دسته: نفت و گاز تصفیه گاز مقدار گازی كه برای استحصال انرژی و یا تولید تركیبات شیمیایی و پتروشیمی مصرف می شود بسیار زیاد است گازهای مولد انرژی از هیدروكربورهای سبك هستند كه ممكن است ناخالصیهایی هم داشته باشند كه قبل از مصرف بایستی جدا شوند گاز طبیعی ممكن است بعنوان همراه با استخراج نفت و یا مستقلا از منابع گاز زیر زمینی ( مانند كنگان و سرخس ) بدست می آید
قیمت فایل فقط 50,000 تومان
تصفیه گاز
مقدمه :
مقدار گازی كه برای استحصال انرژی و یا تولید تركیبات شیمیایی و پتروشیمی مصرف می شود بسیار زیاد است . گازهای مولد انرژی از هیدروكربورهای سبك هستند كه ممكن است ناخالصیهایی هم داشته باشند كه قبل از مصرف بایستی جدا شوند . گاز طبیعی ممكن است بعنوان همراه با استخراج نفت و یا مستقلا از منابع گاز زیر زمینی ( مانند كنگان و سرخس ) بدست می آید .
عمده ترین ناخالصیهای موجود ئیدروژن سولفوره ، انیدریدكربنیك و رطوبت است مقدار ناخالصیهای موجود بستگی به منابع تولید دارد و امكان دارد كه مقدر ئیدروژن سولفوره آن تا 50 درصد مجموع نیز برسند .
1-1- تعریف گاز طبیعی و شناخت آن :
همانطوریكه اشاره شد گاز طبیعی تركیبی است كه هیدروكربورهای اشباع شده شامل گاز متان ( CH4) ، اتان (C2H6) ، پروپان ( C3H8) ، بوتان ( C4H10) و درصد ناچیزی هیدروكربورهای سنگین و نظیر پنتان و غیره . جزء عمده گاز طبیعی را متان كه سبكترین بخش تركیبات نفتی است و میزان آن به 95 درصد مجموع و سپس اتان كه در بعضی مخازن نسبت آن 10 درصد مجموع را شامل می شود .
هیدروكربورهای گاز به طور كلی به دو دسته تقسیم می شوند :
الف ) گازهای جدا شده از نفت چه در دستگاههای بهره برداری جدا شوند و یا در مخزن زیر زمینی جدا شوند به آنها گاز همراه یا مرتبط با نفت و یا ( ASSOCIAIE GAS) گویند .
مانند گازی كه همراه نفت از چاههای نفت جنوب كشور خارج می شود . با توجه به اینكه گاز همراه با نفت دارای هیدروكربورهای سنگین نیز می باشند . پس از استخراج نفت آنرا وارد دستگاههای تفكیك نفت نموده و هیدروكربورهای تر و خشك مجموعه از آن جدا می شوند و سپس با یك سلسله عملیات در كارخانه های گاز و گاز مایع ( N.E.L) شركت ملی نفت ، گاز خشكی جدا و بوسیله خط لوله تحویل شركت ملی گاز می گردد .
ب) گازهائیكه هنگام اكتشاف همراه نفت نبوده و تماس هم با نفت نداشته اند آنها را گاز غیر همراه یا غیر مرتبط و یا ( NON – ASSOCIATED) گویند .
2-1- انواع گاز طبیعی و موارد مصرف :
گاز طبیعی برحسب ناخالصیهای موجود در آن بنامهای مختلف شناخته می شوند كه در اینجا به دو نوع آن اشاره می نمائیم .
1- گاز شیرین :
گاز شیرین گازی است كه هیدروژن سولفوره ( H2S) و گاز انیدریك كربنیك ( CO2) آن در حداقل مجاز و مناسب خط لوله باشد .
2- گاز ترش :
دستگاههای مربوطه و پایین آوردن ارزش حرارتی گاز طبیعی می بایستی از آن جدا گردند ، لذا پالایشگاه گاز بید بلند بهمین دلیل تاسیس شده است تا گازهای اسیدی حاصله از منابع نفتی آغاجاری را كه درصد حجمی آن به 3.3 درصد می رسد از گاز طبیعی جدا نماید .
