shadow

Natural Gas - Arabic

أكبر مجموعة مقالات عربية عن الغاز الطبيعي

Natural Gas Markets

Posted on: by:

سوق الغاز الطبيعي

یعد الغاز من مصادر الطاقة النظیفة بعد النفط ، وقد كان لایشكل الا نسبة ضئیلة من مصادر الطاقة لاتتجاوز ٠.٣ % عام ١٩٣٨ ارتفعت الآن الى ٢٤ % . وترجع حصة الغاز المتواضعة في الماضي الى عدد من الاسباب الفنیة والاقتصادیة ، كتو افر كمیات كبیرة من النفط بأسعار منخفضة مقارنة بالغاز الذي یحتاج الى رؤوس اموال كبیرة ، والسبب الآخر هو صعوبة السیطرة على الغاز ولذلك كان یحرق بحكم توافر الفرصة البدیلة امام الشركات النفطیة . ولكن التطور التكنولوجي الهائل قد انعكس على استغلال الغاز من حیث ظهور وسائل حدیثة لنقل الغاز بالانابیب او الناقلات ، فضلا عن زیادة كمیات الاحتیاطي المكتشف من الغاز في العالم ، وتزاید اعتماد العدید من الصناعات علیه كمادة اولیة مثل صناعات الاسمدة والتروكیمیاویات ، وتطور اسالیب تسییل الغاز والسیطرة علیه ، فضلا عن آثاره الضئیلة على البیئة .

أقرأ أيضاً ماهو الغاز الطبيعي

یحتل الغاز الطبیعي دورا متزایدا في تامین احتیاجات العالم من الطاقة، فقد شهد الطلب العالمي علیه تنامیا فمواصفات الغاز ووفرة احتیاطیاته تمنحه دورا رئیسا في سیناریوهات الطاقة كافة خاصة فیما یتعلق بتولید الكهرباء وقطاع السكن . ونظرا لاحتواء الغاز الطبیعي اقل كمیة من الكربون فأن حرقه یجعله اقل مصادر الطاقة الاحفوریة تلوثا اذ ان حرق الغاز الطبیعي لایؤدي الا الى انبعاث كمیات ضئیلة او معدومة من الملوثات ، والى نفث كمیات اقل من غاز ثاني اوكسید الكربون مقارنة مع الأنواع الأخرى من الوقود الاحفوري، لذا یتوقع ان یستمر الطلب العالمي على الغاز الطبیعي في الارتفاع من ٢٨٠٠ ملیار متر مكعب عام ٢٠٠٤ إلى ٤٧٠٠ ملیار متر مكعب في عام ٢٠٣٠ أي بمعدل نمو قدره ٢% سنویا خلال المدة المذكورة. أي اكبر مما سیشهده النمو في النفط والفحم والطاقة النوویة، وتشیر توقعات وكالة الطاقة الدولیة إلى ان تجارة الغاز ستشهد توسعا كبیرا بین القارات لأن حقول الغاز القدیمة وبخاصة الروسیة ستكون غیر كافیة لوحدها لسد الاحتیاجات المتزایدة و ان معظم كمیات الغاز سوف تأتي من دول رئیسة مثل روسیا قطر وإیران ونیجیریا والجزائر ولیبیا لكي تؤدي جمیعها دورا مؤثرا في المستقبل لتزوید الغاز لأكبر مناطق العالم في أمیركا وأوروبا واسیا، ومما یشجع على توسیع تجارة الغاز الطبیعي تطور صناعة الغاز المسال وكذلك الاهتمام في البیئة كون الغاز الطبیعي اقل تلویثا للبیئة واستخدامه نظیف.

ویعتمد توسع استخدام الغاز الطبیعي على إمكان استخدامه في قطاع النقل، ففي سبیل الحد من الانبعاثات الناتجة عن قطاع المواصلات بدأت أعداد كبیرة من الدول في الاستفادة من الغاز الطبیعي في قطاعات النقل فضلا عن ان استخدام الغاز الطبیعي كوقود للسیارات یعد اقل تكلفة من البنزین في بعض الدول وهذا ما یحقق فوائد اقتصادیة وبیئیة للدولة التي تستخدم الغاز الطبیعي فبالرغم من استخدام هذا النوع من السیارات منذ ثلاثینات القرن الماضي إلا ان انتشارها لا یزال محدودا بسبب الاعتماد على السیارات التي تعمل بالبنزین.

