การสกัดและการผลิตน้ำมันและก๊าซ

การสกัดก๊าซธรรมชาติ

ก๊าซธรรมชาติเกิดขึ้นในชั้นนอกของเปลือกโลก เช่น เปลือกโลก มันถูกสร้างขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของสารอินทรีย์ภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิที่แตกต่างกันซึ่งเกิดขึ้นมานานหลายล้านปี ก๊าซธรรมชาติประกอบด้วยมีเทนเป็นส่วนใหญ่ (CH ₄ ) และสารที่คล้ายคลึงกัน (C ₃ -C ₄ ) องค์ประกอบของมันขึ้นอยู่กับประเภทของเงินฝากที่สกัดออกมาอย่างมาก แน่นอนว่า นอกเหนือจากมีเธนและสารที่คล้ายคลึงกันแล้ว ก๊าซธรรมชาติยังมีส่วนประกอบที่ไม่พึงประสงค์อีกจำนวนหนึ่ง เช่น ไนโตรเจน น้ำ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือคาร์บอนไดออกไซด์ ภายใต้สภาวะทางธรรมชาติ ก๊าซสามารถเกิดขึ้นร่วมกับน้ำมันดิบหรือเกิดขึ้นแยกกันได้ โดยหลักแล้วจะเกิดขึ้นในสองรูปแบบ: เป็นก๊าซที่ละลายอย่างอิสระในน้ำหรือน้ำมัน หรือในรูปแบบที่ดูดซับไว้ในหินหรือถ่านหิน

ก๊าซที่ผลิตโดยวิธีทางอุตสาหกรรม

สามารถรับก๊าซหลายประเภทได้โดยใช้วิธีการทางอุตสาหกรรม:

ก) ก๊าซเหลว – นิยมเรียกว่า LPG (Liquefied Petroleum Gas) ส่วนประกอบหลักคือโพรเพน (C ₃ H ₈ ) บิวเทนและไอโซบิวเทน (C ₄ H ₁₀ ) โดยส่วนใหญ่ได้มาจากการทำให้น้ำมันเบนซินดิบ น้ำมันดิบคงตัว หรือโดยการแปรรูปก๊าซโรงกลั่นจากกระบวนการรีฟอร์ม การแคร็ก และไพโรไลซิส b) ก๊าซเมือง – ได้รับในสภาวะของการทำให้ถ่านหินเป็นคาร์บอนที่อุณหภูมิต่ำและปานกลาง c) ก๊าซถ่านหิน – ผลิตในกระบวนกำจัดก๊าซถ่านหินที่อุณหภูมิสูง d) ก๊าซจากการแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน – ได้มาจากการกระทำกับถ่านหินสีน้ำตาลหรือถ่านหินดำที่มีส่วนผสมของไอน้ำและออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงกว่า 900°C องค์ประกอบของมันขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการแปรสภาพเป็นแก๊สที่ใช้ ปัจจัยทางเศรษฐกิจที่สำคัญที่สุดคือการผลิตส่วนผสมของ CO และ H ₂ (ที่เรียกว่าซินกาส)

การใช้งานและข้อดีของเชื้อเพลิงก๊าซ

เชื้อเพลิงแก๊สมีข้อดีหลายประการ มีลักษณะเด่นคือประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงเป็นหลัก นอกจากนี้ ยังให้อุณหภูมิการเผาไหม้คงที่ ผู้ใช้ไม่ต้องจัดเก็บ และเผาไหม้โดยไม่มีควัน (ไม่มีเถ้าและการปล่อยซัลเฟอร์ออกไซด์) ก๊าซธรรมชาติเป็นตัวพาพลังงานที่มีคุณค่าและเป็นวัตถุดิบที่สำคัญในอุตสาหกรรม: สารเคมี (การผลิตซินแก๊ส) พลังงาน (เครื่องยนต์สันดาปแบบลูกสูบ กังหันก๊าซ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า) การก่อสร้าง (การผลิต แก้ว ซีเมนต์ และเซรามิกในอาคาร) และโลหะวิทยา (การให้ความร้อน เตาหลอม)