گاز طبیعی بعلت فراوانی و ارزش حرارتی بالا و همچنین با توجه به ارزش حرارتی معادل در مقام مقایسه با كلیه سوختهای جامد ، مایع و نیروی برق ارزانتر است .
لذا سوخت و ایجاد حرارت در توربینها و موتورهای گازسوز ، سوخت كارخانجات تجارتی مصارف خانگی و همچنین در صنایع پتروشیمی بعنوان ماده خام قابل تبدیل بموادی است كه فرآورده های بیشماری از قبیل انواع كود ، مواد پاك كننده ، الیاف مصنوعی ، رنگ و كالاهای پلاستیكی كه از آن جمله هستند .
3-1- تصفیه گاز :
تصفیه گاز در حقیقت جدا كردن موادی نظیر هیدروژن سولفوره و گاز كربنیك از گاز طبیعی می باشد بیش از 70 درصد تاسیسات فرآورش گاز دارای تاسیسات شیرین سازی گاز می باشند ، معمولا گازهای ترش هم دارای ئیدروژن سولفوره هم محتوی گاز كربنیك می باشد كربونیل سولفید ( COS) و كربن دی سولفید ( CS2) مركاپتانها و سایر مشتقات گوگرد نیز ممكن است در گاز طبیعی موجود باشند . تصفیه گاز از ئیدروژن سولفوره و سایر تركیبات گوگردی باید مشخصات استاندارد گازهای شیرین برای فروش در بازار را برآورده نماید .
جدا كردن گاز كربنیك از گازهای طبیعی معمولا به خاطر ارزش حرارتی و پائین آوردن حجم گاز در سیستم اتصال و برآورد نمودن پاره ای از نیازهای ویژه برای كارخانجات پتروشیمی انجام می پذیرد . كیفیت استاندارد برای گازهای تصفیه شده معمولا جداسازی تركیبات و گاز كربنیك را با مقادیری به شرح زیر طلب می نماید . هیدروژن سولفوره برابر با ربع گرین در یكصد فوت مكعب گاز می باشد واحد گرین در صنعت داروسازی مورد استفاده قرار می گیرد .
هر پوند معادل 7000 گرین می باشد . بنابراین مقدار ربع گرین در یكصد فوت مكعب حدود 6-10 * 4 مول H2S دارد كه معادل PPM 4 می باشد .
مقدار وزنی H2S به چگالی گاز بستگی دارد برای گازهای طبیعی ترش با چگالی 0.65 مقدار گاز های H2S در گازهای شیرین برابر 7PPM وزنی می باشد . در سیستم متریك در گاز با یك چهارم گرین H2S حدود 6 میلی گرم H2S در هر متر مكعب گاز وجود دارد . در فشار 1000 Psig فشار جزئی H2S در گاز با یك چهارم گرین H2S برابر 0.25 میلیمتر جیوه می باشد .
مركاپتان : كمتر از ربع گرین در یكصد فوت مكعب گاز كل مشتقات گوگردی باید كمتر از پنج گرین در یكصد فوت مكعب گاز باشد .
گاز كربنیك : تا مقدار كمتر از 2 درصد مولی گاز كربنیك در گاز طبیعی و كمتر از 5 PPM برای تغذیه كارخانجات پتروشیمی می باشد .
1-2- پیدایش گاز :
با كشف ذخایر بزرگ گازی منطقه های آبی و خاكی و گسترش این ذخایر میزان ذخایر گاز طبیعی شناخته شده ایران به 21 تریلیون متر مكعب رسانیده ، مقام دومی ایران در جهان بعد از روسیه با 56 تریلیون متر مكعب ذخائر گازی تثبیت شد . یقینا با افزایش مصرف جهانی و وجود محدودیتهای بالقوه انواع انرژی های دیگر ارزش این ماده مانند در آینده آشكارتر می شود .
منابع گازی به سه حالت مختلف در جهان و از جمله ایران مشاهده می شود :
1- گاز همراه نفت
در زمان استخراج نفت ، از چاه فوران می كند . مقادیر زیادی گاز نیز هنگام پالایش نفت از آن جدا می گردد كه در گذشته به دلیل نبود پیش بینی های لازم و نداشتن محل لازم و نداشتن محل مصرف و نبودن امكان ذخیره سازی ، سوزانده می شد .