یبلغ احتیاطي الغاز الطبیعي في العالم عام ٢٠٠٩ نحو ١٨٩.٧ ترلیون متر مكعب ، فیما بلغت نسبة احتیاطیات الدول الاعضاء في منظمة الاوابك حوالي ٢٨ % من اجمالي احتیاطي الغاز الطبیعي في العالم . وتأتي روسیا بالمرتبة الاولى اذ تمتلك نحو ٤٤.٩ ترلیون متر مكعب من احتیاطي الغاز الطبیعي وهو مایعادل نحو ٢٤ % من الاحتیاطي العالمي ، تلیها ایران بنحو ٢٩.٦ ترلیون متر مكعب وبنسبة ١٦ % ثم قطر بنحو ٢٥.٤ ترلیون متر مكعب وبنسبة ١٤ % من الاحتیاطي العالمي. فیما یبلغ الاحتیاطي العربي من الغاز الطبیعي نحو ٢٩ % من الاحتیاطي العالمي عام ٢٠٠٩ . ویقدر انتاج سوائل الغاز الطبیعي في العالم بنحو ٩.٣٥ ملیون ب/ي عام ٢٠٠٩ منها ٢٨ % انتجت ضمن منظمة . % الاوابك فیما بلغت نسبة الدول العربیة مجتمعة من انتاج العالم من سوائل الغاز الطبیعي نحو ٢٩ % وفي مایتعلق بالغاز الطبیعي المسوق فقد بلغ انتاج الدول العربیة نحو ٤٣٢.٦ ملیار متر مكعب عام ٢٠٠٩ وبنسبة ١٤.٥ % من الانتاج العالمي .

أقرأ المزيد عن أحتياطيات الغاز الطبيعي

یقدر حجم اجمالي الصادرات من الغاز الطبیعي على المستوى العالمي نحو ٧٧ و ٨١٧ ملیار متر مكعب عام ٢٠٠٨ ، تأتي دولة قطر في مقدمة مصدري العالم من الغاز المسال اذ تسهم بنحو ٢٤.٥ % من اجمالي الصادرات العالمیة .

استهلك العالم عام ٢٠٠٨ نحو ٣٠١١ ملیار متر مكعب من الغاز الطبیعي ، وتعد قارة اوربا واوراسیا (كومنولث الدول المستقلة وتركیا ) الاكثر استهلاكا للغاز الطبیعي بنحو ١٠٨٦ ملیار متر مكعب اي حوالي ثلث الاستهلاك العالمي من الغاز الطبیعي.