การสกัดน้ำมัน

การเลือกที่ตั้งของแหล่งน้ำมันใหม่เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและมีราคาแพงมาก โดยเริ่มจากการปฏิบัติงานสำรวจแผ่นดินไหวเพื่อค้นหาโครงสร้างทางธรณีวิทยาที่เหมาะสมที่อาจทำให้เกิดคราบน้ำมันได้ มีการใช้วิธีการวิจัยสองวิธีเพื่อจุดประสงค์นี้ ประการแรกเกี่ยวข้องกับการระเบิดใต้ดินใกล้กับแหล่งสะสมและการสังเกตปฏิกิริยาแผ่นดินไหวที่ทำให้คุณได้รับข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งและขนาดของมัน วิธีที่สองคือการรับข้อมูลนี้จากคลื่นแผ่นดินไหวที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ

ขั้นตอนแรกของการสกัดน้ำมันคือการเจาะรูลึกลงไปในดิน ถัดไป จะวางปลอก (ท่อเหล็ก) ไว้ในรูที่เจาะ เพื่อให้มั่นใจถึงความมั่นคงของโครงสร้างทั้งหมด ในขั้นตอนต่อไป จะมีการเจาะรูเพิ่มเติมเพื่อให้น้ำมันที่สกัดออกมามีการไหลของน้ำมันเพิ่มมากขึ้น ในการละลายสารมลพิษในบ่อเจาะ มักใช้ กรดไฮโดรคลอริก ซึ่งทำให้การก่อตัวของคาร์บอเนตและปูนขาวเป็นกรดอย่างมีประสิทธิภาพ และขจัดคราบตะกรัน สนิม และคาร์บอเนต กรดไฮโดรคลอริก ยังใช้ในการกำจัดซีเมนต์ที่เหลือหลังจากกระบวนการขุดเจาะ ขั้นต่อไป การติดตั้งแบบพิเศษจะถูกวางไว้ที่ด้านบนของบ่อน้ำ ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "ต้นคริสต์มาส" เป็นชุดวาล์ว ท่อ และข้อต่อรวมที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมแรงดันและการไหลของน้ำมันและก๊าซ หลังจากเชื่อมต่ออุปกรณ์ทั้งหมดแล้ว ขั้นตอนการกู้คืนหลักจะเกิดขึ้น ในการสกัดน้ำมันในกระบวนการนี้ มีการใช้กลไกทางธรรมชาติหลายอย่าง เช่น การระบายน้ำตามแรงโน้มถ่วง อัตราการฟื้นตัวในระยะแรกมักจะไม่เกิน 15%ด้วยการสกัดเพิ่มเติม แรงดันใต้ดินจะลดลงและไม่เพียงพอที่จะไล่น้ำมันลงสู่พื้นผิวต่อไป ณ จุดนี้ ขั้นตอนการกู้คืนขั้นที่สองจะเริ่มต้นขึ้น มีเทคนิคมากมายในการนำปิโตรเลียมกลับมาใช้ใหม่ โดยปกติแล้วจะเกี่ยวข้องกับการจ่ายพลังงานภายนอกให้กับแหล่งสะสมโดยการฉีดของเหลว (เช่น น้ำ) หรือก๊าซ (เช่น อากาศ คาร์บอนไดออกไซด์) เพื่อเพิ่มแรงดันใต้ดิน อัตราการคืนสภาพโดยเฉลี่ยหลังการดำเนินการกู้คืนน้ำมันหลักและรองมักจะไม่เกิน 45%ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการสกัดคือสิ่งที่เรียกว่าการกู้คืนลำดับที่สามซึ่งสามารถรับได้โดยใช้เทคนิคต่างๆ ประการแรกลดความหนืดของน้ำมันด้วยการให้ความร้อน ประการที่สองคือการฉีดก๊าซเข้าไปในแหล่งสะสม (การฉีดคาร์บอนไดออกไซด์) วิธีสุดท้ายเรียกว่าสารเคมีท่วม ประกอบด้วยการผสมโพลีเมอร์ที่มีความหนาแน่นและไม่ละลายน้ำกับน้ำแล้วฉีดลงใต้ดิน การกู้คืนระดับตติยภูมิช่วยให้สามารถผลิตน้ำมันเพิ่มเติม 15%จากแหล่งสะสม เนื่องจากปริมาณสำรองน้ำมันบนบกสิ้นสุดลง การค้นหาทรัพยากรใต้ก้นทะเลจึงได้เริ่มต้นขึ้น เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการสร้างแท่นขุดเจาะซึ่งเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน มีราคาแพง และใช้เวลานาน โดยทั่วไปการก่อสร้างแท่นขุดเจาะจะใช้เวลา 2 ปี สามารถยึดติดกับด้านล่างอย่างถาวร (ความลึกสูงสุด 90 ม.) หรือลอยบนทุ่นพิเศษที่ยึดด้วยระบบพุก แท่นขุดเจาะนอกชายฝั่งมักจะเชื่อมต่อกับเครือข่ายของบ่อหลายสิบแห่งที่ใช้สกัดน้ำมันจากหินที่มีรูพรุน นอกจากการสกัดน้ำมันบนแท่นขุดเจาะแล้ว ยังแยกออกจากก๊าซอีกด้วย วัตถุดิบที่ได้รับจะถูกขนส่งผ่านระบบท่อไปยังโรงกลั่นหรือไปยังเรือทำเหมืองและการขนถ่าย จากนั้นน้ำมันและก๊าซจะถูกส่งไปยังเรือบรรทุกน้ำมันเพื่อขนขึ้นฝั่ง แน่นอนว่าปริมาณน้ำมันที่นำกลับมาใช้ใหม่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเทคนิคการขุดเจาะที่ใช้เท่านั้น ปัจจัยสำคัญในกรณีนี้คือลักษณะทางธรณีวิทยา เช่น การซึมผ่านของหิน ความแข็งแรงของการขับเคลื่อนตามธรรมชาติ ความพรุนของคราบสะสม หรือความหนืดของน้ำมันเอง

