فراورش گاز های طبیعی

مقدمه

گاز های طبیعی نقش خیلی زیادی در تولید انرزی دارد. مقدار ذخیره شدن گاز طبیعی و خوبی ها ومزیت های زیست محیطی آن به کار گیری ان را در هر فعالیتی به خصوص روبه پیشرفت، مانند صنایع دقیق وهمچنین تولید برق بسیار اسان کرده است. چون هزینه هایی که استفاده میشود برای تولید وفراوری و از همه مهمتر انتقال گاز طبیعی بیار زیاد است از ان به نوعی عامل باز دارنده نگاه میکنند. چون ذخیره های گاز طبیعی که در فلات قاره و مناطق سخت قطب شمال و سیبری رو به توسعه اند مستقر اند با مشکلات زیادی مواجه میشوند. هرچه پیشرفت های فنی ما در این زمینه بیشتر شود باعث میشود تا به کاهش هزینه ها کمک کند که در اینده بتوانیم نقش خیلی مهمی را در رشد تجارت بین المللی  گاز طبیعی بدست اوریم. اگر از ما بپرسند که چرا باید در حال پیدایش گاز طبیعی باشیم وان را کشف واستخراجش کنیم؟

برای انجام اینکار دلایل گوناگونی وجود دارد ازجمله آنها:

  • برای اینکه بتوانیم منازل وبیمارستان ها وارگان های دولتی ومدارس ها را گرم کنیم نیاز به انرزی گرمایی داریم که برای بدست اوردن ان باید گازهای طبیعی را بسوزانیم.
  • ما در جهان مخازن زیرزمینی بزرگی از گازهای طبیعی بخصوص در اقسانقاط کشورمان داریم که می توانیم به اسانی از این ماده سوختنی یعنی گاز های طبیعی استفاده کنیم.
  • چون کشف واستخراج گاز های طبیعی تقریبار شباهت زیادی به نفت دارد از اینرو انسان ها میتوانند باتوجه به تجربیات بدست امده خود در کشف واستخراج نفت با همان تجربیات راحتتر واسانتر به منابع گاز طبیعی دسترسی پیدا کنند که انسان ها را بیشتر به استخراج وکشف گاز طبیعی تشویق میکند.
  • گاز طبیعی یکی از ساده ترین وکم ضرر ترین ماده سوختنی هستند که به اسانی میتوان به ان دسترسی داشت واز سوخت های فسیلی استفاده شده محیط زیست اطراف را الوده میکنند بسیار مفیدتر است.
  • بعضی از موادی که با استخراج گاز طبیعی به همراه ان بیرون می اید میتوان در صنایع شیمیایی برای تولید مثلا نایلون ودرساخت مواد پتروشیمی استفاده کرد که باعث میشود دید انسان نسبت به استخراج گاز بیشتر شود تا بتوانند استفاده های بیشتری از گاز طبیعی انجام دهند.
  • هزینه های گاز طبیعی خیلی کمتر از نفت است وارزانتر به حساب می اید.
  • هنگامی که نفت وزغال سنگ را میسوزانیم باعث میشود که محیط اطراف را الوده کند وبیسیار مضر است ولی گاز طبیعی کمتر محیط زیست پیرامون خود را الوده میکند گاز سمی ندارد.
  1. مراحل تشکیل نفت وگاز طبیعی

الف. پلانگتونها موجودات ویا گیاهان بسیار ریز ابی هستند که زیر سطح واعماق دریاها ودریاچه ها بوجود می ایند که انرزی نور خورشید را ذخیره وبرای خودشان استفاده میکنند.

ب. هنگامی که پلانگتونها میمرند در اعماق دریا ودر بستر انها قرار میگیرد که بدن انها از هم متلاشی شده که در لابهلای گل ولای ها از بین مروند وفقط تنها قسمتی از اندام بدنش که دارای  مواد روغنی وچرب هستند باقی می ماند

ج. هرچیزی که از تجزیه پلانگتونها باقی می ماند به شکل قهوه ای وسیاه در لابه لای گل ولای ها در بستر دریاها محکم شده اند وان نیروی خورشیدی که در بافت های خود ذخیره کرده بودند به اعماق خیلی پایینتر رفته وانجا محفوظ می ماند.

د. جاهایی در بین گل ولای ها که لکه های قهوه ای قرار داشت با حرارت زمین گرم میشوند به همراه نفت سنگین به بیرون میریزند.

ه. هرچه که لایه های قهوه ای پایینتر باشد حرارت زمین بیشتر شده وگرمای بیشتری میگیرند در نتیجه نفت بیشتری تولید میشود وهنگامی که لایه های گلی به اندازه کافی گرم شد نفت سبک وروان را بوجود می اورند.

