههای نفت و وسائل سر چاه
2-عملیات مربوط به لوله های انتقال نفت از سر چاه تا محل دستگاه تفکیک
3-عملیات جداسازی در محل تفکیک و عملیات مربوط به تلمبه ها
4-عملیات مربوط به لوله های انتقال نفت از کارخانه های مختلف تفکیک به خط انتقال اصلی
5-عملیات مربوط به خط انتقال اصلی
6-تلمبه خانه های تقویتی و عملیات مربوط به آنها
علل بکاربردن دستگاه های تفکیک :
1-بیشتر چاه ها فاصله بسیار زیادی تا محل بارگیری یا پالایش دارند که گاه این فاصله به صدها مایل می رسد ، لذا انتقال نفت در چنین مسافتی سبب می شود که یا نفت کمتری به مقصد برسد یا محصول چاه بطور کلی جریان نیابد .
2-اگر نفت که محتوی گاز با فشار زیاد است قبل از بارگیری وارد مخزن ذخیره شود خطرات زیادی را موجب خواهد شد .
3-مقدار بهره دهی هر چاه قبل از پیوستن به لوله چاههای دیگر می بایست اندازه گیری شود .
4-لازم است گاز و نفت را بطور جداگانه و در محل های مختلف مورد استفاده قرار داد یا بفروش رساند . لذا می بایست یک واحد بهره برداری را جهت جمع آوری نفت تعدادی از چاهها و انجام عمل تفکیک بنا نمود .
محل کارخانه تفکیک داوری انتخاب می شود که نفت چاه برای رسیدن و وارد شدن به آن حداقل فاصله ممکنه را طی کند تا بدین ترتیب مقاومت در مقابل جریان کم شده و افت فشار بحداقل ممکنه برسد و از چاه تا سرحد امکان استفاده شود .
سیالی که از چاه های نفت بهره برداری می شود معمولاً بصورت دو فاز گاز و نفت یا سه فاز گاز و نفت و آب است . باید در نظر داشت که گاز مورد بحث تحت فشار مخزن بصورت مایع بوده ودر اثر افت فشار مخزن تا سطح زمین از نفت جدا می شود . و این عمل تفکیک در مراحل مختلف ادامه می یابد تا فشار آن نزدیک فشار اتمسفر برسد .
چون هدف اصلی از بهره برداری از این نوع چاهها نفت خالص می باشد بنابراین مواد ناخالص همراه نفت را باید از آن جدا نمود . برای انجام این کار از دستگاه های تفکیک استفاده می شود . معمولاً در دستگاههای تفکیک گاز را از نفت به آسانی می توان جدا نمود ولی آب هنوز همراه نفت در جریان خواهد بود . برای جداکردن آب از نفت از روشهای مخصوصی بنام نمک زدائی (DESALTING PROCESS ) باید استفاده نمود . این دستگاهها اخیراً به عملیات بهره برداری اضافه شده و بطور جداگانه شرح داده است .
ضرورت جداسازی ناخالصی ها از گاز:
جداسازی ناخالصیهای درون گازها و مایعات از نقطه نظر ایمنی، کنترل خوردگی، تنظیم ترکیب استاندارد محصولات گاز و مایع، پرهیز از تشکیل هیدرات در دماه ای پایین، کاهش هزینه های تقویت فشار گاز، جلوگیری از مسمومیت کاتالیزورهای کارخانجات دریافت کننده محصولات گاز یا مایع و بالآخره رعایت حد مجاز انتشار مواد آلاینده محیط زیست، الزامی می باشد.
علاوه بر ترکیبات هیدروکربونی سنگین و بخار آب، گاز طبیعی در اغلب موارد حاوی ترکیبات مضری و ترکیبات گوگردی بوده و جداسازی آنها تا حد مطلوب ضروری می باشد . گازهای CO2 ، H2S نظیر اسیدی ترکیبات بسیار خورنده و سمی بوده و به تجهیزات و محیط زیست صدمات جدی وارد می سازند .
با آب ترکیباتی نظیر اسید سولفوریک و اسیدکرب ونیک تولید می گردد . از این CO2 و H2S از ترکیبات رو، به آنها گازهای اسیدی اطلاق می شود.
گاز طبیعی حاوی H2S و دیگر ترکیبات گوگردی را گاز ترش گویند و در صورت کمتر بودن میزان ترکیبات فوق در گاز طبیعی از حد مجاز، به آن گاز شیرین گفته می شود. حضور H2S و CO2در گاز طبیعی موجب بروز خوردگی و کاهش ارزش حرارتی گاز ( و در نتیجه نزول قیمت آن ) شده واثرات مخربی بر محیط زیست می گذارد.
ترکیبات گوگردی آلاینده گازها و مایعات هیدروکربونی عبارتند از :
H2S H – S – H Hydrogen Sulphide
COS O = C = S Carbonyl Sulphide
RSH R – S – H Mercaptan Sulphur
R2S R – S – R Dialkyl Sulphide
R2S2 R – S – S – R Dialkyl Disulphide
S Elemental Sulphur
CS2 S = C = S Carbon Disulphide
در ادامه به بررسی و توضیح برخی از آلاینده های موجود در گاز طبیعی می پردازیم.
1- دی اکسید کربن:
یکی از راههای تشخیص لزوم شیرین سازی گازهای ترش، محاسبه فشار جزئی گازهای اسیدی می باشد که از طریق رابطه زیر به دست می آید :
P.P =سیستم فشار × جزء مولی گاز اسیدی
در صورت افزایش فشار جزئی گاز CO2 در مخلوط گاز هیدروکربونی به بیش از 30 Psia ، خوردگی CO2 (در حضور آب) اتفاق می اقتد. دما، فشار و غلظت آب از عوامل تشدید خوردگی CO2می باشند . افزایش فشار سیستم موجب افزایش حلالیت CO2 و افزایش دما باعث کاهش حلالیت آن می ردد. لذا در صورت عدم استخراج CO2 (به اندازه کافی ) از درون گاز طبیعی، استفاده از مواد ضدخوردگی با انتخاب جنس ویژه جهت تجهیزات و خطوط لوله انتقال گاز ضروری خواهد بود . در صورتی که فشار جزئیCO2 ، پایین تر از15 psia باشد خوردگی. CO 2 رخ نمی دهد
علاوه بر موارد فوق، مشکلات عملیاتی ناشی از حضور CO 2 از طریق خطوط لوله در مسافتهای طولانی و همچنین جداسازی و تزریق CO2 به میادین نفتی( بازیافت مجدد نفت خام ) جهت جلوگیری از تاثیر گلخانه ای گاز2 CO در اتمسفر زمین از جمله موارد قابل توجه می باشند.
انجماد CO2 در فرآیند مایع سازی گاز طبیعی موجب انسداد خطوط لوله، مبدلهای حرارتی و غیره می گردد . شیرین سازی گاز طبیعی در اثر افزایش فشار جزئی H2S به بیش از0/05 psia الزامی خواهد بود.
2- سولفید هیدروژن:
منحنی های فشار سیستم در برابر جزء مولی H2S که توسط انجمن ملی مهندسان خوردگی منتشر می گردد ، وجود ترک تنشی سولفید را در سیستمهای تک فاز ) گاز( و دو فازی ) گاز /مایع (نشان می دهد . برای حل این مشکل، محدوده خوردگی H2S و استفاده از متالوژی خاص (جهت حفاظت در برابر خوردگی) توسط این انجمن پیشنهاد می شود . حضور میزان غیر مجاز H2S در گاز طبیعی، باعث خوردگی تجهیزات و خطوط لوله انتقال گاز و همچنین تجهیزات مصرف کنندگان گاز طبیعی (درصنایع و منازل) می گردد.
از طرف دیگر، اثرات به شدت خطرناک و کشنده گاز H2S استخراج آن را از درون گاز طبیعی الزامی می سازد البته لازم به ذکر است که در برخی از فرآیندهای شکست مولکولی در دمای بالا از گاز H2S جهت غیر فعال کردن لوله های کوره( به عنوان مثال ، در واحد Olefin) می توان استفاده نمود.
3- سولفید کربونیل
سولفید کربونیل در کنار برشهایی با نقطه جوش پایین ظاهر می گردد . این ماده در اثر ترکیب گازهای H2S و CO2 و همچنین تجزیه ترکیبات گوگردی در عملیات شکست مولکولی در فرآیندهای کاتالیستی و گرمایشی به وجود می آید . حضور سولفید کربونیل در هیدروکربونهای سبک معمولاً مشکلی بوجود نمی آورد مگر آنکه ، ترکیب هیدروکربن حاوی سولفید کربونیل به عنوان خوراک واحدهای شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد . به عنوان مثال، سولفید کربونیل باعث مسمومیت کاتالیزور فرآیند تولید آمونیاک می گردد . همچنین در صورت عدم تفکیک مایعات گازی به برشهای مختلف، بخش اعظم سولفید کربونیل ( بیش از 90 % آن ) در محصول پروپان ظاهر گرد یده و در صورت هیدرولیز این ماده (تحت شرایط خاص) ترکیباتی نظیرCO2 و H2S تولید شده که باعث شکست آزمایش خوردگی نوار مسی می گردد . به عبارت دیگر، محصول پروپان تحت چنین شرایطی خاصیت خوردگی پیدا می کند . در فرآیند مایع سازی گاز طبیعی، سولفید کربونیل همچون CO 2ممکن است به صورت منجمد درآ مده و مشکلات مشابهی را بوجود آورد . همچنین این ماده میزان کل ترکیبات گوگردی درون گاز و مایعات هیدروکربونی (که باید دارای حد مجازی باشند) را افزایش می دهد.
4- مرکاپتانها
وجود این مواد به خودی خود، باعث شکست آزمایش Copper Strip نمی گردند . لیکن، بدون اینکه رنگ نوار مسی را تغییر دهند، باعث خوردگی آن می شوند . مرکاپتانها از طریق فرآیند تقطیر قابل جداشدن نبوده و معمولاً با استفاده از حلالهای شیمیایی مثل سود سوزآور، از درون ترکیبات هیدروکربونی استخراج می گردند.
5- دی سولفید کربن
این ماده به عنوان مسموم کننده کاتالیست مراکس شناخته می شود.
6- دی سولفید دی آلکیل
دی سولفید دی آلکیل ، در برابر حرارت پایدار نبوده و در محدوده دمای150 -175 درجه سانتی گراد به H2S ویک ترکیب آلفینی تجزیه می شود.
7- ترکیبات گوگردی حلقوی در برش نفتا
از آن جایی که این ترکیبات باعث شکست Doctor Test می شوند، لذا باید به وسیله محلول اسید سولفوریک غلیظ در دستگاه Electro Static Precipitator از درون نفتا جدا گردند.
8- نیتروژن:
حضور نیتروژن در گاز طبیعی باعث کاهش ارزش حرارتی آن گردیده و از نقطه نظر اقتصادی، هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی انتقال گاز طبیعی را افزایش می دهد . به هر حال ارزیابی اقتصادی استخراج یا عدم استخراج نیتروژن از درون گاز طبیعی باید مد نظر قرار گیرد.
9- جیوه
وجود جیوه در فرآیند مایع سازی گاز طبیعی باعث خوردگی فلز آلومینیوم مبدلهای حرارتی می گردد درجه (غلظت ) اشباع جیوه در فاز گاز در حدود 10-20 ppb می باشد که حتی در. چنین غلظتی نیز جیوه باعث خوردگی آلومینیوم می شود.
10- گوگرد عنصری
گوگرد عنصری در اثر ترکیب سولفید هیدروژن با اکسیژن تولید می گردد . حضور گوگرد در مشتقات نفتی ضمن خوردگی آهن، آزمایش Copper Strip Corrosion Test را با شکست مواجه می سازد. همچنین، در اثر رسوب گوگرد مشکلات عملیاتی نیز به وجود می آیند.
11- هلیوم:
هلیوم فقط در غلظت های پایین در گاز طبیعی وجود دارد . با وجود این گازهای طبیعی که دارای مقدار زیاد نیتروژن می باشند معمولا دارای مقادیر فراوانی هلیوم نیز هستند . هلیومیی که امروزه در دنیا مصرف می شود از گاز طبیعی به دست می آید. این ماده در یک فرآیند تبرید از گاز جدا می شود.
روش های استخراج نفت
پس از عملیات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دلیل فشار زیاد موجود در مخزن، جریان نفت به سوی دهانه خروجی چاه سرازیر می شود. این مرحله از استخراج که عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازیافت اولیه نفت موسوم است. در برداشت اولیه نفت ، از انرژی خود مخزن برای تولید نفت استفاده می شود.البته این بدان معنا نیست که اگر نفت خود به خود به سطح زمین نیاید، برداشت اولیه وجود نخواهد داشت،بلکه وقتی از پمپ برای بالا آوردن نفت استفاده میکنیم،در واقع هنوز در مرحله اول برداشت نفـــــــت قرار داریم.در این مرحله انرژی خاصی وارد مخزن نمی شود.با افزایش تولید و کاهش فشار، سرعت تولید نیز کاهش می یابد تا اینکه فشار به حدی میرسد که دیگر نفت خارج نمی شود. در این مرحله ممکن است ار 30 تا 50 درصد کل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن عوامل دیگری مانند خواص سنگ مخزن و میزان تخلخل آنها و همچنین دمای مخازن نیز در میزان تولید موثرند.

به عنوان مثال، کل نفت مخازن آمریکا حدود109/400 میلیارد بشکه بوده است که تا سال 1970 حدود 109/100 بشکه آن توسط روشهای اولیه استخراج شده اند.البته هر چه میزان گاز آزاد در مخزن بیشتر باشد مقدار تولید نفت توسط این روش بیشتر است، زیرا تغییرات حجم گاز در مقابل تغییر فشار بسیار زیاد است. به عنوان مثال در ایالت پنسیلوانیای آمریکا به دلیل پایین بودن نفوذپذیری (کمتر از 50 میلی دارسی) و انرژی کم مخزن که ناشی از پایین بودن مقدار گاز طبیعی آزاد است، میزان نفت استخراج شده با روشهای اولیه بین 5 تا 25 درصد کل نفت بوده است و به همین دلیل در این ایالت روشهای مرحله دوم از سال 1900 شروع شده است.
وقتی مخزن تخلیه شد و ما نتوانستیم نفت را حتی با پمپاژ از مخزن به چاه و از چاه به سطح زمین انتقال دهیم،در این صورت استفاده از روش EOR از نوع بازیافت ثانویه شروع میشود که برای استفاده از این روش، امروزه در دنیا روش تزریق آب مرسوم است. در این روش از چاه تزریقی،آب به مخزن تزریق میشود و از چاه بهره برداری،نفت مورد بهره برداری قرار می گیرد.در این روش،ما با تزریق سیال در سیستم مداخله میکنیم و سیال تزریقی،نفت را به طرف چاه تولیدی هدایت میکند. البته به جای آب،میتوان گاز نیز تزریق کرد که به آن فرایند تزریق گاز می گویند. باید توجه داشت که استفاده از این دو روش تزریقی با تزریق آب یا گازی که به منظور حفظ و نگهداری فشار مخزن انجام میگیرد متفاوت است. چرا که در تزریق آب و گاز برای حفظ فشار مخزن، سیال تزریقی باعث حرکت نفت نمی شود،بلکه از افت سریع فشار مخزن در اثر بهره برداری جلوگیری می کند.
در حالت ثانویه برداشت زمانی فرا میرسد که، ما ضمن تزریق آب به مخزن،در چاه تولیدی با تولید آب مواجه می شویم. در این حالت، چون نسبت آب به نفت زیاد میشود و در این صورت، تولید بازده اقتصادی ندارد، باید از روش دیگر برای افزایش برداشت بهره بگیریم.
اگر تزریق آب را متوقف کنیم و از فرایند های دیگری نظیر تزریق گاز CO2 استفاده کنیم. از روشهای موثر در مرحله دوم یکی سیلاب زنی آبی و دیگری سیلاب زنی گازی یا تزریق گاز است.
در روش سیلاب زنی آبی، آب با فشار زیاد در چاههای اطراف چاه تولید نفت وارد مخزن شده و نیروی محرکه لازم رای استخراج نفت را به وجود می آورد. معمولا در اطراف هر چاه نفت چهار چاه برای تزریق آب وجود دارد. در روش سیلاب زنی گازی، گاز (مانند گاز طبیعی ) با فشار زیاد به جای آب وارد مخزن شده و نفت را به طرف چاه خروجی به جریان می اندازد. در کشور ونزوئلا حدود 50% گاز طبیعی تولید شده دوباره به چاههای نفت برای استخراج در مرحله دوم برگردانده می شود. نحوه تزریق گاز شبیه تزریق آب به صورت چاههای پنجگانه است. در مواردی که گرانروی نفت خیلی بالا باشد از تزریق بخار آب برای استخراج مرحله دوم استفاده میشود. تزریق بخار آب، دما را افزایش و گرانروی را کاهش میدهد. در این روش که از بخار آب به جای آب استفاده میشود، با کاهش گرانروی نفت، جریان آن راحت تر صورت گرفته و سرعت تولید بالا می رود.
