Expertenwissen
Wachs, Paraffin und Wachsablagerungen im Erdöl
Wachse und Paraffine im Erdöl
Die Stoffgruppen der Wachse und der Paraffine werden bei der Betrachtung von Erdöl zusammen gefaßt, da sie zu den gleichen Problemen unter identischen Bedingungen führen. Daher werden die Begriffe Wachs und Paraffin auch zumeist synonym verwendet.
Erdöl ist ein sehr unterschiedlich zusammengesetztes Gemisch aus teilweise mehreren tausend verschiedenen Kohlenwasserstoffen mit schwankenden Anteilen an Heteroatomen wie Schwefel, Sauerstoff, Stickstoff sowie diversen metallorganischen Verbindungen. Enthalten sind von gelösten Gasen (unter Standardbedingungen = Atmosphärendruck und Raumtemperatur gasförmigen Kohlenwasserstoffen) bis hin zu hochmolekularen, schweren Stoffen wie Harze und Asphaltene viele unterschiedliche Fraktionen, die sich durch ihre chemisch-physikalischen Eigenschaften einteilen und trennen lassen.
Paraffine sind ein Teil der homologen Reihe der Alkane, das heißt der gesättigten Reihe der Kohlenwasserstoffe mit der allgemeinen Summenformel CnH2n+2. Paraffine sind dabei ab C18 eingeordnet. Die vielfältigen Verzweigungsmöglichkeiten der iso-Alkane sorgen für deutlich unterschiedliche physikalische Eigenschaften.
Wachse sind unterschiedlich aufgebaute höherwertige Kohlenwasserstoffe mit Heteroatomen. Die Gruppe der Wachse definiert sich über ihre mechanisch-physikalischen Eigenschaften. (vgl. Wachs bei Wikipedia)
Probleme durch Wachs im Rohöl
Von Lagerstätte zu Lagerstätte zeigen sich große Unterschiede bei der Rohölzusammensetzung. Von strohfarbenen, dünnflüssigen Ölen mit sehr geringem Wachsgehalt bis hin zu tiefschwarzen, bei Raumtemperatur festen Ölen mit sehr hohen Wachsgehalten reicht die Bandbreite des Förderbaren. Eine Einteilung der Rohölsorten in paraffinisch-wachsreiche und naphtenische-wachsarme anhand der Siedepunktbasis gibt Hinweise auf das Verhalten des Rohöles, jedoch genaue Aussagen lassen sich nur durch Untersuchung des Öles unter realistischen Bedingungen treffen.
Wird Rohöl abgekühlt – sei es noch im Bohrloch, bei der Aufbereitung oder beim Transport in Pipelines – so kommt es beim Unterschreiten einer für das Öl spezifischen Temperatur (WAT) zur Bildung von Wachskristallen. Diese Kristalle können sich an Oberflächen wie Wände, Ventile, etc. anlagern und so über gewisse Zeiträume die Fördereinrichtung verstopfen. Während eines kontinuierlichen Förderprozessen wird die Wachsablagerung oft noch durch Abscherungsprozesse durch das fluide Medium in einem Gleichgewicht gehalten, da eine höhere Fließgeschwindigkeit durch einen sinkenden Querschnitt zu höheren Kräften in der Grenzfläche führt.
Die Wachsschichten werden durch die Flüssigkeit wieder abgetragen, Ablagerung und Abtragung kommen meist zu einem Gleichgewichtszustand. Treten jedoch Schwankungen in der Förderrate auf oder kommt es zu einem Produktionsstopp und somit einem Anhalten des Rohölflusses, dann kann es zur Bildung von massiven Wachspfropfen kommen, die mitunter komplette Pipelineabschnitte verstopfen. Diese Pfropfen können nur unter hohem Aufwand physikalisch (Heizen oder Druckstöße) oder chemisch (Lösungsmittel) wieder entfernt werden. Die damit verbundenen Kosten und Produktionsausfälle sind sehr hoch.
Kontrolle und Vermeidung von Wachsablagerungen im Erdöl
Physikalisch, mechanisch oder chemisch
Da das Wachs nicht ohne unverhältnismäßig hohen Aufwand auf dem Rohöl entfernt werden kann, liegt das Hauptaugenmerk auf der Vermeidung der Wachsbildung oder wenn nicht vermeidbar, dann auf der Kontrolle der Wachsablagerungen im Erdöl. Dieses kann, wie das Entfernen von Wachsablagerungen, auf drei generellen Wegen geschehen:
- mechanisch: Ablagerungen in Förderanlagen können über Molche (Geräte zur Inspektion und Reinigung von Rohrleitungen) sowie im Bohrlochbereich über spezielle Einsätze entfernt werden, sobald bestimmte Parameter (Zeit, Förderraten, Druckverluste) erreicht oder überschritten werden.
- physikalisch: da die Ablagerung der Wachse eine starke Temperaturabhängigkeit zeigt, kann das Rohöl und/oder die Fördereinrichtung geheizt werden, um oberhalb der WAT zu bleiben, so dass es nicht zur Kristallbildung kommen kann.
- chemisch: durch Zudosierung von Chemikalien bereits ab dem Bohrloch können die chemischen Eigenschaften des Rohöles so beeinflusst werden, daß zum einen die WAT soweit zu höheren Temperaturen verschoben wird, bis diese komplett über den Betriebstemperaturen liegt. Des Weiteren kann mittels Inhibitoren die Wachskristallbildung unterbunden oder zumindest verlangsamt werden oder das Kristallwachstum kann gehemmt werden, so daß die Kristalle sich nicht zu größeren Verbänden zusammenfügen können.
Wachserscheinungstemperatur WAT und Wachsablagerungstemperatur WDT
Im Rohöl befinden sich die Paraffine und Wachse gelöst in den niedermolekularen, flüssigen Bestandteilen des Erdöls. Kühlt das Öl ab, so wird irgendwann die Temperatur unterschritten, bei der die Löslichkeit eines der Bestandteile nicht mehr vollständig gegeben ist. Es kommt dann zur Kristallisation der nicht mehr löslichen Bestandteile, es bilden sich erste Mikrokristalle. Dieser Vorgang führt zu einer Phasentrennung des vorher flüssig-flüssig-Gemisches, es bildet sich eine Suspension. Die Kristallisation eines Stoffes aus einer Lösung ist bei gleichbleibender Zusammensetzung ein nur temperaturabhängiger Vorgang, Druckabhängigkeiten sind zwar gegeben, aber um Größenordnungen geringer, so dass diese unter Testbedingungen vernachlässigbar sind.
Wachserscheinungstemperatur / Wax Appearance Temperature WAT
Wachsablagerungstemperatur / Wax Deposition Temperature WDT
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