و. هرچه این نفت سبک وروان گرم تر شود سبک وسبکتر میشود که درانتها گاز طبیعی که بیشتر گاز متان است تولید میشود.

 

  1. ذخایر نفت وگاز

نفت برای گاز طبیعی در بازار های سوختی یک رقیب به حساب می اید که گاز با وجود این رقیب در مقابله است غالبا در ممخازن هیدروکربنی ودر مراحل تولید ان با این ماده همراه است. ودر مدت چندین سال به صورت شکلی از انرزی ظاهر میشود که در بهره برداری ان به خصوص با وجود هزینه های زیاد که در سرمایه گذاری اولیه میشود ومنتقل کردن ان تارسیدن به دست مصرف کننده نهایی باعث بروز مشکلاتی میشود. واین موضوع دلیل ان است که چرا تولید واستخراجش با تاخیر وکندی پیش می رود. نمودار دارندگان بزرگ ترین ذخایر گاز جهان وقتی که بین سرعت تخلیه مخازن هیدرو کربنی مقایسه انجام می دهیم به این موضوع پی میبریم که منابع گاز طبیعی در مقایسه با نفت خام بیشتر میل به ماندن وماندگاری دارند. در مرحله های اولیه با تخمین زدن منابع اصلی و اولیه گاز طبیعی در می یابیم که کمتر از ۱۵درصد منابع تا الان تخلیه شده اند.در حالی که نفت خام این مقدار حدود ۳۰درصد در منابع متداولش رسیده  است. تا الان کمتر از ۱۵ درصد منابع تخلیه شده اند. بطوری که منابع متداول فعلی نفت خام این ۳۰ درصد منابع تخلیه شده اند.

  1. ترکیب های گازی

بطور طبیعی ما سه نوع گاز طبیعی قابل مشخص شدن داریم:

  • گازهایی که با نفت در تماس نیستند که به انها گازهای غیر همراه میگویند.
  • گازهایی که به شکل محفظه گازی که در بالای لایه های نفتی در مخزن قرار دارد کهبه انها گاز های همراه میگویند.
  • گاز های همراهی که در شرایط مخزن در نفت حل شده اند که به ان گاز های محلول میگویند.

مهم ترین ویژگی یک گاز ترکیب شیمیایی آن است که نوع گاز طبیعی و خصوصیات نفتی که ممکن است همراه آن باشد  در ان وجود دارد. چون این عوامل باعث میشود که تعیین کننده فرایندی باشد که باید بر روی گاز انجام شود تا بتواند به خصوصیاتی که برای فراورش و انتقال مورد نیازاست برسد.

  1. فرایند کلی سیستم فراورشی گاز

گاز ترش بعد از بیرون امدن از دهانه چاهها در اولین مراحل فراورشی وارد سیستم های تفکیک می شود که انها هم در سر چاه و هم در ورودی پالایشگاه  میتوانند قرار داشته باشد و تفکیک کننده ها  وظیفه دارند تا مایعات و جامدات از گازها جدا کنند. هنگامی که گاز ترش وارد فرایند تصفیه میشود و بعد از ان گازهای اسیدی آن به واحد بازیافت گوگرد برده میشود. گاز شیرین هم وارد واحد نم زدایی میشود تا رطوبت آن به حد استاندارد برسد تا بتوانیم از ان بهره برداری کنیم.

  1. کیفیت گاز شیرین استاندارد

کیفیت گاز های طبیعی تصفیه شده استاندارد معمولا برای جداسازی ترکیبات گوگرد و گاز کربنیک را به صورت مقادیری به این شرح بیان می کند:

هیدروژن سولفوره:

برابر با ۴/۱ گرین در ۱۰۰ فوت مکعب گاز می باشد که با استانداردهای صنعت گاز حداکثر تطابق را دارد. واحد گرین (Grain) بیشتر در صنعت داروسازی از ان استفاده می کنند. هر پوند معادل ۷۰۰۰گرین است. به همین علت مقدار ۴/۱ گرین در ۱۰۰ فوت مکعب گاز استاندارد حدود ۶-۱۰*۴مول H2S را در بر میگیرد. این مقدار معادل با ppm  ۴ حجمی است. مقدار وزنی H2S در گاز ها به چگالی بستگی دارد. گاز طبیعی ترش با چگالی ۶۵/۰ مقدار H2S در گازهای شیرین استاندارد برابر با ppm 7 وزنی است. در سیستم متریک در گاز با ۴/۱ گرین H2S حدود Mg 6 در هر متر مکعب گاز وجود دارد. در فشار psig   ۱۰۰۰ فشار جزیی H2S در گاز با ۴/۱ گرین H2S برابر با ۲ میلیمتر جیوه قرار داده اند.