امروز با جدائی گاز از نفت و تشكیل شركت ملی گاز ایران مقادیر زیادی از این گازها جمع آوری شده و به مصارف خانگی ، تجارتی و صنعتی به ویژه نیروگاههای برق و سایر تاسیسات مهم كشور رسانده می شود . گاز استخراج شده به دو حالت ترش و شیرین است . گاز ترش حاوی اسید ، آب و غیره است و در اثر پالایش از آن جدا شده و پس از نم زدائی به صورت گاز خشك در می آید .
| ردیف | كشور | تریلیون متر مكعب | درصد |
| 1 | روسیه | 48.5 | 34.1 |
| 2 | ایران | 20.7 | 14.6 |
| 3 | قطر | 7.1 | 5 |
| 4 | امارات | 5.5 | 4.1 |
| 5 | عربستان | 5.3 | 3.7 |
| 6 | آمریكا | 4.7 | 3.3 |
| 7 | ونزوئلا | 3.7 | 2.6 |
| 8 | الجزایر | 3.6 | 2.6 |
| 9 | نیجریه | 3.4 | 2.4 |
| 10 | عراق | 3.1 | 2.2 |
| 11 | سایر كشورها | 36.4 | 25.4 |
|
| مجموع | 142 | 100 |
از سوی دیگر با گرفتن مواد سنگین ( برخی از تركیبات هیدروكربورهای سنگین ) گاز استخراج شده تبدیل با گاز سبك می شود .
اما گاز استخراجی بعضی از میادین شیرین ( فاقد مواد اسیدی) است این نوع گاز تنها با عمل نم زدائی ، تبدیل به گاز خشك شده و برای مصرف آماده می شود و می توان آن را بدون انتقال به پالایشگاه به خطوط لوله تزریق كرده و به نقاط مصرف فرستاد .
2- گاز كلاهك :
گاز میادین نفتی ، به این ترتیب كه مواد نفتی در قسمتهای پایین معدن و گاز در بالای آن قرار گرفته است .
3- میادین مستقل گازی و سازنده های گازی :
2-2- گاز همراه نفت :
در این نوع میادین از آنجا كه گاز و نفت با هم هستند ، مقدار تولید گاز بستگی به میزان استخراج نفت دارد . هر قدر نفت بیشتری تولید شود گاز بیشتری حاصل می شود . این نوع گاز تقریبا منحصر به میادین نفتی مناطق نفت خیز جنوب ایران است گاز همراه نفت كه (( گاز غنی )) نیز نامیده می شود ، گاهی حاوی اسیدهایی است كه معمولا بوسیله تبرید آن در كارخانه های گاز و جدا كردن گاز مایع از آن تبدیل به گاز سبك می شود و آنگاه برای پالایش به تصفیه خانه و یا در صورت شیرین بودن به خط لوله سراسری منتقل و از طریق آن به نقاط مصرف ارسال می شود .
مایعات گازی حاصله را نیز به پالایشگاههای گاز مایع و یا كارخانه های پتروشیمی می فرستند . در سال 1346 شركت ملی صنایع پتروشیمی كه تنها دو سال از تاسیس آن می گذشت ، برای تاسیس سوخت خود برای اولین بار در تاسیسات خود واقع در بندر امام خمینی و بندر ماهشهر از گازهای گوگرددار مسجدسلیمان استفاده كرد . این سرآغاز بهره برداری واقعی از گازهای استحصالی میدان جنوب بود كه سالها بی دریغ سوزانده می شد .
3-2- گاز كلاهك گازی :
گازهای كلاهك كه گاز گنبدی نیز گفته می شود ، در داخل معدن و در تماس مستقیم با سطح بالایی نفت قرار دارد . حدود نیمی از مخازن گازی قابل استحصال ایران از این نوع است .