การแปรรูปน้ำมันดิบ

น้ำมันดิบที่สกัดแล้วได้รับการประมวลผลในโรงกลั่นเพื่อให้ได้เชื้อเพลิง น้ำมัน น้ำมันหล่อลื่น ยางมะตอย และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ส่วนใหญ่แล้วน้ำมันดิบจะถูกแยกออกเป็นเศษส่วนโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของส่วนประกอบ ด้วยวิธีนี้ ก๊าซโรงกลั่นจะระเหยได้ที่อุณหภูมิห้อง ปิโตรเลียมอีเทอร์ที่มีจุดเดือด 35-60°C น้ำมันเบนซินเบาและหนัก น้ำมันก๊าด ดีเซลที่มีจุดเดือดต่างกัน และมาซูต (เช่น สารตกค้างที่มีจุดเดือดสูงกว่า 350°C ) ได้รับ น้ำมันดิบผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น

ก) การแตกร้าว – ประกอบด้วยการสลายตัวของไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกยาวที่พบในมาซูตหนักและเศษส่วนของน้ำมัน ให้กลายเป็นสารประกอบที่มีสายโซ่สั้นกว่าที่พบในน้ำมันเบนซินและน้ำมันดีเซล นอกจากไฮโดรคาร์บอนอะลิฟาติกสายสั้นแล้ว ยังมีการสร้างมีเทน แอลพีจี ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว และโค้กในกระบวนการอีกด้วย การแตกร้าวสามารถเริ่มต้นได้โดยวิธีความร้อน ตัวเร่งปฏิกิริยา หรือการแผ่รังสี ข) การปฏิรูป – เป็นกระบวนการที่ใช้กับเศษส่วนปิโตรเลียมเบาหรือผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการแตกร้าวเพื่อให้ได้เชื้อเพลิงที่มีค่าออกเทนสูง กระบวนการนี้ดำเนินการต่อหน้าไฮโดรเจนโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมที่มีราคาแพงมาก กระบวนการปฏิรูปทำให้เกิดไฮโดรเจน ก๊าซโรงกลั่น แอลพีจี รวมถึงไอโซบิวเทนและเอ็น-บิวเทน c) การกลั่น – มีวัตถุประสงค์เพื่อแยกน้ำมันดิบออกเป็นเศษส่วนที่เดือดในช่วงอุณหภูมิต่างๆ ด้วยกระบวนการนี้ ทำให้ได้เศษส่วนพื้นฐาน เช่น ก๊าซแห้งและเปียก น้ำมันเบนซินเบาและหนัก น้ำมันก๊าด น้ำมันดีเซล มาซูต และกูดรอน d) อัลคิเลชั่น – นี่คือปฏิกิริยาของโอเลฟินกับไอโซบิวเทน ส่งผลให้เกิดไอโซพาราฟินที่มีน้ำหนักโมเลกุลและเลขออกเทนสูงขึ้น ในกระบวนการอัลคิเลชัน กรดซัลฟิวริก สามารถใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ จ) ไพโรไลซิส – กระบวนการย่อยสลายดำเนินการโดยไม่มีออกซิเจนที่อุณหภูมิสูงมาก ใช้ในการแยกส่วนของน้ำมันหนักให้เป็นน้ำมันเบนซินแบบไพโรไลติก น้ำมัน และทาร์

ข้อเสนอของกลุ่ม PCC สำหรับอุตสาหกรรมเหมืองแร่

เพื่อปรับปรุงการสกัดน้ำมันและกระบวนการแปรรูป การใช้สารเคมีต่างๆ เป็นสิ่งสำคัญ โซดาไลย์ ใช้ในการกลั่นน้ำมันดิบ น้ำมันแร่ พิตช์ น้ำมันดิน และการสกัดก๊าซจากชั้นหิน โซเดียมไฮดรอกไซด์ ในกลุ่ม PCC ผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสแบบเมมเบรน และจำหน่ายในรูปของสารละลายที่มีความเข้มข้นประมาณ 50%. การใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์อีกประการหนึ่งในอุตสาหกรรมเหมืองแร่คือการบำบัดน้ำเสียและผลิตภัณฑ์ถ่านโค้กเหลว

กลุ่มผลิตภัณฑ์สำคัญที่มีประโยชน์อย่างมากในการสกัดและการผลิตน้ำมันและก๊าซคือสารลดแรงตึงผิว สารลดแรงตึงผิวช่วยลดแรงตึงผิวระหว่างน้ำมันดิบกับหิน ซึ่งจะช่วยลดแรงยึดเกาะและสามารถปล่อยน้ำมันเพิ่มเติมออกจากแหล่งน้ำมันได้ สารลดแรงตึงผิวยังใช้เป็นวิธีการลดความเสียหายต่อระบบนิเวศที่เกิดจากการชะล้างของน้ำมันและการชะล้างปิโตรเลียมอื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อทำความสะอาดถังและภาชนะที่จำเป็นสำหรับการขนส่งวัตถุดิบที่สกัดได้

