پیشگفتار
از سری گزارش های کارآموزی ( گزارش کارآموزی سه ماهه ششم ) و در ادامه مباحث مربوط به فراوری گاز طبیعی و سیر مراحل آن، ابتدا روش های مختلف بازیافت مایعات هیدروکربوری ( بویژه روش تفکیک جزء به جزء بوسیله سرماسازی ) بررسی می شود و سپس نحوه جداسازی گازهای اسیدی با ذکر علل و عوامل انتخاب فرآیندهای مختلف مورد استفاده در این زمینه بخصوص روش شستشو با آمین تشریح می گردد.
در ادامه گزارش، مبحث فراوری تکمیلی گاز طبیعی و نیز چگونگی حذف گازهای نیتروژن و هلیوم و روشهای جداسازی جیوه ذکر خواهد شد.
بازیافت مایعات هیدروکربوری
برشهای مایع گاز طبیعی : اگر گاز طبیعی، حاوی مقدار زیادی مواد هیدروکربوری غیر از متان باشد (گازهای مایع یا گازهای همراه)، در صورت لزوم می توان تا حد امکان قسمتی از این هیدروکربن ها را از گاز جدا کرد تا بدین ترتیب از تشکیل فاز مایع در حین انتقال گاز جلوگیری شود.این جداسازی معمولا بوسیله کاهش دما و تشکیل یک فاز مایع، انجام
می گردد. همچنین می توان با استفاده از فرآیندهای جذب یا جذب سطحی، به این منظور دست پیدا کرد. برشهای مایع زیر به ترتیب در اثر کاهش دما، به دست می آیند :
الف : بنزین طبیعی یا مایع شده که یک بنزین سبک بوده و نشان دهنده برش C5+ است.
ب : برش LPG که شامل پروپان و بوتان ها ( نرمال و ایزو ) می باشد، مخلوط بنزین طبیعی و LPG (که حاوی اتان نیز می باشد) با کاهش دمای گاز طبیعی تا نقطه میعان LPG به دست می آید، در این حالت جداسازی بین بنزین طبیعی و LPG صورت نمی گیرد و ماده حاصل به نام مایعات گاز طبیعی (NGL) خوانده می شود.
ج : با کاهش دمای گاز طبیعی تا حدود ْc160- ، امکان میعان متان فراهم می شود، به این ترتیب گاز طبیعی را می توان در فشار اتمسفری و به صورت گاز طبیعی مایع شده (LNG) انتقال داد. این برش اساسا از متان تشکیل شده است و عموما دارای اتان می باشد؛ در صورتی که برش LPG در واحد مایع سازی جدا نشده باشد، گاز طبیعی مایع شده ممکن است که دارای LPG نیز باشد.
تفکیک جزء به جزء بوسیله سرماسازی
در صورت انتقال گاز طبیعی توسط خط لوله، تاسیسات فرآیندی باید بگونه ای طراحی شوند تا بتوان به معیارهای لازم برای انتقال گاز یا به مشخصات نهایی مورد نظر رسید. مشخصات مربوط به اهداف مختلف در جدول6-1 آمده است. در صورتی که لازم باشد گاز انتقال داده شود، نیاز اصلی، جلوگیری از تشکیل فاز مایع در حین انتقال می باشد. به منظور جلوگیری
از احتمال تشکیل فاز مایع، راه حلی که اغلب اعمال می شود، این است که دمای Cricondentherm در مقداری کمتر از حداقل دما در طول خط لوله،تنظیم شود
هدف دوم تحویل گازهای تجاری است. این گونه گازها باید بر اساس قرار گرفتن ارزش حرارتی کلی آنها (GHV) در یک محدوده خاص، مشخص شوند. رسیدن به این مشخصه از طریق تفکیک جزء به جزء مورد تاکید بیشتری می باشد.
سرانجام، ممکن است هدف نهایی به حداکثر رساندن تولید مایعات گازطبیعی باشد، که این کار از طریق تولید یک گاز فقیر که از بیشتر هیدروکربورها بجز متان عاری شده است، صورت می گیرد. این کار خصوصا هنگامی انجام می شود که گاز باقیمانده بخواهد مجددا تزریق شده یا سوزانده شود. فرآیند بازیابی مایعات بوسیله سرماسازی در مورد گازهایی صورت می گیرد که قبلا آبگیری شده اند تا از تشکیل هیدرات ها در حین سرماسازی جلوگیری شود. گاز خروجی از جداکننده فشار بالا، در اثر انتقال حرارت با گاز فراوری شده در یک مبدل حرارتی خنک می شود و پس از آن وارد مرحله سرماسازی شده و در اثر یک دوره سرماسازی خارجی یا جداسازی آنی (Flash Separation)، خنک می شود.
اگر بتوان این کار را از طریق فرآیند انبساط ایزونتروپیک ایدآل در یک توربین انجام داد، بازده بالاتری بدست می آید. انبساط را همچنین می توان در یک فرآیند آنتالپی ثابت توسط شیر کنترل انجام داد. در این صورت اگر انبساط را تا فشار نهایی که در توربین به آن
می رسیدیم، انجام شود، دمای حاصل بیشتر از دمای به دست آمده در خروجی توربین است.