پس از استخراج به کمک روشهای مرحله دوم هنوز هم حدود 30 الی 50 درصد نفت میتواند به صورت اسنخراج نشده در مخزن باقی بماند. در اینجاست که استخراج نفت به کمک روش مرحله سوم صورت می گیرد. یکی از روشهای مرحله سوم، تزریق محلول مایسلار (micellar solution) است که پس از تزریق آن، محلولهای پلیمری به عنوان محلولهای بافر به چاه تزریق می شود. در آمریکا ممکن است روشهای استفاده از محلولهای مایسلار تا 50 درصد کل روشهای مرحله سوم را شامل شود. محلول مایسلار مخلوطی از آب، مواد فعال سطحی، نفت و نمک است. در روشهای جدید تهیه محلول مایسلار ، نفت، نمک و مواد کمکی فعال سطحی حذف گردیده اند. محلولهای مایسلار نیروی تنش سطحی بین آب و نفت را تا حدود dyne/cm 001/0 یا کمتر از آن کاهش میدهد.
گرانروی محلول پلیمری حدود 2 تا 5 برابر گرانروی نفـــــــــــت است. غلظت پلیمر حدود ppm1000 می باشد. در حال حاضر از پلی اکریمید ها و زیست پلیمر ها به عنوان پلیمر در محلول بافر استفاده می شود. مواد فعال سطحی معمولا سولفوناتهای نفتی سدیم هستند و از لحاظ خواص و ساختار شیمیایی شبیه شوینده ها می باشند. از الکلها برای مواد کمکی فعال سطحی استفاده می شود.هزینه تهیه محلولهای مایسلار برای تولید هر بشکه نفت در سال 1975 حدود 5/1 دلار آمریکا بوده است.
یکی دیگر از روشهای مرحله سوم، روش احتراق زیر زمینی است. طی این روش اکسیژن موجود در هوا در زیر زمین با هیدروکربنها می سوزد و مقداری انرژی و گاز تولید شده، فشار مخزن بالا میرود. گرما همچنین گرانروی را کاهش داده و جریان نفت راحت تر صورت می گیرد.
یک روش دیگر مرحله سوم که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است، روش تزریق گاز کربن دی اکسید می باشد که جزئی از روش جابجایی امتزاج پذیر است. گاز کربن دی اکسید بسیار ارزان بوده، در نفت نیز حل میشود و گرانروی ان را کاهش می دهد.از روشهای دیگر مرحله سوم انفجار های هسته ای در زیر زمین است که این انفجار ها شکاف مصنوعی در سنگها به وجود می آورد و جریان نفت را ساده تر می کند. به این گونه فراینـــــد ها، مرحله سوم برداشت نف‍ــت (Tertiary Oil Recovery) می گویند.
گفتنی است که مراحل برداشت نفت را به گونه ای دیگر میتوان تقسیم بندی کرد، یعنی به جای اینکه بگوئیم مرحله اول،دوم یا سوم، می توانیم بگوییم Primary Recovery ، مرحـله Improved Oil Recovery یا IOR و مرحله EOR یا Enhanced Oil Recovery.
برداشت بهبود یافته یا IOR فرایندی است که برای تعدیل کردن تکنولوژی های مورد استفاده برای افزایش برداشت بکار می رود. حال این فرایند می تواند در مرحله اول تولید انجام شود یا در مراحل دوم و سوم.
تکنولوژی هایی چون حفاری افقی یا مشبک کاری انتخابی و یا تزریق ژل در جا (Insitu gelation) از نوع IOR میباشند.
بنابراین در IOR فرایند تولیـد عوض نمی شود، بلکه تکنولوژی به گونه ای تعدیل می شود که با همان فرایند قبلی، نفت بیشتری از مخزن تولید می گردد. در حالی که ازدیاد برداشت یا EOR به فرایندی اطلاق می شود که در آن سعی می شود تا میزان درصد اشباع نفت باقیمانده تا آنجا که ممکن است پایین بیاید و نفت باقیمانده در مخزن به حداقل ممکن برسد. فرایند هایی چون سیلاب زنی شیمیایی، تزریق CO2 و احتراق درجا از این قبیل می باشند. بعد از عملیات تزریق آب میتوان فرایند را تغییر داد.
روش دیگری این است که عملیات تزریق آب را تعدیل کنیم. بدین منظور در لایه های با خاصیت گذر دهی متفاوت، آب وارد لایه های با خاصیت گذردهی بالا شده و به سمت چاه تولیدی هدایت میگردد، لذا باید کاری کرد که این لایه ها بسته شوند. این کار با تزریق ژل در لایه های مورد نظر صورت می گیرد. فرایند جابه جایی امتزاجی (Miscible Displacement) به معنی بازیافت نفت به وسیله تزریق ماده ای است که با نفت قابل امتزاج باشد. در جابه جایی مذکور سطح تماس نفت و ماده تزریق شده از بین می رود و جابه جایی به صورت حرکت تک فازی انجام می شود. در صورتی که شرایط از هر لحاظ برای امتزاج ماده تزریق شده و نفت فراهم باشد بازیافت چنین فرایندی در مناطق جاروب شده 100% میباشد.
گاز تزریقی دارای ویسکوزیته کمتر نسبت به نفت مخزن است و در نتیجه تحرک بیشتری نسبت به آن دارد.این خاصیت گاز تزریقی،یکی از دلایل امکان امتزاج آن با نفت مخزن است، زیرا تحرک زیاد گاز نسبت به نفت باعث می شود که گاز در مراحل مختلفی با نفت تماس پیدا کرده و در نهایت حالت امتـزاج بین نفت مخزن و گاز تزریقی حاصل آید.
مسئله ای که از تحرک زیــاد گاز ناشی می شود این است که گاز تمایل به Fingering و Channeling پیدا میکند و در نتیجه مناطقی از مخزن به وسیله گاز جاروب نمی گردد و لذا این امر باعث پایین آمدن Recovery Factor در جابه جایی امتزاجی میشود.
– انواع مختلف دستگاه های تفکیک
– جداکننده های عمودی
– جداکننده افقی تک مخزنی
– جداکننده افقی دو مخزنی
– دسته بندی جداکننده ها
– ظروف تفکیک
– جداکننده های NATCO
– متعلقات یک جداکننده
فرآورش گازطبیعی
مجموعه عملیات پیچیده ای است شامل فرایندهایی بقرار و ترتیب ذیل که در جریان آن بتوان گاز طبیعی را که شامل عمدتا متان بعنوان اصلیترین ماده و با درصد خلوص 80 تا 97 میباشد را بعنوان محصول نهائی پالایش نمود, صمن آنکه در این فرایندها علاوه بر استحصال گوگرد ترکیبات ارزشمند مایعات گازطبیعی (NATURAL GAS LIQUIds -NGL)شامل گاز مایع LPG)) و (CONDENSATE) که تمامآ در ردیف اقلام صادراتی نیزبشمار میایند جداسازی میگردند.
تفکیک گاز و نفت
گاز همراه با نفت
گازی که همراه نفت است الزاما باید از آن جدا شود تا نفت خالص و پایدار بدست آید. در صورتی که نفت و گاز استخراجی از چاه مستقیما به مخازن ذخیره نفت هدایت گردند.بعلت سبک و فرار بودن گاز مقداری از آن از منافذ فوقانی مخزن ذخیره خارج شده و در ضمن مقداری از اجزای سبک و گرانبهای نفت را هم با خود خارج می کند. از این رو نفت را پس از خروج از چاه و پیش از آنکه به مخزن روانه گردد به درون دستگاه تفکیک نفت و گاز هدایت می کنیم.
عملیات تفکیک گاز همراه از نفت خام اصولا با ابزار موجود در سر چاه و طی فرایندهای سرچاهی ، انجام می شود .این عمل توسط دستگاهی بنام جداکننده سنتی که هیدرو کربورهای سنگین و مایع را از هیدروکربورهای سبکتر و گازی تفکیک مینماید صورت میگیرد. سپس این دو هیدروکربن برای فرآورش بیشتر به مسیرهای مجزایی هدایت شده تا عملیات تصفیه ای لازم برروی آنها صورت گیرد.
این دستگاه به شکل یک استوانه قائم دربسته بوده که در آن با استفاده از نیروی گرانش ذرات گاز از هم باز و به اصطلاح منبسط می گردد، و در این ضمن از سرعت آن نیز کاسته می شود. وقتی فشار و سرعت گاز به مقدار زیادی کاهش یافت بخش انبوهی از گاز ، از نفت جدا می گردد. آنگاه گاز حاصل را توسط لوله بمخزن دیگری هدایت می کنند گازی که از دستگاه جدا کننده خارج می گردد، غالبا از نوع گاز تر بوده و حاوی مقدار زیادی بنزین سبک(طبیعی) نیز میباشد. بنزین سبک (طبیعی) به لحاظ آنکه دارا ی ارزش فراوانی میباشد الزاما باید در مراحل بعدی از گاز طبیعی جدا گردد .
گاز محلول در نفت خام
در مواردی که گاز در نفت خام محلول است مقداری از آن به جهت ماهیت گاز و تحت تاثیر کاهش فشار موجود در سر چاه از نفت جدا میگردد و سپس این دو گروه از هیدروکربنها برای فرآورش بیشتر هر یک به مجاری مخصوص بخود فرستاده می شوند.
1- تفکیک مایعات گازی
این فرایند اولین مرحله از مجموعه عملیات پالایش گاز طبیعی خام میباشد . در به عمل آوری مایعات گازطبیعی فرایندی سه مرحله ای وجود دارد. زیرا ابتدا مایعات (NGL) توسط جاذب NGL از گازطبیعی استخراج و سپس ماده جاذب طی فرایند دوم قابلیت استفاده مجدد (مکرر) را در فرایند ابتدایی کسب مینماید و نهایتا در فرایند سوم عناصر تشکیل دهنده و گرانبهای این مایعات نیز باید از خودشان جدا سازی شده و به اجزای پایه ای تبدیل گردند . که این فرایند در یک نیروگاه فرآورش نسبتا متمرکز بنام کارخانه گاز مایع بر روی مایعات حاصل انجام می شود. بخش اعظم مایعات گازی درمحدوده بنزین و نفت سفید می باشد . ضمن آنکه میتوان فرآورده های دیگری مانند حلال و سوخت جت و دیزل نیز از آن تولید نمود. مواد متشکله در مایعات گازطبیعی (NGL) عبارتند از .
1- 1 اتان – ماده ای است ارزشمند و خوراک مناسب جهت مجتمع های پتروشیمی و تبدیل آن به ماده ایی با ارزش بیشتر به نام اتیلن و پلی اتیلن . گازطبیعی میدان پارس جنوبی حدودآ حاوی شش درصد اتان میباشد که با جداسازی آن و ساخت اتیلن و پلی اتیلن مزیت های اقتصادی فراوانی برای کشورمان ایجاد می شود. کاربردفناوری تفکیک اتان از مایعات گازی در ایران بسیار جدید است و هم اکنون در فازهای 4و5 پارس جنوبی بکارگرفته میشود
1- 2 گاز مایع (LPG) – گاز مایع عمدتآ شامل پروپان و بوتان بوده که آن را میتوان با پالایش نفت خام نیز بدست آورد. ضمنآ در فرایند شکست ملکولی (کراکینگ) نفت خام و یا فرایند افزایش اکتان بنزین (ریفرم کاتالیستی) نیز این ماده ارزشمند به صورت محصول جانبی حاصل می شود . درصد پروپان و بوتان موجود در گاز مایع (LPG) که مصارف سوختی در خودرو (کمتر) و در منازل (بیشتر) دارد متغیر بوده بطوری که در فصل گرم پروپان کمتر و در فصل سرد پروپان بیشتر خواهد بود در فصل سرد افزایش در صد پروپان به علت سبکتر بودن باعث تبخیر بهتر سوخت میگردد . معمولا درصد پروپان در گاز مایع بین 10 الی 50 درصد متغیر است .
1- 3 کاندنسیت ( condensate) شامل ترکیبات سنگینتر از بوتان ( (C4H10 – مولکولهایی دارای اتمهای کربن بیشتر و حالت مایع درشرایط اتمسفر را شامل میگردند. این ترکیبات را میتوان بمنظور صادرات پس از تثبیت فشار بخار و تنظیم نقطه ی شبنم طبق مشخصات اعلام شده متقاضی (خریدار) به مخازن انتقال یافته و بمحض تکمیل ظرفیت مخزن صادر شوند. ولی این گروه از هیدرکربورها بلحاظ ارزشمندی بیشتری که نسبت به دیگر محصولات جدا شده دارند مقرون به صرفه است که طی فرایند دیگری در پالایشگاه کاندنسیت به سوختهایی تبدیل گردد که تا کنون در پالایشگاههای نفت از پالایش نفت خام حاصل میگردید ولی اینبار همراه با مزیتهایی که خواهد آمد . با توجه به اینکه پالایشگاه 500 میلیون دلاری کاندنسیت (مایعات گازی) در امارات متحده عربی بخشی ازخوراک مورد نیاز خود را از ایران تامین مینماید و حجم فراوان مایعات گازی که با بهره برداری از فازهای پارس جنوبی و دیگر پالایشگاههای گاز کشور حاصل میگردد، احداث پالایشگاه های کاندنسیت با امکاناتی شامل یک برج تقطیرو چند فرآیند تصفیه و ریفرمینگ کاتالیستی بنا به مزیتهای موجود در ذیل بسیار حائز اهمیت میباشد .
1 – تولید بنزین بیش از دو برابر بنزین تولیدی در پالایشگاههای نفت.
2 – بدون تولید اندکی از نفت کوره و طبعا رفع مشکلات ناشی از تولید این فراورده ضمن آنکه باقیمانده های تقطیر مایعات گازی نیز به محصولات میان تقطیر و سبک تبدیل میگردد .
3 – در ازای تخصیص نیمی از تجهیزان موجود در پالایشگاه های نفت خام به پالایشگاه کاندنسیت میتوان محصولات با ارزش بیشتری تولید نمود .
4 – هزینه تولید هر واحد محصول دراین نوع پالایشگاه، بسیار پایین تراز پالایشگاه نفت خام است.
5 – میزان سرمایه گذاری در مقایسه بااحداث پالایشگاه نفت خام حدوداً به نصف میرسد.
6 – درصورتی که مجموعه مایعات گازی تولیدی کشور به تولید بنزین و فراورده های دیگر اضافه شود، تا سال 1390 نیازی به واردات بنزین نخواهد بود
درحال حاضر کلیه مایعات گازی تولیدی در دو بخش صنایع پتروشیمی و پالایشگاه ها جهت خوراک مورد استفاده قرارگرفته و بخش سوم آن نیز صادر میگردد . مایعات گازی حاصل از پالایش گازهای ترش نیز ترش بوده و حاوی درصد فراوانی از هیدروژن سولفید و مرکپتان میباشد . بنابراین بعد از تقطیر و تهیه فراورده ها نیاز به فرایندهای پالایشی جهت زدودن و یاکاستن از میزان گوگرد و مرکپتان موجود دارند
هم اکنون پالایشگاه قدیمی مایعات گازی در بندرعباس روزانه 260 هزار بشکه نفت خام و 20 هزار بشکه مایعات گازى را فرآورش میکند . احداث پالایشگاه جدید مایعات گازی در بندرعباس به شرکت سرمایه گذاری نفت سپرده شده و مطالعات آن در حال انجام است. پالایشگاه جدید مایعات گازی در بندرعباس و با ظرفیت 360 هزار بشکه احداث میگردد . و تا کنون طراحی بنیادی و اخذ دانش فنی آن طبق برنامه توسط شرکت ملی مهندسی و ساختمان نفت به پایان رسیده است .
قدیمیترین پروژه از این دست پروژه واحدهای تقطیر مایعات گازی پالایشگاه گاز شهید هاشمی نژاد(خانگیران) است که پیشینه 20 ساله دارد . درآن زمان پیشنهاد داده شد که مایعات تولیدی از میادین شمال شرقی( خانگیران )در واحدهای تقطیر به فرآورده های نفتی همچون حلال های ویژه نفتی ، نفتا ، نفت سفید و گازوئیل مرغوب تبدیل شود. پروژه واحدهای تقطیر مایعات گازی خانگیران مورد تایید برنامه ریزی تلفیقی شرکت ملی نفت ایران نیز قرارگرفت . شرکت ایتالیایی I.M.S در سال 1380طی یک مناقصه مسئولیت ساخت واحدهای تقطیر را بدست گرفت . این شرکت در همان سال (1380 ) مشغول ساخت دستگاه های مربوطه شد که بنا به پیش بینی مجری وقت طرح های پالایش گاز شرکت ملی گاز ایران حداکثرتا یک سال بعدبه اتمام می رسد . که خوشبختانه جدیدآ خبر ها حکایت از راه اندازی این تاسیسات دارد .