مرکاپتان:

برابر با کمتر از ۴/۱ گرین در ۱۰۰ فوت مکعب است

کل مشتقات گوگردی:

برابر با کمتر از ۵ گرین در ۱۰۰ فوت مکعب گاز قرار دارد

گاز کربنیک:

برابر با کمتر از ۲درصد مولی در گاز طبیعی است که ان یعنی کمتر از ppm500 تا ppm1000 برای استفاده در کارخانه های پتروشیمی قرار میگیرد. در ادامه منحنی فازی یک سیال مخزن  می بینید که ما ان را مورد بررسی قرار می دهیم . در این نمودار که مشاهده میکنید محدوده تعادل بخار و مایع بین منحنی حباب و منحنی شبنم قرار دارد که در این منحنی ها شرایط اشباع را  مورد بررسی قرار میدهد در هنگامی که مخلوط کاملا مایع و کاملا گاز است.

منحنی دو نقطه حباب و شبنم در نقطه ای که به ان نقطه بحرانی C  میگویند به یکدیگر میرسند. منحنی های خط چین نشان می دهند که منحنی های تعادلی برای نسبت های مختلف مولی فاز مایع هستند .

  1. روش های نمونه گیری

و حال روش های نمونه گیری از گاز طبیعی را مورد بررسی قرار می دهیم. ما خصوصیات فیزیکی یک گاز طبیعی می توانیم بصورت تجربی از روی نمودار ها تشخیص دهیم. نمونه ای که میگیریم باید معرفی کننده گاز طبیعی باشد پس این فن ها وروش های نمونه گیری دارای اهمیت به سزایی در یادگیری هستند.

با این وجود سه روش در نمونه گیری را مطرح میکنیم:

  1. تفکیک کننده های سرچاهی
  2. نمونه گیری های سر چاهی
  3. نمونه گیری های ته چاهی

انتخاب کردن نمونه ای از روش نمونه‌گیری می‌تواند با وجود ومداخله ملاحظه‌های تفاوتی باشد، که از نمونه های ان می‌توان به حجم سیال که نیاز داریم برای آزمایشگاه و نوع سیال مخزنی که در نمونه‌گیری باید از ان استفاده شود و سرعتی که مخزن تخلیه میشود و وضع مکانیکی حفره چاه و نوع تفکیک کننده‌ای که برای نمونه‌گیری قابل لحاظ است می توانیم اشاره کنیم.

۶-۱ تفکیک‌کننده سرچاهی

روش نمونه گیری سرچاهی در بردارنده گرفتن نمونه‌های از نفت و گاز از تفکیک‌کننده به صورت  همزمان  است و اندازه‌گیری دقیق مقدار های جریان نفت وگاز از تفکیک کننده بصورت هم زمان انجام می پذیرد. از ترکیب کردن دوباره همین مقدار نفت و گاز با نسبت های صحیح و معلوم ودقیق سیال مخزن به وجود می اید. با این روش نمونه‌های نفت وگاز در حجم های خیلی بزرگ به آسانی به دست می‌آیند .در نتیجه از این روش در نمونه گیری از مخزن های گاز میعانی استفاده بهینه به عمل می اید.  قبل ازاینکه نمونه گیری را انجام دهیم باید جریان سیال به داخل حفره چاه را به یک مقدار ثابت برسانیم .همانطور که باید محاسبه میزان های جریان نفت و گاز باید دقیق معین باشد، ابزارهایی که با ان این کار را انجام میدهیم باید دقیق باشد و حتما باید به وسیله افراد توانمند ودارای مهارت صورت بگیرد.

 

۶-۲ سر چاهی:  

در صورتی نمونه‌گیری از سیال قابل پذیرش است که دارای شرایط یک فازی بودن جریان سیال باشد. چیزی که درتجربه بدست اورده ایم ان است که برای چاه های نفت زمانی که فشار جریانی در سر چاه بیشتر  از ۳۰۰ پام از فشار اشباع سیال در دمای سر چاه باشد، میتوانیم یک نمونه خوب و دقیق را بدست بیاوریم.  به همین علت باید منحنی فشار اشباع را داشته باشیم تا این روش در صورتی که بتوانیم انرا اجرا کنیم بصورت ساده‌ترین و ارزان ترین روش نمونه‌گیری قرار گیرد.

