.

انواع رسوب - قسمت دوم

در پست های پیشین به معرفی رسوب ها و نحوه تشکیل آنها پرداختیم و آن ها را در دو دسته ی رسوب های ارگانیک و غیرارگانیک دسته بندی کردیم. از آنجایی که رسوب های غیر ارگانیک بسیار رایج تر هستند و در صنعت به وفور مشاهده می شوند در مورد آنها بیش تر توضیح دادیم. در این پست به بررسی دو دسته ی مهم از رسوب های غیرارگانیک می پردازیم و نحوه ی تشکیل شیمیایی هرکدام را بیان می کنیم.

رسوب­های کلسیم کربنات

آب به علت قدرت حلالیت بالای خود می ­تواند گازهای خاصی مانند CO₂ را در خود حل کند و حلال آبی CO_2(aq) را تشکیل دهد. در شرایط مناسب دمایی و فشاری مولکول­ های H₂O و CO_2(aq) واکنش داده و اسید کربنیک (H₂CO₃) تولید می­ کنند که انحلال پذیری آن در دماهای پایین و فشارهای بالا افزایش می­ یابد.

کوچکترین تغییراتی در فشار و دما باعث تجزیه­­ ی H₂CO_3(aq) در آب می­شود و باعث تولید یون­ های هیدرونیوم (H⁺) و بی­ کربنات (HCO₃^-) می­شود.  

CO_2(aq) + H₂O_(l) ↔ H₂CO_3(aq)

H₂CO_3(aq) ↔ H⁺_(aq) + HCO₃⁻_(aq)

2 HCO₃⁻_(aq) ↔ CO₃²⁻_(aq) + H₂O_(l) + CO_2(g)

Ca²⁺_(aq) + CO₃²⁻_(aq) ↔ CaCO_3(s)

دو واکنش 2 و 4 بیان­ کننده معادله­ ی تعادلی بین یون­های بی­ کربنات که بسیار حلال در آب هستند و نمک کلسیم کربنات (CaCO₃) هستند.

براساس قانون چاتلییر (Le Chatelier’s Principle) عملیات حفاری (drilling) و استخراج (extraction) نفت از چاه باعث کاهش فشار ساختار شده و تعادل به سمت راست (معادله 3) متمایل شده و تولید CO₂ افزایش می ­یابد تا تغییرات فشار جبران شود. چاه ­های نفت با گذشت زمان و در طول سال­ها دچار افت فشار شدید می ­شوند و این پدیده خود سبب خروج مقدار زیادی CaCO₃ می­شود. خروج این ماده به منظور جبران کاهش فشار رخ داده شده و متعادل سازی جریان اتفاق می­ افتد.

رسوب­های سولفات

 سولفات­ های گروه 2، یون­های فلزی (Metal Ions) (M²⁺)، عموما با پایین رفتن در گروه خود دچار کاهش حلالیت می ­شوند. دشوارترین رسوب­ ها برای حذف کردن، رسوب­ های باریم سولفات هستند. زیرا این رسوب­ ها بسیار غیرحلال بوده و رسوب ­های بسیار سختی از خود برجای می­ گذارند. یک بیان کلی از این واکنش به صورت زیر ارائه می ­شود:

M²⁺_(aq) + SO₄²⁻_(aq) → MSO_4(s)

رسوب سولفات معمولا زمانی به ­وجود می­آید که آب سازنده (Formation Water) و آب دریای تزریقی (Injected Seawater) با یکدیگر مخلوط می ­شوند.

 رابطه ­ی بین این دو ماده و میزان درجه ­ی فوق اشباع (Degree of supersaturation) بودن آن ­ها در تخمین مقدار نمک­ های سولفاتی که در سیستم ته ­نشین می ­شوند تاثیرگذار هستند. آب دریا دارای غلظت بالایی از یون ­های سولفات است و مخلوط شدن آن با آب تشکیل سبب پدید آمدن مقدار زیادی Ca²⁺ و یون ­های دیگر M²⁺ در آب تشکیل می ­شود. مشکلات بسیار حاد ناشی از رسوب سولفات در مخازن ذخیره، در جاهایی که آب دریا برای بهبود فرآیند بازیابی نفت (Oil Recovery) به سیستم تزریق می ­شود، بسیار رایج هستند.

کلسیم سولفات (Calcium Sulfate)، باتوجه به حلالیت در آب نسبتا بالایی که دارد، در مقایسه با استرونتیوم (Strontium) و باریم سولفات (Barium Sulfate)، آسان­ترین رسوب سولفات برای حذف به حساب می­ آید. کریستال­ های رسوبات ابتدا در سیستم­ های تولیدی تا زمان تشکیل توده­ ی پایدار کریستال سولفات ­های غیرقابل حل، پخش می ­شوند و رسوب ­ها در محل ­های تشکیل آن­ ها رشد کرده و افزایش می ­یابد. سطوح ناصاف خطوط لوله­ ها و تجهیزات تولیدی مانند پمپ ­ها و شیرها موجب رشد سریع رسوب ها می شوند، تاحدی که ممکن است سبب مسدود شدن آن شوند.

احتمال رسوب بندی (Scale Tendency) در یک چاه نفت را می توان بر اساس شرایط حکم فرما و غالب موجود، همچون pH، دما، فشار، قدرت یونی (ionic Strength) و نسبت مولی CO₂ در فازهای آبی پیش بینی کرد.

برای مثال ضریب اشباع برای رسوب CaCO₃  با استفاده از رابطه ی زیر بدست می آید:

Fs= {[Ca2+][CO32−]}/Ksp

که در آن F_s نسبت اشباع رسوب است که به معنی نسبت فعالیت  نمک تولیدی به حلالیت آن (Activity product to Solubility product) گفته می شود. فعالیت نیز به معنی حاصلضرب ثوابت فعالیت و تمرکز (Activity Coefficients and Concentrations) یون های Ca²⁺ و SO₄^2- می باشد. قدرت یونی میزان تمرکز یون های مربوطه ی حل شده در آب است که به آن "مجموع جامدات حل شده" Total Dissolved solids  (TDS)) نیز گفته می شود.

در پست های بعدی همراه ما باشید تا به بررسی روش های حل مشکلات مربوط به رسوب ها پرداخته و روش های مختلف مربوطه را مطالعه و بررسی کنیم.

نوشته شده توسط : دکتر فرنوش ندومی