استخراج بی حساب از این نوع معادن موجب كاهش شدید فشار مخزن و گاززدائی نفت شده و استحصال كامل بخشی از نفت و مایعات گازی معدن را دچار اشكال می سازد بنابراین لازم است تا استحصال كامل نفت و مایعات گازی میدان از استخراج گاز كلاهك خودداری كرد چرا كه در آینده ناگزیر باید همان گاز استخراج شده را با تحمل هزینه زیاد به منظور استفاده از نفت معدن ، دوباره به آن تزریق كرد .
4-2- میادین مستقل گازی :
این نوع میادین فقط حاوی گاز معمولی یا گاز مایع است و می توان به طور مستقل از آن برای تولید گاز بهره برداری كرد .
نخستین چاه مستقل گازی ایران چاه (( پازنان ))واقع در جنوب شرقی آغاجاری و جنوب غربی گچساران است كه در سال 1305 هجری شمسی حفر شد و به جای نفت به منبع گاز طبیعی برخورد كرد . طی سالهای 1310 تا 1316 هـ . ش چاههای دوم و سوم و چهارم پازنان نیز كه همه به منظور دستیابی به نفت حفر شده بود به گاز طبیعی برخورد به این ترتیب معلوم شد معادن پازنان به جای نفت ، میادین گازی است .
میادین گازی پارس شمالی در خلیج فارس با حدود 325/1 تریلیون متر مكعب و پارس جنوبی با حدود 850 میلیارد متر مكعب و همچنین میدان گازی كنگان با حدود 453 میلیارد متر مكعب گاز قابل استحصال از این نوع است .
به طور كلی تعداد این نوع میادین گاز در ایران ( در خشكی و آب ) به 25 میدان و تعداد سازنده های گاز به 9 مورد می رسد .
فرآیندهای شیرین سازی
1-3- فرایندهای شیرین سازی در بسترهای جامد :
جداسازی گازهای اسیدی در بسترهای جامد از طریق واكنش شیمیایی یا ایجاد پیوند یونی صورت می پذیرد . در این فرآیند ، گاز ترش از میان بستر جامد عبور نموده و گازهای اسیدی جذب بستر می شوند پس از اشباع بستر از گازهای اسیدی ، مخزن حاوی بستر جامد از مدار عملیات خارج و برای احیاء سازی یا تخلیه بستر و جایگزین مواد جامد ، آماده می گردد . به همین منظور ، مخزنی با ظرفیت مشابه ، پس از خارج شدن مخزنی اولی ، در مدار عملیات قرار می گیرد .
فرآیند شیرین سازی در بسترهای جامد شامل موارد زیر می باشد :
1- فرآیند آهن اسفنجی ( IRON SPONEE )
2- فرآیند غربال ملكولی ( MOLECULAR SIEVE )
3- فرآیند اكسید روی
1) فرآیند آهن اسفنجی :
دراین فرآیند،شیرین سازی گازازطریق واكنش اكسید آهن باH2S صورت میپذیرد . از این فرآیند برای شیرین سازی گازهای ترش با غلظت پائین H2S ( كمتر از 1gran / 100 scf ) استفاده شده و جدا سازی CO2 در آن صورت نمی پذیرد .
از فرآیند آهن اسفنجی از تعدادی مخازن متوالی حاوی (bydRATED IRON OXIDE) استفاده شده كه در آن H2S به سولفید آهن تبدیل می شود :
واكنش شیمیایی فوق در حضور آب و دمای پایین تر از 120 درجه فارنهایت صورت می گیرد . در صورت كافی نبودن بخار آب در گاز ورودی به بستر ، تزریق آب به ورودی سیستم ضرورت پیدا می كند . كنترل PH بستر در محدوده 10-8 مهم بوده كه با افزایش دما به بیش از 120 درجه فارنهایت ، اهمیت بیشتری پیدا می كند . عملیات كنترل PH با كمك محلول سود سوز آور آب آهك یا مخلوط آمونیاك و آب صورت می پذیرد.
عملیات احیاء سازی بستر بوسیله هوا صورت گرفته ، اكسید فریك هیدراته احیاء شده و گوگرد تولید می شود . نظر به گرمازا بودن واكنش سولفور آهن با اكسیژن ، هوای ورودی به بستر باید به آرامی وارد آن شود تا فرصت خارج كردن گرما از درون بستر را داشته باشد . سرعت زیاد هوا و گرمای واكنش ممكن است باعث انتقال بستر گردد .