۶-۳ ته چاهی:

در روش نمونه گیری ته چاهی به نقطه‌ای که از قبل مشخص وتعیین شده بود در اعماق چاه برده میشود. مقداری از نمونه در آن ذخیره شده است و و انرا با خود به سرچاه می اورد. بعد این نمونه را به داخل ظرفی ویزه میریزم تا انرا به ازمایشگاه مخصوص منتقل کنیم. این روش هنگامی استفاده میشود که فشار جریانی ته چاه بیشتر از فشار اشباع سیال مخزن باشد. بعضی از انواع نمونه‌گیری های ته چاهی برای نفتهایی که گرانروی بالایی دارند خوب عمل نمی‌کنند  به همین علت مامور نمونه‌گیر باید دقت داشته باشد که آیا می‌تواند نمونه را به خوبی حفظ کرده و به سطح انتقال دهد یا خیر؟ موانع ای مکانیکی در داخل چاه هم می‌توانند از رسیدن نمونه‌گیر به عمق مورد نظر برای نمونهگرفتن جلوگیری کند . مانند کاهنده‌های درون چاهی و یا قسمتی از لوله مغزی که دچار فرو رفتگی شده است . اگر حجم زیادیاز نمونه گیری لازم باشد ، با توجه به کوچک بودن نمونه‌گیرهای ته چاهی، لازم است که نمونه‌گیری را چند مرتبه تکرارکنیم. البته ابتدا قبل از انجام هرگونه نمونه‌گیری باید ولازم است که زمینه های انجام این کار در چاه فراهم شود و به گونه ای یعنی باید ابتدا مناسب سازی چاه انجام دهیم.

  1. مناسب سازی چاه برای نمونه‌گیری

مناسب سازی چاه برای نمونه‌گیری قسمتی از مجموعه های عملیات نمونه‌گیری است که برای به دست آوردن سیال واقعی مخزن دارای اهمیت زیادی است. با وجود این، اغلب از آن چشم پوشی شده و یا به کلی به فراموشی سپرده می‌شود. هنگامی که فشار مخزن از فشار اشباع اولیه آن کمتر می‌شود تغییر قابل توجه ای در خصوصیت های سیال آن بوجود می اید، تاثیر این کم شدن فشار بیشتر در اطراف حفره چاه ودش را نشان میدهد. مناسب‌سازی چاه برای نمونه‌گیری به این معنی است که خارج ساختن نفت تغییر خاصیت بدهد از اطراف حفره چاه و جایگزین کردن نفت عمق زیاد مخزن که نماینده سیال واقعی مخزن را برعهده دارد، به جای آن باشد. یک نکته مهم آن است که تنها بستن چاه که منجر به بالا رفتن فشار در اطراف حفره چاه می‌شود باعث نمی‌شود که خاصیت های نفت که در ان موجود است به ترکیبات اولیه وشرایطش باز گردانده میشود ، در این صورت لازم است که چاه را به آرامی جریان بدهیم تا سیالی که تغییر خاصیت داده است از چاه خارج شده و نفت نماینده سیال مخزن را جایگزین خودش بکند.

  1. فرآوری گاز طبیعی

جداسازی بعضی از سازنده هایی که در جریان خروجی از چاه آب گاز های اسیدی و هیدروکربن هایی که سنگین هستند وجود دارد که جزعی از فرآوری گاز طبیعی می باشند که این عمل به منظور تنظیم خاصیت های تجاری انها یا جابجا کردن وحمل ونقلش صورت می پذیرد. گسترش این عملیات که بین حوزه تولید و محل تحویل با در نظر گرفتن شرایط و ملاحظه های اقتصادی انجام می پذیرد . معمولا ترجیح میدهیم که فقط عملیات مربوط به آماده کردن گاز برای جابجایی وحمل وانتقال در نزدیکی محل تولید صورت گیرد.

گازهای طبیعی و مشتقات متفاوت آن را می توان به شکل های مختلفی میتوانیم انتقال دهیم. از جمله :
۱٫گاز طبیعی فشرده شده باشد(CNG)
۲٫گاز طبیعی مایع شده باشد (LNG)
۳٫گاز های نفتی مایع شده باشد (LPG)
۴٫مواد شیمیایی (متانول , آمونیاک , اوره)
بعضی از موادی از سازنده های گاز طبیعی باید از آن جدا شوند و به این منظور که توسط مرحله های بعدی تولید یا منتقل کردن گاز به سیستم اراعه میشوند و یا طبق مشخصه های تجاری ان یا قانونی است که گاز باید با گاز طبیع انها تطابق داشته باشد.