ساده ترین فرآیند سرماسازی، انبساط آنتالپی ثابت در یک شیر می باشد.اما این فرآیند بازده نسبتا کمی دارد زیرا کار حاصل از انبساط در عوض اینکه تولید شود، به صورت گرما تلف
می شود. کاهش دما در فرآیند آنتالپی ثابت به علت اثر ژول – تامسون می باشد. پیش سرد کردن گاز در اثر تبادل حرارت با گاز فراوری شده لازمه رسیدن به دماهای نسبتا پایین است. این فرآیند عموما در آغاز دوره بهره برداری از مخزن که هنوز فشار در سر چاه زیاد است، انتخاب می شود. در این شرایط فرآیند انبساط آنتالپی ثابت در شیر کنترل را می توان استفاده کرد تا ضمن سرد شدن گاز، فشار آن به فشار لازم جهت نقل و انتقال گاز نزدیک شود. با استفاده از یک دوره سرماسازی خارجی، بدون نیاز به کاهش فشار، البته به استثنای افت فشار، می توان دمای گاز مورد فراوری را کاهش داد.
سرماسازی دراثر تبخیر یک ماده سرماساز در فشار نسبتا کم به دست می آید. این ماده معمولا پروپان یا گاهی اوقات، یک هالوژن از نوع فرئون می باشد. سیال سرماساز پس از تبخیر شدن، متراکم شده و در اثر خنک شدن توسط آب یا هوا، به مایع تبدیل می شود و پس از منبسط شدن در یک شیر، مجددا برگردانده می شود. معمولا لازم است که فشار تبخیر از فشار اتمسفری بیشتر باشد تا هر گونه ریسک ناشی از ورود هوا به سیستم، حذف شود. این کار خصوصا در مورد سیالات سرماساز قابل اشتعال، اهمیت زیادی پیدا می کند. از آنجا که نقطه جوش پروپان cْ 1/42- است، دمای سرماسازی را نمی توان از حدود cْ35- پایین تر آورد. به منظوررسیدن به دماهای پایین تر، لازم است تا از یک دوره دو مرحله ای استفاده شود که سیال سرماساز در مرحله دوم اتان یا اتیلن می باشد.
یک جایگزین برای دوره تراکمی سرماسازی، استفاده از سیکل جذبی سرماسازی است. (Absorption Refrigeration Cycle) سیال سرماساز که معمولا آمونیاک می باشد، در فشار نسبتا کم تبخیر شده و سپس جذب یک محلول آبی می شود، گرمای آزاد شده در اثر جذب به یک خنک کننده خارجی که آب یا هوا می باشد، منتقل می گردد.
محلول غنی حاصل پمپ شده و فشار آن بالا می رود و سپس در اثر دریافت حرارت در ژنراتور، یک فاز بخار تولید می شود. این فاز که شامل آب نیز می باشد در یک برج سینی دار یا پرشده، تصفیه می گردد. بخار آمونیاک در فشار بالاتر به مایع تبدیل شده و حرارت خود را به یک خنک کننده خارجی آب یا هوا می دهد. سپس مشابه دوره تراکمی، مایع آمونیاک، انبساط یافته و به تبخیرکننده فرستاده می شود.
محلول فقیر خروجی از ژنراتور، پس از تبادل با محلول غنی ورودی به آن، دوباره به قسمت جذب فرستاده می شود. این فرآیند از این جهت که درآن از کمپرسور استفاده نمی شود، بر فرآیند قبلی دارای برتری بوده و منطقی می باشد.
در صورتی که از فرآیند سرماسازی برای فراوری گاز طبیعی که شامل آب است، استفاده شود، به دو صورت می توان از تشکیل هیدرات جلوگیری کرد: آب گیری از گاز یا تزریق ماده بازدارنده هیدرات.
اگر دمای فراوری نسبتا کم باشد، معمولا قبل از مرحله سرماسازی، گاز آب گیری می شود. در غیر این صورت، تزریق یک بازدارنده غالبا ساده ترین و اقتصادی ترین راه حل است. در این حالت، سرماسازی به طور همزمان منجر به تولید یک فاز میعانی و یک فاز آبی می شود که شامل مخلوطی از آب و بازدارنده است. استفاده از گلیکول به عنوان بازدارنده امکان بازیافت نسبتا آسان آن را به کمک تقطیر، مقدور می سازد. با این حال اگر محتوای آب در گاز بالا بوده و خصوصا آب به صورت آزاد در گاز موجود باشد، بازیافت گلیکول ممکن است بسیار پر هزینه باشد. از متانول نیز بعنوان بازدارنده استفاده می شود ولی عموما به سیستم برگردانده نمی شود. (بازیافت نمی شود.)
تفکیک جزء به جزء با استفاده از تقطیر در دمای پایین
اگر لازم باشدکه برش C3+ یا برش C2+ را با بازده زیاد، جدا نمود، به عملیات تقطیر نیاز است. در این حالت مایع خروجی جداکننده فشار بالا به برج تقطیر فرستاده می شود و سپس برش مایعی که عاری از متان می باشد از پایین برج و گاز فقیر از بالای آن به دست می آید. یکی از این نوع فرآیندها (Cryomax) شامل دو برج مجزا می باشد. اولین برج تقطیر، به منظور تفکیک جزء به جزء برش مایعی که از ظرف جداکننده فشار بالا خارج می گردد، استفاده می شود و برج دوم هیدروکربن هایC3+ یا C2+ را که در گاز خروجی از توربین (خروجی گاز از جداکننده فشار بالا) می باشند، حذف می کند. این کار از طریق تماس این گاز با برش مایع بازیافتی از بالای برج اول، صورت می گیرد. مصرف انرژی را می توان با افزودن یک مرحله اصلاحی (مبدل حرارتی صفحه ای بجای ستون آدیاباتیک)کاهش داد.