shadow

Natural Gas Dehydration – Part.3

تجفيف الغاز الطبيعي – الجزء الثالث

 Natural Gas Dehydration 

   المهندس رائد العبيدي


تقليل انبعاثات وحدة التجفيف Reducing Dehydration Emissions

أن الغاية الأساسية من عملية التجفيف كما ذكرنا في الجزء الأول والجزء الثاني هي إزالة الرطوبة من الغاز الطبيعي لمنع التآكل وتكون الهيدرات Hydrates في الأنابيب. وقلنا أن العملية الأكثر شيوعاً هي عملية التجفيف بأستخدام TEG ، حيث يحصل تماس بين مادة تراي أثيلين كلايكول والغاز الطبيعي الرطب .

أن الكلايكول لا يمتص الرطوبة فقط ، بل سيمتص معه الميثان CH4 وغيره من المركبات العضوية الطيّارة Volatile Organic Compounds VOCs وغيرها من ملوثات الهواء الخطرة Hazardous Air Pollutants HAPs والموجودة في الغاز الطبيعي.

 

فقد ذكرت دراسة أعدتها وكالة حماية البيئة الأمريكية EPA ، أن هناك ما يزيد عن 38 ألف وحدة تجفيف بالكلايكول في الولايات المتحدة في عام 2001 ، مما يؤدي الى أنبعاث حوالي 18.6 مليار قدم مكعب من الميثان سنوياً الى الهواء الجوي. وتحتل صناعة الغاز الطبيعي المركز الثالث في مصادر أنبعاث الميثان بنسبة 17% . فيما تشكل أنبعاثات VOC و HAP من وحدات التجفيف 85% و 81% على التوالي من مجموع الأنبعاثات السنوية الناتجة من أنتاج الغاز الطبيعي.

وعلى ضوء هذه الأرقام فقد وضعت وكالة حماية البيئة الأمريكية EPA معايير لأقصى تقنيات السيطرة MACT والتي أجبرت مستعملي وحدات التجفيف بالكلايكول على تقليل أنبعاثات HAP من هذه الوحدات بنسبة 95%.

وبموجب معايير MACT فأن على مستخدمي وحدات التجفيف بالكلايكول نصب معدات سيطرة لتقليل الملوثات الناجمة عنها. فقد تم تطوير وحدات جديدة تتطابق مع هذه المعايير ، حيث تقوم هذه الوحدات بتقليل أنبعاثات HAP وغاز الميثان ، وتتلخص هذه الطريقة بجمع الأبخرة الهيدروكاربونية المنبعثة من وحدة التجفيف من Vent Stack ومن ثم تكثيفها لتكوين مركب هيدروكاربوني مفيد ، وبعض الماء ، كما يتم الأستفادة من الأبخرة المتبقية كمصدر للوقود لنفس الوحدة.

أن التقنية الجديدة تستخدم مبدأ تكثيف السائل ، وفصل الأطوار ، في حين لا يحتاج الماء الى معالجة ،وتقليل تلوث الهواء الى الحد الأقصى ، ويختلف التصميم الجديد بنصب مضخة جديدة تقلل انبعاث الميثان ، ونصب وحدة لمعالجة انبعاثات Vent Stack ، مع تصميم جديد للمسخنة Reboiler يقلل أستهلاك الغاز وأنبعاثاته.

وعازلة ثلاثية الطور ThreePhase Separator ووحدة لتبريد الكلايكول ويتجسد التعديل الرئيسي في هذا التصميم في وضع منظومة سيطرة على برج Vent Stack حيث يتم تجميع الهيدروكاربونات ومركبات HAPs في ضغط فراغي Vacuum وتكثيفها.

وقد حققت هذه الطريقة نجاحاً كبيراً حيث تم تقليل أنبعاثات HAP الى حوالي 99.74% .ولقد قللت هذه الطريقة من أنبعاثات BTEX الى حد كبير وهي (Benzene Toluene Ethyl benzene Xylene)

لقد تم تجربة هذه التقنية في وحدة تجفيف تعالج 26 مليون قدم مكعب قياسي باليوم شمال غرب برغتون في ولاية كولورادو ، وقد كانت الرطوبة الزائدة الخارجة من برج Vent Stack تُسبب مشاكل مستمرة قبل تطبيق هذه التقنية ، كما أن التحاليل للغازات المنبعثة من برج Vent Stack كانت عبارة عن: اول وثاني اوكسيد الكاربون – الهيدروكاربونات – مركبات BTEX– مركبات HAPs بالاضافة الى الهيكسان.

وقد أستحدثت وكالة البيئة الأمريكية تعريفاً جديداً وهو كفاءة كسر ملوثات الهواء الخطرة HAPs destruction efficincy  وهو عبارة عن كمية الملوثات HAPs الداخلة الى المنظومة منقوصاً منها كمية الملوثات HAPs الخارجة من المنظومة مقسوماً على كمية الملوثات HAPs الداخلة الى المنظومة. وقد كانت أغلب هذه الملوثات منبعثة عن الماء المنتج والتسربات Leaks (أن وجدت) والغازات المنبعثة من المسخنة Reboiler ، حيث أن عمود حرق الغازات burner stack قد يحتوي على بعض الملوثات غير المحترقة مما يؤدي الى أنبعاثها الى الى الهواء الجوي ، أما الملوثات الذائبة في الماء فأنها تنبعث منه عند تصريفه.
لقد أستمرت تجربة هذا النموذج لمدة 7 ايام للحصول على المعلومات المطلوبة وتقييم التصميم الجديد ، والتأكد من أن الوحدة تعمل بشكل جيد. وقد تم قياس نسبة الملوثات والميثان بواسطة الكروموتوغرافيك
Chromotographic كل 15 دقيقة ، حيث كان معدل الأنبعاث أقل من 0.0016 Ib/hr كما أن نسبة الرطوبة في الغاز الجاف الخارج كانت أقل من 7 Ib/MMscf أي أقل من 7 باوندات لكل مليون قدم مكعب قياسي وهو ضمن المواصفات القياسية للغاز الطبيعي المصدّر ، في حين كانت كمية الغاز المعالج بهذه الوحدة تتراوح بين 26.8 29.3 مليون قدم مكعب قياسي.
لقد لوحظ أن هذه المنظومة قامت بحرق كل الهيدروكاربونات غير المتكثفة بدون تصريفها الى الهواء الجوي كما استعملت بعض هذا الغاز في المنظومة. وقد تراوح معدل تدوير الكلايكول
gpm 3.0 – 3.77 في حين كانت نسب اوكسيدات النتروجين NOx وأول أوكسيد الكاربون وثاني أوكسيد الكاربون وملوثات الهواء الخطرة HAPs المنبعثة من عمود حرق الغازات في المسخنة كالآتي: 0.0817 0.0005 111 0.0003 باوند/ ساعة على التوالي أما أنبعاثاتها من الوحدة فقد كانت غير محسوسة ، أما كفاءة كسر الملوثات الخطرة
HAPs destruction efficincy أكثر من 99.74%.

تقليل أنبعاثات البنزين Benzene Emissions Reduction

قامت الجمعية الكندية لمنتجي النفط Canadian Association of Petroleum Producers بتشكيل مجموعة للعمل على أنبعاثات البنزين من وحدات التجفيف بالكلايكول وإعداد دراسة بهذا الخصوص ، وقد كان الغرض منها أيجاد طريقة فعالة للسيطرة على الأنبعاثات من وحدة التجفيف وخاصة أنبعاثات البنزين وزيادة الوعي بمخاطرها على صحة الأنسان وكيفية تقليل المخاطر الناجمة عن التعرض لهذه الأنبعاثات ، ومن ثم تبني طرق فاعلة للسيطرة على هذه الأنبعاثات.

أن البنزين يكون موجوداً بشكل طبيعي في الغاز ، ويتم أمتصاصه مع مجموعة من الهيدروكاربونات بواسطة الكلايكول في برج التلامس لينبعث بعدها من أعلى برج Vent Stack ويعتمد معدل الأمتصاص على معدل تدفق الكلايكول. وتحاول أغلب الشركات تحسين أداء وحدة التجفيف ولكن هذا قد يؤدي الى زيادة انبعاثات البنزين ، بسبب زيادة نسبة تدوير الكلايكول أو زيادة استخدام غاز النزع Stripping Gas .

أن أهم العوامل المؤثرة على أنبعاث البنزين هي:

نسبة وجود البنزين في الغاز الطبيعي الداخل : حيث يكون موجود في بعض الأحيان (وليس في جميع الأحيان) في الغاز الطبيعي وتعتمد كمية البنزين الذي يتم   أمتصاصه من الغاز الطبيعي على تركيز البنزين في الغاز الطبيعي الداخل.
– معدل تدوير الكلايكول Glycol Circulation Rate: حيث تكون كمية البنزين الذي يتم أمتصاصه متناسبة مع معدل تدوير الكلايكول.
– درجة حرارة برج الأمتصاص Absorber Temperature : أن درجة حرارة برج الأمتصاص تتأثر بشكل كبير بحرارة الكلايكول الداخل ، حيث أن زيادة درجة الحرارة  تؤدي الى زيادة نسبة بخار الماء وزيادة تطاير البنزين مما يؤدي الى تقليل كفاءة أمتصاص البنزين في الكلايكول.
ضغط برج الأمتصاص Absorber Pressure : ويتم تحديدها بواسطة ضغط الغاز الداخل ، وبزيادة ضغط برج الأمتصاص تزيد كمية البنزين الذي يمتصه الكلايكول.

معدل تدفق الغاز Gas flow rate : تتأثر كمية البنزين الذي يتم أمتصاصه بواسطة الكلايكول بمعدل تدفق الغاز ، ولكن هذا العامل ليس له نفس تأثير العوامل التي تم ذكرها.

 كيفية تقليل أنبعاثات البنزين :

 أن طريقة التفكير الهندسي الأستباقي في تصميم وحدات التجفيف هو الشيء الأكثر تأثيراً في تقليل أنبعاثات البنزين ، حيث يجب أخذ الأمور التالية بنظر الأعتبار عند التصميم:

 – معدل تدوير الكلايكول ، وتركيزه ونقاوته.