به همین امکان دارد موادی که در زیر امده از گاز جدا شود:
۱٫سولفید هیدروژن که یک گاز سمی در عین حال خورنده است.
۲٫دی اکسید کربن یک ماده مورنده است و ارزش گرمایی چندانی ندارد و که فرایند های سرما سازی  میتواند منجر به تولید کریستال شود.
۳٫جیوه به صورت آلیاژ با پایه آلومینیم است که ان هم یک ماده سمی وخورنده محصوب میشود.
۴٫آب که باعث تشکیل هیدرات ها و باعث ایجاد خوردگی در ماده میشود.
۵٫ در سیستم های انتقال هیدرو کربن های سنگین به صورت مایع بوجود می ایند .
۶٫نیتروژن نیز که هیچ ارزشی در مقابل حرارت ندارد.

  1. عملیات تفکیک و تخلیص

عملیات فرآوری باعث کنترل اندازه آب و گاز های اسیدی و هیدروکربن های سنگین ایجاد میشود که با جدا کردن موادی از سازنده ها که حتما باید از گاز جدا کنیم، باعث میشود تا گازهای طبیعی خالص شوند .

عامل هایی که در انتخاب کردن فرایند شیرین سازی پر اهمیت هستند عبارتند از:

  1. نوعی ناخالصی که ما باید ان را از گاز جدا کنیم.
  2. اندازه ومقدار غلظت ناخالصی و حد نشان داده شده به درصد خالص بودن گاز
  3. گاز های اسیدی که به صورت انتخابی جذب میشوند
  4. قابل انجام بودن ودرست وصحیح بودن واحد بازیافت گوگرد ها
  5. مهم بودن از نظر اقتصادی این فرایند

                                                                                            نمای عمومی از پالایشگاه گاز

  1. آمین ها

آلکانول آمین ها مواد آلی هستند که دارای نیتروژن هستند که انها از ترکیب شدن مواد آلی مخصوص (گاهی اوقات الکل) با آمونیاک بوجود می ایند .
هر یک از مولکول های آمین ها حداقل از یک گروه یک گروه آمینو(N H2,NH و   هیدروکسی (OH)  بوجود امده اند .گروه هیدروکسی وزن مولکولی را بالامی برد که موجب کم شدن فشار بخار و زیاد شدن حلالیت آمین در آب میشود و آمینو قدرت بازی کافی در محلول آمین ها در آب دارد که به برای استفاده و جذب گازهای اسیدی را به وجود می آورد.

                                                                                                        شرح کلی فرایند آمین

۱۱٫مشکلات عملیاتی واحدهای آمین:

  1. خوردگی ان در درجه حرارت و فشار و بار اسیدی محلول و سرعت جریان مورد محاسبه قرار میگیرد.
  2. درای پدیده کف کنندگی است
  3. مواد شیمیایی دارای تلف شدن هستند مانند ماندگی و تبخیر و کاهش عیار آمین
  4. گازهای غیراسیدی ان دارای خاصیت حلالیت است
  5. دارای واکنشهای غیر قابل بازگردانندگی می باشد
  6. ناخالصی های ان به صورت ذرات جامد خود نمایی میکنند.

 

۱۲٫فرایند سولفینول

سولفینیول یک محلولی است که مخلوطی از حلال فیزیکی تتراهیدروتیوفن دی اکسید و حلال شیمیایی دی ایزوپروپانول آمین بوجود می اید.

غلظت هرکدام از ماده هایی که در بالا ذکر شد عبارتند از:

  • Sulfolane  :   ۲۵-۴۰درصد
  •   DIPA : -44 55 درصد
  • H2O: 30-40 درصد

شرح کلی فرایند سولفینول

۱۲-۱ مزایا و معایب فرایند سولفینول

  1. مقدار حلال ان در گردش به سمت پایین وکم است.
  2. در عملیات بازگرداننده سازی مصرف انرژی ان محلول پایین است.
  3.  اکثر مرکاپتانها را  تقریبا از یک دیگر جدا می کند.
  4. استخراج کردن COS  در مقادیر بالایی صورت می گیرد.
  5. در کف کردن تمایل به کنترل کردن از خود نشان می دهد.
  6. مقدار خوردگی در ان پایین است.

۱۲-۲ معایب فرایند سولفینول:
۱٫ از نظر قیمت در ان حلال گران است.
۲٫حلال سولفینول قابلیت حل کردن رنگ را در خود دارد.همچنین نگهداری مناسب این حلال جز موارد خیلی ضروری است.

نویسنده مطلب: hamid

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *