عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی واکنش تولید نفت از منابع شیل نفتی در فرآیند پالایش (Retprting)
- رشته تحصیلی
- مهندسی نفت - مخازن هیدروکربوری
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1524.;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TP 172;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 65960
- تاریخ دفاع
- ۲۶ مرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- علی رسولی
- استاد راهنما
- فرهنگ جلالی فراهانی, علی شکاری فرد
- چکیده
- فرآیند پالایش، نوعی فرآیندی شیمیایی است که در طی آن، از شیل نفتی و در طی واکنش تجزیه حرارتی، محصول نفت مانند تولید می‌شود. این فرآیند نفتزایی مصنوعی از منابع نابالغ یا کمتر بالغ شده هیدروکربوری می‌باشد. برای نخستین بار در ایران، پنج گروه از نمونه‌ها (سه سطحی، یک گودال و یک چاهک) از شیلهای نفتی قالیکوه واقع در حوضه زاگرس، استان لرستان، از سازند سرگلو (ژوراسیک میانی) و گرو (کرتاسه زیرین) به عنوان مخزن نمونه مطالعه شدند. با بکارگیری روشهای آزمایشگاهی اکتشافی و ارزیابی سوختی، وجود رخساره‌های بسیار غنی از مواد آلی کروژن نوع II-I با 16.3% وزنی میانگین کل کربن آلی و mg HC/g rock 82.7 میانگین ظرفیت ذاتی تولید مشخص شد. همچنین تولید نفت (بیش از 6% نفت و بیش از 2% گاز) ظرفیت اقتصادی منابع قالیکوه را متوسط نشان داد. در همه نواحی، توزیع ظرفیت نفت قابل تولید کمابیش یکسان و ارزش حرارتی به نسبت کم ارزیابی شد. درصد رطوبت و ترکیبات فرار نیز در تمامی نمونه‌ها بسیار کم بوده و درصد گوگرد بالا به دست آمده است. برای مطالعه کمی فرآیند، ابتدا خواص حرارتی و سینتیکی با بکارگیری تحلیلهای حرارتی گرانی‌سنجی و کالریمتری تعیین شدند. همه آزمایشها وجود دو ناحیه واکنشی اجزای آلی و غیرآلی را نشان دادند. کمیتهای سینتیکی به کمک روشهای تراز تبدیل برای هر نمونه و هر ناحیه واکنشی محاسبه شدند. همچنین رویکردهای ریاضی جدیدی برای محاسبه ضریب ثابت واکنش روشهای انتگرالی و همچنین ظرفیت گرمایی ویژه (محاسبه تغییرات جرم متناظر با تحلیل DSC با ادغام سینتیک تراز تبدیل و داده‌های کالریمتری) ارائه شدند. ظرفیت گرمایی ویژه تابعی از تبدیل واکنش و نرخ حرارت‌دهی به دست آمد. همچنین نشان داده شد، مستقل از رفتار حرارتی اجزای آلی هر نمونه، انرژی فعال‌سازی در هر سازند، مشخصه طیف‌گونه مخصوص همان سازند است. بر اساس مدلهای ریاضی و تابعیت خواص فیزیکی-حرارتی، شبیه‌ساز با برنامه‌نویسی توسعه داده شد. اعتبارسنجی روش تراز تبدیل KAS را مناسب‌ترین شیوه تحلیل سینتیک نشان داد. بر اساس نتایج آزمایشگاهی و مدل ریاضی، متغیرها و تابع هدف مناسبی برای بهینه‌سازی فرآیند با تعریف تابع هدفی برای کمینه کردن مصرف انرژی به دست آمد. تمایل به پیشروی سریع واکنش در نرخهای حرارت‌دهی بالا و بیشینه دمای عملیاتی بالا از نتایج بهینه‌سازی است. مشابه آنچه که از آزمایشها به دست آمده است، شرایط بهینه کلیه نمونه‌ها مشابه یکدیگر هستند. در کل، حساسیت فرآیند به شرایط عملیاتی، کم ارزیابی شده است.
- Abstract
- Retorting process is a kind of chemical process, where the petroleum-like product is produced from oil shale during a thermochemical reaction. This process can also be described as an artificial maturation of immatured/early matured hydrocarbon resources. For the first time, five groups of samples (three outcrops, one trench and one borehole) from the oil shales of Qalikuh in Zagros basin, Lorestan province, from Sargelu Formation (Middle Jurassic) and Garau Formation (Lower Cretaceous) were studied as an instance reservoir in Iran. By performing exploration and fuel evaluation experimental methods, the existence of very high organic rich facies of Kerogen type II-I with mean 16.3 wt. % total organic carbon and 82.7 mg HC/g rock genetic potential was corroborated. Also, the oil production (over than 6% oil and over than 2% gas) indicated the Qalikuh resource as medium economical deposit. In all of the regions, distribution of evaluated petroleum generation potential was determined almost identical and the heat value of resources relatively low. The wetness and free hydrocarbons were assessed low & instead, the sulfur had high contribution in studied samples. In order to study the process quantitatively, first, the thermal and kinetic properties were determined with Thermogravimetric and Calorimetric analyses. All of the outcomes disclosed two reaction regions, i.e. organic matter and minerals. For each sample and for each reaction region, kinetic quantities were computed with isoconversional methods. Moreover, new approaches were developed for calculation of integral-based pre-exponential factor and also, specific heat capacity (for calculating mass variation during DSC analysis by integration of isoconversional kinetic and calorimetric data). Specific heat capacity was determined as a function of reaction conversion and heating rate. It was shown that the activation energy of each Formation can be considered as a Formation spectrum characteristic, independent of organic matter thermal behavior. The simulator was developed by computer programming, considering mathematical models and functionality of physical-thermal properties. The validation procedure revealed the KAS isoconversional method as the most appropriate kinetic analysis technique. According to experimental results and mathematical model, suitable variables and objective function was obtained for minimizing energy consumption for process optimization. Optimum results revealed the tendency of reaction at higher heating rates and higher maximum operating temperature. For all of the samples, the results were obtained similar, which are analogous to experimental outcomes. In general, the sensitivity of process energy consumption to operational conditions has been evaluated low. Keywords: Iran; Qalikuh; Zagros basin; Sargelu Formation; Garau Formation; Oil-generation; Rock-Eval VI; Modified Fischer Assay; Fuel analysis; X-Ray spectrometry; Kinetic; Thermogravimetry Analysis (TGA); Differential Scanning Calorimetry (DSC); Isoconversional methods; Specific Heat Capacity; Chemical reaction engineering; Programming; Simulation; Optimization