สารลดแรงตึงผิวกลุ่มที่สำคัญที่สุดกลุ่มหนึ่งที่ใช้ในการเตรียมการทำความสะอาดคืออัลคิลอีเทอร์ซัลเฟตที่กลุ่ม PCC นำเสนอในซีรีส์ SULFOROKAnol ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีคุณสมบัติเป็นประจุลบ จึงทำงานได้ดีในสูตรร่วมกับสารลดแรงตึงผิวชนิดประจุลบ ไม่ใช่ไอออนิก และแอมโฟเทอริกอื่นๆ คุณสมบัติการซัก การทำอิมัลชัน และการเกิดฟองทำให้มีประโยชน์ในฐานะส่วนผสมในสูตรที่ใช้ทำความสะอาดพื้นผิวต่างๆ กรดอัลคิลเบนซีนซัลโฟนิก (ABS) และเกลือของมัน เช่น ABSNa ก็มีประโยชน์เช่นเดียวกันกรด ABS/1 อยู่ในกลุ่มของสารลดแรงตึงผิวที่มีประจุลบ เนื่องจากสามารถละลายได้ในน้ำมันดิบ จึงอาจเป็นองค์ประกอบของสารช่วยที่ใช้สำหรับการสกัดและแปรรูปน้ำมัน นอกจากนี้ กรด ABS/1 ยังใช้สำหรับกระบวนการทำความสะอาดและขจัดคราบไขมัน เช่น ถังและเรือ เนื่องจากมีคุณสมบัติในการซักล้าง ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันอาจรวมถึงผลิตภัณฑ์ซีรีส์ ROKAmid ด้วย โดดเด่นด้วยความสามารถในการสร้างโฟมที่มีความหนาแน่นและมั่นคงแม้ในปริมาณความเข้มข้นเล็กน้อย ด้วยรูปแบบของเหลว ผลิตภัณฑ์ ROKAmid ช่วยอำนวยความสะดวกในการดำเนินงานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บ การขนส่ง และการจ่ายได้อย่างมีนัยสำคัญ กลุ่มผลิตภัณฑ์ถัดไปที่จำเป็นในกระบวนการสกัดน้ำมันและก๊าซคืออิมัลซิไฟเออร์ ใช้ในวิธีการทางอุตสาหกรรมของการแยกน้ำและแยกเกลือออกจากน้ำมัน กระบวนการเหล่านี้อาศัยการให้ความร้อนกับน้ำมันด้วยการเติมอิมัลซิไฟเออร์ในอุปกรณ์ที่เรียกว่าเครื่องขจัดน้ำออกด้วยไฟฟ้า ส่วนผสมที่ได้รับความร้อนจะถูกบังคับผ่านช่องว่างของระบบอิเล็กโทรดแบบศูนย์กลาง หยดน้ำมีรูปร่างผิดปกติ สูญเสียน้ำหนัก และรวมเข้าด้วยกันได้ง่ายขึ้น จึงแยกออกจากน้ำมัน น้ำมันดิบที่ผ่านการทำให้แห้งและแยกเกลือออกจากเกลือแล้วสามารถนำไปผ่านกระบวนการแปรรูปต่อไปได้ ผลิตภัณฑ์ ROKAnol เหมาะสำหรับใช้เป็นอิมัลซิไฟเออร์ในกระบวนการแยกน้ำและแยกเกลือออกจากอุตสาหกรรม เหล่านี้เป็นสารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่ไอออนิกที่อยู่ในกลุ่มของแอลกอฮอล์ไขมันอัลคอกซี ผลิตภัณฑ์ ROKAnol สามารถใช้ในช่วงอุณหภูมิที่หลากหลายมาก เช่นเดียวกับในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด เป็นกลาง และเป็นด่างเล็กน้อย นอกจากนี้ยังสามารถเป็นส่วนหนึ่งของสารทำความสะอาดขจัดไขมันที่ใช้ในอุตสาหกรรมน้ำมันอีกด้วย คุณสมบัติในการเป็นอิมัลชันที่ดีมากยังแสดงโดยอนุพันธ์ซอร์บิแทนเอสเทอร์ที่เอทอกซีเลต เช่น ROKwinol 60 และ ROKwinol 80 ผลิตภัณฑ์เหล่านี้อาจเป็นส่วนประกอบของน้ำมันเจาะที่ใช้ในการผลิตน้ำมัน ในทางกลับกัน ซอร์บิแทนเอสเทอร์ เช่น ROKwin 60 และ ROKwin 80 สามารถใช้ในการรั่วไหลของสารปิโตรเลียมลงสู่น้ำเพื่อเป็นสารกระจายตัว