2- حذف دی اکسیدکربن و سولفور
بعد از جداسازی مایعات گازی از گاز طبیعی خام دومین قسمت از فرآورش گاز نیز صورت میگیرد که شامل جداسازی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است. گازطبیعی بسته به موقعیت چاه مربوط مقادیر متفاوتی از این دو ماده را شامل میگردد.
فرایند تفکیک سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از گازترش، شیرین کردن گاز نامیده می شود. سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن را میتوان سوزاند و از گوگرد نیز صرفنظر نمود ولی این عمل باعث آلودگی شدید محیط زیست میگردد . با توجه به اینکه سولفور موجود در گاز عمدتآدر ترکیب سولفید هیدروژن ((H2S قرار داردحا ل چنانچه میزان سولفید هیدروژن موجود از مقدار 7/5 میلیگرم در هر متر مکعب گازطبیعی بیشتر باشد به آن گاز ترش اطلاق میگردد. وچنانچه از این مقدار کمتر باشد نیاز به تصفیه نمیباشد.
سولفور موجود درگازطبیعی به علت دارا بودن بوی زننده و تنفس های مرگ آور و عامل فرسایندگی خطوط لوله انتقال، گاز را غیر مطلوب و انتقال آن را پر هزینه میسازد. تکنیکهای مورد استفاده در فرایند شیرین سازی گاز ترش موسوم به "فرایند آمین" که متداولترین نوع در عملیات شیرین سازی میباشد تشابه فراوانی با فرایندقبل( جاذب NGL) و فرایند بعدی خود یعنی نم زدایی توسط گلایکول دارند . مواد مورد استفاده دراین فرایند انواع محلول های آمین میباشد. دراین نوع فرایندها اغلب از دو محلول آمین باسامی مونو اتا نو ل آمین (MEA) و دی اتا نو ل آمین (DEA ) استفاده میگردد.
گاز ترش از میان برجی که با محلول آمین پر شده است جریان داده میشود .تشابه خواص ملکولی محلول آمین با سولفور موجود در سولفید هیدروژن باعث میگردد تا بخش عمده ای از مواد سولفوره جذب محلول گردد و سپس این محلول با شرکت در فرایند ثانوی ضمن جداسازی از سولفید هیدروژن جذب شده مجددا قابل بهره برداری در فرایند ابتدایی میگردد . روش دیگری در رابطه با شیرین سازی گاز ترش با استفاده از جاذب های جامد برای جداسازی دی اکسیدکربن و سولفید هیدروژن نیز وجود دارد. دی اکسیدکربن حاصل از فرایند از طریق مشعل وارد محیط شده و طبعآ آلودگی هایی از خود بجا میگذارد که اجتناب ناپذیر میباشد . ولی سولفید هیدروژن حاصل از فرایندقبل پس از انتقال به واحد گوگرد سازی با شرکت در فرایندی کاتالیستی و با واکنشهای گرمایی بنام فرایند کلاوس سولفور موجودرا بصورت مایع آزاد مینماید. مایع حاصل بعد ازانتقال به واحددیگری و بعد از عملیات دانه بندی و انبار میشود این فرایند تا 97 درصد سولفور موجود در گاز طبیعی را باز یافت مینماید. این ماده که سولفور پایه نامیده میشود بشکل پودر زرد رنگ بوده و آن را میتوان داخل محوطه پالایشگاه یا خارج از آن مشاهده نمو د. البته نظر به نیازبازار جهانی ، سولفور موجود بعد از استخراج و تصفیه و آماده سازی کامل جزو اقلام صادراتی محسوب و جداگانه به بازار عرضه می گردد .
مرکاپتان ها گروه دیگری از ترکیبات گوگرد دار میباشند که بایداز ترکیب گاز قابل مصرف توسط فرایندی از نوع غربال مولکولی جداسازی گردد .ازآنجاییکه سیستم لوله کشی های مشترکین فاقد هشدار دهنده های نشت گاز میباشد ضرورتآ و به همین منظور مقدار اندکی از آن که منجر به ضایعات در خطوط لوله نگردد را درترکیب گاز بجا میگذارند تا بکمک این مواد بودار (بوی تخم مرغ گندیده ) مصرف کننده از وجود نشتی در لوله های گاز آگاه گردد.
در همین رابطه در ایستگاههای CGS نیز بطور جداگانه مقداری مرکاپتان به جریان گاز تزریق میگردد . گاز میادین پارس جنوبی – نار و کنگان – سرخس و گاز همراه میدان آغاجاری از نوع ترش بوده و لذا حاوی مقدار معتنابهی گوگرد میباشد.
گاز میادین تابناک – شانون، هما، وراوی و گاز همراه میادین مارون و اهواز از نوع شیرین بوده و طبعا بعلت فقدان گوگرد و حذف فرایندهای مربوطه نسبت به گار میادین دیگر با ارزشتر میباشد.
3- نم زدایی یا رطوبت زدایی
3- 1 – رطوبت زدایی با محلول گلایکول
علاوه بر تفکیک نفت با گاز مقداری آب آزاد همراه با گازطبیعی وجود دارد که بیشتر آن توسط روش های جداسازی ساده در سر چاه یا در نزدیکی آن از گاز جدا می شود. در حالیکه بخار آب موجود در محلول گاز میبایست طی فرایندی بسیار پیچیده تحت عنوان عملیات نم زدایی و یا رطوبت زدایی از گازطبیعی تفکیک گردند .
در این فرایند بخار آب متراکم و موجود در سطح توسط ماده نم زدا جذب و جمع آوری میگردد. نوع متداول نم زدایی جذب (absorption) با عنوان نم زدایی گلایکول که ماده اصلی این فرایند میباشد شناخته می شود. در این فرایند، از مایع نم زدای خشک کننده حاوی گلایکول برای جذب بخار آب از جریان گاز استفاده می شود. دراین نوع فرایند اغلب از دو محلول گلایکول باسامی دی اتیل گلایکول (DEG) یا تری اتیل گلایکول (TEG) استفاده میگردد.
خواص ملکولی ماده گلایکول شباهت بسیاری با آب دارد لذا چنانچه در تماس با جریانی از گازطبیعی قرار گیرد، رطوبت آب موجود در جریان گاز را جذب و جمع آوری مینماید. ملکولهای سنگین شده گلایکول در انتهای تماس دهنده جهت خروج از نم زدا جمع و خارج میشو ند سپس گازطبیعی خشک نیزاز جانب دیگر به بیرون از نم زدا انتقال می یاید.
محلول گلایکول را از میان دیگ بخار به منظور تبخیر نمودن آب محلول در آن و آزاد کردن گلایکول جهت استفاده مجدد آن در فرایندهای بعدی نم زدایی عبور میدهند. این عمل با بهره گیری از پدیده فیزیکی یعنی وجود اختلاف در نقطه جوش آب تا 212درجه فارنهایت (100 درجه سانتیگراد ) و گلایکول تا 400 درجه فارنهایت صورت میگیرد.
3- 2 رطوبت زدایی با ماده خشک کننده جامد
رطوبت زدایی با ماده خشک کننده جامد که معمولا موثرتر از نم زداهای گلایکول هستند نیز با استفاده از روش جذب سطحی صورت میگیرد . جهت این کار به حداقل دو برج یابیشتر نیاز میباشد که بکمک یک ماده خشک کننده جامد شامل آلومینا یا ماده سیلیکاژل پرشده است. نم زدایی با ماده خشک کننده جامد اولین شیوه نم زدایی گازطبیعی با استفاده از روش جذب سطحی است گازطبیعی از داخل این برج ها، از بالا به پایین عبور داده میشوند. گازطبیعی دراین فرایند ضمن عبور از اطراف ذرات ماده خشک کننده رطوبت های موجود در جریان گازطبیعی به سطح ذرات ماده خشک کننده جذب میگردد و باتکمیل این فرایند تقریبا تمام آب توسط ماده خشک کننده جامد جذب شده و نهایتا گاز خشک از انتهای برج خارج شود.
این نوع از سیستم نم زدایی از آنجاییکه در رابطه باحجم فراوان گاز تحت فشارهای بالا مناسب هستند معمولا در انتهای یک خط لوله در یک ایستگاه کمپرسور قرار دارند. در این سیستم نیز همانند گلایکول در روش اول ماده خشک کننده جامد بعد از اشباع شدن از آب جهت احیاء و استفاده های مکرر از سیستمهای گرمکن با درجه حرارت بالا جهت تبخیر بخار آب موجود در گلایکول بکار گرفته میشوند .
گازطبیعی اینک با طی تمام مراحل تصفیه به طور کامل فرآورش و برای مصرف آماده گردید لذا در پایان با تقویت فشار آن تا حدود 1000 psi و پس از محاسبه حجم آن توسط سیستم اندازه گیری به خط لوله خروجی پالایشگاه هدایت و تحویل مدیریت منطقه عملیات انتقال گاز مربوطه میگردد.
پردازش گازطبیعی
گازطبیعی که از زیرزمین تا سرچشمه بالا آورده می شود کاملا با گازطبیعی مصرف کنندگان متفاوت است. اگرچه پردازش گازطبیعی در بسیاری از جنبه ها ساده تر از پردازش و پالایش نفت خام است، اما به اندازه نفت، پردازش آن قبل از استفاده توسط مصرف کنندگان ضروری است.گازطبیعی که توسط مصرف کنندگان استفاده می شود، بیشتر از متان تشکیل شده است. اگرچه گازی که در سرچشمه یافت می شود و بیشتر ترکیبات آن متان است نیاز به پردازش زیادی ندارد و خالص است.گازطبیعی خام از سه نوع چاه استخراج می شود: چاه های نفت، چاه های گاز و چاه های متراکم. گازطبیعی که از چاه های نفت استخراج می شود عموما به نام "گاز همراه" شناخته می شود. این گاز می تواند جدا از نفت در تشکیلات وجود داشته باشد (گاز آزاد) یا این که در نفت خام حل شده باشد (گازمحلول).گازطبیعی که از چاه های گاز و متراکم می آید، که در آن هیچ نفت خامی وجود ندارد یا اگر وجود دارد بسیار اندک است و با نام "گاز همراه" شناخته می شود. چاه های گاز عموما گازطبیعی خام تولید می کنند در حالی که چاه های متراکم گازطبیعی آزاد به همراه یک هیدروکربن نیمه مایع متراکم تولید می کنند. منبع گازطبیعی هرچه که باشد، وقتی از نفت خام (در صورت وجود) جدا شد، معمولا در ترکیب با دیگر هیدروکربن ها وجود دارد (عمدتا اتان، پروپان، بوتان و پنتانز). به علاوه، گازطبیعی خام حاوی بخار آب، سولفید هیدروژن (S2(H دی اکسیدکربن، هلیوم، نیتروژن و دیگر اجزا است.پردازش گازطبیعی شامل جداسازی تمام هیدروکربن ها و مایعات مختلف از گازطبیعی خالص است. به منظور تولید آن چه که گازطبیعی خشک به کیفیت خطوط لوله نامیده می شود، خطوط لوله اصلی حمل ونقل اغلب مقرراتی دارند که براساس آن گازطبیعی هنگام حمل ونقل با خطوط لوله باید ترکیبات و کیفیت خاصی داشته باشد. این بدین معناست که قبل از حمل ونقل، گازطبیعی باید تصفیه شود.یا این که در مراحل تصفیه و پالایش، اتان، پروپان، بوتان و پنتانز باید از گازطبیعی جدا شوند،اما این بدین معنا نیست که آن ها ضایعات هستند.در واقع، هیدروکربن های همراه که تحت عنوان "مایعات گازطبیعی" شناخته می شوند (Natural Gas Liquids) NGL می توانند با محصولات حاصل از پردازش گازطبیعی بسیار ارزشمند باشند. NGL ها شامل اتان، پروپان، بوتان، ایزوبوتان و بنزین طبیعی می باشند. این NGL ها به طور جداگانه فروخته می شوند و مصارف متفاوتی دارند، مثل افزایش بازیافت نفت در چاه های نفت، فراهم آوردن موادخام برای پالایشگاه های نفت یا نیروگاه های پتروشیمی به عنوان منابع انرژی.در حالی که بعضی از اوقات پردازش موردنیاز می تواند در سرچشمه یا نزدیکی آن (پردازش حوزه) انجام شود،پردازش کامل گازطبیعی در یک نیروگاه پردازش گازطبیعی که معمولا در منطقه تولیدی گازطبیعی قرار دارد، انجام می شود.گازطبیعی استخراج شده به این نیروگاه های پردازش از طریق یک شبکه خطوط لوله جمع آوری انتقال داده می شود. این خطوط لوله قطر کوچک و فشار کمی دارند.یک سیستم جمع آوری پیچیده می تواند از لوله تشکیل شود که نیروگاه پردازش را به بیش از صدچاه در منطقه ارتباط می دهد. براساس گزارش انجمن گاز آمریکا در سال ۲۰۰۰ حدود ۳۶۱۰۰ مایل سیستم گردآوری خط لوله در آمریکا وجود داشت.علاوه بر پردازش انجام شده در سرچشمه و در نیروگاه های پردازش متمرکز، برخی پردازش های نهایی نیز در "نیروگاه های دو منظوره استخراج" انجام می شود. این نیروگاه ها بر روی سیستم های اصلی خط لوله قرار دارند. اگرچه گازطبیعی که به این نیروگاه ها می رسد آماده کیفیت خط لوله است، در موارد خاص بازهم مقادیر بسیار کمی از NGLها در آن جا وجود دارد که دراین نیروگاه ها از گازطبیعی جدا می شوند.
عمل واقعی پردازش گازطبیعی به گازطبیعی خشک، کیفیت خط لوله می تواند بسیار پیچیده باشد، اما معمولا شامل چهار پردازش اصلی است تا ناخالصی های مختلف از آن جدا بشود:
•از میان برداشتن نفت و گاز متراکم
•از میان برداشتن آب
•جداسازی مایعات گازطبیعی
•از میان برداشتن دی اکسید کربن و سولفور
علاوه بر چهار مرحله پردازش بالا، هیترها و ساینده هایی معمولا در سرچشمه یا در نزدیکی آن نصب می شوند. ساینده ها در درجه اول برای برداشتن شن و دیگر ناخالص های بزرگ به کار می روند. هیترها تضمین می کنند که درجه حرارت گاز زیاد پایین نیفتد. گازطبیعی که حاوی حتی مقادیر بسیار کمی از آب باشد، هنگام افت درجه حرارت، هیدرات های گازطبیعی در آن شکل می گیرند. این هیدارت ها دارای ترکیبات جامد یا نیمه جامدی می باشند که شبیه کریستال های یخ هستند. با شکل گیری این هیدارت ها در گازطبیعی مانعی در راه، عبور گازطبیعی از میان دریچه ها و سیستم های گردآوری ایجاد می شود. برای کاهش تشکیل هیدرات ها، واحدهای گرمایی با سوخت گازطبیعی عموما در امتداد خط لوله جمع آوری نصب می شوند جایی که به نظر می رسد هیدارت ها ممکن است تشکیل شوند.
• از میان برداشتن نفت و گاز متراکم
به منظور پردازش و حمل ونقل گازطبیعی محلول همراه، گاز باید از نفتی که در آن حل شده است، جدا شود. این جداسازی گازطبیعی از نفت بیشتر با ابزاری که در سرچشمه یا نزدیکی آن نصب می شود، انجام می شود. پردازش عملی برای جدا کردن نفت از گازطبیعی استفاده می شود و ابزاری که برای این کار استفاده می گردد می تواند به طور گسترده ای فرق کند. اگرچه گازطبیعی خشک کیفیت خط لوله در مناطق جغرافیایی مختلف در عمل یکسان هستند، اما گازطبیعی خام از مناطق مختلف ممکن است ترکیبات و نیازمندی های جداسازی مختلف داشته باشند. در بسیاری از موارد، گازطبیعی در نفت زیرزمینی به علت فشاری که تشکیلات تحمل می کند محلول است. وقتی این نفت و گازطبیعی تولید می شود، ممکن است به علت کاهش فشار خودبه خود گاز از نفت جدا شود. مثل بازکردن سر قوطی نوشابه که به محض بازشدن مقداری از گازهای محلول در نوشیدنی آزاد می شود.در این موارد، جداسازی نفت و گاز کاملا آسان است و این دو هیدروکربن برای پردازش بیشتر به راه های مجزایی فرستاده می شوند. ابتدایی ترین نوع جدا کننده "جدا کننده سنتی" نامیده می شود.این دستگاه شامل یک مخزن در بسته شده است جایی که نیروی گرانش برای جدا کردن مایعات سنگین تر مثل نفت و گازهای سبک تر مثل گازطبیعی به کار می رود.
در موارد خاص اگرچه ابزار آلات تخصصی خاص برای جداسازی نفت از گازطبیعی مورد نیاز است، یک نمونه از این نوع ابزار آلات "جدا کننده با درجه حرارت پایین" ( LTX) است. این دستگاه بیشتر برای چاه های تولیدی گاز فشار بالا با نفت خام یا تراکم سبک به کار می رود. این جدا کننده ها از متمایزهای فشار برای خنک کردن گازطبیعی مرطوب و جدا کردن نفت وگاز متراکم استفاده می کنند. گاز مرطوب وارد جدا کننده با درجه حرارت پایین می رود، سپس این گاز به درون جدا کننده با درجه حرارت پایین از طریق یک مکانیسم مسدود جریان پیدا می کند که گاز را هنگام ورود به جدا کننده منبسط می کند.
این انبساط سریع گاز امکان پایین آوردن درجه حرارت در جدا کننده را فراهم می کند. بعد از جدا کردن مایع، گاز خشک به "تعویض کننده گرما" برمی گردد و توسط گاز مرطوب ورودی گرم می شود. با تغییر فشار گاز در بخش های مختلف جدا کننده امکان تغییر درجه حرارت نیز پدید می آید که باعث می شود نفت و آب از جریان گاز مرطوب جدا شوند. این ارتباط اولیه با درجه حرارت بالا می تواند برای استخراج گاز از یک جریان مایع نفت استفاده شود.از میان برداشتن آبعلاوه بر جداسازی نفت و دیگر گازهای متراکم از جریان گاز مرطوب، لازم است که بیشتر آب همراه با گاز از آن جدا شود. بیشتر آب آزاد همراه با گازطبیعی استخراج شده توسط روش های جداسازی ساده در سرچشمه یا در نزدیکی آن از گاز جدا می شود. اگر چه برداشتن بخار آب موجود در محلول گازطبیعی نیازمند عملیات پیچیده تری است. این عملیات شامل رطوبت زدایی از گازطبیعی است که معمولا در دو مرحله انجام می شود. مرحله جذب با گرفتن بخار آب توسط ماده نم زدا انجام می شود. مرحله (جذب سطحی) زمانی اتفاق می افتد که بخار آب متراکم و در سطح جمع آوری می شود.
• نم زدایی یا رطوبت زدایی گلایکول
یک نمونه از نم زدایی جذب (absorption) تحت عنوان نم زدایی گلایکول شناخته می شود. در این فرایند، یک مایع نم زدای خشک کننده برای جذب بخار آب از جریان گاز استفاده می شود. گلایکول، ماده اصلی در این فرایند، شباهت شیمیایی به آب دارد. این بدین معناست که وقتی در تماس با یک جریان گازطبیعی حاوی آب قرار می گیرد، گلایکول آب را از جریان گاز می رباید.
اساسا نم زدایی گلایکول شامل استفاده از حلال گلایکول معمولا دی اتیل گلایکول (DEG) یا تری اتیل گلایکول (TEG) می باشد که در یک تماس دهنده با جریان گاز مرطوب تماس پیدا می کند. حلال گلایکول آب را از گاز مرطوب جذب می کند. وقتی جذب شد، ذرات گلایکول سنگین تر می شوند و در انتهای تماس دهنده جمع می شوند جایی که آن ها به بیرون از نم زدا برده می شوند. گازطبیعی که بدین شکل بیشتر ترکیبات آب خود را از دست می دهد، به بیرون از نم زدا انتقال می یاید. حلال گلایکول به همراه تمام آبی که از گازطبیعی جذب کرده است از میان یک دیگ بخار تخصص یافته که به منظور بخار کردن آب باقیمانده طراحی شده است، عبور می کند. وقتی آب موجود در این دیگ بخار به حرارت ۲۱۲درجه فارنهایت می رسد بخار می شود، در حالی که گلایکول تا ۴۰۰ درجه فارنهایت بخار نمی شود. این تفاوت درجه جوش جدا کردن آب از محلول گلایکول را آسان می سازد و امکان استفاده دوباره از آن در فرایند نم زدایی را فراهم می کند.نوآوری جدید در این فرایند، اضافه کردن خازن های جدا کننده فلاش تانک است. علاوه بر جذب آب از جریان گاز مرطوب، محلول گلایکول گاه گاهی با خود مقادیر کوچکی از متان و دیگر ترکیبات موجود در گاز مرطوب حمل می کند. درگذشته این متان به سادگی از دیگ بخار خارج می شد. علاوه بر هدربخشی از گازطبیعی که استخراج شده بود، این خروج گاز به آلودگی هوا و تاثیر گاز گلخانه ای کمک می کرد. به منظور کاهش میزان متان و دیگر ترکیبات هدر رفته، خازن های جدا کننده فلاش تانک استفاده می شوند تا این ترکیبات را قبل از رسیدن محلول گلایکول به دیگ بخار از محلول جدا کنند.
اساسا یک جدا کننده فلاش تانک شامل وسیله ای است که فشار محلول گلایکول را کم می کند و به متان و دیگر هیدروکربن ها اجازه بخار شدن (فلاش) می دهد. محلول گلایکول سپس به دیگ بخار می رود که ممکن است با خازن های خنک کننده هوا یا آب مجهز شود. این کار برای جذب هرگونه ترکیبات ارگانیک باقی مانده است که ممکن است در محلول گلایکول باقی مانده باشد.این سیستم ها در عمل نشان داده اند که می توانند ۹۰ تا ۹۹ درصد از متان را بازیافت کنند.
• نم زدایی ماده خشک کننده جامد
نم زدایی ماده خشک کننده جامد اولین شکل نم زدایی گازطبیعی با استفاده از جذب سطحی است و معمولا شامل دو یا بیشتر برج جذب سطحی است که با یک ماده خشک کننده جامد پرشده است. مواد خشک کننده معمولی شامل آلومینیوم یا یک ماده ژل مانند سیلیکا دانه دانه است.گازطبیعی مرطوب از میان این برج ها، از بالا تا پایین عبور می کنند. همان طوری که گازطبیعی از اطراف ذرات ماده خشک کننده عبور می کند آب به سطح ذرات ماده خشک کننده می چسبد با عبور از میان کل بستر خشک کننده تقریبا تمام آب به درون ماده خشک کننده جذب می شود و اجازه می دهد که گاز خشک از انتهای برج خارج شود.نم زداهای ماده خشک کننده جامد معمولا موثرتر از نم زداهای گلایکول هستند و معمولا به عنوان یک نوع از سیستم دو منظوره در طول خطوط لوله گازطبیعی نصب می شوند. این انواع از سیستم های نم زدایی برای مقادیر زیاد گاز تحت فشار بالا بسیار مناسب هستند و معمولا در انتهای یک خط لوله در یک ایستگاه کمپرسور قرار دارند. در این مورد به دو برج یا بیشتر نیاز است چون بعد از دوره خاصی از استفاده ماده خشک کننده در یک برج خاص با آب اشباع می شود. برای تولید دوباره ماده خشک کننده، یک هیتر با درجه حرارت بالا برای گرم کردن گاز تا درجه حرارت بالا استفاده می شود. عبور این گاز گرم شده از میان یک بستر خشک کننده اشباع شده آب موجود در آن را در برج جاذب بخار می کند و آن را خشک می کند و امکان نم زدایی بیشتر گازطبیعی را فراهم می کند.
در بسیاری از موارد مایعات گازطبیعی (NGL) ارزش بیشتری نسبت به محصولات جدا شده دارند و بنابراین اقتصادی و به صرفه است که آنها را در جریان گاز جدا کنیم. جدا کردن مایعات گازطبیعی معمولا در یک نیروگاه پردازش نسبتا متمرکز انجام می شود و از تکنیک های مشابه به آن هایی که در نم زدایی گازطبیعی به کار می رفت استفاده می شود.دو قدم اولیه برای عمل آوری مایعات گازطبیعی وجود دارد. اول مایعات باید از گازطبیعی استخراج شود دوم این مایعات گازطبیعی باید از خودشان جدا شوند و به اجزای پایه شان تبدیل شوند.
• استخراج NGL
دو تکنیک اساسی برای جداسازی NGLها از جریان گازطبیعی وجود دارد. روش جذب و روش انبساطی کریوژنیک. این دو فر ایند می توانند تا ۹۰درصد از کل مایعات گازطبیعی را تولید کنند.
• روش جذب
نفت جاذب از نظر ترکیب با NGLها شباهت دارد مثل گلایکول که در ترکیب با آب شباهت داشت. قبل از این که نفت هیچ گونه NGL را بربگیرد با نام نفت جاذب فقیر نامیده می شود. هنگامی که گازطبیعی از میان یک برج جذب عبور کند در تماس با نفت جاذب، مایعات همراهش در این جاذب حل می کند. "نفت جاذب غنی" در این موقعیت حاوی NGL یا همان مایعات گاز است که در برج جذب از انتها قرار دارد. این ماده در این مرحله ترکیبی از نفت جاذب،پروپان، بوتان، پنتانز و دیگر هیدروکربن های سنگین تر است. نفت غنی به دستگاه های تقطیر نفت فقیر تغذیه می شود. این فرایند امکان بازیافت حدود ۷۵ درصد از بوتان ۸۵ تا ۹۰ درصد از پنتانز و ملکول های سنگین تر از جریان گازطبیعی را فراهم می کند.فرایند جذب اولیه که در بالا توضیح داده شد می تواند برای افزایش تاثیرش اصلاح شود یا استخراج NGLهای خاص را هدف گیرد. در روش جذب نفت سرد شده جایی که نفت فقیر از طریق سرد سازی سرد می شود، بازیافت پروپان می تواند تا ۹۰درصد باشد و حدود ۴۰ درصد از اتان می تواند از جریان گازطبیعی استخراج شود. استخراج دیگر مایعات سنگین تر در این روش نزدیک به صد درصد است.
• فرایند انبساط کریوژنیک
مراحل کریوژنیک هم چنین برای استخراج NGLها از گازطبیعی به کار می رود. در حالی که روش های جذب می تواند تقریبا تمام NGLهای سنگین تر را استخراج کند، هیدروکربن های سبک تر مثل اتان اغلب در بازیافت از جریان گازطبیعی مشکل دارند. در موارد خاص، به صرفه تر و اقتصادی تر است تا NGLهای سبک تر را در جریان گازطبیعی باقی بگذاریم. اگر استخراج اتان و دیگر هیدروکربن های سبک تر به صرفه باشد، فرایند کریوژنیک برای میزان بازیافت بالا مورد نیاز است.اساسا فرایند کریوژنیک شامل پایین آوردن درجه حرارت گاز تا حدود ۱۲۰- درجه فارنهایت است. راه های متفاوتی برای سرد کردن گاز تا این درجه حرارت وجود دارد. اما یکی از موثرترین آن ها به عنوان فرایند انبساطی توربو شناخته می شود. در این فرایند، سرد کننده های خارجی برای سرد کردن جریان گاز استفاده می شوند که باعث کاهش سریع دمای گاز می شوند. این افت سریع درجه حرارت اتان و دیگر هیدروکربن های موجود در جریان گاز را متراکم می کند در حالی که متان در شکل گاز باقی می ماند. این فرایند اجازه بازیافت حدود ۹۰تا ۹۵ درصد از اتان را از گازطبیعی می دهند. به علاوه وقتی جریان گازطبیعی به درون فشرده سازی ضایعات متان گازی شکل توسعه پیدا می کند انبساط توربین قادر به تبدیل برخی انرژی آزاد شده است، بنابراین هزینه های صرفه جویی انرژی با استخراج اتان همراه است.استخراج NGLها از جریان گازطبیعی هم گازطبیعی خالص تر و پاک تری تولید می کند و هم هیدروکربن های ارزشمندتر را جدا می کند.
• شکنش کردن مایعات گازطبیعی
زمانی که NGLها از جریان گازطبیعی جدا شدند، باید به اجزای تشکیل دهنده شان که مفید هستند تجزیه و شکسته شوند. یعنی جریان ترکیب NGLهای مختلف باید جدا شوند. فرایندی که برای انجام این کار استفاده می شود، شکنش کردن نامیده می شود. کارهای شکنش براساس نقاط جوش مختلف هیدروکربن های مختلف در جریان NGL پایه گذاری شده است. اساسا شکنش کردن در مراحلی شامل جوشاندن هیدروکربن ها یک به یک اتفاق می افتد. کل فرایند شکنش به مراحلی تقسیم می شود که با برداشتن NGLهای سبک تر از جریان گاز آغاز می شود. اعمال شکنش خاص در ترتیب زیر استفاده می شوند:
•جدا کردن اتان: در این مرحله اتان از جریان NGL جدا می شود.
•جدا کردن پروپان: مرحله بعدی پروپان را جدا می کند.
•جدا کردن بوتان: این مرحله بوتان را به حد جوش می رساند و پنتانز و هیدروکربن های سنگین تر را در جریان NGL باقی می گذارد.
•جدا کردن ایزو بوتان: این مرحله بوتان معمولی و ایزو را جدا می کند.
با شروع کار از هیدروکربن های سبک تر تا هیدروکربن های سنگین تر امکان جداسازی مایعات مختلف به سادگی وجود دارد.
• برداشتن دی اکسیدکربن و سولفور
علاوه بر جداسازی آب، نفت و NGLهای دیگر، یکی از مهم ترین قسمت های پردازش گاز شامل جداسازی دی اکسید کربن و سولفور است. گازطبیعی بعضی چاه ها حاوی مقادیر مهمی از سولفور ودی اکسیدکربن است. این گازطبیعی به علت بوی زننده سولفور بیشتر "گاز ترش" نامیده می شود. گاز ترش غیرمطلوب است چون ترکیبات سولفوری که دارد می تواند بسیار مضر باشد حتی برای تنفس هم مرگ آور است. گاز ترش می تواند هم چنین بسیار فرساینده باشد. به علاوه سولفوری که در جریان گازطبیعی وجود دارد می تواند استخراج شود و به طور جداگانه وارد بازار شود. در واقع براساس گزارش ها و مطالعات انجام شده تولید سولفور از این طریق می تواند حدود ۱۵درصد از تولید کل سولفور را در بربگیرد. سولفوری که در گازطبیعی وجود دارد به شکل سولفید هیدروژن (H2S) است و معمولا اگر میزان سولفید هیدروژن از ۵٫۷ میلی گرم در هر مترمکعب گازطبیعی بیشتر شود این گاز، گاز ترش نامیده می شود. فرایند جداسازی سولفید هیدروژن از گازترش، به شیرین کردن گاز نامیده می شود.
فرایند اولیه شیرین کردن گاز ترش بسیار به فرایند نم زدایی گلایکول و جذب NGL شباهت دارد. اگرچه در این مورد از محلول های آمین برای جدا کردن سولفید هیدروژن استفاده می شود. به این فرایند،"فرایند آمین" می گویند و در ۹۵ درصد از شیرین کردن گازهای ترش به کار می رود. گاز ترش از میان یک برج حرکت می کند که دارای محلول آمین است. ترکیب این محلول بسیار به ترکیب سولفور شباهت دارد و همان طوری که گلایکول آب را جذب می کند، سولفور را جذب می کند. دو محلول آمین اساسی وجود دارد که در این فرایند مورد استفاده قرار می گیرد: مونواتالونامین(MEA) و دی اتالونامین ((DEA هر کدام از این ترکیبات در شکل مایع ترکیبات سولفور را از گازطبیعی هنگام عبور جذب خواهد کرد. گاز باقی مانده به راستی عاری از ترکیبات سولفور است بنابراین آن وضعیت ترش را از دست می دهد. مثل فرایند استخراج NGL و نم زدایی گلایکول محلول آمین استفاده شده می تواند دوباره تولید شود (یعنی زمانی که سولفور جذب شده جدا شود) و به آن اجازه می دهد تا دوباره برای عمل آوری گازهای ترش بیشتر استفاده شود.
اگر چه بیشتر شیرین سازی گاز ترش شامل فرایند جذب آمین است امکان استفاده از جاذب های جامد مثل اسفنج های آهنی برای جداسازی دی اکسیدکربن و سولفید وجود دارد.سولفور می تواند جداگانه فروخته شود اگر که شکل پایه آن کاهش پیدا کند. سولفور پایه یک پودر زرد روشن است و می تواند اغلب در تپه های بزرگی نزدیک نیروگاه های عمل آوری گاز دیده شود. به منظور بازیافت سولفور پایه از نیروگاه پردازش گاز، سولفوری که ناخالص دارد و از فرایند شیرین سازی به دست می آید باید بیشتر عمل آوری شود. فرایند مورد استفاده برای بازیافت سولفور با نام فرایند "کلاوس" شناخته می شود و واکنش های گرمایی و کاتالیزی استفاده می شود تا عنصر پایه از محلول سولفید هیدروژن استخراج شود.به طور کلی فرایند کلاوس معمولا قادر به بازیافت ۹۷ درصد از سولفور موجود در گازطبیعی است. از آن جایی که این یک ماده مضر و آلاینده است باز هم تصفیه می شود.پردازش گاز یک قطعه ابزاری از زنجیره با ارزش گازطبیعی است این عمل در تضمین این که گازطبیعی به شکل پاک و خالص استفاده شود کاربردی و حیاتی است. وقتی گازطبیعی به طور کامل پردازش شد و برای مصرف آماده شد باید از مناطق تولید و پردازش به مناطق مورد نیاز منتقل شود.

فصل دوم
تجهیزات جداسازی نفت از گاز

ساختار
دستگاه کوالسر مورد استفاده در جداسازی نفت از گاز شامل پیش فیلتر، کوالسر دود، فیلتر هوا و فن بلوئر(دمنده) و غیره است. این سیستم یک مخزن فلزی است که درون آن فیلتر المنتهایی با کاربردهای متفاوت قرار داده شده و در قسمت بیرونی آن، اجزای اضافی مثل گیجهای فشار، شیرهای دروازه ای و شیرهای خروج هوا نصب می شوند. ساختار منحصر بفرد دستگاه فیلتراسیون و استفاده از مواد تصفیه کننده با کیفیت، فرآیند کوالسانس و جداسازی موثر ماده خارجی را امکان پذیر می سازند.
روش کار
بخارات نفتی آلوده توسط فن بلوئر وارد پیش فیلتر شده و برای جداسازی موثر ذرات بزرگتر موجود در بخار، توسط این فیلتر المنت، فیلتر می شوند (مرحله پیش فیلتراسیون)، سپس بخارات مذکور از طریق لوله وارد فیلتر جداکننده بخار شده و تحت چهار فرآیند جریان دورانی، جداسازی فیلتری، کوالسانس و ته نشینی قرار می گیرند و نهایتا" ماده خارجی و نفت از جریان بخار جدا می شوند.
پارامترهای فنی
• اختلاف فشار اولیه < ۰۰۷/۰ MPa
• غلظت گاز: تا ppmw ۰۰٣/۰ کاهش می یابد.
• بازده جداسازی:بازده جداسازی ذرات جامد بزرگتر یا برابر ۱/٠µmحدود ℅۹۹۹/۹۹ است.
• حداکثر اختلاف فشار عملیاتی مجاز: MPa ۱/٠
• مقاومت ساختاری فیلتر المنت > ۷/۰ MPa

فصل سوم
غشای پلیمری برای جداسازی هیدروکربن های سنگین از گاز طبیعی
فرایند جداسازی غشائی
توجهی که در دهه های اخیر به صرفه جویی در میزان مصرف انرژی صنایع معطوف شده، در مهندسی شیمی نیز جایگاه ویژه ای یافته است. در فرایندهای جداسازی، این انگیزه در طراحی فرایندها تقویت شده است که تا حد امکان از تشکیل فاز دوم در جداسازی اجتناب شود تا به این صورت در مصرف انرژی تا حد امکان, صرفه جویی قابل ملاحظه ای به عمل آید. بدین ترتیب توجه به گروهی از فرایندها معطوف گردیده که جداسازی را بدون تغییر فاز انجام می دهند.
امروزه فرآیند جداسازی غشایی، کاربردهای فراوانی را در صنایع مختلف از جمله نفت، گاز و پتروشیمی یافته است. در این فرآیند از غشاهایی استفاده می شود که با عبور دادن برخی از مولکول های خوراک و نگاه داشتن سایر مولکول ها، جداسازی را انجام می دهند. برای استفاده در مقیاس صنعتی، این غشاها در بسته هایی خاص مورد استفاده قرار می گیرند که در اصطلاح مدول نامیده می شوند. هر مدول حاوی مقدار معینی از غشاء است که با آرایشی خاص قرار گرفته اند و کانال های مشخصی برای عبور خوراک و خروج اجزای باقیمانده و عبور کرده از غشاء دارد.
انواع فرایندهای غشائی:
فرایندهای جداسازی توسط غشاها بسته به نوع جداسازی مورد نظر, انواع متنوعی دارند اما در همه آنها وجه مشترک, وجود غشائی است که عامل جلوگیری از مخلوط شدن دو فاز با یکدیگر است. انواع این فرآیندها عبارتند از :
1- فرایندهای گاز – گاز: فرایند تراوش گاز
2- فرایندهای مایع – گاز: تراوش تبخیری
3- فرایندهای مایع – مایع: دیالیز، الکترودیالیز، اسمزمعکوس، نانوفیلتراسیون، اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون
تحقیقات غشائی در پ‍ژوهشگاه صنعت نفت:
طرح غشاء در پژوهشگاه صنعت نفت، سه بخش زیر از تکنولوژی غشایی را پوشش خواهد داد:
• جداسازی گازها با استفاده از تکنولوژی غشایی با تمرکز بر شیرین سازی گازهای ترش
• بکارگیری و توسعه فرایند غشایی Pervaporation برای جداسازی برش¬های نفتی و دستیابی به برش¬ها و حلال¬های با ارزش
• توسعه کاربرد تکنولوژی غشاء برای تصفیه پساب های حاوی مواد آلی
امکانPervaporation برای جداسازی گروه¬های مختلف (آلیفاتیک ها از آروماتیک ها و الفین ها از پارافین ها) در برش¬های نفتی و همچنین آب از الکلها و ترکیبات آروماتیک و امکان سنجی کاربرد غشاء درتصفیه پسابهای بخش های مختلف صنعت نفت به خصوص واحدهای بهره برداری، از جمله فعالیت های مهم بخش¬های سه گانه این طرح میباشد.
شبیه سازی فرایند:
طراحی واحدهای غشایی برای جداسازی گازها نیازمند به نرم افزاری است که قادر به شبیه سازی رفتار یک مدول غشایی باشد. این نرم افزار باید بتواند با دریافت مشخصات خوراک ورودی و غشاء، مشخصات جریان های خروجی از غشاء را پیش بینی نماید. با توجه به اینکه در حال حاضر نرم افزارهای عمومی شبیه سازی مهندسی شیمی مانند HYSYS و Aspen قادر به شبیه سازی مدول های غشایی نیستند، اغلب شرکت های فعال در عرصه این تکنولوژی، اقدام به تهیه نرم افزارهایی داخلی برای رفع نیازهای خود می نمایند. پژوهشگاه صنعت نفت، توسعه تکنولوژی غشایی برای جداسازی گازها را به عنوان یکی از اهداف خود برگزیده است. در این راستا، نرم افزار MEMSIM (Membrane Simulator) برای پاسخ گویی به نیازهای طراحی و تحلیل واحدهای غشایی، توسط محققین پژوهشکده های گاز و مهندسی فرآیند، توسعه داده شد و مورد بهره برداری قرار گرفت. این نرم افزار قادر است انواع الگوهای جریان را در مدول های الیافی غشایی شبیه سازی نموده و اطلاعات جریان های خروجی از واحد غشایی را در اختیار کاربر قرار دهد.
مزایای تکنولوژی غشائی:
• مصرف انرژی کمتر
• انجام جداسازی بدون نیاز به مصرف مواد شیمیایی
• انجام جداسازی در دمای محیط
• حجم و وزن کم تجهیزات جداسازی
• نصب و عملیات ساده
• حداقل نیاز به کنترل، بازرسی و تعمیر و نگهداری
• سهولت دستیابی و امکان استفاده از فازهای جداشده
• انعطاف پذیری بالای فرآیند
• قابلیت اتصال آن به سایر فرآیندهای جداسازی
سنجی شیرین سازی گازهای ترش و همچنین افزایش ظرفیت پالایشگاههای گاز از طریق اتصال واحدهای غشایی به آنها، کسب مهارت در طراحی، احداث و راه اندازی واحدهای غشایی جداسازی گازی، ارزیابی پتانسیل های فرایند غشایی
استفاده از غشاهای پلیمری در جداسازی گاز از سیالات
ساخت و بهبود خواص غشاهای مهم مانند پلی پروپیلن با حفظ خواص درازمدت در برابر هیدروکربن های سنگین و مقاوم
از نظر کاربردی جداسازی گاز طبیعی از مایعات مهم ترین نیاز صنایع نفت، گاز و پتروشیمی است که اولویت اصلی برای پژوهشگاه صنعت نفت محسوب می شود.
یکی از ضروری ترین بخش های صنایع شیمیایی صنعت نفت جداسازی گاز از مایعات آن است، اساس کار پالایشگاه های گاز جداسازی گاز از مایع است؛ بنا بر این فرآیند بسیار هزینه بر جداسازی گاز از مایع، بخش جدایی ناپذیر صنایع شیمیایی صنعت نفت به شمار می آید.
هزینه و انرژی بالای اجرای دو روش رایج جداسازی تقطیر و جذب و همچنین ایجاد مشکلات زیست محیطی این دو روش و فناوری غشایی به عنوان یک رقیب، مزایای زیادی دارد که مهم ترین آنها سهولت کار با غشاها، بحث زیست محیطی و نیاز به انرژی اندک است.
قابل انعطاف بودن کاربرد فناوری غشایی در مناطق عملیاتی حتی سکوهای نفتی و استفاده از انواع خوراک های اولیه برای توسعه این فناوری از دیگر مزایای آن است.
غشاها را بر اساس نوع کاربرد، قدرت جداکنندگی گازها، جداکنندگی مایعات، جداکنندگی بخارات و مواد سازنده غشا طبقه بندی می کنند.عمده غشاهای رایج غشاهای پلیمری هستند که به دلیل مزایای پلیمر از نظر ارزان بودن و شکل دهی کاربرد فراوانی دارند، اما بعضی کاربردها، کاربرد مواد غشایی را محدود می کنند، مانند کاربردهایی که برای جداسازی اکسیژن و تولید گاز سنتز است که نیاز به دمای بالا دارند و پلیمرها این تحمل را ندارند.
در بخش پتروشیمی جداسازی خوراک از محصول، جداسازی الفین ها و پارافین ها از نیتروژن و در پالایشگاه ها جداسازی هیدروژن از هیدروکربن ها و در بحث جداسازی و تصفیه پساب ،جداسازی حلال ها، از موارد مختلف کاربرد غشا در صنعت است.
پژوهشگاه صنعت نفت بر اساس اولویت موارد یادشده، کار کرده است و هم اکنون نیز، در بخش غشاهای پلیمری در پژوهشکده پلیمر حدود شش نفر در حال کار هستند.
با بیان این که در زمینه به دست آوردن غشا از دو مسیر توسعه و ساخت غشاهای پلیمری و توسعه کاربرد غشاها می توان فعالیت کرد و غشاهای پلیمری با ویژگی های برتر در مقیاس آزمایشگاهی ساخته شده سپس به صورت یک "مدول" به تولید انبوه رسانده و در قالب یک مجموعه واگذار می شود.
یکی از جداسازی هایی که به وسیله غشا انجام می شود، جداسازی دی اکسیدکربن و سولفید هیدروژن از گاز طبیعی یا همان شیرین سازی گاز است که کار عمده پالایشگاه های گاز کشور است.

بررسی روش های خالص سازی آب با به کارگیری فناوری نانو
نانو، دلالت بر یک واحد بسیار کوچک در علم اندازه گیری دارد. یک نانومتر معادل 9-10 متر یا به عبارتی یک میلیاردم متر است. اخیراً با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند. کاربردهای فناوری نانو در این خصوص عبارتند از : نانو فیلترها، نانو فتوکاتالیست ها، مواد نانو حفره ای، نانو ذرات، نانو سنسورها، توانایی های این فناوری در تصفیه آب و با توجه به انواع آلودگی های نقاط مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گرفته است.
در گذشته نه چندان دور اهداف تصفیه خانه های آب آشامیدنی کاهش مواد معلق و زدودن عوامل زنده بیماری زا در آب بود که با روشهای متداول فیلتراسیون و گندزدایی قابل حصول بوده اند. لیکن با افزایش غلظت مواد ریزدانه، ترکیبات ازته، مواد آلی و معدنی و فلزات سنگین به منابع آب روش های متعارف جوابگوی نیازتصفیه خانه ها نبوده و لازم است از فرآیندهای نسبتاً جدید در تصفیه خانه ها استفاده شود.
اخیراً نیز با ورود فناوری های نوین از قبیل زیست فناوری و نانو فناوری، مواد و راهکارهای جدیدی برای تصفیه آب و نیز آب و فاضلاب های صنعتی و کشاورزی معرفی شده و یا می شوند.
مفهوم نانوفناوری به حدی گسترده است که بخش های مختلف علوم و فناوری را تحت تاثیر خود قرار داده و در عرصه های مختلف از جمله محیط زیست کاربردهای وسیعی یافته است. در این مقاله به بررسی کاربردهای فناوری نانو در صنعت آب می پردازیم.
نانو فیلترها
تاریخچه نانو فیلتراسیون به دهه هفتاد میلادی زمانی که غشاهای اسمز معکوس با فشارهای نسبتاً پایین همراه با جریان آب تصفیه ای قابل قبول، بسط و توسعه پیدا کردند باز می گردد. استفاده از فشارهای بسیار بالا در فرآیند اسمز معکوس، اگر چه منجر به تهیه آب با کیفیت بسیار عالی می شد، ولیکن به همان نسبت هزینه گزاف انرژی مصرفی عاملی نگران کننده به شماره می آمد. در نتیجه، تهیه آب با استفاده از این روش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبود. بنابراین استفاده از غشاهایی با میزان درصد حذف پایین تر ترکیبات محلول، اما با قدرت نفوذ آب بیشتر و به طبع آن، افزایش حجم آب تصفیه شده با کیفیتی مطلوب (درحد استانداردهای مورد نظر) در فناوری جداسازی یک پیشرفت قابل ملاحظه، به شمار می آمد. از ین رو غشاهای اسمز معکوس با فشار پایین، بعنوان غشاهای نانو فیلتراسیونی شناخته شدند.
نانو فیلتراسیون فرآیند غشایی جدیدی است که خواص آن بین فرایندهای اسمز معکوس و اولترافیلتراسیون قرار دارد و در اختلاف فشار پایین (10-20 بار) قابل استفاده می باشد. به علت عمل نمودن در فشار پایین و بازیابی بالاتر، هزینه های عملیاتی و نگه داری این فرآیند به مواد شیمیایی نیاز نبوده و پساب تولیدی فشرده و غلیظ می باشد. لذا هزینه حمل و نقل و دفع آن کمتر است. به کمک تجهیزات خاص غشاء ها به طور خودکار تمیز می شود. در مورد فرآیند نانو فیلتراسیون، هزینه انرژی به مراتب از اسمز معکوس کمتر می باشد. نکته حائز اهمیت در مورد نانو فیلترها نسبت به سایر غشاها، قدرت انتخاب گری در حذف یون هاست.
غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً از دو لایه تشکیل می شود. لایه نازک و متراکم عمل جداسازی و لایه محافظ، عمل حفاظت در برابر فشار سیستم را انجام می دهد. غشاهای نانو فیلتراسیون معمولاً در دو نوع باردار و غیرباردار موجود هستند. مکانیسم اصلی در حذف ملکول های بدون بار، خصوصاً ترکیبات آلی بر پایه غربالسازی استوار می باشد. در حال که حذف ترکیبات یونی به دلیل بر عم کنش های الکتروستاتیک بین سطح غشا و گونه های باردار، حذف می شوند.
امروزه غشاهای نانویی تجاری، در اشکال متفاوتی استفاده می گردند. این اشکال شامل، سیستم های مارپیچی، صفحه ای، جعبه ای، لوله ای و فیبری می باشد. شکل هر یک از غشاهای نانویی براساس نوع غشا و نانویی براساس نوع غشا و به منظور بالا بردن بازده و عملکرد آن انتخاب می گردد.
نانو فیلترها برای حذف محدوده وسیعی از ترکیبات به کار گرفته شده است، از جمله :
حذف آفت کش ها از جمله آترازین، سیمازین، دیورن و ایزوپرتورن
حذف ترکیبات آلی فرار مانند مشتقات کلردار آلی سبک مانند کلروفرم، تری کلرواتیلن و تتراکلرواتیلن
حذف محصولات جانبی حاصل از واکنش گندزدا با ترکیبات آلی آب از جمله هالومتان ها
حذف کاتیون ها و سختی
حذف کروم (VI)، اورانیم، آرسنیک
حذف آنیون ها
حذف پاتوژن ها
نانو مواد
نانومواد در مقایسه با مواد در ابعاد بزرگ دارای سطوح بسیار وسیع تری هستند. به علاوه این مواد قادر به بر هم کنش با گروه های شیمیایی مختلف به منظور افزایش میل ترکیبی آنها با ترکیبات ویژه می باشند. همچنین نانومواد می توانند به عنوان لیگندهای قابل بازیافت با ظرفیت و عملکرد انتخابی بسیار بالا برای یون های فلزی سمی به هسته های رایواکتیو، حلال های آلی و معدنی به شمار می آیند.
جاذب ها به طور وسیعی به عنوان جداساز محیطی در خالص سازی آب و برای حذف آلاینده های آلی از آب آلوده استفاده می شدند. تحقیقات وسیعی در این زمینه صورت گرفته است از جمله می توان به کاربرد نانو تیوپ های کربنی تک دیواره برای حذف یون های سنگین ماننده 2Pb، 2Cu، 2Cd، چیتوزان با گروه های عاملی فسفاته برای حذف 2Pb، ترکیب کربن نانوتیوپ- اکسید سدیم برای حذف As (V) ، نانو بلورهای FeO(OH) – برای جذب AS (V) و Cr (VI) ، زئولیت های تعویض یون NaP1 برای حذف فلزات سنگین از پساب های معدنی اسیدی مانند 3Cr، 2Ni، 2Zn، 2Cu، 2Cd، نانو مواد کربنی برای جذب مواد آلی فرار، رنگ های آلی و ترکیبات آلی و ترکیبات آلی کلره، فولرن برای جذب ترکیبات آروماتیک چند حلقوی مانند نفتالین اشاره نمود.
نانو مواد حفره ای
مواد نانو حفره ای به عنوان یک زیر مجموعه مواد نانو ساختار با دارا بودن سطح منحصر به فرد، شکل ساختمانی و خواص حجمی در زمینه های مختلف از جمله، فرایندهای تعویض یونی، جداسازی، کاربردهای کاتالیستی، ساخت حسگرها، ایزولاسیون ملکولی های زیستی و خالص سازی کاربرد دارند.
به طور کلی مواد نانو حفره ای را می توان براساس دامنه قطر منافذ نانویی به سه دسته میکروپور، مزوپور و کاروپور تقسیم نمود. براساس سیستم آیوپاک، حفره های مواد میکروپور دارای قطری کمتر از 2 نانومتر
می باشند. مزوپورها دارای حفره های به قطر بین 2 تا 50 نانومتر و ماکروپورها دارای حفره هایی با قطر بیشتر از 50 نانومتر هستند.
مواد نانوحفره ای را می توان براساس جنس، از قبیل آلی یا معدنی، سرامیک یا فلز و یا خواص آنها دسته بندی نمود. در سیستم های پلی مری، سرامیکی و یا کربنی نیز مشابه این چنین حفره هایی دیده می شود که البته شکل حفره ها در آن متفاوت هست. در واقع جنس ماده، شکل حفره ها، اندازه آنها و توزیع و ترکیب حفره ها است که در نهایت مشخص کننده نوع کاربرد ماده نانو حفره ای می باشد. این مواد شامل
متنوعیکربن های نانوحفره ای ترکیبات دارای کاربردهای از جمله، جذب گازهای آلاینده، بسته های کاتالیستی، فیلترهای تصفیه آب، مخزن نگهداری گاز و… باشند.
زئولیت کاربرد زئولیت های در فرایندهای تصفیه ای آب (شاملهای نانوحفره ای عمده تصفیه آب شرب و پساب های صنعتی) حذف یون های فلزات سنگین می باشد.
پلیمرهای (نانوپروس پلی مرها عمده کاربرد پلی مرهای نانوحفره اینانوحفره ای براساس عملکرد آنها به عنوان جاذب تعریف می گردد. از جداسازی ملکول های آلی خاص از سیستم های بیولوژیکی تا کاربرد آن ها را در تصفیه آب به منظور حذف آلودگی های ناشی از ترکیبات آلی نظیر فنل ها شامل می شود.
نانو ذرات
حذف آرسنیک با نانو ذرات سریم
حذف آرسنیک با نانو ذرات اکسید آهن
حذف کروم با نانو ذرات آهن
حذف مس، کبالت و نیکل با نانو ذرات آهن
حذف ترکیبات آلی با نانو ذرات آهن
حذف آلاینده ها با نانو ذرات آهن در محل
کاهش نیترات با نانوذرات دوفلزی پالادیم- مس
گندزدایی آب با نانو ذرات نقره
نانو سنسورها در تصفیه آب و پساب
از آنجائی که بسیاری از خواصی که انتظار می رود توسط سنسورها اندازه گیری شود در سطح مولکولی یا اتمی هستند از نانوتکنولوژی در کاربردهای حسگری یا شناسایی استفاده زیادی می شود.
سنسورهایی که در ابعاد نانومتری ساخته شده اند از حساسیت فوق العاده ای برخوردارند، عملکرد انتخابی دارند و پاسخ دهنده می باشند. بنابراین تاثیر نانو تکنولوژی بر سنسورها فوق العاده عمیق و گسترده است.
به طور کلی به منظور کنترل بوی ناخوشایند، لازم است تا اندازه گیری هایی مبنی بر میزان بوی منتشر شده انجام شود. ترکیبات بسیاری در بوهای ناشی از تصفیه پساب شناسایی شده اند. به طور نمونه این ترکیبات عبارتند از: ترکیبات کاهش یافته گوگرد یا نیتروژن، اسیدهای آلی، آلدئیدها یا کتون ها.
در سال های اخیر سنسورهای تجارتی مجموعه ای که بینی الکترونیکی نامیده می شوند برای شناسایی میکروارگانیسم ها و فلزات سنگین در آب آشامیدنی (مانند کادمیوم، سرب و روی) و به منظور شناسایی و تعیین مشخصات بوهای ناشی از مخلوط بخار جمع شده در بالای یک جامد یا مایع موجود در یک محفظه دربسته، تولید شده اند. این سنسورها روش سریع تر و نسبتاً ساده ای را برای پیگیری تغییرات در کیفیت آب و فاضلاب صنعتی فراهم می آورند.
نانوفتوکاتالیست
فتوکاتالیست ماده ای است که در اثر تابش نور بتواند منجر به بروز یک واکنش شیمیایی شود، در حالی که خود ماده، دست خوش هیچ تغییری نشود. فتوکاتالیست ها مستقیماً در واکنش های اکسایش و کاهش دخالت ندارند و فقط شرایط موردنیاز برای انجام واکنش ها را فراهم می کنند.
تیتانیم دی اکسید TIO2 (با گستره اندازه بین خوشه ها تا کلوئیدها – پودرها و تک بلوهای بزرگ)، نزدیک به یک فتوکاتالیست ایده آل است و تقریباً تمامی این خصوصیات رادارد. تنها استثناء آن این است که نور مرثی را جذب نمی کند. نانو ذرات دی اکسید تیتانیم، بر سطح زیرلایهای مناسبی از جمله شیشه و یا ترکیبات سیلیسی، پوشش داده می شوند و در حوضچه های تحت تابش نور ماوراء بنفش، قرار می گیرند.
بسیاری از آلاینده های موجود در آب های صنعتی که TIO2 آن ها را با آب و دی اکسید کربن تبدیل می کند عبارتند از: آلکان ها، آلکن ها، آلکین ها، اترها، آلدئیدها، الکل ها، ترکیبات آمینی، ترکیبات سیانیدی، استرها و ترکیبات آمیدی.
این گزارش مروری بر انواع کاربردهای فناوری نانو در تصفیه آب است و برای نشان دادن هر یک از آنها، به مثال های ویژه ای از نوآوری های فناوری نانو اشاره می شود. باید توجه داشت که در حوزه فناوری نانو محصولات و روش های بسیار دیگری توسعه یافته، یا می توانند موجود باشند و اینکه بسیاری از اطلاعات موجود درباره این مثال ها مبتنی بر اطلاعاتی است که تولیدکنندگان منتشر کرده اند. از آن جایی که این محصولات هنوز در بازار موجود نبوده، یا مدت زیادی از حضورشان در بازار نمی گذرد، مطالعات پراکنده ای نسبت به عملکرد آنها در حال انجام است. این متن به اطلاعات موجود درباره خطرات ناشی از این فناوری برای سلامت بشر یا محیط زیست اشاره ندارد؛ چرا که این موضوع نیازمند بحث جداگانه ای است.
1. فناوری نانولوله های کربنی
1-1. غشاهای نانولوله ای
نانولوله های کربنی می توانند برای تشکیل غشاهایی با تخلخل نانومتری و دارای قابلیت جداسازی آلودگی ها، به طور یکنواخت هم راستا شوند. تخلخل های نانومتری نانولوله ها این فیلترها را از دیگر فناوری های فیلتراسیون بسیار انتخاب پذیرتر نموده است. همچنین نانولوله های کربنی دارای سطح ویژه بسیار بالا، نفوذپذیری زیاد و پایداری حرارتی و مکانیکی خوبی هستند. اگر چه چندین روش برای سنتز نانولوله های کربنی استفاده شده است، غشاهای نانولوله ای می توانند به وسیله پوشش دهی یک ویفر سیلیکونی با نانوذرات فلزی به عنوان کاتالیست، که موجب رشد عمودی و فشردگی بسیار زیاد نانولوله های کربنی می شود، سنتز شوند و پس از آن برای افزایش پایداری، فضای بین نانولوله های کربنی را با مواد سرامیکی پر نمود.
حذف آلودگی ها
مطالعات آزمایشگاهی نشان می دهد که غشاهای نانولوله ای می توانند تقریباً همه انواع آلودگی های آب را حذف کنند؛ این آلودگی شامل باکتری، ویروس، ترکیبات آلی و تیرگی است. همچنین این غشاها نویدی برای فرایند نمک زدایی و گزینه ای برای غشاهای اسمز معکوس هستند.
مقدار تصفیه آب
اگر چه تخلخل نانولوله های کربنی به طور قابل توجهی کوچک است، غشاهای نانولوله ای نشان داده اند که به خاطر سطح داخلی صاف نانولوله ها، شدت جریان بیشتر یا یکسانی نسبت به تخلخل های بسیار بزرگ تر دارند.
هزینه
با توسعه روش های جدید و بسیار موثر برای تولید نانولوله های کربنی، هزینه تولید غشاهای نانولوله ای به طور پیوسته کاهش می یابد. بر اساس پیش بینی برخی منابع، به دلیل کاهش قیمت نانولوله های کربنی، غشاهای نانولوله ای بسیار ارزان تر از سایر غشاهای فیلتراسیون، غشاهای اسمز معکسوس، سرامیک و غشاهای پلیمری خواهد شد. از آن جا که نانولوله های کربنی شدت جریان بالایی را نشان می دهند، فشار مورد نیاز برای انتقال آب نسبت به فرایند نمک زدایی با اسمز معکوس، کاهش می یابد و به دلیل این ذخیره انرژی، نمک زدایی با استفاده از فیلترهای نانولوله ای بسیار ارزان تر از اسمز معکوس خواهد بود. انتظار می رود غشاهای نانولوله ای بسیار بادوام تر از غشاهای متداول باشند و استفاده مجدد از آنها بازدهی فیلتراسیون را کاهش ندهد.
روش مصرف
غشاهای نانولوله ای می توانند در گزینه های مشابهی به عنوان غشاهای میکروفیلتراسیون و اولترا فیلتراسیون استفاده شوند. مطالعات نشان می دهد که این مواد بادوام و در برابر گرما مقاومند و تمیز کردن و استفاده مجدد از آنها ساده است و با استفاده از فرایند اولتراسونیک و اتوکلاو درC ْ121 در مدت 30 دقیقه تمیز می شوند.
توضیحات تکمیلی
انتظار می رود در پنج الی ده سال آینده، شاهد ورود غشاهای نانولوله ای نمک زا به بازار باشیم. اخیراً محققان برای غلبه بر چالش های مرتبط با افزایش مقیاس فناوری، فعالیت های تازه ای را مدنظر قرار داده اند.
1-2. نانوغربال ها
آزمایشگاه های سلدن (Seldon)، چندین طرح مبتنی بر فیلترهای نانوغربال را توسعه داده اند. نانوغربال از نانولوله های کربنی جفت شده با یکدیگر تشکیل می شود که روی یک زیرلایه متخلخل و منعطف قرار گرفته اند. و می توان برای تشکیل فیلترهای شبه کاغذی، آنها را روی یک زیرلایه صاف و یا لوله ای قرار داد، با این کار توانایی پیچیده شده شدن به اطراف هر ساختار استوانه ای متداول و یا هر ساختار دیگری را به دست می آورند، همچنین برای افزایش سطح فیلتر می توان نانوغربال های مسطح را تا زد. اخیراً در آزمایشگاه های مذکور چندین نمونه فیلتر قابل حمل مبتنی بر این فناوری، برای خالص سازی آب ساخته شده اند؛ این فیلترها در اندازه قلم بوده و تحت عنوان ابزارهای فیلتراسیون نی مانند به نام water stick معروف هستند.
حذف آلودگی ها
از نانوغربال ها می توان در حذف گستره وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی و یا مواد زیستی استفاده کرد. این فیلتر می تواند از چندین لایه نانولوله کربنی ساخته شود که هر لایه قابلیت حذف نوع متفاوتی از ترکیبات را دارد. نانوغربال های مورد استفاده در Water stick توانایی حذف بیش از 99/99 درصد از باکتری ها، ویروس ها، کیست ها، میکروب ها، کپک ها، انگل ها، و همچنین کاهش قابل توجه آرسنیک و سرب را دارند. نانوغربال های چند عملکردی نیز مانند ترکیبات معدنی اعم از فلزات سنگین، کودها، فاضلاب های صنعتی و دیگر مواد می توانند ترکیبات آلی از قبیل Pesticideها و herbicideها را حذف نمایند. همچنین می توان فیلتر را با یک لایه ضدباکتری برای جلوگیری از تشکیل فیلم بیولوژیکی پوشاند. در حال حاضر آزمایشگاه های سلدن مشغول ارتقای این فناوری برای استفاده از آن در نمک زدایی از آب دریا هستند.
مقدار تصفیه آب
نانوغربال ها در مقایسه با دیگر ابزارهای فیلتراسیون که دارای همان اندازه تخلخل هستند، به دلیل خواص انتقال جرم سریع نانولوله ها، بدون استفاده از فشار، شدت جریان مناسبی را تامین می کنند. در یک فیلتر نمونه با قطر پنج سانتی متر شدت جریان شش لیتر بر ساعت مشاهده شده است. همچنین water stick برای تصفیه یک لیتر آب آلوده در 90 ثانیه طراحی شده است. این فیلتر، در طول عمر مفیدش 200 تا300 لیتر آب تولید می کند؛ اگر چه این مقدار می تواند با تغییرات پیش از فیلتراسیون افزایش داده شود.
هزینه
آزمایشگاه سازنده برای قیمت گذاری water stick یک طرح رقابتی را با دیگر فناوری های مشابه در نظر دارد، تا این فناوری برای مردم کشورهای در حال توسعه قابل استفاده باشد.
روش مصرف
Water stick که شبیه نی نوشیدنی طراحی شده آب تمیز آشامیدنی تولید می کند. اخیراً نمونه ای از Water stick به گونه ای طراحی شده است که می توان وسیله ای با فیلتر قابل تعویض را طراحی کرد. علاوه بر این هنگامی که عمر مفید این فیلتر به پایان می رسد، به طور اتوماتیک جریان را متوقف می کند. نانوغربال ها توان ترکیب با دیگر ابزارهای فیلتراسیون را دارند.
توضیحات تکمیلی
آزمایشگاه های سلدن، سیستم تولیدی را برای تولید نانوغربال ها توسعه داده اند؛ این سیستم دارای صرفه اقتصادی، ظرفیت تولید 276 متر مربع بر ماه است که هر متر مربع برای 396 فیلتر کافی است. در حال حاضر پزشکان آفریقایی نمونه ای از water stick را مورد استفاده قرار داده اند.
2. روش های دیگر نانوفیلتراسیون
2-1. فیلتر آلومینای نانولیفی
شرکت Argonide فناوری جاذب های نانولیفی را به صورت کارتریج فیلترهای نانوسرام عرضه کرده است. این جاذب ها از نانوالیاف آلومینا با بار مثبت روی زیرلایه شیشه ای تشکیل شده اند. نانوالیاف آلومینا سطح بیشتری نسبت به الیاف متداول داشته و بار مثبت بالایی دارند که باعث جذب سریع تر آلودگی های باردار منفی از قبیل ویروس ها، باکتری ها و کلوئیدهای آلی و غیرآلی می شود.
حذف آلودگی ها
فیلترهای نانوسرام بیش از 99/99 درصد ویروس ها، باکتری ها، انگل ها، ترکیبات آلی طبیعی، DNA و کدری را حذف می کند، همچنین دارای قابلیت جذب 9/99 درصد از نمک ها، مواد رادیواکتیو و فلزات سنگین از قبیل کروم، آرسنیک و سرب را هستند، حتی اگر ذرات، نانومقیاس و یا حل شده باشند. فیلترهای نانوسرام در PH بین پنج تا 9 بهتر عمل می کنند.
مقدار تصفیه آب
شدت جریان فیلترهای نانوسرام بدون استفاده از فشار حدود یک تا 5/1 لیتر بر ساعت، به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر است. حداکثر فشار چهار bar می تواند به فیلتر اعمال شود که منجر به شدت جریان 9 تا ده لیتر بر ساعت به ازای هر سانتی متر مربع از فیلتر خواهد شد. کارتریج فیلترهای نانوسرام دارای یک طراحی تاخورده است که سطح آنها را افزایش می دهد. همچنین طبق گزارش فیلتر به طور متوسط مقاومت عملکردی بالایی نسبت به غشاهای بسیار متخلخل دارد.
هزینه
شرکت آرگوناید (Argonide) هزینه تولید فیلترهای نانوسرام را ارزان اعلام کرده است؛ چرا که آنها می توانند با استفاده از فناوری کاغذسازی تولید شوند. در حال حاضر هر متر مربع فیلتر ده دلار هزینه برمی دارد، که ممکن است این مقدار به سه دلار برسد. کار تریج فیلترها به ازای 20-200 فیلتر، وابسته به قطر آنها در حدود 37 دلار هزینه دارند. صفحات فیلتر می توانند با قرار گرفتن در اطراف لوله های فلزی، بین دو فیلتر متداول و یا در یک نگهدارنده مجزا، هزینه نهایی فیلتر را کاهش دهند. فیلترهای نانوسرام به جای جمع آوری ذرات بسیار ریز بر روی سطح، آنها را جذب می کنند؛ بنابراین نسبتاً عمر مفید و طولانی تری دارند.
روش مصرف
مطابق با توصیه های شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام به تصفیه های پیشین و یا پسین، تمیز کردن، شارژ مجدد فیلتر و یا از بین بردن مواد زاید خطرناک نیاز ندارند. این فیلترها به طور همزمان ترکیبات شیمیایی و بیولوژیکی را بدون استفاده از مواد گندزدای شیمیایی و یا مواد منعقدکننده، حتی در آب های شور بسیار کدر حذف می کنند.
توضیحات تکمیلی
به گفته شرکت آرگوناید، فیلترهای نانوسرام می توانند پودرهای بسیار ریز فلزی حذف شده را برای کاربردهای صنعتی بازیافت کنند.
2-3. نانوالیاف جاذب جریان
شرکت KX طرحی از فیلترهای جاذب جریان شامل نانوالیاف را با هدف استفاده در کشورهای در حال توسعه بهره برداری کرده است. فیلتر شامل یک لایه پیش فیلتراسیون برای حذف چرک ها، یک لایه جاذب برای حذف آلودگی های شیمیایی و یک لایه نانوالیاف برای حذف آلودگی ها و ذرات کلوئیدی است. نانوالیاف از چندین پلیمر آب دوست، رزین ها، سرامیک ها، سلولز، آلومینا و دیگر مواد ساخته می شوند. این فناوری در مقیاس های خانگی و شهری قابل دسترسی است.
حذف آلودگی ها
طبق گزارش ها، فیلترهای سطح فعال بیش از 99 درصد از باکتری ها، ویروس ها، انگل ها، آلودگی های آلی و دیگر آلودگی های شیمیایی را حذف می کنند.
مقدار تصفیه آب
طبق اعلام شرکت سازنده، مقیاس خانگی فیلترهای سطح فعال می تواند به ازای هر فیلتر375 لیتر آب را با سرعت چهار تا شش لیتر بر ساعت تولید کند. در مقیاس روستایی بیش از 7500 لیتر بر روز با سرعت 6/5 لیتر بر دقیقه تولید می کند. در مقیاس روستایی هر فیلتر برای بیش از 95 هزار لیتر آب موثر است.
هزینه
انتظار می رود فیلترهای خانگی شش تا11 دلار فروخته شوند و فیلترهای جایگزین برای آنها 8/0تا9/0 دلار هزینه دربر خواهد داشت؛ یعنی 002/0 دلار به ازای هر لیتر آب. همچنین فیلترهای روستایی بین 100 تا 150 دلار هزینه خواهند داشت که تقریباً 0003/0 دلار به ازای هر لیتر است.
روش مصرف
طراحی فیلترهای سطح فعال به گونه ای است که بدون استفاده از تجهیزات وسیع، یا نگهدارنده به آسانی قابل استفاده باشند.
3. سرامیک های نانو حفره ای، کِلِی ها و دیگر جاذب ها
3-1. غشای سرامیکی نانوحفره ای
شرکت آلمانی AG Nanovation، طرحیاز فیلترهای سرامیکی نانوحفره ای را تحت عنوان Nano pore و سیستم های فیلتراسیون غشایی را با مقیاس های متنوعی عرضه نموده است. فیلترهای غشایی Nano pore از نانوپودرهای سرامیکی روی مواد پایه از قبیل آلومینا تشکیل شده اند و در اندازه های متفاوت و در دو شکل لوله ای و مسطح موجود هستند. این محصولات با استفاده از نانوپودرهای سرامیکی شرکت و تحت فرایندهای پیوسته تولید می شوند.
حذف آلودگی ها
طبق ادعای شرکت سازنده، فیلترهای غشایی Nanopore باکتری ها، ویروس ها و قارچ ها به طور موثر از آب حذف می کنند. علاوه بر این آزمایش های کیفی آب، Coliformها، fecal coliformها، Salmonella یا streptococci را در آب تصفیه شده نشان نمی دهند.
مقدار تصفیه آب
مقدار آب تولیدی وابسته به اندازه و شکل فیلتر و کیفیت آب تصفیه شده است. یک واحد فیلتراسیون با ابعاد cm 15× 60×120 سطحی معادل با 2 m 11 ایجاد کرده، می تواند 8 هزار لیتر آب آلوده را در روز تصفیه کند.
هزینه
تولید سیستم های فیلتراسیون غشایی بر مبنای pore Nano با فرایندهای پیوسته که همزمان تمامی لایه های فیلتر مونتاژ می شوند، ارزان است؛ هنگامی که تمامی هزینه های فیلتراسیون که شامل حفظ، جایگزینی فیلترها، تمیز کردن عوامل و هزینه های عملیاتی است، با مواردی از قبیل عمر طولانی تر فیلتر، پایداری بیشتر و تمیز کردن کمتر همراه شوند، هزینه این فیلترها با فیلترهای پلیمری قابل رقابت می گردد.
روش مصرف
فیلترهای غشایی Nano pore با توجه به خواص ضدرسوبی بسیار شدید خود نیاز به تمیزسازی مکرر ندارند. همچنین می تواند به جای پاکسازی شیمیایی با بخار استرلیزه شود. غشاهای Nano pore نسبت به آلودگی های قارچی و باکتریایی، اصطکاک، اسید و بازهای غلیظ شده، دمای بالا و اکسیداسیون مقاوم هستند.
3-2. تک لایه های خودآرا روی پایه های مزوپروس (SAMMS)
آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست (PNNL) تک لایه های خود آرا روی پایه های مزوپروس را توسعه داده است. این فناوری از مواد سرامیکی یا شیشه ای با تخلخل نانومتری شکل گرفته است؛ به طوری که تک لایه ای از مولکول ها می توانند به یکدیگر متصل شوند. تک لایه و لایه مزوپروس، قابلیت برنامه ریزی شدن برای حذف آلودگی های خاصی را دارند. SAMMS نسبت به بسیاری از غشاها و فناوری های جاذب دیگر، جذب سریع تر، ظرفیت بالاتر و انتخاب پذیری بهتری را از خود نشان داده است. SAMMS برای حذف آلودگی های فلزی از آب آشامیدنی، آب های زیرزمینی و فاضلاب های صنعتی طراحی شده است.
حذف آلودگی ها
PNNL مدعی است که SAMMS 9/99 درصد از جیوه، سرب، کروم، آرسنیک، کادمیم، فلزات پرتوزا و دیگر سموم فلزی را جذب می کند. همچنین طبق گزارش ها، SAMMS می تواند برای حذف فلزات خاصی برنامه ریزی شود؛ ولی برخی فلزات از قبیل کلسیم، منیزیم و روی را حذف نمی کند. SAMMS برای حذف آلودگی های زیستی، یا آلی موثر نیست.
مقدار تصفیه آب
از SAMMS می توان در گستره وسیعی از کاربردها از تصفیه آب مصرفی گرفته تا تصفیه فاضلاب های صنعتی، استفاده کرد. این فیلترها سطح ویژه ای در حدود 600 تا هزار متر مربع به ازای هر گرم دارند. تولید هر کیلوگرم SAMMS، 150 دلار هزینه دارد که با نمونه ای از رزین تعویض یونی با هزینه 42 دلار و کربن فعال با هزینه 78/1 دلار به ازای هر کیلوگرم قابل مقایسه است. همچنین برای حذف یک کیلوگرم جیوه، 13 کیلوگرم SAMMS مورد نیاز است و در مقابل، 154 کیلوگرم رزین تعویض یونی و 40 هزار کیلوگرم کربن فعال مورد نیاز خواهد بود.
روش مصرف
SAMMS به پودری شکل و اکسترود شده است که می تواند برای فیلترهای تعویض یونی مناسب باشد. این فیلترها گاهی اوقات به منظور حذف آلودگی های جذب شده با یک محلول اسیدی احیا می شوند. آلودگی های ایجاد شده از احیای SAMMS طبق استانداردهای سازمان حفظ محیط زیست آمریکا غیرسمی بوده، می توانند به عنوان یک آلودگی متداول تصفیه شوند.
3-4.Arsenx
Arsenx، یک رزین جاذب متشکل از نانوذرات اکسید آهن آب دار روی یک زیرلایه پلیمری است و برای حذف آرسنیک و دیگر آلودگی های فلزی به کار می رود. نانوذرات، سطح ویژه بالا، ظرفیت بیشتر و سینتیک جذب سریع تری فراهم می نماید. Arsenx می تواند برای کاربردهای مصرفی کوچک و یا استفاده های صنعتی و شهری بزرگ طراحی شود، همچنین در و نیز در ابزارهای طراحی شده برای رزین های تعویض یونی مورد استفاده قرار گیرد.
حذف آلودگی ها
Arsenx موادی از قبیل آرسینک، وانادیم، اورانیوم، کروم، آنتیموان و مولیبدن را حذف و سولفات ها، کربنات ها، فلوریدها، کلریدها، سدیم، منیزیم و یا آلودگی های زیستی را حذف نمی کند.
مقدار تصفیه آب
شدت جریان عبوری آن بسیار وابسته به نوع ابزاری است که Arsenx استفاده می کند. بدون در نظر گرفتن طراحی سیستم، برای تماس بین Arsenx و آب 5/2 تا سه دقیقه زمان نیاز است. هر گرم Arsenx حدوداً 38 میلی گرم آرسنیک را نگه می دارد.
هزینه
شرکت Solmetex اشاره می کند که با توجه به کم شدن ظرفیت Arsenx در طول احیاء، می تواند نسبت به جاذب های دیگر در طی حیاتش هزینه کمتری داشته باشد. هزینه اولیه سیستم وابسته به طراحی های متفاوت آن است، اما به طور متداول از 07/0 تا 2/0دلار به ازای هر هزار لیتر گزارش شده است که شامل هزینه های استهلاک و هزینه های عملیاتی و حفظ و نگهداری است.
روش مصرف
Arsenx به گفته شرکت Sometex می تواند به عنوان رزین های تعویض یونی در زمینه های مشابه مورد استفاده قرار گیرد. این فیلتر نیاز به پیش یا پس تصفیه نداشته و گاهی اوقات با محلول سود سوزآور احیا می شود و متناسب با سطح آلودگی، بعد از سه ماه تا یک سال خاصیت خود را از دست خواهد داد. گزارش ها حاکی از آن است که زیرلایه پلیمری Arsenx بادوام بوده و می تواند در گسترده دمایی یک تا 80 درجه سانتی گراد عمل کند.
3-5. پلیمر حفره ای سیکلودکسترین
سیلکودکسترین یک ترکیب پلیمری است که از ذراتی با حفره های استوانه ای تشکیل شده است؛ این ذرات می توانند آلودگی های آلی را جدا کنند.
پلیمر سیکلودکسترین را می توان به صورت پودر، دانه ای و یا لایه نازک برای استفاده در ابزارها و کاربردهای متفاوت تولید کرد. به هر حال پلیمر سیکلودکسترین برای تصفیه آب مصرفی استفاده شده و همچنین می تواند برای تصفیه در جای آب های زیرزمینی یا پاکسازی فاضلاب های شیمیایی آلی و نفتی نیز مورد استفاده قرار گیرد.
حذف آلودگی ها
سیکلودکسترین گستره وسیعی از آلودگی های آلی شامل بنزن، هیدروکربن های پلی آروماتیک، فلورین ها، و آلودگی های حاوی نیتروژن، استن، کودها، Pesticidها و بسیاری دیگر را حذف می کند. آزمایش ها نشان می دهند که پلیمرسیکلودکسترین این آلودگی ها را تا حد ppooyap_sadeght کاهش می دهد، در حالی که کربن فعال و زئولیت این آلودگی ها را تا حد ppooyap_sadeghm کاهش می دهد. همچنین پلیمر صدهزار مرتبه بیشتر از کربن فعال، ترکیبات آلی پیوند می دهد و بازدهی حذف یکسانی برای آب با غلظت آلودگی پایین را نشان داده است. پلیمرسیکلودکسترین تحت تاثیر رطوبت هوا قرار نگرفته، می تواند در نواحی مرطوب بدون اشباع یا غیرفعال شدن، مورد استفاده قرار گیرد. همچنین آلودگی های جذب شده را از خود عبور نمی دهد.
مقدار تصفیه آب
پلیمرسیکلودکسترین ظرفیت بارگذاری 22 میلی گرم از آلودگی های آلی به ازای هر گرم از پلیمر را دارد، که با 58 میلی گرم به ازاری هر گرم کربن فعال قابل مقایسه است. این پلیمر برای تماس با آب آلوده حدوداً به پنج ثانیه زمان نیاز دارد. و در حین احیا ظرفیت خود را از دست نداده، می تواند به طور نامحدودی استفاده شود.
هزینه
تولید پلیمرسیکلودکسترین، ارزان بوده است و می توان آن را مستقیماً از نشاسته، با تبدیل 100 درصد تولید شود. انتظار می رود که تولید انبوه، هزینه آن را پایین تر از قیمت کربن فعال و زئولیت آورد. شرکت پژوهشی محصولات پلیمری اشاره می کند که روشی را جهت افزایش مقیاس این فرایند برای تولید مواد توسعه داده است. اخیراً شرکت پژوهشی Manhattan یک فناوری را برای کاربردهای مصرفی توسعه داده و اظهار می دارد که تولید انبوه موجب ارزان تر شدن پلیمر نسبت به سایر روش های حذف آلودگی های آلی خواهد شد.
روش مصرف
پودر سیکلودکسترین می تواند در ستون، کارتریج و یا فیلترهای بستری به گونه ای متراک شود که آب از آن بگذرد. سیکلودکسترین دانه ای می تواند مستقیماً در منبع یا لوله های آب به کار رود و لایه نازک آن می تواند روی زیر لایه ای از شیشه برای تشکیل غشاء قرار گیرد.
از همه اشکال متفاوت سیکلودکسترین می توان در ابزارهای طراحی شده برای فیلترها، غشاها و یا جاذب ها استفاده کرد.
پلیمرسیلکودکسترین هم آب دوست و هم آب گریز است؛ لذا می تواند بدون استفاده از فشار برای جذب آب از میان تخلخل ها مورد استفاده قرار گیرد. پلیمر گاهی اوقات به احیا با استفاده از یک الکل ساده از قبیل اتانول یا متانول نیاز خواهد داشت و ممکن است به خاطر به ظرفیت بارگذاری پائین آن نسبت به کربن فعال و جاذب های دیگر به عملیات بیشتری نیاز داشته باشد.
توضیحات تکمیلی
آلودگی هایی که پلیمر سلیکودکسترین جذب می کند، می تواند بعد از احیا، برای کودها، Pesticideها و محصولات صنعتی دیگر بازیافت شود.
3-6. نانوکامپوزیت های پلی پیرون- نانولوله کربنی
آزمایشگاه ملی پاسیفیک نورث وست یک غشای نانوکامپوزیتی شامل لایه نازکی از یک پلیمر جاذب موسوم به پلی پیرون را روی ماتریسی از نانولوله های کربنی که سطح مخصوص و پایداری غشا را افزایش می دهند، توسعه داده است. برخلاف جاذب های دیگر که به احیای شیمیایی نیاز دارند این غشاها می توانند به طور الکتریکی احیا می شوند.
حذف آلودگی ها
غشاهای پلی پیرون دارای نانولوله کربنی با بار مثبت است و می توان پرکلرات ها، سزیم، کروم و دیگر آلودگی های باردار منفی را حذف کند. همچنین غشاهای نانوکامپوزیتی می توانند برای حذف نمک طراحی شوند. از آنجا که پلی پیرون می تواند به طور منفی باردار شود، بنابراین این غشاء ذرات باردار مثبت از قبیل کلسیم و منیزیم را حذف می کند.
مقدار تصفیه آب
غشاهای نانوکامپوزیتی پلی پیرون- نانولوله کربنی قابل استفاهه مجدد هستند آزمایش ها نشان می دهد که این غشاها بعد از صد دوره استفاده بسیار کم بازدهی خود را از دست می دهند. همچنین به خاطر خواص انتقال جرم سریع نانولوله های کربنی شدت جریان بالایی دارند.