 – درجة حرارة برج الأمتصاص.

 – وجود وحدات سيطرة على الأنبعاثات.

الخطوات العملية تقليل أنبعاثات البنزين :

 1. معدل تدوير الكلايكول: وهو من أكثر العوامل تأثيراً على كمية البنزين التي تم أمتصاصها ، لذا يجب الحفاظ على معدل تدوير للكلايكول يضمن تجفيفاً جيداً ولا يزيد عن المعدلات المطلوبة كي لا تزيد كمية البنزين الذي يتم أمتصاصه. أو بأختصار أستخدام الحد الأدنى المقبول.

 2. درجة حرارة برج الأمتصاص :حيث يزيد أمتصاص البنزين في الضغوط العالية لبرج الأمتصاص ودرجات الحرارة الواطئة لنفس البرج ، لذا يتوجب ضبط ضغط برج  لتلامس لتقليل أنبعاثات البنزين بالشكل الذي يضمن استمرار عملية التجفيف وتقليل انبعاثات البنزين الى الحد الأدنى.

     أما درجة حرارة برج الأمتصاص ضبطها من خلال السيطرة على درجة حرارة الكلايكول المشبع ( في المبادل الحراري على سبيل المثال) أو من خلال ضبط درجة حرارة الغاز الداخل اليه من خلال نصب وحدات لتسخين الغاز قبل التجفيف (ملاحظة: في محطات الكبس لن تكون هناك حاجة الى تسخين الغاز حيث أنه يكون بدرجة حرارة عالية بعد خروجه من الكابسة).

 3. عدد صواني برج الأمتصاص Absorber Trays : حيث يزيد أمتصاص البنزين بزيادة عدد الصواني في برج الأمتصاص أو ارتفاع الحشوة (في أبراج الأمتصاص ذات الحشوة Packing Absorbers).

 4. درجة حرارة المسخنة Reboiler Temperarture : أن الغاية الأساسية من المسخنة هو لزيادة كفاءة الأمتصاص. أن درجة الحرارة المثالية للمسخنة هي ما يساعد على زيادة تركيز الكلايكول ، أن التغييرات في درجة حرارة المسخنة (صعوداً أو نزولاً) عن درجة الحرارة المثالية قد يجعل من عملية التجفيف عملية غير كفوءة ، حيث أن درجات الحرارة الأعلى يؤدي الى تجفيف كاف لكنه قد يؤدي الى فقدان الكلايكول ، وزيادة في أستهلاك غاز الوقود. 

     أما عندما تكون درجات الحرارة أوطأ من درجة الحرارة المثالية فذلك سيؤدي الى قلة كفاءة عملية أمتصاص الماء وقد يدفع المشغل الى زيادة معدل تدوير الكلايكول.

 5. غاز النزع Stripping Gas : وهو عبارة عن غاز وقود جاف يتم حقنه في جزء النزع من المسخنة ، وذلك لأعادة تنشيط الكلايكول عالي التركيز ، ويجب أن تكون  معدلات مناسبة لهذا الغاز لأن الكميات الزائدة منه سوف تذهب الى الجو على أية حال. لذا فالدراسة توصي بتقليل غاز النزع الى الحد الأدنى.

 6. خزان Flash Tank: والغاية منه إزالة الغاز الذائب من الكلايكول المشبع وتحسين عملية إعادة تركيز الكلايكول ، وهو يزيد من فاعلية وحدات التكثيف في السيطرة على أنبعاثات البنزين.

 7. أمور أخرى: أن أضافة الحشوة أو المزيد من الصواني Trays الى برج الأمتصاص يزيد كفاءة عملية التجفيف وتقليل نقطة الندى Dew Point . أن الملوثات الموجودة في النفط والغاز مثل الماء المنتج ، الزيوت Lubricants ، المواد الكيمياوية التي يتم إضافتها الى النفط والغاز oil well chemicals ، والصدأ قد تُقلل كفاءة الكلايكول في أمتصاص الماء. أما الهيدروكاربونات الأثقل فأنها تزيد قابلية الكلايكول على أمتصاص البنزين، مما يؤدي الى تقليل كفاءة العملية ، لذلك يمكن زيادة الكفاءة من خلال نصب مرشحات معينة Filters قبل وحدة التجفيف.

    كما أن لضغط برج الأمتصاص دوراً كبيراً في هذا الموضوع ، حيث أن ذوبانية البنزين Benzene Solubility تزيد بزيادة الضغط ، أما الغاز الذي يكون بضغط عال فتكون له قابلية محدودة لحمل الماء مما يساعد على تقليل تدفق الكلايكول .

 معدات السيطرة على الأنبعاثات:

 حيث يتوجب إضافة مجموعة من المعدات لتقليل هذه الأنبعاثات ، أو الحد منها ، ومن هذه المعدات:

 1. المكثفات Condensers : وتقوم بتقليل درجة حرارة الغازات التي يتم تصريفها من Vent Stack ، ليتم بعدها تجميع هذه السوائل لغرض معالجتها أو تصريفها ،  وأهم أنواع المكثفات هي التي مكثفات التبريد بالهواء – مكثفات التبريد بالماء – مكثفات التبريد بالغاز ، ومكثفات التبريد بالماء يقل أستخدامها في المناطق الباردة بسبب مشاكل الأنجماد ، وهناك تقنية لتوجيه الغازات المنبعثة من Still Column الى خزان أرضي أو تحت باطن الأرض لغرض تبريده وخاصة ً في المناطق الباردة حيث تكون لحرارة الجو المنخفضة عاملاً مساعداً للتبريد ، ويمكن بعدها إعادة توجيه الخارج من الخزان الى المشاعل flares أو المحارق Incinerators .

 2. الطرق الحرارية : وتتضمن منظومات المشاعل flares system أو المحارق Incinerators ولكلا المنظومتين دور فاعل في السيطرة على أنبعاثات البنزين ، ولكن هذه  المنظومات كانت منصوبة أصلاً للسيطرة على أنبعاثات كبريتيد الهيدروجين.

    المشاعل : ويتضمن تجميع كافة الغازات والأبخرة الى خزان حيث يتم تجميع السوائل المتكثفة وتصريفها  ، أما الغازات المنبعثة من الخزان فيتم حرقها في مشعل الضغط الواطيء LP flare . ويجب أن يتم نصب كابح اللهب Flame Arrestor لمنع رجوع اللهب الى المنظومة.  ويمكن للمشاعل أن تقوم بتدمير مركبات BTEX من خلال حرقها ، كما تم تصميم مشاعل حديثة لغرض ضمان الأحتراق الكامل لهذه المركبات .

    المحارق Incinerators : يمكن  نصب محرقة قبل المكثفات ،  حيث أن الحرق بدرجات حرارة عالية يؤدي الى حرق كامل يصل الى أكثر من 99% لهذه المركبات.  أن موقع وأرتفاع المحرقة يجب أن يكون مبنياً على متطلبات وأسس السلامة ومراعاة محددات تراكيز الغازات السامة ، كما يجب أخذ غاز الوقود بنظر الأعتبار أثناء التفكير بأعتبارات الكلفة عند نصب هذه المحارق.

 معالجة المخلفات:

 مرشحات الكلايكول Glycol Filters: هناك نوعان أساسيان من المرشحات هما: مرشحة الكاربون المنشط Activated carbon filters ومرشحة wet filter ، أن مخلفات هذه المرشحات تعتبر خطرة جداً بسبب قابليتها على الأحتراق أو الأشتعال.

مخلفات الكلايكول : يمكن أن يصبح الكلايكول ملوثاً بالكلوريدات بشكل خاص مما يفقده كفاءته في أمتصاص الماء، ولا تعتبر مخلفات الكلايكول خطرة إلا إذا كانت نقطة الوميض أقل من 61°C  ، أن مخلفات الكلايكول لا يجب تصريفها الى الهواء الجوي أو الى المحيط. 

المكثفات Condensates : هناك مصدران للمكثفات (الماء والهيدروكاربونات) ، ومن ثم وحدات التجفيف التي تنتج مزيج (الماء – الكلايكول – الهيدروكاربون) من الأبخرة المتكثفة. ويتوجب فصل هذه المكثفات بواسطة عازلات.ويمكن حقن هذه المكثفات في أحد الابار أو اي من طرق التصريف الأخرى ، أن معرفة حجم ونوعية المكثفات يمكن أن يساعد في أختيار الطريقة ذات الجدوى الأقتصادية.

Resources:
1.  Oil & Gas Journal .
2. Canadian Association of Petroleum Producers and Canadian Gas Association, A Management Strategy for Air Emissions from Glycol Dehydrators..

يمكن نقل المقال الى أي موقع آخر بشرط ذكر المصدر والكاتب

Natural Gas Dehydration – Part.2

تجفيف الغاز الطبيعي – الجزء الثاني

 Natural Gas Dehydration 

   المهندس رائد العبيدي


العوامل المؤثرة على عملية تجفيف الغاز الطبيعي:

 1. مكونات الغاز.

 2. درجة الحرارة التشغيلية والضغط التشغيلي.

 3. كفاءة التلامس بين الغاز والكلايكول للطور الغازي.

 4. حرارة ولزوجة الطور السائل.

 5. تركيز الماء في الكلايكول النشط.

 

وصف عملية التجفيف:  

Contactor
Contactor

تتألف وحدة التجفيف عادة ً من قسمين : برج التلامس Contactor – وحدة إعادة تنشيط الكلايكول Glycol Regeneration Unit ، القسم الأول يخص الغاز ، أما القسم الثاني فيخص الكلايكول حيث أن عملية تجفيف الغاز تتم في برج التلامس ويخرج الغاز منه خالياً من الرطوبة الى حد كبير ، أما وحدة تنشيط الكلايكول فيتم فيها تخليص الكلايكول من الرطوبة من خلال تسخينه حيث يرجع الى حوالي 99% من تركيزه الأصلي.