بخشی از گوگرد تولیدی در حین عملیات احیاء سازی بستر رسوب نموده و باعث كاهش واكنش پذیری بستر و افزایش افت فشار گاز می شود . معمولا ، پس از تكرار 10 بار عمل احیاء سازی بستر ، مواد داخل مخزن بطور كامل تخلیه شده و اكسید فریك جایگزین آن می شود . مواد زیر از جمله مسایل عملیاتی فرآیند آهن اسفنجی می باشند .
حضور مایعات هیدروكربنی در گاز ورودی به بستر باعث تجمع آن در لابلای منافذ آهن اسفنجی شده و از واكنش H2S با اكسید آهن ممانعت به عمل می آورد .
در این فرآیند ، وجود آب آزاد جهت مرطوب كردن آهن اسفنجی الزامی می باشد . در این ارتباط ، پیش بینی تمهیدات ضروری جهت جلوگیری از یخ زدگی آهن اسفنجی در هوای سرد اهمیت زیادی دارد . در چنین شرایطی ، دمای گاز ورودی به بستر همیشه باید بالاتر از دمای بحرانی تشكیل هیدرات حفظ گردد .
آهن اسفنجی در اثر مرور زمان مصرف شده و باید با مواد تازه جایگزین شود . دفع مناسب مواد زائد از جمله عملیات و ایمنی می باشد .
مشخصات یك واحد اسفنجی در ایالات متحده آمریكا به قرار زیر است :
| 15 mm SCFD | Sour Feed gas |
| 9 PPM | H2S in Feed |
| 2 Vessels ( DIA = 12 | NO . oF beds |
| 29 DAYS | Operation cycle |
2- فرآیند غربال ملكولی :
در فرآیند های غربال ملكولی ، جداسازی آب ، تركیبات گوگردی و آلاینده های دیگر از درون گاز و مایعات ترش صورت می پذیرد .
غربالهای ملكولی كریستالهای متشكل از ( ALKALImetal Alumino Silicates ) با شبكه متصل سه بعدی سیلیكان و آلومینا تترا هیدرات بوده و به صورت دانه های ریز و گلوله های كوچك ساخته می شوند . نام غربال ملكولی ناشی می شود كه اندازه روزنه ها و تخلخل غربال ملكولی در حدی است كه ملكولهای كوچك از آن عبور نموده ولی ملكولهای بزرگ قادر به نفوذ به درون آنها نمی باشند .
ساختمان كریستالی غربالهای ملكولی تعداد كثیری بار قطبی معروف به مناط فعال بوجود می آورند . ملكولهای قطبی نظیر H2S ، آب ، CO2 و مركپتانها وارد منافذ غربالهای ملكولی گردیده و پیوندهای یونی ضعیفی در مناطق فعال تشكیل می دهند . ملكولهای غیر قطبی مانند هیدروكربنهای پارافینی قادر به تشكیل پیوند در مناطق یاد شده نمی باشند . اندازه ملكول CO2 تقریبا نزدیك به اندازه H2S بوده ، لیكن ، بدلیل غیر قطبی بودن قادر به تشكیل پیوند در مناطق فعال نمی باشند . مقدار كمی CO2 ، به دلیل ایجاد پیوند H2S و H2O با مناطق فعال ، در داخل منافذ حبس شده و بدین سبب راه خروج CO2 از درون منافذ مسدود و در داخل بستر باقی می ماند . تا زمانیكه تمامی سطوح غربال ملكولی توسط ، ملكولهای H2S ، آب و غیره پوشانیده نشده باشد ، غربال ملكولی قادر به جذب ملكولهای فوق خواهد بود .