تركیب الغاز الطبیعي وانواعه

الغاز الطبیعي غاز عدیم اللون والرائحة وقابل للاشتعال ، وهو عبارة عن مزیج من المواد الهیدروكربونیة وغیر الهیدروكربونیة التي توجد في مكامن صخریة تحت سطح الارض .ولایختلف الغاز الطبیعي في تكونه كثیرا عن انواع الوقود الاحفوري الاخرى مثل النفط والفحم . وحیث ان النفط والغاز الطبیعي یتكونان معا تحت الظروف الطبیعیة نفسها ، فأن هذین المركبین الهیدروكربونین عادة مایوجدان معا في حقول تحت الارض أو الماء ، وعلى العموم فأن الطبقات الرسوبیة العضویة المدفونة في اعماق تتراوح ١٥٠ درجة مئویة تنتج نفطا في حین تلك - ٦٠٠٠ متر عند درجات حرارة تتراوح بین ٦٠ - بین ١٠٠٠ المدفونة اعمق وعند درجات حرارة اعلى تنتج غاز طبیعیا . ان جمیع المكونات الهیدروكربونیة للغاز الطبیعي هي من نوع البرافینات الخفیفة القابلة للاشتعال ، ویعد غاز المیثان اكثر مكونات الغاز الطبیعي توفرا اذ تزید نسبته عن ٨٠ % في اغلب الاحیان، یلي ذلك الایثان والبروبان والبیوتان . وبالاضافة الى الهیدركربونات القابلة للاشتعال ، توجد كمیات متفاوتة من الغازات الاخرى غیر القابلة للاحتراق بعضها یكون متواجدا بكمیات عالیة نسبیا مثل : غازات النیتروجین وكبریتید الهیدروجین وثاني اوكسید الكربون ، في حین ان بعض الغازات الخاملة مثل : الارغون والهیلیوم ، عادة ماتكون موجودة ولكن بكمیات قلیلة جدا .
والغاز الطبیعي مصاحب او غیر مصاحب اعتمادا على ارتباطه بانتاج نفطي ضخم او عدم ارتباطه ولذلك یكون الغاز الطبیعي على نوعین هما :
١- الغاز المصاحب : وهو الغاز الذي یستخرج مصاحبا للنفط الخام ویكون موجودا مع النفط الخام أما مذابا أو طافیا على سطحه . وعادة ماتكون السوائل الغازیة ( غاز البترول المسال والغازولین الطبیعي ) اعلى في الغاز المصاحب . ان انتاج الغاز المصاحب لا یتطلب عملیات استكشافیة خاصة او معینة لاستخراجه لانه یأتي مصاحبا لانتاج النفط الخام وعادة ماتكون نسبة كبیرة منه من المحتویات الثقیلة، الا انه یحتاج الى تمریره على طرق معالجة عدیدة لفصله عن النفط الخام. ویؤدي الغاز المصاحب وظیفتین اولهما استخدام الغاز في زیادة الضغط المكمني للبئر النفطي مما یؤدي الى زیادة معدل التدفق الذاتي للبئر، وثانیهماالسیطرة على كمیات من الغاز المستخرج مع النفط الخام للاستعمالات المختلفة .

٢- الغاز الحر : وهو الغاز الذي یستخرج من حقول مستقلة منفردة ثم یصدر الى الاسواق المحلیة والعالمیة . تكون تقنیة معالجة هذا الغاز اكثر بساطة لان منتجاته من النوع الخفیف التي یمكن الاستفادة منها في الصناعات البتروكیمیاویة نظرا لارتفاع نسبة المیثان وانخفاض نسبة الشوائب خاصة كبریتید الهیدروجین. تتمثل معظم احتیاطیات الغاز الطبیعي في الدول العربیة في الغاز الحر الذي یمثل نحو ثلثي الاحتیاطیات العربیة اما الثلث الباقي فهو عبارة عن غاز مصاحب لانتاج النفط.
فضلا عما سبق هناك ایضا المصادر غیر التقلیدیة للغاز الطبیعي ، وهي تجمعات الغاز الطبیعي الموجودة في التكوینات الصخریة واطئة النفاذیة او عدیمة النفاذیة مثل الغاز الموجود في طبقات الرمال المحكمة وفي طبقات السجیل الغازي او المیثان من طبقات الفحم الحجري . وتقدر وكالة الطاقة الدولیة ان مایعادل ٤% من الاحتیاطي العالمي یتمثل في المصادر غیر التقلیدیة ، اذ یبلغ الانتاج العالمي من تلك المصادر نحو ٣٦٧ ملیار متر مكعب عام ٢٠٠٧ ، ومن المتوقع ان یرتفع الى ٦٢٩ ملیار متر عام ٢٠٣٠.

أقرأ المزيد عن مواصفات الغاز الطبيعي

تسییل الغاز الطبیعي

یستخدم مصطلح تحویل الغاز إلى سوائل Gas to liquids بصورة عامة لوصف التحویل الكیمیاوي للغاز الطبیعي إلى منتجات ھیدروكاربونیة سائلة بمختلف أنواعھا ، مثل المشتقات الوقودیة السائلة والكحول المثیلي والمواد البتروكیمیاویة وغیرھا ، ولا تدخل ضمن ھذا التعریف عملیة تسییل الغاز الطبیعي بالتبرید والضغط ( الكبس ) لإنتاج الغاز الطبیعي المسیل . وبعبارة بسیطة تعرف عملیة تحویل الغاز إلى سوائل من الناحیة التقنیة بأنھا عملیة تحویل الغاز الطبیعي إلى نفط مخلق Synthetic Oil، والذي یمكن بعدھا أن یحول إلى وقود ومنتجات أخرى ذات أساس ھیدروكاربوني.
یرجع انشاء اول مصنع تجاري لتسییل الغاز الطبیعي الى عام ١٩٤١ في اوهایو في الولایات المتحدة ، وصنعت اول ناقلة للغاز عام ١٩٥٩ . بلغ اجمالي الغاز المسیل في العالم ١٤٤ ملیون طن عام ٢٠٠٤ ومن المتوقع ان یصل الى ٣٧٠ ملیون طن عام ٢٠٢٠ . ویعزى السبب الاهم للتوسع في صناعة تسییل الغاز الطبیعي ، الى زیادة الطلب علیه وتراجع كلفة عملیة التسییل في مراحلها كافة ، اذ تراجعت كلفة الطن الواحد من الغاز المسیل عام ١٩٩٠ بالقیاس الى بدایة القرن الحالي .
توفر تقنیة تحویل الغاز الى سوائل المزایا الآتیة :
١- الاستفادة القصوى والفعالة من احتیاطیات الغاز الطبیعي في المناطق النائیة .
٢. الحد من الاجراءات الصناعیة المكلفة والمؤذیة للبیئة من خلال تقلیص حرق الغاز الطبیعي في الیابسة والبحر .
٣. إنتاج وقود نظیف ذي مواصفات عالیة تتلاءم مع المحددات الصارمة لمنع تلوث البیئة .
٤. استغلال الغاز الضائع .
٥. یمكن أن تشكل تقنیة GTL مشاریع متكاملة مع صناعة تسییل الغاز الطبیعي LNG .
٦. إمكان نصب وحدات GTL في المنصات البحریة العائمة واستغلال الغاز الطبیعي المستخرج من الحقول البحریة .
٧. إمكان استغلال الحقول الغازیة النائیة الصغیرة بواسطة وحدات GTL الصغیرة المتحركة البریة والبحریة التي تم ابتكارھا حدیثا .

أن تقنیة GTL تحد من التأثیرات الضارة بالبیئة الناتجة عن عملیة حرق الغاز الطبیعي وأنھا تزیل التكالیف التي تتطلبھا مثل ھذه الإجراءات وتوظیفھا باتجاه إنتاج سوائل قابلة للاستخدام كوقود أو كمواد اولية لصناعات معینة ، مثلا یكون الدیزل الناتج عن عملیات GTL اولیة نظيفاً وذا جودة احتراقیة عالیة وخالیا تقریبا من الكبریت أو من أي من المعادن الأخرى الضارة بالبیئة . ذلك لأن نسبة الكبریت في الدیزل الصناعي لا تتعدى جزءا واحدا وزنا في الملیون مقارنة ب 50 جزءا وزنا في الملیون في الدیزل تصنف الدیزل بالوقود النظیف إذا كانت نسبة (EPA ) التقلیدي ، علما أن وكالة حمایة البیئة الأمریكیة الكبریت فیھ لا تزید عن 15 جزءا وزنا في الملیون . وأخیرا فأن منتجات عملیة تحویل الغاز إلى سوائل GTL قابلة للاستخدام بعد معالجتھا بشكل مباشر كوقود أو یمكن مزجھا مع مشتقات ناتجة عن تصفیة نفوط خام ذات جودة واطئة لرفع مواصفاتھا وكفاءتھا الاحتراقیة . ویلبي مثل ھذا الأجراء شروط ومتطلبات قوانین الحفاظ على البیئة الصارمة التي تفرضھا كثیر من الدول .
ومن المتوقع أن یزداد الاتجاه نحو صناعة تحویل الغاز إلى سوائل خلال القرن الحالي نتیجة لارتفاع أسعار النفط الخام من جھة واستجابة للأزمات التي ترافق إنتاج وتسویق وتصفیة النفط الخام في العالم من جھة أخرى . إذ أن استھلاك العالم من المشتقات النفطیة آخذ في التزاید في حین أن الطاقة الانتاجیة من النفط الخام وطاقة التصفیة في عموم العالم لا یرتفعان بوتیرة متناسبة تسد ھذا الطلب .