يضخ الكلايكول من خزان الكلايكول بواسطة المضخات الى أعلى برج التلامس في حين يدخل الغاز الرطب من أسفل برج التلامس Contactor ، ويحتوي برج التلامس عادة ً على صواني Trays يحتوي كل منها على تراكيب تسمى Bubble Caps تكون بهذا الشكل Π تقريباً يحصل فيها التلامس بين الكلايكول والغاز الرطب حيث أن الغاز يكوّن فقاعات داخل الكلايكول تتسرب الى الأعلى ليخرج الى الصينية التالية الأعلى ، في حين يتراكم الكلايكول الى ممر جانبي يسمى Downcomer لينزل الى الصينية التي بالأسفل كما هو موضح بالشكل. وهناك بعض التصاميم الحديثة لأبراج التلامس تكون فيها المسافة بين آخر صينية ومستخلص الرذاذ Mist Extractor كبيرة لتقليل خسارة الكلايكول والحصول على فصل أكبر بين الكلايكول والغاز. كما أن بعض التصاميم الحديثة تستخدم أبراج الحشوة Packing للحصول على مساحة سطحية أكبر للتلامس بين الغاز الرطب والكلايكول.

Bubble Cap Trays
Bubble Cap Trays

 يجب أن لا يزيد فرق الحرارة بين الكلايكول الداخل من أعلى برج التلامس والغاز الرطب الداخل من أسفل برج التلامس عن (5 درجة مئوية) . لذلك يتم تبريد الكلايكول بواسطة وحدة تبريد هوائية fin fan air cooler قبل دخوله الى برج التلامس لضمان هذا الفرق في الحرارة.

يخرج الكلايكول الرطب من برج التلامس حيث يتم التحكم بمستوى الكلايكول في برج التلامس بواسطة مسيطر مستوى Level Controller يذهب بعدها الكلايكول المشبّع Rich Glycol الى عازلة أفقية تسمى Flash Separator أو Flash Tank الغاية منها التخلص من المكثفات الموجودة فيه ، مع أستعمال غاز الوقود لنزع غاز H2S منه ، يذهب بعدها الكلايكول الى المرشحات وهي على نوعين : الأول Wet Glycol Filter لتخليص الكلايكول من المواد الصلبة ، أما الثاني فهو Carbon Filter والذي يقوم بتخليص الكلايكول من السوائل الهيدروكاربونية أو كبريتيد الحديد .

يدخل بعدها الى مبادل حراري لتسخين الكلايكول بشكل أولي قبل دخوله الى المسخنة Reboiler حيث يتم تسخينه في المسخنة الى درجة تتراوح بين (195-200) ° مئوية ليتم تخليصه من الماء ، مع وجوب المحافظة على درجة حرارة الكلايكول أقل من 204 ° مئوية (لضمان عدم تحلل الكلايكول) ، في حين يخرج الماء منه على شكل بخار ماء من أعلى المسخنة بواسطة أنبوب يُسمى Vent Stack ، وتقوم بعض التصاميم على طريقة إضافية لتقليل فقدان الكلايكول من خلال أمرار الكلايكول في Coil داخل Vent Stack لتسخينه.

يرجع الكلايكول بعد تنشيطه الى خزان الكلايكول Glycol Tank والذي يسمى أحياناً بـ Surge Tank . ومنه يضخ بواسطة مضخات الكلايكول والتي تكون عادة ً من نوع Positive Displacement Pump PDP ليتم ضخه الى برج التلامس مرة ثانية .. وهكذا تستمر دورة الكلايكول. والمخطط التالي هو لوحدة تجفيف مثالية.

وحدة تجفيف الغاز الطبيعي
glycol dehydration unit

تعتمد كفاءة برج التلامس على :

 1. معدل تدفق الغاز inlet gas flow.

 2. حرارة وضغط وتركيز الكلايكول الداخل.

 3. معدل تدفق الكلايكول glycol flow.

 

أن الغاز الداخل الى برج التلامس قد يكون مشبّعاً ببخار الماء ، في حين أن كمية الماء الذي يتم أمتصاصه تزيد بزيادة تركيز الكلايكول ، وتقليل درجة حرارة الكلايكول ، ومعدلات التدفق العالية وزيادة عدد صواني برج التلامس.

المواصفات المثالية للكلايكول:

Glycol Specifications

أن الدالة الحامضية تكون أقل بالنسبة للكلايكول المشبع نظراً لأحتوائه على الغاز الحامضي ، أما محتوى الهيدروكاربونات والمعادن والكلوريدات فيعتمد على كفاءة المرشحات المستخدمة في وحدة التجفيف.  ويكون فرق محتوى الماء بين الكلايكول المشبع والنشط بين (2-6) %.

س : ما هي المعلومات التي تحتاج أليها لتصميم وحدة تجفيف؟

 

     – معدل تدفق الغاز ، وضغطه ، ودرجة حرارته.

     – درجة الندى Dew Point المطلوبة أو محتوى الماء المطلوب في الغاز الخارج.

     – تحاليل الغاز الداخل ، ومحتوى الغاز الحامضي.

س : ما هي كمية غاز النزع المطلوبة Stripping Gas؟

ج: تتباين هذه الكمية وفقاً لنقطة الندى المطلوبة ، ويستخدم بواقع نصف قدم مكعب قياسي لكل غالون من الكلايكول.

مضخات الكلايكول:

يجب أن تكون مضخات الكلايكول من نوع المضخات الترددية Reciprocating Pumps بسبب الحاجة الى ضغط دفع عال High disch. Pressure وتدفق قليل نسبياً  relatively low flowrate وذلك لضخ الكلايكول من خزان الكلايكول Glycol Surge Tank الى أعلى برج التلامس ، ويجب وجود مضختين في الوحدة أحدهما عاملة ومضخة أحتياط StandBy يتم تدويرها بواسطة محرك كهربائي مع أمكانية تعيير معدل التدفق.

أبراج التلامس المستعملة في العملية :

 يتم إزالة بخار الماء بأستعمال طرق تجفيف الغاز الطبيعي ، حيث يُمكن لهذا البخار أن يتكثف من خلال الكبس والتبريد ، وقد ذكرنا في الجزء الأول أن عملية التجفيف تعتمد بشكل أساسي على برج التلامس Contactor الذي يحصل فيه التلامس بين الغاز الرطب والكلايكول الذي يعمل على أمتصاص الرطوبة منه ، وسنحاول في هذا الجزء توضيح مكونات هذا البرج.

أن وجود هذا البرج مهم للغاية في عملية التجفيف لأن عملية أنتقال المادة Mass Transfer تحصل فيه ، يتضمن التصميم التقليدي لبرج التلامس وجود بعض التراكيب الداخلية Internals مثل :

– تركيب الدخول Vane Inlet Device VID والغرض منها توزيع الغاز.

– جزء تجميع السائل liquid collection tray.

– الصواني Trays أو الحشوة Packing لضمان حصول انتقال المادة.

– أجزاء أخرى مثل مستخلص الرذاذ والذي يقلل من فقدان الكلايكول.

أن الغاية من تركيب الدخول هو توزيع الغاز الداخل وتقليل عزم الدخول feed momentum ، وعزل السوائل (إن وجدت) ، بالأضافة الى توزيع الغاز خلال مقطع البرج. كما أن لهذا التركيب دوراً مهماً في تقليل أرتفاع البرج.

أما جزء تجميع السائل liquid collection tray فتكون الغاية منه تجميع السوائل أسفل البرج ثم تصريفها منه كناتج غير مرغوب فيه ، حيث يتم التحكم بمستواها عن طريق مسيطر مستوى level controller لتذهب الى حفرة الحرق.

أن الصواني المزوّدة بالتراكيب المقلوبة Bubble Cap Trays فتستخدم بشكل واسع في هذا النوع من الأبراج ، لفاعليتها في معدلات التدفق المختلفة ، كما أنها مناسبة للسوائل اللزجة. وتستعمل أغلب أبراج التلامس (4-12) صواني وبمسافة 24 عقدة بين الواحدة والأخرى. وتكون المسافة بين الصواني 0.6-0.8 m في حالة كون سرعة الغاز  0.2 0.3 م/ثا . يعتمد عدد الصواني على: (1) درجة الحرارة التشغيلية (2) معدل تدفق الكلايكول (3) نقطة الندى المطلوبة.

كما أن هناك حاجة لوجود تركيب ميكانيكي لتوزيع الكلايكول ، وذلك للتعامل مع تقلبات تدفق الكلايكول ، كما أن وجوده سيمنع أصطدام الكلايكول القادم بسرعة عالية بالصواني أو الحشوة حيث أنه يؤدي الى تضرر الصواني وتراكيب Bubble Caps أو الى تضرر الحشوة وتراكمها في جهة واحدة بسبب تركّز ضغط سائل الكلايكول على الجهة الأخرى. ويعتمد تصميم هذا التركيب على معدل تدفق الكلايكول ، وقطر البرج.

أما مستخلص الرذاذ فيجب أن يكون على مسافة مناسبة من خط خروج الغاز Gas Outlet لا تقل عن 3 قدم. ويعمل على أستخلاص الكلايكول من الغاز في حالة خروجه مع الغاز أي حصول Carry over.

أستعمال الحشوات النظامية Structured Packing:

أن التوجه السائد الآن هو استعمال الحشوات بدلاً من الصواني ، وخاصة ً لدرجات الندى الواطئة ، وقد أدى هذا الأمر الى إعادة أختبار تصاميم أبراج التلامس للحصول على المزيد من التجفيف بكلفة أقل ، أن لهذا النوع من الأبراج العديد من الميزات فهي تتعامل كميات أكبر ، مع فرق الضغط قليل ، وأرتفاع أقل للبرج إذا قورنت بالبرج ذو الصواني. 

ويمكن تلخيص الفروق بين النوعين في النقاط التالية:

– أن السرعة التصميمية للغاز في أبراج الحشوات هي ضعف السرعة في أبراج الصواني ، مما يعطيها سعة أكبر.

–  فقدان الكلايكول أقل في الأبراج ذات الحشوات.

– أن أبراج الحشوة أقل كلفة ً من أبراج الصواني.

كما يجب الأخذ بنظر الأعتبار وضع تركيب توزيع الكلايكول ، ومستخلص رذاذ ذات كفاءة عالية.