عملیات احیاء سازی بستر غربال های ملكولی بوسیله گاز گرم صورت می پذیرد ، و سرد كردن بستر مذكور پس از عملیات احیاء سازی بدان منظور انجام می شود كه غربال های ملكولی در دمای بالا قادر به جذب H2S ، آب و … نمی باشند . لذا قبل از قرار گرفتن بستر احیاء شده در مدار عملیات ، دمای بستر توسط گاز سرد كاهش می یابد . گرم كردن بستر در مرحله احیاء باعث شكستن پیوندهای یونی گردیده و تركیبات H2O , H2S و … از درون منافذ غربال های ملكولی خارج می شوند . دمای احیاء بستر معمولا در محدوده 400 – 300 درجه فارنهایت می باشد . هرچند كه شرایط بهینه فرآیند جذب سطحی و تشكیل پیوند یونی در فشاری حدود ( Psig ) 450 حاصل می شود ، لیكن ، غربال های ملكولی در طیف وسیعی از فشارها كارائی مناسبی دارند .
غربال های ملكولی همواره در مقابل تجزیه شیمیایی و مكانیكی آسیب پذیرند . از این رو حفاظت از غربال های ملكولی در برابر خرد شدن بسیار مهم است . مهمترین عامل آسیب دیدگی مكانیكی غربال های ملكولی تغییرات ناگهانی فشار و یا دما كه به هنگام تغییر شرایط عملیاتی بستر از حالت جذب به حالت احیاء رخ می دهد ، می باشد .
غربال های ملكولی معمولا برای شستشوی نهایی گازهای ترش بكار برده می شوند و عموما پس از واحد شیرین سازی گاز ترش قرار می گیرند . بعنوان مثال ، با بكار گیری غربال های ملكولی ، COS درون پروپان را می توان تا حد 2 PPM كاهش داد .
معایب غربال های ملكولی برای شیرین سازی مایعات گازی ( جدا سازی CO2 , H2S ) به قرار زیر می باشد :
- محدودیت حجم خوراك ورودی به بستر
- بالا بودن هزینه عملیاتی نسبت به مابقی فرآیند های شیرین سازی
- دمای بالا جهت احیاء سازی بستر
- حجم سرمایه گذاری بالا بدلیل احداث مخازن موازی جهت عملیات مداوم
معروفترین شركتهای سازنده غربال های ملكولی ، شركتهای UNION CARBIDE و UOP می باشند .
انواع غربال های ملكولی شركت union carbide عبارتند از :
PK – 29 1/16 PELLETS
13 X 1/16 PELLETS
از غربال های ملكولی فوق برای استخراج H2S ، مركپتان ، آب و COS درون گازها ، گاز مایع خانگی ( LPG) و گاز طبیعی مایع ( LNG) استفاده می شود . نام تجارتی یكی از غربالهای ملكولی شركت MOlSIV , VOP می باشد .
3- فرآیند اكسید روی :
فرآیند اكسید روی به لحاظ كاربردی تجهیزات شباهت زیادی به فرآیند اسفنجی دارد . واكنش شیمیایی اكسید روی با H2S به قرار زیر می باشد :
ZnO + H2S ® ZNS + H2O
سرعت واكنش فوق با كنترل پدیده نفوذپذیری قابل تنظیم بوده و عملیات واحد معمولا در دمایی بالاتر از 250 درجه فارنهایت صورت می گیرد . دمای بالا باعث افزایش سرعت نفوذ یون سولفید گردیده و بطور معمول ، از آن جهت پیشبرد سرعت واكنش استفاده می شود .
وابستگی زیاد فرآیند به پدیده نفوذپذیری بدان معناست كه متغیرهای دیگر نظیر فشار و سرعت گاز تاثیر كمتری بر واكنش شیمیایی دارند .
عمر مفید بستر اكسید روی به میزان H2S درون كاز ورودی بستگی دارد و از 6 ماه تا چند سال در نوسان می باشد . به منظور گسترش محدوده اشباع شدن بسترها تا قبل از زمان تعویض آنها ، بسترهای اكسید روی بطور سری پشت سرهم قرار داده می شوند بدلیل مسائل زیست محیطی در دفع سولفور روی ، كه بعنوان نمك فلز سنگین طبقه بندی می شود ، مقبولیت استفاده از این فرآیند تنزل یافته است .
قیمت فایل فقط 50,000 تومان
برچسب ها : تصفیه گاز , Gas treatment