การสกัดและการผลิตน้ำมันและก๊าซ

–

การสกัดก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นในชั้นนอกของเปลือกโลกหรือที่เรียกว่าลิโธสเฟียร์ ก๊าซนี้เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของสารอินทรีย์ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิที่แตกต่างกัน ซึ่งดำเนินมาเป็นเวลาหลายล้านปี ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยมีเทน (CH ₄ ) และสารประกอบโฮโมล็อก (C ₃ -C ₄ ) เป็นหลัก องค์ประกอบของมันขึ้นอยู่กับประเภทของแหล่งที่มันถูกสกัดออกมา แน่นอนว่านอกเหนือจากมีเทนและสารประกอบโฮโมล็อกแล้ว ก๊าซธรรมชาติยังมีส่วนประกอบที่ไม่พึงประสงค์อีกจำนวนหนึ่ง เช่น ไนโตรเจน น้ำ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือคาร์บอนไดออกไซด์

ภายใต้สภาวะธรรมชาติ ก๊าซสามารถมาพร้อมกับน้ำมันดิบหรือเกิดขึ้นแยกกัน โดยส่วนใหญ่เกิดขึ้นในสองรูปแบบ: เป็นก๊าซที่ละลายในน้ำหรือน้ำมันได้อย่างอิสระ หรือในรูปแบบที่ดูดซับในหินหรือถ่านหิน

ก๊าซที่ผลิตได้จากวิธีการทางอุตสาหกรรม

สามารถผลิตก๊าซได้หลายประเภทโดยใช้กรรมวิธีทางอุตสาหกรรม:

ก) ก๊าซเหลว – เรียกกันทั่วไปว่า LPG (ก๊าซปิโตรเลียมเหลว) ส่วนประกอบหลัก ได้แก่ โพรเพน (C ₃ H ₈ ) บิวเทน และไอโซบิวเทน (C ₄ H ₁₀ ) โดยส่วนใหญ่แล้วจะได้มาจากการทำให้น้ำมันเบนซินดิบ น้ำมันดิบคงตัว หรือจากกระบวนการแปรรูปก๊าซของโรงกลั่นจากกระบวนการรีฟอร์ม แคร็ก และไพโรไลซิส
ข) ก๊าซเมือง – ได้มาจากสภาวะการเผาถ่านหินที่อุณหภูมิต่ำและปานกลาง
ค) ก๊าซถ่านหิน – ผลิตขึ้นในกระบวนการไล่ก๊าซออกจากถ่านหินที่อุณหภูมิสูง
ง) ก๊าซจากการแปรสภาพถ่านหินเป็นก๊าซ – ได้มาจากการทำปฏิกิริยากับถ่านหินสีน้ำตาลหรือถ่านหินสีดำกับส่วนผสมของไอน้ำและออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 900°C องค์ประกอบขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการแปรสภาพที่ใช้ ปัจจัยทางเศรษฐกิจที่สำคัญที่สุดคือการผลิตส่วนผสมของ CO และ H ₂ (เรียกว่าก๊าซสังเคราะห์)

–

การประยุกต์ใช้และข้อดีของเชื้อเพลิงก๊าซ

เชื้อเพลิงก๊าซมีข้อดีหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง นอกจากนี้ เชื้อเพลิงก๊าซยังมีอุณหภูมิการเผาไหม้ที่คงที่ ไม่จำเป็นต้องจัดเก็บสำหรับผู้ใช้ และเผาไหม้โดยไม่มีควัน (ไม่มีเถ้าและการปล่อยออกไซด์ของซัลเฟอร์) ก๊าซธรรมชาติเป็นตัวพาพลังงานที่มีค่าและเป็นวัตถุดิบที่สำคัญในอุตสาหกรรม ได้แก่ เคมีภัณฑ์ (การผลิตก๊าซสังเคราะห์) พลังงาน (เครื่องยนต์สันดาปแบบลูกสูบ กังหันก๊าซ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) การก่อสร้าง (การผลิต แก้ว ซีเมนต์ และเซรามิกสำหรับอาคาร) และโลหะวิทยา (เตาเผาความร้อน)

การสกัดน้ำมัน

–

การเลือกสถานที่ตั้งแหล่งน้ำมันแห่งใหม่เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและมีค่าใช้จ่ายสูงมาก โดยเริ่มจากการสำรวจแผ่นดินไหวเพื่อค้นหาโครงสร้างทางธรณีวิทยาที่เหมาะสมซึ่งสามารถสร้างแหล่งน้ำมันได้ โดยใช้วิธีการวิจัย 2 วิธีเพื่อจุดประสงค์นี้ วิธีแรกคือการระเบิดใต้ดินใกล้กับแหล่งน้ำมันและสังเกตปฏิกิริยาแผ่นดินไหวซึ่งจะช่วยให้คุณได้รับข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งและขนาดของแหล่งน้ำมัน วิธีที่สองคือการรับข้อมูลนี้จากคลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ

ขั้นตอนแรกของการสกัดน้ำมันคือการเจาะรูลึกในพื้นดิน จากนั้นจึงใส่ปลอก (ท่อเหล็ก) ลงในรูที่เจาะไว้ เพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างทั้งหมดจะมั่นคง ในขั้นตอนต่อไป จะเจาะรูเพิ่มเติมเพื่อให้น้ำมันที่สกัดออกมาไหลได้มากขึ้น เพื่อละลายสารมลพิษในหลุมเจาะ มักใช้ กรดไฮโดรคลอริก ซึ่งมีฤทธิ์ทำให้คาร์บอเนตและหินปูนเป็นกรดได้อย่างมีประสิทธิภาพ และขจัดตะกอนของตะกรัน สนิม และคาร์บอนไนต์ กรดไฮโดรคลอริก ยังใช้ในการขจัดซีเมนต์ที่เหลือหลังจากขั้นตอนการเจาะ ในขั้นตอนต่อไป จะมีการติดตั้งพิเศษที่ด้านบนของหลุม ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "ต้นคริสต์มาส" ซึ่งเป็นชุดวาล์ว ท่อ และอุปกรณ์ประกอบที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมความดันและการไหลของน้ำมันและก๊าซ

หลังจากเชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งหมดแล้ว ขั้นตอนการกู้คืนขั้นต้นก็จะเกิดขึ้น เพื่อสกัดน้ำมันในกระบวนการนี้ มีการใช้กลไกตามธรรมชาติหลายอย่าง เช่น การระบายแรงโน้มถ่วง อัตราการกู้คืนในขั้นตอนแรกมักจะไม่เกิน 15%เมื่อมีการสกัดเพิ่มเติม แรงดันใต้ดินจะลดลงและไม่เพียงพอที่จะเคลื่อนย้ายน้ำมันขึ้นมาที่พื้นผิวได้ เมื่อถึงจุดนี้ ขั้นตอนการกู้คืนครั้งที่สองก็เริ่มต้นขึ้น

มีเทคนิคมากมายสำหรับการกู้คืนปิโตรเลียมครั้งที่สอง โดยปกติแล้วเกี่ยวข้องกับการจ่ายพลังงานภายนอกให้กับแหล่งน้ำมันโดยการฉีดของเหลว (เช่น น้ำ) หรือก๊าซ (เช่น อากาศ คาร์บอนไดออกไซด์) เพื่อเพิ่มแรงดันใต้ดิน อัตราการกู้คืนโดยเฉลี่ยหลังจากการดำเนินการกู้คืนน้ำมันขั้นต้นและขั้นที่สองมักจะไม่เกิน 45%ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการสกัดคือสิ่งที่เรียกว่าการกู้คืนลำดับที่สาม ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้เทคนิคต่างๆ วิธีแรกคือการลดความหนืดของน้ำมันโดยการให้ความร้อน วิธีที่สองคือการฉีดก๊าซเข้าไปในแหล่งน้ำมัน (การฉีดคาร์บอนไดออกไซด์) วิธีสุดท้ายเรียกว่าการท่วมด้วยสารเคมี ซึ่งประกอบไปด้วยการผสมพอลิเมอร์ที่มีความหนาแน่นและไม่ละลายน้ำกับน้ำแล้วฉีดลงไปใต้ดิน การกู้คืนขั้นที่สามช่วยให้สามารถผลิตน้ำมันได้เพิ่มขึ้นอีก 15%จากแหล่งน้ำมัน

เนื่องจากแหล่งน้ำมันบนบกหมดลง การค้นหาแหล่งน้ำมันใต้ท้องทะเลจึงเริ่มต้นขึ้น เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงได้มีการสร้างแท่นขุดเจาะ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน มีค่าใช้จ่ายสูง และใช้เวลานาน โดยการก่อสร้างแท่นขุดเจาะมักใช้เวลา 2 ปี แท่นขุดเจาะสามารถยึดถาวรกับพื้น (ความลึกไม่เกิน 90 ม.) หรือลอยบนทุ่นพิเศษที่ยึดด้วยระบบสมอ แท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งมักเชื่อมต่อกับเครือข่ายหลุมขุดเจาะหลายสิบหลุมที่สกัดน้ำมันในหินพรุน นอกจากจะสกัดน้ำมันบนแท่นขุดเจาะแล้ว แท่นขุดเจาะยังแยกออกจากก๊าซด้วย วัตถุดิบที่ได้จะถูกขนส่งผ่านระบบท่อไปยังโรงกลั่นหรือไปยังเรือขุดและขนส่ง จากนั้นน้ำมันและก๊าซจะถูกส่งไปยังเรือบรรทุกซึ่งจะขนส่งขึ้นบก