هزینه
انتظار می رود که غشاهای پلی پیرون- نانولوله کربنی در استفاده طولانی مدت، نسبتاً کم هزینه باشند؛ چرا که آنها می توانند بدون از دست دادن قابل توجه ظرفیت جذب، احیا شده، استفاده شوند. این غشاها هزینه های مرتبط با خرید و ذخیره سازی مواد شیمیایی احیاکننده و تعلیم کاربران را ندارند. علاوه بر این، انتظار می رود که هزینه نانولوله های کربنی در پنج سال آینده بین ده تا صد برابر کاهش یابد.
روش مصرف
این غشاها آلودگی های ثانویه خطرناک تولید نمی کنند. با بکارگیری جریان الکتریکی، بار پلیمر خنثی شده و آلودگی های جذب شده، از غشا آزاد می شوند. با حذف آلودگی ها، پلیمر می تواند دوباره باردار شده و مجدداً استفاده شود.
4. زئولیت
4-1. زئولیت های طبیعی، مصنوعی، زغال سنگ و ترکیبی
زئولیت ها مواد جاذب با ساختار شبکه ای جهت تشکیل تخلخل ها هستند. آنها می توانند از منابع طبیعی به دست آمده و یا سنتز شوند. زئولیت های مصنوعی معمولاً از محلول های سیلیکون-آلومینیوم یا زغال سنگ ساخته شده و به عنوان جاذب یا ابزار تعویض یونی در کارتریج یا فیلترهای ستونی به کار می روند. شرکت فناوری های AgION ترکیبی از زئولیت ها و یون های نقره طبیعی با خواص ضدباکتری تولید می کند.
حذف آلودگی ها
زئولیت ها به طور متداول برای حذف آلودگی های فلزی به کار می روند. زئولیت های طبیعی مکزیک و مجارستان، آرسنیک را از منابع آب آشامیدنی تا حد مورد پذیرش سازمان بهداشت جهانی کاهش می دهند. زئولیت های ساخته شده از زغال سنگ می توانند گستره ای از فلزات سنگین شامل سرب، مس، روی، کادمیم، نیکل و نقره را از آب آلوده جذب کنند. همچنین می توانند تحت شرایط خاصی کروم، آرسنیک و جیوه را جذب کنند. ظرفیت جذب زئولیت ها متاثیر از چند عامل؛ ترکیبشان، PH آب و غلظت انواع آلودگی هاست. به عنوان مثال تاثیرات PH آب بر روی سطح باردار شده منفی و یا مثبت زئولیت قابل ذکر است. همچنین با توجه جذب آسان سرب و مس در زغال سنگ، غلظت بالای این مواد، مقدار کادمیم و نیکل حذف شده را کاهش می دهد. ترکیبات زئولیت- نقره AgIoN، بازدهی را در مقابل میکروارگانیسم ها که شامل باکتری ها و کپک هاست، ارتقا می دهند. زئولیت نمی تواند آلودگی های آلی را به قدر کافی حذف کند، همچنین رطوبت هوا در اشباع زئولیت ها دخالت داشته، موجب کاهش بازدهی آنها می شود.
مقدار تصفیه آب
مقدار آبی که زئولیت ها می توانند تصفیه کنند، وابسته به منبع زئولیت و ابزاری است که آنها استفاده می کنند. در مورد زئولیت های زغال سنگ، محتوای کربن این ماده به طور قابل توجهی سطح مخصوص و در نتیجه ظرفیت جذب زئولیت را تحت تاثیر قرار می دهند.
هزینه
زئولیت ها را می توان به طور ارزان تولید کرد زیرا منبع آنها به طور طبیعی و فراوان در دسترس است. در امریکا زئولیت های دانه ای برای کاربردهای صنعتی و کشاورزی بین 30 تا 70 دلار به ازاری هر تن و برای محصولات مصرفی بین 5/0 تا 5/4 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند.
روش مصرف
چگونگی مصرف زئولیت ها بسیار وابسته به نوع ابزاری است که در آن استفاده می شوند. این ابزار می تواند شامل رزین های تعویض یونی، کارتریج و ابزارهای ستونی و غیره باشند. علاوه بر این زئولیت ها گاهی اوقات به احیا با یک محلول اسیدی نیاز دارند. مصرف زئولیت های زغال سنگ ممکن است مشکل ساز باشد، چرا که مطالعات نشان می دهند مقادیری از آلودگی های سرب، کادمیم، کروم، مس، جیوه، روی و دیگر آلودگی ها می توانند از زغال سنگ گذشته و موجب آلودگی خاک، آب های زیرزمینی و آب شوند. همچنین مشخص شده است که مقادیر آرسنیک و منیزیم عبور کرده از Fly ash بسیار بیشتر از مقادیر توصیه شده سازمان بهداشت جهانی است. ترکیبات زئولیت نقره AgION نیاز به پاک سازی مکرر دارند، زیرا پوشش ضدباکتری نقره از تشکیل آلودگی های بیولوژیکی روی فیلتر جلوگیری می کند و در این صورت نیاز به ذخیره سازی و مصرف احیاء کننده های شیمیایی مرتفع می شود.
5. فناوری های مبتنی بر نانوکاتالیست ها
5-1. نانوذرات آهن خنثی
نانوذرات آهن خنثی (NZVI) برای تصفیه درجا و غیردرجای آب های زیرزمینی استفاده می شوند. این ماده همزمان یک جاذب و یک عامل احیاکننده است، همچنین موجب می شود که آلودگی های آلی به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری شکسته شوند و فلزات سنگین کلوخه شده، به سطح خاک بچسبند. NZVI را می توان برای تصفیه درحا مستقیماً به منابع آب های زیرزمینی تزریق کرد، یا می توان از آن در غشاها برای کاربردهای خارجی استفاده کرد. همچنین NZVI دو فلزی که در آن نانوذرات آهن با یک فلز ثانویه از قبیل پالادیم برای افزایش فعالیت آهن پوشیده می شوند، موجود است. NZVI بسیار فعال بوده و سطح مخصوص بالایی نسبت به ZVI دانه ای دارد.
حذف آلودگی ها
NZVI می تواند برای فرآوری گستره وسیعی از آلودگی های متداول زیست محیطی، مثل متان کلردار، بنزن کلردار، Pesticideها، رنگ های آلی، تری هالومتان ها، PCBها، آرسنیک، نیترات و فلزات سنگین از قبیل جیوه، نیکل و نقره استفاده شود. همچنین ممکن است توانایی کاهش پرتوهای رادیویی را داشته باشد. پالادیم پوشیده شده با NZVI نشان داده است که همه ترکیبات کلردار را در مدت هشت ساعت تا زیر مقادیر قابل رویت کاهش می دهد. این در حالی است که NZVI معمولی برای حذف بیش از 99 درصد از این ترکیبات به 24 ساعت نیاز دارد. نانوذرات نسبت به آلودگی ها، برای یک دوره شش الی هشت هفته ای، فعال باقی می مانند. NZVI نشان داده است که در گستره وسیعی از PHها و دماهای خاک و مقادیر Nutrient موثر است.
مقدار تصفیه آب
مقدار آب زیرزمینی که NZVI می تواند فرآوری کند، وابسته به کیفیت آهن، شامل تعداد دفعاتی که استفاده مجدد شده است؛ نوع زیرلایه مورد استفاده، کیفیت آب معدنی برای تولید محلول قابل تزریق، شامل مقدار اکسیژن، مقدار و نوع ذرات ریز در محلول، است. دریک مطالعه موردی، سطحی با مساحت صد مترمربع را 057/6 لیتراز محلول شامل kg 2/11 از NZVI تحت تاثیر قرار می دهد. مطالعه دیگری نشان می دهد که در یک منطقه، مقدار 136 کیلوگرم NZVI برای فراوردی 6/11میلیون کیلوگرم از خاک کافی است؛ اما در منطقه دیگر همین مقدار از NZVI تنها برای فرآوری 102 میلیون کیلوگرم از خاک به کار می رود. دلایل ذکر شده برای این مطابقت نداشتن شامل حجم متفاوت آب مصرف شده در تهیه محلول، مقادیر متفاوت کنش پذیری آهن به دلیل تفاوت در مقدار اکسیژن آب و مقدار متفاوت فشار کاربردی در حین تزریق است.
هزینه
NZVI حدوداً 40 تا 50 دلار به ازای هر کیلوگرم و پلادیم پوشش یافته با NZVI بین 68 تا 146 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارد. اگر چه NZVI به طور قابل توجهی نسبت به ZVI دانه ای و میکرومقیاس که هر کدام به ترتیب 2/2 و 75/3 دلار به ازای هر کیلوگرم هزینه دارند، گران است، اما از آن جا که مقادیر کمی از NZVI به دلیل سطح ویژه و واکنش پذیری بسیار بالای آن مورد نیاز است، از نظر اقتصادی به صرفه است. در مقابلِ هر گرم پودر تجاری ZVI که سطحی کمتر از یک متر مربع دارد، NZVI به ازای هر گرم 5/33 مترمربع سطح واکنش پذیر داشته و سرعت تصفیه آن ده تا صد مرتبه سریع تر است.
روش مصرف
استفاده درجا و غیردرجای از NZVI نسبتاً آسان است. برای کاربردهای درجا، پودر NZVI را برای تشکیل محلول آهن با آب در یک منبع مخلوط کرده، سپس با یک پمپ و چاه تزریق مستقیماً به خاک آلوده تزریق می کنیم. از آنجا که تجهیزات مشابه مورد استفاده برای دیگر موارد تزریقی موجود است، تجهیزات چاهی خاص مورد نیاز نیست. NZVI به دلیل داشتن ذرات کوچک تر نسبت به ZVI دانه ای، راحت تر تزریق شده، می تواند تا اعماق بیشتری نفوذ کند. همچنین نانوذرات NZVI می توانند در یک ماتریس جامد از قبیل کربن فعال، زئولیت، نانولوله های کربنی و دیگر مواد برای تولید غشاهایی با کاربرد غیردرجا ایمن شوند.
5-2. فتوکاتالیست های نانومقیاس دی اکسید تیتانیوم
دی اکسید تیتانیوم هم به عنوان عامل احیای فتوکاتالیستی و هم به صورت یک جاذب عمل می کند و به صورت درجا و غیردرجا در تصفیه آب استفاده می شود. دی اکسید تیتانیوم در حضور آب، اکسیژن و تابش UV، رادیکال های آزاد تولید می کند که این رادیکال ها آلودگی های متفاوت را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت کمتری تجزیه می کنند. دی اکسید تیتانیوم نانومقیاس، سطح بیشتر و فرایند فتوکاتالیستی سریع تری را نسبت به ذرات بزرگ تر فراهم می نماید. دی اکسید تیتانیوم یا به صورت نانوپودر، برای استفاده در سوسپانیون ها و یا به شکل فیلترهای دانه ای موجود است و در چندین شکل دیگر به عنوان پوشش برای غشاهای ثابت، میکروکره های نانوکریستالی و غشاهای ترکیبی با سیلیکا به کار می رود.
حذف آلودگی ها
دی اکسید تیتانیوم تقریباً همه آلودگی های آلی را تجزیه می کند. این ماده بسیار آب دوست است؛ و بنابراین توانایی جذب آلودگی های زیستی و فلزات سنگین از قبل آرسنیک را دارد. راندمان آن تابع کیفیت دی اکسید تیتانیوم، شدت پرتو فرابنفش، PH آب، موجودی اکسیژن و غلظت آلودگی ها است.
مقدار تصفیه آب
سیستم های متفاوت دی اکسید تیتانیوم، شدت جریان و سرعت های حذف متنوعی را فراهم می کنند و ازهمه آنها می توان محدوده استفاده کرد. نانوپودرهای سوسپانسیون شده دی اکسید تیتانیوم فرایند فتوکاتالیستی پُربازدهی را از خود نشان می دهند؛ چرا که سطح داخلی آنها در معرض تابش اشعه فرابنفش و آلودگی ها قرار می گیرد. به دلیل ترکیب سطوح کنش پذیر با مواد پایه و در نتیجه، کاهش سطح فعال، بازده نانوذرات دی اکسید تیتانیوم که به عنوان پوشش استفاده شده یا روی زیرلایه هایی از قبیل شیشه و سرامیک ثابت شده اند، پنج برابر درصد بازده فتوکاتالیستی نانوذرات سوسپانسیون شده است. همچنین تخلخل غشا یا زیرلایه، بر شدت جریان و عمر مفید این سیستم ها موثر است. میکروکره های نانوکریستالی دی اکسید تیتانیوم، سطحی قابل مقایسه با نانوپودرها دارند، اما فرایندهای فتوکاتالیستی آهسته تری انجام می دهند.
هزینه
هزینه نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم برحسب کیفیت آن چند صد دلار بر کیلوگرم است. به عنوان مثال اخیراً شرکت Altair یک سیستم تولیدی به ثبت رسانده است، که می تواند نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم را در مقیاس انبوه و بسیار ارزان تولید کند. همچنین این شرکت فروش محصولات کوچک مبتنی بر این فناوری را طراحی می کند. این محصولات در دو اندازه 40 کیلوگرم بر ساعت و یک تا دو کیلوگرم بر ساعت موجود خواهند بود. این واحد، دی اکسید تیتانیوم را از تتراکلرید تیتانیوم تولید می کند که می تواند حدوداً هزاروصد دلار به ازای هر تن یا صد و ده دلار به ازای هر کیلوگرم فروخته شود.
روش مصرف
به دلیل سختی بازیافت و جداسازی ذرات بعد از تصفیه، استفاده از نانوپودرهای دی اکسید تیتانیوم سوسپانسیون شده مشکل است. ذرات سوسپانسیون معمولاً به وسیله اولترافیلتراسیون یا میکروفیلتراسیون جدا می شوند اما در حین این فرایند مقدار قابل توجهی از ذرات از بین می روند. استفاده از میکروکره های نانوکریستالی آسانتر است. آنها در آب از طریق حباب سازی هوا سوسپانسیون شده و به طور طبیعی در ظرف آب برای بازیافت آسان تر ته نشین می شوند.
5-4. اکسیدآهن نانوساختار جاذب
شرکت فناوری های Adedge آمریکا، اکسیدآهن نانوساختار دانه ای و خشکی به نام AD33، برای حذف آرسنیک عرضه نموده است. AD33 با ترکیبی خواص کاتالیستی و جذبی اکسیدآهن با هم، ضمن تبدیل آرسنیک به موادی با سمیت کمتر، به طور همزمان آن را از آب جدا می نماید، این شرکت همچنین طرحی از لوازم مصرفی شامل فیلترهای AD33 را ارائه نموده است.
حذف آلودگی ها
AD33 می تواند بیش از 99 درصد آرسنیک را حذف کند، همچنین می تواند مقادیر سرب، روی ، کروم، مس و دیگر فلزات سنگین را کاهش دهد و آلودگی های جذب شده را از خود عبور نمی دهد.
مقدار تصفیه آب
عمر مفید فیلترهای AD33 معمولاً دو تا چهار سال است. سیستم های تصفیه خانگی سری مدالیون شرکت Adedge با سه دبی19، 26 و 38 لیتر بر دقیقه موجود است، همچنین شرکت Adedge کارتریج های حاوی AD33 با دبی متوسط دو لیتر بر دقیقه را عرضه نموده است. عمر مفید این کارتریج ها بین سه هزار و 800 تا 11 هزار و 400 لیتر است و به طوری که تخمین زده می شود چهار تا شش برابر بزرگ تر از دیگر جاذب های تجاری موجود است.
هزینه
هزینه کارتریج های AD33 برای هر مورد حدوداً 50 دلار است و هزینه هر فیلتر مجزا وابسته به مقدار خریداری شده است؛ اما به طور نمونه بین هشت تا 13 دلار به ازای هر لیتر تغییر می کند.
روش مصرف
طبق توصیه های شرکت Adedge، فیلترها و محصولات AD33 نیاز به جایگزینی مکرر داشته و مواد شیمیایی یا احیاءکننده ها برای آنها استفاده نمی شود. با توجه به خشکی ابزارهای AD33، نسبت به سایر ابزارهای فیلتراسیون مبتنی بر آهن مرطوب، راحت تر استفاده می شوند؛ به طوری که در گسترده وسیعی از سیستم ها استفاده می شوند. علاوه بر این، ابزارهای AD33 مصرف شده خطرناک نیست می توان آنها را طبق استانداردهای سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا در زمین دفع کرد.

فهرست منابع و مآخذ

http://sites.google.com/site/onlinepetroleum/petrolinks/exploration/1039

http://www.ripi.ir/lang/index.php?option=content&task=view&id=80

http://www.p-pooyapolymer.com/index.php

http://fa.wikipedia.org/wiki

http://www.fadakfilter.com/fa/index.asp?p=pages&ID=219

http://www.fadakfilter.com/fa/index.asp?p=pages&ID=259&Sub=219

http://nabzefarda.com/showthread.php?t=4224

73