تكرير الخامات المتاحة الثقيلة عالية الكبريت: أداء وحدة إزالة الأملاح وتأثيرات وحدة التفريغ

تبدو الخامات المتاحة جذابة بناءً على فارق السعر، لكنها تنقل المشكلة إلى مقدمة المحطة. فالخامات الأثقل والأعلى كبريتاً والأكثر حموضة تكون لزجة وتحمل المزيد من الأملاح والمواد الصلبة والمعادن. كما أنها تقترب أكثر من حافة استقرار الأسفلتين. وعادة ما تكون وحدة إزالة الأملاح هي أول وحدة تظهر عليها الآثار: تسرب المحلول الملحي إلى الخام، أو زيادة سمك طبقة الواجهة، أو استمرار انخفاض معدل إزالة الأملاح. ثم تنتقل العواقب إلى المصب. حيث يؤدي ضعف إزالة الأملاح إلى تغذية الكلوريدات والمواد الصلبة في برج الخام ونظام التكثيف العلوي، ويمكن أن يؤدي المزيج الهامشي إلى اتساخ المبادلات الحرارية للتسخين المسبق وسخان التفريغ. إن وحدة التفريغ التي تعاني من نقص زيت الغسيل أو التي تتراكم فيها الرواسب في الملفات مبكراً يمكن أن تحد من قدرة المصفاة بأكملها. لذلك، يجب أن تتضمن الجدوى الاقتصادية لتغيير قائمة الخامات قدرة وحدة إزالة الأملاح، وحدود وحدة التفريغ، وتحمل المصب لجودة المتبقي وزيت الغاز الناتجة.

سياق المعايير والمتطلبات

لا يوجد معيار واحد يحكم تغييرات قائمة الخامات. هذه هي المراجع التي يلجأ إليها فريق العمليات والنزاهة عادةً:

• يصف API RP 571 آليات التلف التي تؤثر على المعدات الثابتة في التكرير، بما في ذلك التآكل بحمض النابثينيك، والكبرتة، وهجوم كلوريد الأمونيوم. وتميل قائمة الخامات الأثقل والأكثر حموضة والأعلى في نسبة الأحماض إلى تسريع هذه العمليات.
• يوفر API RP 939-C إرشادات لتجنب فشل التآكل الكبريتي في مصافي النفط. استخدمه عندما يتغير كبريت الخام ودرجة حرارة التشغيل معاً.
• يغطي ASTM D3230 الأملاح في النفط الخام بالطريقة الكهرومغناطيسية. وهو فحص سريع لمدخل ومخرج وحدة إزالة الأملاح، لكنه لا يحل محل العمل المخبري للكلوريدات والمواد الصلبة.
• يحدد ASTM D664 الرقم الحمضي عن طريق المعايرة الجهدية، وهو الأساس المعتاد لفحص مخاطر حمض النابثينيك.
• يحدد ASTM D7157 الاستقرار الجوهري للمخلفات المحتوية على الأسفلتين، وزيوت الوقود الثقيلة، والزيوت الخام عن طريق فصل طور الهبتان العادي مع الكشف البصري. ويستخدم لمقارنة الخلطات والحكم على هوامش التوافق.

تعد إدارة التغيير، ومراجعة المخاطر للقائمة الجديدة (بما في ذلك H₂S في أنظمة أخذ العينات والتصريف) وخطط مراقبة التآكل المنقحة مطلوبة بغض النظر عن تحليل الخام.

لماذا تتصرف الخامات المتاحة الثقيلة والحامضة بشكل مختلف

الخامات الثقيلة والحامضة عالية اللزوجة وتحتوي على نسبة عالية من الكبريت والأملاح والمعادن. وتؤثر كل خاصية على جزء مختلف من المحطة:

• اللزوجة والكثافة: تترسب قطرات الماء عبر الزيت تحت تأثير الجاذبية. ومع زيادة كثافة الزيت ولزوجته، يتقلص فرق الكثافة ويتباطأ الترسيب، لذا فإن وحدة إزالة الأملاح المصممة لقائمة خامات أخف تفقد قدرتها.
• الملح والمواد الصلبة: المزيد من الملح والمزيد من المواد الصلبة الدقيقة يعني المزيد من المواد التي يجب إزالتها. وتعمل المواد الصلبة على استقرار المستحلبات وتتجمع عند الواجهة.
• الكبريت والحمض: تؤدي هذه العناصر إلى التآكل في الأفران وخطوط النقل وأجزاء برج التفريغ الداخلية، وتغير من المواصفات المعدنية التي تحتاجها.
• المعادن ومحتوى المتبقي: تتركز المعادن والمتبقي في قاع برج التفريغ وزيت الغاز الثقيل، وهو المكان الذي تشعر فيه وحدات الحفاز في المصب بالتغيير.

ينطبق المنطق نفسه على الوحدات الحالية. فالوحدة المصممة لقائمة خامات أخف تحمل افتراضات ضمنية حول الترسيب، ووقت بقاء ملف السخان، وسلوك منطقة الغسيل، وسوف تختبر التغذية الأثقل كل واحد من هذه الافتراضات.

أداء نازع الأملاح على اللقيم الثقيل

ما الذي يتعطل عادةً

نادرًا ما يكون هناك سبب واحد.

الروافع العملية

1. درجة الحرارة. تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى خفض اللزوجة وتحسين الترسيب، ولكنها محدودة بضغط بخار الخام عند ضغط نازع الأملاح وبالظروف الكهربائية داخل الوعاء. تحقق من هامش الضغط قبل رفع درجة الحرارة على مزيج يحتوي على مكونات خفيفة.
2. طاقة الخلط. تحتاج الخامات الثقيلة إلى خلط كافٍ لإحداث تلامس بين مياه الغسيل وقطرات المحلول الملحي. ومع ذلك، فإن الكثير منه يؤدي إلى مستحلب متماسك لا يستطيع المجال الكهربائي كسر روابطه. اضبط صمام الخلط بناءً على جودة الملح والمحلول الملحي عند المخرج، وليس بناءً على فرق ضغط ثابت.
3. مياه الغسيل. الجودة والمعدل كلاهما مهم. مياه الغسيل رديئة الجودة، خاصة تلك التي تحتوي على عسر عالٍ أو أمينات محمولة في التدفقات المعاد تدويرها، يمكن أن تقوض البرنامج الكيميائي.
4. البرنامج الكيميائي. راجع اختيار كاسر المستحلب عند كل تغيير رئيسي في قائمة الخامات. المنتج الذي نجح مع المزيج السابق قد يفشل مع خام ذو خصائص صلبة أو أسفلتينية مختلفة. اختبارات القوارير (Bottle tests) على أمثلة من المزيج هي نقطة البداية، ولكن يجب تأكيد النتائج على الوحدة.
5. إدارة واجهة الفصل. تعامل مع ملف الواجهة كإشارة أداء أساسية، وليس كأمر ثانوي. يخبرك تراكم طبقة المستحلب أن نازع الأملاح يفقد قدرته الاستيعابية قبل أن يتأثر ملح المخرج.

يشير Dion و Perez بشكل خاص إلى الأمينات الدخيلة. يمكن أن تدخل من خلال النفايات السائلة (slop) أو الشحنات الملوثة ثم تظهر في المصب على شكل تملح بالكلوريدات في الجزء العلوي. اشتبه في وجودها عندما تسوء مؤشرات التآكل العلوي بينما يبدو ملح مخرج نازع الأملاح مقبولاً.

عواقب مياه الصرف الصحي

يمكن أن يحمل المحلول الملحي لنازع الأملاح من الخامات الثقيلة المزيد من الزيوت والمواد الصلبة والمواد العضوية إلى محطة معالجة مياه الصرف الصحي. إن التغيير في كيمياء كاسر المستحلب، أو زيادة انتقال الواجهة، يمكن أن يصل إلى مرحلة المعالجة البيولوجية. أشرك فريق معالجة مياه الصرف الصحي في مراجعات تغيير قائمة الخامات.

استقرار الأسفلتين والخلط

تبقى الأسفلتينات في الخام طالما أن الزيت المحيط يبقيها في حالة انتشار غروي (peptised). اخلط خامًا بارافينيًا أو خفيفًا مع خام أسفلتيني ثقيل، وقد يميل المزيج نحو الترسيب، حتى عندما يكون كل خام مستقرًا بمفرده. تعمل الأسفلتينات المترسبة كمواد مسببة للاتساخ وكمثبتات للمستحلب. تظهر في واجهة نازع الأملاح ومرة أخرى في مبادلات التسخين المسبق، وأنابيب الأفران، ومعالجة مخلفات الفراغ.

العواقب العملية:

• ترتيب ونسبة الخلط أمران مهمان. المزيج المستقر عند النسبة النهائية قد يمر عبر تركيبة غير مستقرة أثناء ملء الخزانات أو خطوط الأنابيب. راجع مرحلة الانتقال، وليس فقط الحالة النهائية.
• يجب أن يكون اختبار الاستقرار خاصًا بالمزيج. استخدم طريقة مثل ASTM D7157 على مزيجات فعلية أو ممثلة، وتتبع الهامش مع تغير النسب، بدلاً من الاعتماد على تحليلات الخام الفردية.
• عامل التوافق كحد أقصى إلى جانب الملح والحمض. يجب أن تتضمن جدولة الخام قيدًا على الاستقرار بنفس الطريقة التي تتضمن بها قيدًا على الكبريت أو العدد الحمضي الكلي (TAN).
• راقب علامات المصب. يمكن أن تشير معدلات اتساخ التسخين المسبق المتزايدة، وانخفاض الضغط السريع في ممرات الفرن، والمواد الصلبة في واجهة نازع الأملاح، إلى استقرار هامشي، حتى عندما تبدو كل وحدة مقبولة بحد ذاتها.

تأثيرات وحدة التفريغ

هذا هو المكان الذي تتركز فيه تحديات الخام الثقيل. فالتغذية تمثل جزءاً أكبر من الخام، وهي أثقل، وأعلى في محتوى المعادن والكبريت، وأكثر عرضة للتكسير الحراري.

السخان وخط النقل

تتطلب المتبقيات الجوية الثقيلة درجة حرارة أعلى لتبخير معين، وتصل درجة حرارة الغشاء عند جدار الأنبوب إلى منطقة التكويك في وقت أقرب. يقلل الكوك من طول فترة التشغيل ويخلق نقاطاً ساخنة. يعد حقن البخار وسرعة الملف الأدوات الرئيسية لإدارة زمن البقاء، وكلاهما محدود بقيود الهيدروليكا وحمل بخار العمود. يجب مراقبة درجات حرارة الغلاف، وتوازن الممرات، واتجاهات انخفاض ضغط الملف مقابل خط الأساس النظيف.

منطقة الغسيل وجودة زيت الغاز الثقيل للتفريغ

إذا كانت منطقة الغسيل ناقصة الترطيب أو سيئة التوزيع، فإن الانجراف ينقل المعادن والمواد المكونة للكربون إلى زيت الغاز الثقيل للتفريغ. عادة ما يكون زيت الغاز هذا هو التغذية لوحدة التكسير الهيدروجيني أو وحدة FCC، لذا فإن الملوثات تضرب عمر العامل الحفاز مباشرة. تجعل الخامات الثقيلة إدارة زيت الغسيل وتصميم الحشوات أو الشبكات أكثر أهمية. النقطة التي ذكرت في مقال تصميم CDU/VDU، بأن ممارسات التصميم التقليدية تؤدي إلى قصر فترة التشغيل وضعف الإنتاجية والجودة، تنطبق بقوة هنا.

التآكل وعلم الفلزات

يؤدي ارتفاع محتوى الكبريت والأحماض إلى زيادة التآكل بالكبريت وتآكل حمض النابثينيك في عمود التفريغ وخط النقل ودائرة القاع. استخدم API RP 939-C و API RP 571 كأساس لمراجعة المواد ونطاق الفحص. ثم تأكد من أن اختيارات السبائك الحالية تغطي المزيج الجديد من الكبريت والأحماض عند درجات حرارة التشغيل التي تراها فعلياً.

القاذفات والأنظمة العلوية

التغذية الأثقل التي تتكسر بشكل أكبر في السخان تنتج المزيد من النواتج الخفيفة والغازات غير القابلة للتكثيف، وهذا يحمل نظام التفريغ أعباءً إضافية. افحص سعة القاذف والمكثف مقابل حمل الغاز المتكسر الجديد، وليس فقط حالة التصميم.

تأثيرات المصب المتسلسلة

• وحدات المعالجة الهيدروجينية والتكسير الهيدروجيني: المزيد من الكبريت والنيتروجين والمعادن في زيت الغاز للتفريغ يرفع استهلاك الهيدروجين، ويقلل عمر العامل الحفاز، ويضيق الهامش في التحكم في تآكل نواتج المفاعل.
• FCC: ارتفاع المعادن والمواد المكونة للكربون في التغذية يغير تعويض العامل الحفاز وحمل المجدد.
• وحدة الكوك ومعالجة المتبقيات: المزيد من متبقيات التفريغ يعني طلباً أكبر على مخارج التكويك أو مخارج القاع الأخرى، وتؤثر طبيعة الأسفلتين على سلوك الكوك وتداوله.
• الأنظمة العلوية: يظهر سوء إزالة الأملاح في صورة ترسب أملاح الكلوريد والأمونيوم وتآكل المياه الحمضية في الجزء العلوي من عمود الخام.

سيناريو توضيحي

هذا السيناريو توضيحي وليس مستمداً من مصفاة محددة.

تدرس مصفاة تعمل بمزيج خام حامض متوسط شحنة ثقيلة عالية الكبريت لمزيجها. يظهر التحليل أن الشحنة مستقرة بمفردها وبها أملاح معتدلة. يقترح التخطيط رفع الجزء الثقيل بخطوات عبر دورات الخزانات المتعاقبة.