แน่นอนว่าปริมาณน้ำมันที่กู้คืนได้นั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับเทคนิคการขุดเจาะที่ใช้เท่านั้น ปัจจัยสำคัญในกรณีนี้คือลักษณะทางธรณีวิทยา เช่น ความสามารถในการซึมผ่านของหิน ความแข็งแรงของแรงขับตามธรรมชาติ ความพรุนของแหล่งสะสม หรือความหนืดของน้ำมัน

การแปรรูปน้ำมันดิบ

น้ำมันดิบที่สกัดได้จะถูกนำไปแปรรูปในโรงกลั่นเพื่อให้ได้เชื้อเพลิง น้ำมัน น้ำมันหล่อลื่น แอสฟัลต์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ โดยส่วนใหญ่แล้ว น้ำมันดิบจะถูกแยกออกเป็นเศษส่วนโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของส่วนประกอบ ด้วยวิธีนี้ ก๊าซในโรงกลั่นจึงระเหยได้ที่อุณหภูมิห้อง ปิโตรเลียมอีเธอร์ที่มีจุดเดือด 35-60°C น้ำมันเบนซินเบาและหนัก น้ำมันก๊าด น้ำมันดีเซลที่มีจุดเดือดต่างกัน และมาซุต (กล่าวคือ สารตกค้างที่มีจุดเดือดสูงกว่า 350°C) จะถูกผลิตขึ้น

น้ำมันดิบจะผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น:

ก) การแตกร้าว – ประกอบด้วยการสลายตัวของไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกยาวที่พบในน้ำมันมาซุตหนักและเศษส่วนน้ำมันเป็นสารประกอบที่มีโซ่สั้นกว่าที่พบในน้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซล นอกจากไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกโซ่สั้นแล้ว ยังมีการสร้างมีเทน LPG ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว และโค้กในกระบวนการนี้ด้วย การแตกร้าวสามารถเริ่มต้นได้โดยใช้ความร้อน เร่งปฏิกิริยา หรือการแผ่รังสี
ข) การปฏิรูป – นี่คือกระบวนการที่ใช้กับเศษส่วนปิโตรเลียมเบาหรือผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแตกร้าวเพื่อให้ได้เชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนสูง กระบวนการนี้ดำเนินการในที่ที่มีไฮโดรเจนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมที่มีราคาแพงมาก กระบวนการปฏิรูปจะผลิตไฮโดรเจน ก๊าซกลั่น LPG รวมถึงไอโซบิวเทนและ n-บิวเทน
ค) การกลั่น – มีจุดมุ่งหมายเพื่อแยกน้ำมันดิบออกเป็นเศษส่วนที่เดือดในช่วงอุณหภูมิต่างๆ กระบวนการนี้ทำให้ได้เศษส่วนเบส เช่น ก๊าซแห้งและก๊าซเปียก น้ำมันเบนซินเบาและหนัก น้ำมันก๊าด น้ำมันดีเซล ก๊าซมาซุต และน้ำมันดิน
d) การอัลคิเลชัน – เป็นปฏิกิริยาระหว่างโอเลฟินกับไอโซบิวเทน ส่งผลให้เกิดไอโซพาราฟินที่มีน้ำหนักโมเลกุลและค่าออกเทนสูงขึ้น ในกระบวนการอัลคิเลชัน กรดซัลฟิวริก สามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้
e) ไพโรไลซิส – กระบวนการย่อยสลายที่ดำเนินการโดยไม่ใช้ออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงมาก ใช้ในการย่อยเศษส่วนน้ำมันหนักให้เป็นน้ำมันเบนซินไพโรไลติก น้ำมัน และน้ำมันดิน

–

ข้อเสนอของกลุ่ม PCC สำหรับอุตสาหกรรมเหมืองแร่

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดน้ำมันและการประมวลผล การใช้สารเคมีต่างๆ มีความสำคัญอย่างยิ่ง โซดาไฟ ใช้ในการกลั่นน้ำมันดิบ น้ำมันแร่ ยางมะตอย และก๊าซจากหินดินดาน โซเดียมไฮดรอกไซด์ ในกลุ่ม PCC ผลิตขึ้นโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสแบบเมมเบรน และจัดหาในรูปแบบของสารละลายที่มีความเข้มข้นประมาณ 50%การประยุกต์ใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์อีกประการหนึ่งในอุตสาหกรรมเหมืองแร่คือการบำบัดน้ำเสียและผลิตภัณฑ์โค้กเหลว