أن وجود الهيدروكاربونات السائلة في الغاز يؤدي الى آثار سلبية وخاصة في الأبراج ذات الصواني لأنها تسبب الرغوة foam مما يسبب تقليل كفاءة برج التلامس ، وهذه الحالة تستوجب وجود عازلة flash separator لإزالة كل هذه الهيدروكاربونات السائلة ، كما يتوجب التخلص من أكبر قدر ممكن من هذه السوائل قبل دخول الغاز الى وحدة التجفيف.

 المشاكل التشغيلية في وحدة التجفيف بالكلايكول

   ما هي أسباب فقدان الكلايكول؟ 

   أن هناك فقدان طبيعي يقدر بـ 0.1 غالون لكل مليون قدم مكعب قياسي من الغاز الطبيعي يعبر عنه بـ 0.1 gal of Glycol / MMSCF of NG

  – السرعة العالية للغاز داخل برج التلامس Contactor ، مما يؤدي الى الحمل الأضافي carryover للكلايكول مع الغاز الطبيعي ومما يساعد في ذلك حدوث تضرر مستخلص الرذاذ Mist Extractor الموجود في أعلى برج التلامس.

  – زيادة درجة حرارة المسخنة Reboiler مما يؤدي الى تفكك الكلايكول.

  – أرتفاع درجة حرارة برج النزع Still Column مما يؤدي الى هروب الكلايكول من أنبوب تصريف الغازات Vent Stack .

 

 برج التلامس:

ما هي أسباب عدم حصول التجفيف الكافي؟

 – محتوى الماء العالي في الكلايكول المشبع Lean Glycol .

 – معدل التدوير عالي أو واطيء. حيث أن معدل التدوير العالي يؤدي الى عدم حصول التبريد بالشكل الكافي ، وبالتالي ارتفاع درجة حرارة الكلايكول وقلة قابليته على أمتصاص الماء. كما أن معدل التدوير العالي يؤدي الى تقليل زمن التلامس.

 – أما معدل التدوير الواطيء فيؤدي الى عدم كفايته في إزالة الماء.

 – أرتفاع درجة حرارة الغاز الداخل High Inlet Gas temperature. لأن الماء يفضّل الطور الغازي.

 – قلة ضغط برج التلامس Absorber Pressure.

 

 حصول الرغوة Foaming:.

 يعتبر حدوث الرغوة من أهم المشاكل التي تحدث في وحدات التجفيف بالكلايكول حيث أن هذه المشكلة تؤدي الى زيادة فقدان الكلايكول وتقلل كفاءة وحدة التجفيف ، وهذه المشكلة تؤدي الى خروج الكلايكول مع الغاز المصدّر. كما أن الرغوة تقلل التماس بين الغاز والكلايكول ، ولذلك فأن كفاءة التجفيف تقل. 

أن أستعمال مضادات الرغوة Defoaming Agents يعتبر أحد الطرق للتغلب على هذه المشكلة ، ومن هذه المواد أحادي أيثانول أمين MEA ، ولكن من المهم جداً أن نعرف أن هذه الأضافات ليست حلاً للمشكلة الأساسية ، حيث يجب تحديد السبب ومعالجته. وأهم أسباب حدوث الرغوة :

– قلة تركيز الكلايكول في برج التلامس.

– الفرق العالي في درجات الحرارة بين الغاز الرطب والكلايكول الداخل الى برج التلامس.

– صعود الدالة الحامضية PH للكلايكول ، حيث إذا كانت أكبر من 9 فأن هذا يجعل الكلايكول يميل الى إحداث الرغوة والأستحلاب.

– زيادة سرعة الغاز (لسبب ميكانيكي).

 – وجود الشوائب (لأسباب كيمياوية) وهذه الشوائب تتمثل في الشوائب الصلبة ، مانع التآكل Corrosion Inhibitor، المواد الكيمياوية المستعملة في حفر الآبار.

 ويمكن حل هذه المشكلة بنصب (مرشحة كاربون منشط Activated Carbon filter) لأزالة أية مواد تسبب الرغوة Foaming materials.

 

الفقدان في الهيدروكاربونات Hydrocarbon Losses:

 المسبب الرئيسي لهذا الفقدان هو الخواص الفيزياوية للمذيب. ويمكن معالجته باستخدام مكثف أو عازلة بعد برج التلامس.

 

 مشاكل خزان الحفظ Glycol Surge Tank:

 أن أغلب مشاكل خزان الحفظ هي مشاكل المستوى ، حيث أن المستوى العالي يؤدي الى زيادة التدفق وبالتالي زيادة معدل التدوير.

 كما أن المستوى الواطيء يؤدي الى تقليل معدل التدوير.

 

 مشاكل المبادل الحراري Heat Exchanger:

 – التآكل.

 – تضرر المبادل.

 

 مشاكل المضخات Glycol Pump:

 – التنقر Pitting ، السبب الرئيسي هو وجود الشوائب الصلبة ويمكن معالجة هذه المسألة بنصب مصفاة Strainer في خط السحب للمضخة Pump Suction.

 

المصادر:

1.  Oil & Gas Processing.
2. NATCO Glycol Dehydration Systems.

    يمكن نقل المقال الى أي موقع آخر بشرط ذكر المصدر والمؤلف

Natural Gas Dehydration – Part.1

تجفيف الغاز الطبيعي – الجزء الأول

 Natural Gas Dehydration 

   المهندس رائد العبيدي


يحتوي الغاز الطبيعي الأتي من حقول الإنتاج إضافة إلى الغازات الحامضية كغاز H2S و CO2 على شوائب أخرى كبخار الماء أو الماء الحر في بعض الأحيان وتختلف كمية الماء في الغازات الهيدروكاربونية تبعا للضغط ودرجة الحرارة والماء إما أن يكون على شكل قطرات سائلة أو بخار ماء. ان الغاز الطبيعي تنخفض حرارته اثناء مروره خلال انبوب البئر الى السطح بسبب إنخفاض الضغط وفقدان الحرارة الى المنطقة المحيطة بالأنبوب Formation والتي تكون أبرد .

ويكون الماء أكثر الشوائب غير المرغوب فيها في الغاز الطبيعي ، ويتم إزالة قسم من الماء (الماء الحر) من النفط والغاز عن طريق العازلات Separators .

 إن الغاز الطبيعي المطلوب نقله إلى الأسواق بالأنابيب يجب أن تتوفر فيه شروط معينة من حيث احتوائه على الماء أو بخار الماء بحدود 6-8 باوند من الماء لكل مليون قدم مكعب قياسي من الغاز الطبيعي والغاية من وحدة تجفيف الغاز هي لتخليص الغاز من الماء وتخفيض نقطة الندى قبل إرساله بواسطة خطوط الأنابيب إلى LPG plant وذلك لتلافي الانجماد نتيجة لتَكون سوائل تسمى (الهيدرات Hydrates) وهي عبارة عن مواد صلبة تشبه الثلج أو بلورات ناتجة عن إتحاد الغاز الطبيعي مع الماء في درجة حرارة أعلى من درجة انجماد الماء النقي .أن السبب الرئيسي لإزالة بخار الماء من الغاز الطبيعي هو أنه يتكثف عند أنخفاض الحرارة  و/ أو زيادة ضغط الغاز.

ومن العوامل التي تساعد على تكون هذه السوائل وانجمادها هي هبوط الضغط الفجائي وانخفاض درجة الحرارة ووجود الماء ضمن مكونات الغاز.

س: ما هو تجفيف الغاز الطبيعي؟

  – إزالة الماء من الغاز الطبيعي من خلال تخفيض درجة الندى.

س: ما هي أضرار وجود الماء في الغاز الطبيعي؟

  – لمنع تكوين الهيدرات حيث أنها تُسبب حدوث أنسدادات في الصمامات والتضيّقات.

  – لزيادة سعة الأنابيب حيث أن الماء يقلل من سعتها.

  – لمنع تآكل الأنابيب حيث تسبب الأملاح الموجودة في الماء تآكل الأنابيب ونسبة التآكل يزداد بزيادة الضغط ودرجة الحرارة عند ظروف الإشباع.

  – القيمة الحرارية للغاز الجاف أعلى من القيمة الحرارية للغاز الرطب.

  – كبس الغاز الجاف يحتاج إلى قوة أقل من الغاز الرطب.

س: كيف يمكن التعبير عن وجود الماء في الغاز الطبيعي؟

 – كمية (كتلة) محتوى الماء وتُقاس بوحدة(Ib/MMscf).

 – درجة حرارة الندى Dew Point.

 – التركيز الحجمي Volume Concentration ويُقاس بوحدة ppmv.

 – التركيز الوزني Volume Concentration ويُقاس بوحدة ppmm.

حيث تستخدم القيم الثلاث الاولى مع الغازات ، في حين تستخدم القيمتان الثانية والرابعة مع السوائل ، ولكن الأكثر شيوعاً هو نقطة الندى 

س: ما هي أشكال الماء في الغاز الطبيعي؟

  – على شكل سائل (ماء حر).

  – على شكل بخار (مذاب).

 

 علماً أن محتوى الماء هو دالة الضغط والحرارة والخواص الفيزياوية.

س: ما هي العوامل المؤثرة في تخفيض درجة الندى Dew Point Depression ؟

  – معدل تدوير الكلايكول.

  – تركيز الكلايكول غير المشبع Lean Glycol.

  – عدد الصواني Trays في برج التلامس Contactor.

  – درجة حرارة برج التلامس.

وتكون نقطة الندى حساسة جداً لدرجة حرارة الغاز الداخل Inlet Gas Temperature ، حيث يمكن تقليل نقطة الندى بشكل أكبر في درجات حرارة العالية للغاز.  

أما درجة حرارة الكلايكول فتتراوح بين (10-57) درجة مئوية ، حيث يجب أن لا تزيد درجة حرارة الكلايكول عن 57 درجة مئوية ، حيث تكون لزوجة الكلايكول أعلى في درجات الحرارة الواطئة ، أما في درجات الحرارة العالية فهذا يؤدي الى خسارة الكلايكول بسبب التبخر.

المواد المانعة لتكوين الهيدرات:

أن الهيدرات هي مواد صلبة مكونة من الماء مع أحد الغازات الهيدروكاربونية شكله أقرب الى مظهر الثلج. أن الظروف المثالية لتكون الهيدرات هي أنخفاض درجة الحرارة  وارتفاع الضغط .

إن الطريقة المثالية لحماية الأنابيب والأجهزة من الهيدريت المتكونة والتآكل هو بقاء هذه الأنابيب والأجهزة جافة وخالية من الماء, ومن الضروري إزالة الماء عندما تعمل الأجهزة بدرجات حرارة اقل من درجة تكون الهيدرات, وتضاف عدة مواد مانعة لتكوين الهيدرات, وغالبا يضاف الميثانول أو احد أنواع الكلايكول كمواد مانعة لتكوين الهايدرات, ومن الممكن استرجاع كل المواد المضافة ماعدا الميثانول حيث لا تعتبر عملية الاسترجاع اقتصادية.

 

غالبا يضاف الميثانول عند أي درجة حرارة لكن داي اثلين كلايكول لايمكن إضافته عندما تكون درجة الحرارة اقل من(- 10 مْ) بسبب لزوجته وصعوبة فصله عند وجود قطرات من النفط , لذا يضاف عند درجات حرارة أعلى من (- 10 مْ ) .

طرق تجفيف الغاز الطبيعي:

أ‌. طريقة الامتصاص باستعمال مجففات سائلة مناسبة أهمها مادة الكلايكول الثنائي والثلاثي.

ب‌. طريقة الامتصاص باستعمال المناخل الجزيئية Molecular Seals أو مجففات صلبة منها الالومينا المنشطة والسيليكاجيل والبوكسايت والكاربون المنشط.

ت‌. التبريد.

ث‌. الكبس ويتبعه التبريد.

ج‌. العزل بدرجات حرارة واطئة.

أن أهم ما يميز عوامل التجفيف هو أنه يجب إعادة تنشيطها ، ومن مميزاتها الأخرى :

1. قابلية الأمتصاص : وهي أكبر كمية من الماء يمكن لهذا العامل أن يمتصها كنسبة وزنية weight percent.

2. القدرة على تقليل درجة الندى.

3. القدرة على التجفيف وتقليل الرطوبة في الغاز.

4. مدى درجة الحرارة Temperature Range : وهو مدى درجة الحرارة التشغيلية التي يمكن خلالها أستخدام هذا العامل بدون فقدان خواصه.

5. عدد المرات التي يمكن فيها إعادة تنشيط المادة وأستخدامها ثانيةً بدون أن تفقد خواصها.

أن أغلب وحدات التجفيف تستخدم مواد التجفيف السائلة مثل DEG أو TEG وهي التي تجمع الأستخدام التشغيلي السهل ، وجانب الجدوى الأقتصادية. بالأضافة الى بعض العوامل الأخرى ، مثل:

 – الدخول الفعال الحد الفاصل بين الغاز والسائل.

 – التعامل مع تراكيز مختلفة.

 – سهولة ضخها.

 – ملائمتها للظروف التشغيلية المختلفة.

 – كلفتها الواطئة مقارنة بغيرها من المواد.

 – سهولة إعادة تنشيطها في ضغوط واطئة ودرجات حرارة عالية.

 أن سوائل التجفيف تكون بشكل عام ذات درجة غليان عالية وثابتة حرارياً ولا تفقد كفاءتها من كثرة الأستعمال.

الكلايكول: مادة نقية عديمة الرائحة سائلة حلوة المذاق تذوب في مدى واسع وبشكل تام في المذيبات القطبية مثل الماء والكحولات والأستون إلا أن ذوبانها قليل في المذيبات غير القطبية مثل البنزين ,التلوين , داي كلورو إيثان والكلوروفورم.

تعتبر طريقة التجفيف بطريقة الامتصاص باستعمال الكلايكول من أحسن الطرق وأكثرها شيوعا واستعمالا وبصورة خاصة للمركبات الغازية وكذلك عند عدم الحاجة إلى النزول بدرجة الندى إلى درجة واطئة جدا.

الكلايكول سائل له خواص امتصاص الماء بكميات كبيرة جدا وفقدانها بعد التسخين وبذلك يصبح صالحا للاستعمال مرة أخرى . أن جزيئات الماء متماسكة بشدة بسبب الآواصر الهيدروجينية ، كما أن مجاميع الأثيل والهيدروكسيل في الكلايكول تشكّل ترابطات شبيهة مع جزيئات الماء . 

س: ما هي أسباب تفضيل استعمال الكلايكول لتجفيف الغازات من بخار الماء؟

هناك العديد من العوامل التي تجعل الكلايكول من أكثر المواد المُجففة رغبة ً وهي:

 –  قابليته العالية لامتصاص بخار الماء .

 –  لا يتأثر بالحرارة العالية على أن لا يتجاوز 210 مْ . كما أنه يتميز بثباته ضد التحلل الكيميائي.

 –  ضغطه البخاري واطئ .

 –  كلفته مناسبة .

  – أمكانية أستخدامه بشكل مستمر بسبب سهولة إعادة تنشيطه مما يقلل كلفته. حيث يمكن إعادة تنشيطه الى تركيز يصل الى (89-99,95) %

س : ما هي مركبات الكلايكول المستعملة في تجفيف الغاز؟

 – الأثلين كلايكول (EG) ورمزه الكيميائي   C2H6O2

 يستخدم الأثلين كلايكول في حالات خاصة بسبب صعوبة إعادة تركيزه واستخدامه ثانية بدون فقدان كميات كبيرة منه, لذا لايمكن اعتباره كأحد المواد الممتصة والمستخدمة على نطاق واسع.

 –  داي أثلين كلايكول (DEG) ورمزه الكيميائي  C4H10O3

يستخدم على نطاق واسع وذلك لقلة ذوبانه في السوائل الهيدروكاربونية , يتراوح درجات الحرارة اللازمة لإعادة تنشيطها مابين(157,2 – 171,1)  مئوية .

 –   تراي أثلين كلايكول TEG ورمزه الكيميائي C6H14O4   

يمتاز التراي اثلين كلايكول بدرجة انحلال عاليــة تصل الى 206 °مئوية (تؤثر درجات الحرارة العالية على الكلايكول وتؤدي إلى تكوين حوامض مسببة للتآكل), ويتاز أيضاً بأمكانية أعادة تركيزه بدرجة عالية من النقاوة مع زيادة انخفاض في درجة الندى للغاز, تتراوح درجات الحرارة اللازمة لإعادة تنشيطها مابين(190,6 – 204,4 ) مئوية .

  تترا أثلين كلايكول(TREG)  ورمزه الكيميائي C8H18O5 

يمتاز هذا المركب بدرجة تحلل أعلى من التراي اثلين كلايكول ويؤدي استعمال التترا اثلين كلايكول زيادة في انخفاض درجة الندى مايقارب (10 فْ) أكثر من الدرجة التي يتم الحصول عليها باستعمال التراي اثلين كلايكول ومن مساوئه الكلفة العالية وصعوبة إعادة تركيزه بدرجات الحرارة العالية , تتراوح درجات الحرارة اللازمة لإعادة تنشيطه مابين ( 207,2 – 221,1 )مئوية.

ولأجراء عملية التجفيف بالمواد السائلة يفضّل استخدام سائل Tri Ethylene Glycol والمسماة اختصارا (TEG)  .

أن تخفيض درجة الندى Dew Point مرتبط بمجموعة من الأمور وهي: معدل تدوير الكلايكول – تركيز الكلايكول – عدد الصواني Trays – درجة حرارة التماس بين الكلايكول والغاز. ولعل أهم عامل يؤثر على نقطة الندى هو درجة حرارة الغاز الداخل حيث أن نقطة الندى تنخفض بشكل كبير بزيادة درجة حرارة الغاز ، كما أنها تزيد بتقليل درجة حرارة الغاز. ويجب أن لا تزيد درجة حرارة الكلايكول عن 57 °م. أما بالنسبة لتأثير الضغط فهو محدود جداً ، ولكن بشكل عام تزيد كفاءة التجفيف كلما قل الضغط. كما أن درجة حرارة الكلايكول إذا قلت عن 21 درجة مئوية فأن الكلايكول يصبح لزجاً.

Glycol Types Comparison
Glycol Types Comparison

 وكما يتضح من الجدول ، فأنه عند تنشيط DEG يجب أن لا تتجاوز درجة الحرارة عن 164 °C لأنها درجة تفككه للوصول الى تركيز 96% أو أعلى ، في حين عند تنشيط TEG فيجب أن لا تتجاوز درجة الحرارة عن 204°C (وهي درجة تفككه) للوصول الى تركيز يصل الى 98.9% .

س : ما هي محاسن ومساويء أستخدام TEG و DEG ؟

ج: 

    محاسن DEG:

       1. مستقر مع H2O و CO2 في درجات الحرارة التشغيلية الأعتيادية.
      
 2. يمتص للرطوبة بشكل كبير.
       3. أقل كلفة من TEG.

  مساويء DEG:

      1. ذوبانه جزئياً في الهيدروكاربونات السائلة.
     2. عند إعادة تنشيطه لا يزيد تركيزه عن 95% وزناً تحت الضغط الجوي.

 

  محاسن TEG:

      1. مستقر مع H2O و CO2 في درجات الحرارة التشغيلية الأعتيادية.
      2. يمتص للرطوبة بشكل كبير.
      3. يصل تركيزه الى أكثر من 97% .

  مساويء TEG:

      1. أغلى من DEG .
      2. قد يتسبب بتكوين الرغوة. مما قد يستوجب حقن المواد المانعة للرغوة.

المصادر:
1.  Gas Dehydration Using Glycol, Manning & Thompson, LSU.
2. Gas Plants part.1 / ENI Corporate University.

 يمكن نقل المقال الى أي موقع آخر بشرط ذكر المصدر والكاتب

Adsorption & Natural Gas Treatment part.3

الأمتزاز وكيفية الأستفادة منه في معالجة الغاز الطبيعي – ج3

 المهندس عباس فاضل عبدي


– السليكا جل  Silica Gel

  السليكا جل هي السليكا الغير المتبلور (Amorphous) الصناعي والذي تتكون من شبكة محكمة ومتراصة من جسيمات السليكا الغروية الكروية ( SiO2) .

  تتراوح مساحتها السطحية من (300-850 m²/g) قطر السام هو في مدى ( 22-150 Aº) ويتم تصنيعها بتفاعل سليكات الصوديوم مع حامض الكبريتيك . ويجهز المنتج على شكل حبيبات أو أشكال كروية ويستعمل بشكل اساسي في أزالة  الماء  والعضويات على الرغم من ان الماء مفضل .

    بالإضافة إلى ما سبق ذكره هناك مواد صلبة مازة أخرى مستعملة ومنها :

 الاطيان المعدلة عضويا Organically Modified Clays:

   وهي خليط من طين البنتونايت او الانثراسايت , ينشط سطح الطين بعد معاملته مع امين رباعي . هذه اأآطيان تستعمل في تنقية الغاز.

 المواد المازة الراتنجية Polymeric Resin Adsorbents:

   واشهرها هي :

     أ‌-  راتنجات التبادل الايوني الكاربونية  Carbonized Ion-Exchange Resins   

ب‌- المواد المازة من نوع ثنائي فنيل بنزين DivinylBenzene (DV)Adsorbents

 

 وأدناه جدول يبين الخواص الرئيسية للمواد الصلبة المازة الشائعة .

المادة المازة هايدرو فيليك هايدرو فوبيك غير متبلور Amorphous ذو شكل منتظم Structured
الكاربون الفعال
البوليمرات
السيلكا جل
الألومينا الفعال
المناخل الجزيئية من
نوع الكاربون
السيلكا لايت
الزيولايت
3A – 4A – 5A – 13X

الاستعمالات والتطبيقات الصناعية Uses & Industrial Applications:

  أولاً:الزيولايت

1-فصل الاوكسجين من الهواء

2-تجفيف الغازات

3-ازالة الماء من المحاليل الآيزوتروبية

4-تحلية الغازات والسوائل الحامضية

5-تنقية الهايدروجين

6-فصل الامونيا والهايدروجين

7-أزالة ثنائي اوكسيد الهايدروجين

8-فصل الاوكسجين والآركون

9-فصل الاستيلين والبروبان والبيوتان من الهواء

10-فصل الزايلين واثيل بنزين

11-فصل الاوليفينات والمواد الاروماتية عن البارافينات

12-فصل البارافينات الاعتيادية عن المتفرعة 

13-فصل أول أوكسيد الكاربون عن الميثان والهايدروجين

14-السيطرة على التلوث بأزالة Hg ,NOx ,SOx  من الغازات

15-تجفيف السوائل العضوية

 

 ثانياً:الكاربون الفعال

1-فصل النايتروجين عن الهواء 

2-فصل الآيثين عن الميثان والهايدروجين 

3-أزالة الروائح من الغازات

4-أزالة أبخرة المذيبات

5-أزالة NOx ,SOx

6-تنقية غاز الهليوم

7-تنقية المياه

8-أزالة الآلوان

 

ثالثاً:الالومينا الفعال

     1- تجفيف الغازات

2- تجفيف المذيبات العضوية

3- تجفيف زيت المحولات

4- أزالة HCL  من الهايدروجين

5- أزالة الفلورين ومركبات الفلورين والبورون في عمليات الالكلة

 

رابعاً:السليكا جل

      1-تجفيف الغازات , وسوائل التبريد والمذيبات العضوية وزيت المحولات

      2-كمجففات في حفظ المواد للخزن

      3-السيطرة على نقطة الندى للغاز الطبيعي

 

خامساً:الاطيان

      1-أزالة بولي كلورو باي فنيل (PCB)

      2-تصفية الزيوت المعدنية

      3-معالجة زيوت الآيديبل edible oils

 

 سادساً:البوليمرات والراتنجات

      1-تنقية المياه من الفينول والكيتون والكحولات والانيلين

      2-فصل المواد الاروماتية عن المواد الاليفاتية

      3-أستخلاص البروتينات والانزيمات

      4-أزالة الالوان من العصائر

      5-أزالة العضويات عن بيروكسيد الهايدروجين     

 

أجهزة الامتزاز Adsorption Equipments

   تستعمل المواد الصلبة في أجهزة الآمتزاز الثابتة مع جريان متقطع للمادة الصلبة أو جريان مستمر للمادة الصلبة. والشائع أكثر هو أستعمال غرفة ثابتة (fixed bed) تعمل بوحدات متقطعة (batch) أو غرف للمواد الصلبة حيث تمر المواد المائعة من خلالها وبأعادة تنشيط دورية.

  يتكون النظام الكلي من وعاء ضغط  أو خزان مفتوح مع أنابيب مرافقة وصمامات وأجهزة سيطرة وأجهزة مساعدة لآتمام عملية التنشيط للمادة الصلبة . وتحوي أجهزة معالجة الغاز على نافخات (blowers) أو كابسات (compressors) . وتحوي أجهزة معالجة السوائل على مضخات مع اوعية حقن لآتمام العملية المستمرة.

 وعاء الآمتزاز Adsorber Vessel

تكون الطريقة المستعملة لعمليات أمتزاز (مائع – صلب) في اوعية عمودية اسطوانية مع وضع المادة الصلبة بشكل ثابت وبترتيب عشوائي للحشوات random packing .

  يجب أن تصمم اجهزة الامتزاز بالاخذ بنظر الاعتبار أنخفاض الضغط , أن فرق الضغط يؤثر او يحدد تصميم وعاء الامتزاز حيث عندما ينجز الامتزاز واعادة التنشيط تحت ضغط اعلى من الضغط الجوي فان وعاء الامتزاز يجب ان يصمم كوعاء ضغط (لاحظ الشكل أ ) ,وفي الجانب الآخر يكون الاختيار في تصنيع أوعية افقية حيث الجريان يكون قطريا (radial) عوضا عن ان يكون محوريا (axial) (لاحظ الشكل ب ).

adsorption vessel

الشكل أ
Adsorption & Ion Exchange
الشكل ( ب ) Adsorption & Ion Exchange

 ويجب أن يحوي جهاز الامتزاز على وسائل لاسناد المواد الصلبة المازة ووسائل للتأكد من التوزيع الجيد للمائع المراد معاملتها خلال الغرفة . ويمكن ان تكون مسند المادة الصلبة على شكل شبكة معدنية أو على شكل كرات سيراميكية خاملة .

عندما يتم توزيع الجريان مباشرة على طول غرفة المادة الصلبة فسوف تكون هنالك عدد قليل من التسهيلات الكبيرة للمادة الصلبة خلال الامتزاز ولمائع اعادة التنشيط خلال اعادة التنشيط . أن المائع الداخل خلال الغرفة من الفتحات (nozzles) يكون في سرعة كبيرة جدا من المعدل ويمكن ان يملك مكونات عزم غير متناسقة بسبب مجمع الصمامات للانابيب (manifold) . ان الوسائل البسيطة للسماح لاعادة توزيع الجريان عبر واجهة الغرفة هو بتطبيق او استعمال فراغ واسع فوق وتحت الغرفة الثابتة , والطريقة المكلفة هي نصب حاجز صفيحي مع وضعها بتناسق مع فتحات الدخول والخروج .

  ان الحاجز المثقب أو الصلب مصمم لكسر العزم القادم من المائع واعادة توزيعها لمنع ارتطامها المباشر بالمادة الصلبة , يجب تغطية الحواجز بعوارض لحجز الدقائق وذلك عند نصب مسند الغرفة المدرجة عند القعر , أو يمكن استعمال معدن فيه شق . الغرف المسطحة الافقية غالبا ماتملك مساحة جريان كبيرة والذي يحتاج الى فتحات (nozzles) دخول وخروج مضاعفة . يجب تصميم هذه الفتحات الجامعة في مجمع واحد (headers) بعناية لضمان الجريان المتوازن لكل فتحة (nozzles) . هنالك مدخل واحد في نظام السوائل الى الوعاء ويتفرع الى عدة انابيب وغالبا ماتكون مثقبة على طول الانبوب ( الشكل أ ) . غالبا ماتملك هذه الشبكة العنكبوتية وشجرة الميلاد ثقوبا ليست موضوعة على نحو منتظم ولكن موزعة لتجهيز جريان متساوي لمساحة الغرفة .

  على الرغم من كون فقدان الضغط المسموح مع نظام السوائل ليست بعامل مقيد , فان هنالك اعتبارات خاصة لنظام معالجة السوائل , ان اجهزة الامتزاز من نوع الكاربو ن الفعال والمستعملة في معالجة الماء وماء الفضلات مصممة ومبنية مستعملا نفس الاعتبارات المستعملة لازالة العكورة بالرمل والمرشحات المتعددة الطبقات , والغرفة النموذجية للكاربون موضحة في ( الشكل د ) , أن مثل اجهزة التلامس هذه للسوائل والتي تعمل في الضغوط العادية هي مجرد خزانات مفتوحة او احواض كونكريتية بتوزيع فائض بسيط للجريان (overflow weir) .

الشكل ( د)

 و( الشكل هـ ) يوصف مخطط جريان لنظام تجفيف بغرفتين وأعادة تنشيط من نوع TSA (سيتم شرحها لاحقا ) , مبينا فيها المعدات المساعدة المقترنة باعادة التنشيط .  يتم تسخين بعض من الغاز الجاف الناتج خارجيا وستعمل بشكل جريان عكسي لتسخين وطرد الماء من جهاز الامتزاز التي لايقوم بتجفيف المادة المغذية . يتم تبريد غاز اعادة التنشيط الرطبة المستنفذة , وتكثيف الماء الى الخارج , ثم يتم اعادة تدوير الغاز الى مادة التغذية للاستخلاص .

الشكل ( هـ) two – bed TSA system regeneration equipment

إعادة التنشيط Regeneration

 هنالك طريقتان رئيسيتان لآعادة تنشيط المادة الصلبة :-

  1.  الترجيح الحراري او بتغيير درجة الحرارة Thermal Swing Adsorption TSA         

وتشمل غرفة المادة المازة بواسطة غاز حار . يستعمل في  حالة المناخل الجزيئية  درجة  حرارة 200-300°C وحسب مكونات غاز التنشيط ونوع المناخل الجزيئية المستعملة , ويتم تجهيز الحرارة الى الغرفة بواسطة البخار أو الفرن . ويتطلب بعد ذلك غاز تطهير لحمل الجزيئات الممتزة .