ستسير المراجعة السليمة على النحو التالي:

1. إجراء اختبارات الاستقرار على نسب المزيج المتوسطة، وليس فقط المزيج النهائي، وإيجاد النقطة ذات الهامش الأقل.
2. تكليف باختبارات القارورة لكسر الاستحلاب الحالي على المزيج الأثقل، والطلب من مورد الكيماويات التحقق من الكالسيوم والأمينات والمواد الصلبة التي تحملها الشحنة.
3. رفع وتيرة أخذ عينات واجهة فاصل الأملاح خلال دورات الخزانات الأولى، وتتبع طبقة المستحلب ومحتوى الزيت في المحلول الملحي، وإبلاغ محطة معالجة الصرف مسبقاً.
4. مراجعة درجات حرارة غلاف سخان التفريغ وتوازن الممرات وأداء منطقة الغسيل مقابل خط الأساس السابق. الاتفاق على نقطة انطلاق للتراجع عن الجزء الثقيل قبل تسارع التكويك.
5. طلب تأكيد من مالكي وحدات المصب حول قدرتهم على تحمل زيت الغاز للتفريغ والمتبقيات الأثقل، بما في ذلك توازن الهيدروجين ومراقبة العامل الحفاز.

يعتمد القرار بعد ذلك على الاتجاهات الملحوظة في كل خطوة، مع مسار تراجع متفق عليه مسبقاً. ولا ينبغي أن يعتمد على فرق سعر الشحنة وحده. يجب أن يستخدم أي أخذ عينات للهيدروكربون أو المحلول الملحي أنظمة مغلقة مع احتياطات H₂S. تحتاج أي عملية فحص داخلي لفواصل الأملاح أو أعمدة التفريغ إلى العزل، وتفريغ الضغط، والتحقق من الطاقة الصفرية، والقفل والوسم، وكشف الغاز، وضوابط المنطقة الخطرة، والتهوية الآمنة قبل دخول أي شخص أو فتح المعدات.

قائمة مرجعية لتقييم تغيير مزيج ثقيل عالي الكبريت

• تأكد من أن تحليلات الخام تشمل الملح، والمواد الصلبة، والكالسيوم، والرقم الحمضي، والكبريت، والمعادن، ومحتوى الأسفلتين، وتحقق منها مقابل الإيصالات.
• أجرِ اختبارات استقرار المزيج عبر النسب المتوسطة، وليس فقط المزيج المستهدف.
• افحص درجة حرارة فاصل الأملاح، وهامش الضغط، ونطاق صمام الخلط، وسعة مياه الغسيل مقابل لزوجة التغذية الأثقل.
• اختبر كاسر الاستحلاب على المزيج الفعلي واسأل المورد عن الكالسيوم والأمينات والتوافق.
• حدد ملف الواجهة ومحتوى الزيت في المحلول الملحي كمؤشرات أداء مراقبة.
• أبلغ فريق معالجة الصرف قبل معالجة أول شحنة ثقيلة.
• راجع سرعة ملف سخان التفريغ، وحقن البخار، وهامش درجة حرارة الغلاف، واتجاهات انخفاض ضغط الملف.
• افحص معدل سائل منطقة غسيل التفريغ وتوزيعه مقابل التغذية الأثقل.
• راجع علم الفلزات ونطاق الفحص مقابل مخاطر التآكل بالكبريت وحمض النابثينيك.
• تحقق من سعة القاذف والمكثف لحمل الغاز المتكسر.
• احصل على تأكيد من وحدات المصب لجودة زيت الغاز للتفريغ والمتبقيات.
• حدد نقطة انطلاق للتراجع ومسار اتصال قبل بدء التجربة.

الخلاصة

يمكن إدارة الخامات الثقيلة عالية الكبريت المتاحة في السوق عند تقييم وحدة إزالة الأملاح ووحدة التفريغ ووحدات المصب معاً. الفشل المعتاد هو تحسين وحدة واحدة بينما تتحمل الوحدة التالية العبء الناتج. ابدأ باختبارات الاستقرار الخاصة بالمزيج ومراجعة المواد الكيميائية وعملية الخلط في وحدة إزالة الأملاح. ثم تحقق من هوامش سخان التفريغ ومنطقة الغسيل، ومدى تحمل وحدات المصب لزيت الغاز الثقيل والمخلفات. قم بتجربة قائمة الخامات على مراحل مع تحديد معايير المراقبة والتراجع، واستعن بمتخصصي السلامة ومعالجة النفايات السائلة وموردي المواد الكيميائية قبل وصول الشحنة الأولى.