กลุ่มผลิตภัณฑ์ที่สำคัญซึ่งมีประโยชน์อย่างมากในการสกัดและผลิตน้ำมันและก๊าซคือสารลดแรงตึงผิว สารลดแรงตึงผิวจะลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำมันดิบกับหิน ซึ่งจะช่วยลดแรงยึดเกาะและน้ำมันส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาจากแหล่งน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวยังใช้เป็นวิธีในการลดความเสียหายต่อระบบนิเวศที่เกิดจากการชะล้างน้ำมันและปิโตรเลียมอื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ทำความสะอาดถังและภาชนะที่จำเป็นสำหรับการขนส่งวัตถุดิบที่สกัดได้

สารลดแรงตึงผิวกลุ่มหนึ่งที่สำคัญที่สุดที่ใช้ในการเตรียมการทำความสะอาดคืออัลคิลอีเธอร์ซัลเฟตที่นำเสนอโดยกลุ่ม PCC ในซีรีส์ SULFOROKAnol ผลิตภัณฑ์เหล่านี้เนื่องจากมีลักษณะเป็นประจุลบจึงเหมาะสำหรับใช้ร่วมกับสารลดแรงตึงผิวประจุลบ ประจุลบที่ไม่ใช่ไอออนิก และแอมโฟเทอริกอื่นๆ คุณสมบัติในการซักล้าง อิมัลซิไฟเออร์ และการเกิดฟองทำให้มีประโยชน์เป็นส่วนผสมในสูตรที่ทำความสะอาดพื้นผิวต่างๆ กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก (ABS) และเกลือของมัน เช่น ABSNa ก็มีประโยชน์ในลักษณะเดียวกันกรด ABS/1 จัดอยู่ในกลุ่มของสารลดแรงตึงผิวประจุลบ เนื่องจากละลายได้ในน้ำมันดิบ จึงอาจเป็นองค์ประกอบของตัวแทนเสริมที่ใช้ในการสกัดและแปรรูปน้ำมัน นอกจากนี้ กรด ABS/1 ยังใช้สำหรับกระบวนการทำความสะอาดและขจัดไขมัน เช่น ถังและเรือด้วยคุณสมบัติในการชำระล้าง ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันอาจรวมถึงผลิตภัณฑ์ซีรีส์ ROKAmid มีลักษณะเด่นคือสามารถสร้างโฟมที่มีความหนาแน่นและเสถียรได้แม้จะมีความเข้มข้นเพียงเล็กน้อย ผลิตภัณฑ์ ROKAmid มีลักษณะเป็นของเหลว จึงอำนวยความสะดวกให้กับการดำเนินการทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บ การขนส่ง และการจ่ายได้อย่างมาก

กลุ่มผลิตภัณฑ์ถัดไปที่จำเป็นในกระบวนการสกัดน้ำมันและก๊าซคือ อิมัลซิไฟเออร์ ซึ่งใช้ในวิธีการทางอุตสาหกรรมในการขจัดน้ำออกจากน้ำมันและการแยกเกลือออกจากน้ำ กระบวนการเหล่านี้อาศัยการให้ความร้อนด้วยน้ำมันโดยเติมอิมัลซิไฟเออร์ในอุปกรณ์ที่เรียกว่าอิเล็กโทร-ดีไฮเดรเตอร์ ส่วนผสมที่ได้รับความร้อนดังกล่าวจะถูกบังคับผ่านช่องว่างของระบบอิเล็กโทรดแบบคอนเซนตริก หยดน้ำจะเสียรูป คลายภาระ และรวมเข้าด้วยกันได้ง่ายขึ้น จึงแยกออกจากน้ำมัน น้ำมันดิบที่ผ่านการขจัดน้ำและการแยกเกลือออกจากน้ำสามารถนำไปแปรรูปเพิ่มเติมได้ ผลิตภัณฑ์ ROKAnol เหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นอิมัลซิไฟเออร์ในกระบวนการขจัดน้ำและการแยกเกลือออกจากน้ำในอุตสาหกรรม ซึ่งเป็นสารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่ไอออนิกที่อยู่ในกลุ่มของแอลกอฮอล์ไขมันอัลคอกซี ผลิตภัณฑ์ ROKAnol สามารถใช้ได้ในอุณหภูมิที่หลากหลาย รวมถึงในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด เป็นกลาง และด่างเล็กน้อย นอกจากนี้ยังสามารถเป็นส่วนหนึ่งของสารทำความสะอาดขจัดไขมันที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันได้อีกด้วย

สารอนุพันธ์เอสเทอร์ซอร์บิแทนเอทอกซิเลต เช่น ROKwinol 60 และ ROKwinol 80 ยังแสดงคุณสมบัติอิมัลชันที่ดีมากอีกด้วย ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถเป็นส่วนประกอบของของเหลวเจาะที่ใช้ในการผลิตน้ำมัน ในทางกลับกัน เอสเทอร์ซอร์บิแทน เช่น ROKwin 60 และ ROKwin 80 สามารถใช้ในการรั่วไหลของสารปิโตรเลียมลงในน้ำเป็นตัวกระจายตัวได้