  1. الترجيح بالضغط أو بتغيير الضغط النسبي Pressure Swing Adsorption PSA

تحدث عملية أعادة التنشيط في هذه الطريقة عند ضغط أقل بكثير من ضغط الامتزاز , فبتقليل الضغط الجزئي للمادة الممتزة تتم عكس عملية الامتزاز وبالتالي أعادة التنشيط وتحدث هذه العملية بثبوت درجة الحرارة .

أنتهى البحث

المصادر العربية

1.انتقال المادة في التطبيقات الهندسية / ترجمة د.فاخر فالح حسن ومصطفى محمد رضا الفائز / كلية الهندسة / جامعة البصرة / 1991 .

2. ملزمة الوحدات التشغيلية لاختصاص تقنية الغاز / السنة الثانية / أعداد : سوسن عزيز ,غالب محسن , رجاء يوسف / معهد التدريب النفطي / بغداد .

English References

  1. Adsorption, Ion Exchange & Catalysis, V.J.Inglezakis & S.G.Poulopoulos, 2007.
    2. Chemical Engineering, Volume (2) by Coulson & Richardson s, Fifth edition, 2002.
    3. Chemical Engineers Handbook .by Robert H.Perry.Don W.Green, 7 th edition McGraw Hill Companies, 1999.
    4. Encyclopedia of Chemical Technology, by KIRK-OTHMER, Volume 1,4 th edition ,1998.
    5. Principles of Unit Operation .By A.S.Foust, L.A.WENZEL.
    6. Introduction to Adsorption, Prof.Dr.-Ing.U.Nieken Institut fur chemische verfahrenstechnik, University Stuttgart, 2006.
    7. RHONE-POULENC CHIMIE FINE MOLECULAR SIEVES.
    8. Molecular Sieves, union carbide company.
    9. Natural Gas Dehydration by molecular sieve, FICRAT SHAWKAT, production department, north Gas Company, ministry of oil.
    10. Fixed Bed Plant for the Adsorption in the Gaseous Phase, User Manual, Didacta Company, Italia, Torino.
    11. Natural Gas Production Processing Transport, Robert N.Maddox, 1997, Institut François du Petrde Publications.

Adsorption & Natural Gas Treatment part.1

الأمتزاز وكيفية الأستفادة منه في معالجة الغاز الطبيعي – ج1

 المهندس عباس فاضل عبدي


مقدمة عن الأمتزاز :

   يستعمل مصطلح ال (sorption) لوصف كل نوع من أخذ أو خزن للمادة من قبل السطح الخارجي للمواد الصلبة (Adsorption)والسائلة (Absorption) وكذلك من قبل السطح الداخلي للمواد الصلبة المسامية أو السوائل.

ان الامتزاز هو عملية فصل يكون فيها الطور المائع في حاة تلامس مع طور الدقائق المسامية الصلبة ذي الخاصية الانتقائية لآخذ او لخزن واحد أو أكثر من المكونات الموجودة في الطور المائع.حيث أن المائع لايذوب في المادة الصلبة ولكن يلتصق على السطح ويحدث التوازن بين المائع الممتز وبين الذي يبقى في عمق طور المائع, ويعتبر الامتزاز خاصية اساسية من المادة ممتلكا قوى التجاذب بين الجزيئات,حيث ان حقل القوة بالقرب من سطح المادة الصلبة يخلق طاقة كامنة واطئة وكنتيجة فأن كثافة الجزيئات قرب السطح عموما يكون أعظم من كتلة الغاز.أن التطبيقات المهمة الكثيرة للآمتزاز يعتمد على الآنتقائية (Selectivity) أي الاختلاف في تجاوب السطح للمكونات المختلفة.

أن المادة التي تعاني الامتزاز على سطح المادة الصلبة تدعى ب(المادة الممتزة)Adsorbate

والمادة التي تقوم بالامتزاز تدعى ب (السطح الماز) Adsorbent

   يعتبر الامتزاز من اكثر طرق الفصل أقتصادية خصوصا عندما يكون تراكيز المواد التي يجب أن تزال من الطور المائع قليلة جدا , وهي التقنية الاوسع استعمالا لفصل الجزيئات في صناعة النفط والغاز الطبيعي والبتروكيمياويات والصناعات الكيمياوية والعمليات البيئية . أن القوة الجاذبة المسببة للامتزاز عموما تكون ضعيفا قياسا للاواصر الكيمياوية وبزيادة درجة حرارة المادة المازة او بتقليل الضغط الجزئي للمادة الممتزة (أو التركيز في السائل)فأن المادة الممتزة يمكن تحريرها من السطح. أن عملية تحرير أو خطوة أعادة التنشيط هي خطوة مهمة في العملية , حيث تسمح عملية التنشيط أولا بأستخلاص المواد الممتزة وفصلها وبعد ذلك فهي تسمح باعادة استعمال المادة الصلبة لعدة دورات وفي قليل من الحالات فان الامتزاز يكون غير عملية والمادة الممتزة يجب ان تزال بالحل الحراري أو بتفاعل كيمياوي أخر أو ببساطة يتم الخلص من المادةالصلبة.

    وتتوزع الجزيئات في الامتزاز بين طورين الاول في طور الصلب بينما الاخر في طور السائل أو الغاز , عكس عملية الامتصاص والتي ينتشر فيها جزيئات المذاب من طور الغاز الى طور السائل , وينتشر الجزيئات في الامتزاز من طور المائع الى سطح المادة الصلبة مكونا طورا ممتزا واضح المعالم.

      ان المادة المازة المستعملة في فصل الغازات تستعمل لآزالة الكميات القليلة من المركبات من خليط الغازات , والمثال الشائع هو تجفيف الغازات لمنع التأكل والتكثيف أو لمنع تفاعل جانبي غير مرغوب فيه . يكون الامتزاز مؤثرا في أزالة المركبات القليلة من طور السائل ويستعمل لآستخلاص المركبات أو المواد المؤذية للصحة من التأثير الصناعي.

     هناك فرق في كل عملية من عمليات التقطير والامتصاص والاستخلاص بين الخواص التي يتم فصلها . ففي عملية التقطير هناك التطايرية وفي الامتصاص الذوبانية وفي الاستخلاص معامل التوزيع , أما عملية الفصل بالأمتزاز فتعتمد على مكون واحد مستعد اكثر للأمتزاز عن الأخر . فعملية الفصل للبارافين الاعتيادي عن المتفرع بالتقطير يتطلب عدد مراحل كبيرة بسبب التطايرية النسبية الواطئة للمركبين. حييث يفضل من الناحية الاقتصادية أستعمال مادة مازة والتي تقوم بالفصل بناءا على الفرق في الاقطار الجزيئية للمركبين, وكمثال فأن البنتان الاعتيادي والآيزوبنتان لهما أقطار *(0.489 nm) و (0.558 nm) على التوالي فعندما يتم استعمال مادة مازة بحجم مسام (0.5 nm) لخليط الغازات فان الجزيئات الصغيرة سوف  تنتشر من خلال سطح المادة المازة وتبقى فيها , بينما تستثنى الجزيئات الكبيرة . ويمكن استرجاع الجزيئات المتبقية في المادة الصلبة بتقليل الضغط أو رفع درجة الحرارة.

   يحدث الامتزاز عندما تبقى الجزيئات المنتشرة في طور المائع فترة من الزمن بقوى صادرة من السطح القريب. يمثل السطح فجوة اجمالية في تركيبة المادة الصلبة , والذرات عند السطح لها بقايا لقوى الجزيئات والتي لاتكون مشبعة بالذرات المحيطة كما في بنية الجسم. هذه البقايا للقوى أو قوى فاندرفالز شائعة لكل السطوح والسبب الوحيد عن كون هذه المواد الصلبة مميزة هي أنها يمكن تصنيعها على شكل مسامات عالية معطيا زيادة في المساحة الداخلية . وبالمقبل فأن السطح الخارجي يساهم بشكل معتدل للمجموع الكلي حتى عندما يكون السطح مجزءا على نحو ممتاز. ان الامتزاز المبني على قوى فاندرفالز فيزياوي في الطبيعة لان القوى تكون ضعيفة والامتزاز يمكن عكسها بسهولة , ان كمية الحرارة المتولدة في الامتزاز الفيزياوي يكون مشابها في القيمة لحرارة التكثيف , وعندما لايتم تشتيت الحرارة بالتبريد فان حجم المادة الصلبة سوف تقل بارتفاع درجة الحرارة.

  n=nano=10¯9*

   من الملائم التفكير بان الامتزاز يحدث بثلاث مراحل , عندما يزداد تركيز المادة الممتزة يتكون أولا طبقة منفردة من الجزيئات على سطح المادة الصلبة , هذه الطبقة المنفردة يمكن ان يمتز كيميائيا ومقترنة بالطاقة الحرة والتي تمتز بالقوى التي تحملها , وعندما يزداد تركيز المائع فان الطبقات المتكونة بالامتزاز الفيزياوي وعدد الطبقات المتكونة يمكن أن تحدد بحجم المسامات . واخيرا فأن للامتزاز من طور الغاز تحدث التكثيف الشعري(capillary condensation) حيث ان الشعيرات تمتلئ بالمادة الممتزة المتكثفة ويصل ضغطها البخاري الى قمة حرجة نسبة الى حجم المسام.

    تنجذب الجزيئات الى السطوح كنتيجة لنوعين من القوى: قوى التشتت dispersion وقوى التنافر repulsion (وتدعى بقوى فاندرفالز)وتكون كنتيجة بأن الجزيئة أو مجموعة السطح لها قطبية كهربائية ثنائية دائمة dipole أو عزم قطبي رباعي quadrupole أو شحنة كهربائية صافية.

    تتواجد قوى التشتت دائما وفي غياب اي قوة قوية سوف يحدد سلوك التوازن كما في الامتزاز الجزيئات بعزم غير قطبي ثنائي أو قطبي رباعي على الكاربون الغير المؤكسد.اذا كان السطح قطبيا فسوف يقدم حقل كهربائي يحث عزم القطب الثنائي في الجزيئة بقطبية ثنائية غير دائمة ومن خلال هذا الاستقطاب فانه يزيد من الامتزاز .وبالتشابه فان الجزيئة بعزم قطبي دائم سوف تستقطب السطح الغير القطبي وبهذا تزيد من التجاذب.

    ان التجاذب للسطح القطبي والجزيئات بعزم ثنلئي القطب الدائم يكون قويا كما في امتزاز الماء على مواد مازة محبة للماء hydrophilic .وبالتشابه للسطح القطبي فان الجزيئة بعزم رباعي القطبية الدائم سوف تنجذب بقوة اكثر من الجزيئة المشابهة بعزم ضعيف .مثال:يمتز النايتروجين بقوة اكثرمن الاوكسجين على سطح الزيولايت..

  ان عملية الامتزاز باعثة للحرارة exothermic (وتشابه التكثيف condensation).

وعكس عملية الامتزاز desorption ماصة للحرارة endothermic(وتشابه التبخير  evaporation).

  ودرجة الحرارة الواطئة والصغط العالي مفضل في عملية الامتزاز .

  ودرجة الحرارة العالية والضغط الواطئ مفضل في عكس عملية الامتزاز desorption.

انواع الامتزاز types of adsorption    

يصنف الامتزاز معتمدا على نوع الاصرة الى:

  1. الامتزاز الفيزياوي physical adsorption أو physisorption

 وتحدث عندما يكون القوى الجزيئية البينية أو قوى فاندرفالز للتجاذب بين جزيئات المائع وسطح المادة الصلبة أعظم من قوى التجاذب بين جزيئات المائع نفسه.حيث يلتصق جزيئات المائع على سطح المادة الصلبة الممتزة ويحدث التوازن بين المائع الممتز والذي يبقى في طور المائع.ولايلاحظ  اي تغير في الالكترونات او بالاحرى يحدث تجاذب جزيئي بين موقع الطاقة المفضلة ولذالك لايعتمد على الخواص الالكترونية للجزيئات المتضمنة .يتسم الامتزازالفيزياوي بطاقات تداخل مساو او مشابه لحرارة التكثيف.المادة الممتزة يحتجز على السطح بقوى فاندرفالزضعيفة نسبيا ويمكن ان تتكون عدة طبقات من الجزيئات وبنفس حرارة الامتزاز تقريبا.حرارة الامتزازللامتزاز الفيزياوي يكون قليلا للمول الواحد) Kcal/mole ولذلك هذا النوع من الامتزاز مستقر فقط عند درجات الحرارة الاقل من 150° مئوية ,ويسمح الامتزاز الفيزياوي استعماله بعملية مراحل مستمرة .

  1. الامتزاز الكيمياوي chemical adsorption او chemisorptions

ويشمل التداخل الكيمياوي بين المائع الممتز المادة الصلبة المازة وفي معظم الحالات يكون الامتزاز غير قابلا للعكس ويكون صعبا فصل المادة المادة المازة عن المائع الممتز.ويشمل انتقال الالكترون بين مواقع السطح المحددة او المخصصة وجزيئات المذاب وكنتيجة تتكون الاصرة الكيمياوية.يتسم الامتزاز الكيمياوي بطاقلت التفاعل بيسن السطح والمادة الممتزة مشابهة او مساوية لقوة الاواصر الكيمياوية وبعشرات من الكيلوسعرة للمول الواحد) Kcal/mole وبناءا على ذلك تكون اقوى بكثير ومستقرا اكثر في الدرجات الحرارية العالية اكثر من الامتزاز الفيزياوي وعموما تتكون طبقة جزيئات منفردة فقط .

  معظم تطبيقات الامتزاز في عمليات الفصل والتنقية تعتمد على الامتزاز الفيزياوي,بينما العوامل المساعدة الغير المتجانسة عموما يشمل الامتزاز الكيمياوي للمتفاعلات .

  يستعمل الامتزاز الكيمياوي في بعض الاحيان في ازالة المواد الغير النقية الموجودة بكميات قليلة حيث يتم تحقيق انتقائية عالية وعلى الرغم من عدم استعمال الامتزاز الكيمياوي بشكل واسع كما في الامتزاز الفيزياوي فهنالك عدة تطبيقات في العمليات تعتبر هامة للامتزاز الكيمياوي لتنقية الغازات ومنها :

ازالة الزئبق : حيث ان الكميات القليلة من الزئبق الموجودة في الغاز الطبيعي معرفة بانها تسبب تاكلا لسطوح المبادلات الحرارية المصنوعة من الالمنيوم في وحدات صناديق التبريد المنخفضة درجة الحرارة في مصانع تسييل الغاز الطبيعي LNG , ويمكن ازالة الزئبق لمثل هذه الوحدات باستعمال كاربون فعال يحتوي على الكبريت وذلك بتفاعل الزئبق مع الكبريت مكونا كبريتات الزئبق .

وادناه جدول يبين فيها المقارنة بين الامتزاز الفيزياوي والامتزاز الكيمياوي :-

الامتزاز الفيزياوي

الامتزاز الكيمياوي
1.حرارة الامتزاز قليلة عند نفس درجة حرارة التسييل الطبيعي للغاز . 1.حرارة الامتزاز اكبر بعدة مرات من حرارة التسييل الطبيعي للغاز.
2.الامتزاز يكون بكمية محدودة فقط عند درجات الحرارة الاقل من نقطة غليان المادة الممتزة.

2.يمكن ان يحدث الامتزاز عند درجات حرارية عالية.

3.مقدار الزيادة في الكمية التي يمكن ان يمتز تزداد مع كل زيادة في ضغط المادة الممتزة . 3.مقدار الزيادة في الكمية التي يمكن ان يمتز تنقص مع كل زيادة في ضغط المادة الممتزة.
4.طاقة التنشيط ليست ذات قيمة. 4.طاقة التنشيط عالية تبعا للتفاعل الكيمياوي.
5.تحدث طبقات ممتزة متعددة . 5.تتكون طبقة واحدة ممتزة على الأكثر.
6.معدل الامتزاز يسيطر عليه بالسيطرة على معدل انتقال المادة . 6.يسيطر عليه بالسيطرة على معدل التفاعل الكيمياوي.
7.سريع ,غير فعال , قابل للانعكاس.. 7.يمكن ان يكون بطيئا ,فعال ,غير قابل للانعكاس.

أنواع المواد المازة  Adsorbents

تم تطوير الماد الصلبة لفصل مدى واسع من المواد . يتم تجهيز الماد الصلبة التجارية على شكل حبيبات granules أو كرات صغيرة pellets أو تستعمل على شكل مسحوق  powders  أحيانا ( كما في الشكل أدناه).ويتم استعمال المواد الصلبة في دورات متعددة في اوعية عمودية حيث تمر المواد المراد معاملتها من خلالها.

خواص المواد الصلبة المازة :

1.سعة عالية للامتزاز عند حالة التعادل.

2.تسمح بأعادة تنشيطها.

3.انخفاض الضغط لها يكون قليلا.

4.السرعة الحركية في الامتزاز.

5.مقاومة للاحتكاك.

6.خاملة كيمياويا.

7.لايتغير حجمها بالتغير في درجات الحرارة وفي حالة التشبع.

8.أن لاتتكسر الى دقائق صغيرة مما يؤدي الى انسداد المسامات وتقليل الكفاءة.

    ويمكن تصنيف الانتقائية السطحية للمواد الصلبة الى:

1.مواد جاذبة للماء(Hydrophilic) وتسمى ايضا بـ (Organophobic):-

   مثال على هذه المواد: الالومينا الفعال وعدد كبير من زيولايت المناخل الجزيئية تملك سطوح جاذبة للماء ، ويمتز الماء بقوة اكثر مفضلا ذلك على الجزيئات العضوية ويكون سطح هذه المواد قطبية polar .

  1.   مواد غير جاذبة للماء(Hydrophobic) وتسمى ايضا بـ (Organophilic):-

   مثال على هذه المواد: الكاربون الفعال من النوع الغير الجاذب للماء ويفضل العضويات على الماء ويكون سطح الكاربون الفعال غير قطبيا no polar.  أما سطح السليكا جل فيقع بين هاتين الحالتين ولها انجذاب معقول للماء والعضويات على الرغم من أن الماء يكون مفضلا.

  يمكن أن يوصف السطح أما بسطحها الخارجي وذلك عندما يشمل نتوءا أو فجوات بعرض أكبر من العمق,او كسطح داخلي عندما يشمل مسامات وفجوات بعمق اكبر من العرض.ليست كل السطوح في الحقيقة ملساء

ويظهر كوديان وقمم تحت المستوى المجهري . هذه المساحات حساسة لحقول القوى .في هذه المساحات فأن ذرات المادة الصلبة يمكن ان تجذب الذرات او الجزيئات من المائع القريب منها.

 الخاصية الاهم للمود المازة الصلبة والتي تعتبر حاسمة لآستعمال المادة الصلبة هي تكوين او بنية المسام .العدد الكلي للمسامات, شكلها وحجمها يحدد سعة الامتزاز وحتى معدل الامتزاز الديناميكي للمادة.

    عموما تقسم المسامات الى : micropore,mesopore,macropore

 وحسب تصنيف International Union of Pure Applied Chemistry    والتي تعرف بـ  IUPAC

تنتقل جزيئات المادة من خلال ال ((macro- الى (meso-) وأخيرا تدخل الى ال (micropores) , أن ال ( micropores) تشكل عادة الجزء الاكبر للسطح الداخلي وتساهم في معظم حجم المسام .تكون قوى التجاذب أقوى والمسامات تملئ في ضغوط نسبية واطئة في مسامات ال (micro-). ولذلك معظم عمليات الامتزاز للغازات تحدث خلال تلك المنطقة, لذا الحجم الكلي للمسام وتوزيع حجم المسام يحددان سعة  الامتزاز.

قطر المسام (nm) النوع
d>50 Macropores
2≤d≤50 Mesopores
d<2 Micropores