أقرأ المزيد عن الغاز الطبيعي المُسال

تسعیر الغاز

تتمیز اسعار الغاز الطبیعي في العالم بطبیعتها الاقلیمیة اذ انها تختلف من منطقة الى اخرى بسبب المحددات الخاصة بسوق وصناعة الغاز ، ولاتزال كمیات الغاز الطبیعي الداخلة في التجارة العالمیة ، % محدودة ، اذ ان الجزء الاعظم من انتاج الغاز في العالم یستهلك محلیا وبنسبة تصل احیانا الى ٧٥ ومن ثم فأن كمیة الغاز التي تدخل في التجارة العالمیة لم تزد عن ٢٥ % من اجمالي الانتاج العالمي للغاز عام ٢٠٠٤ ، في حین ان تجارة النفط وصلت الى نسبة ٦٠ % من اجمالي الانتاج العالمي للنفط في
السنة المذكورة .
یفترض ان یتضمن سعر الغاز من الناحیة النظریة على المكونات الخاصة بالتكالیف والربح وعلاوة النضوب والمیزة البیئیة .لایحتكر استخدام الغاز في قطاع معین كما هو شأن النفط الذي یستخدم بشكل رئیس في قطاع النقل ، بل یتنافس الغاز مع مصادر الطاقة الاخرى في الاستخدامات المختلفة ، مما یعني ان تحدید سعر الغاز یستلزم ان نأخذ بنظر الاعتبار اسعار مصادر الطاقة الاخرى .وعلى العموم فأن تسعیر الغاز یرتبط بالموقف التفاوضي بین البائع والمشتري ، وبالاستراتیجة التسویقیة التي یعتمدها
البائع ، وبالعدید من الاعتبارات الاخرى السائدة في البلد المستورد للغاز ، والاعتبارات المتصلة بطبیعة السوق والمنتج . یعد اسلوب التسعیر بواسطة المعادلة السعریة الاكثر شیوعا في تسعیر الغاز الطبیعي ، وتستند المعادلة الى عاملین رئیسین ، یتعلق الاول بالسعر الاساسي او القاعدي في حین یقوم الثاني على ربط السعر بمؤشر او مؤشرات معینة . یتم تسعیر معظم عقود الغاز بنوعیه الطبیعي والمسال في السوق الاوربیة بربطها باسعار المنتجات النفطیة وبالذات زیت الغاز وزیت الوقود ، وتعتمد بعض العقود على التسعیر المرتبط باسعار الغاز من المصادر الاخرى . وفي السوق الامریكیة یرتبط تسعیر الغاز بالاسعار المحلیة التي تتحدد في مركز هنري في ولایة لویزیانا . ویرتبط تسعیر الغاز في معظم العقود الاسیویة وبالاخص في الیابان بأسعار سلة من النفوط الخام ، وقد شهد تسعیر بعض العقود في الاسواق الاسیویة توجها نحو مزید من المرونة كالتعاقد على اسعار ثابتة لعدد معین من سنوات العقد او تقلیل نسبة الربط بالنفط .
یطلق تسمیة سعر الاتفاق على سعر الغاز الطبیعي الذي یتم الاتفاق علیه بین البائع والمشتري على وفق اتفاق معین ، یتم تحدیده في الغالب بالدولار الامریكي اما لملیون وحدة حراریة بریطانیة او لوحدات حجمیة (الاقدام او الامتار المكعبة )
وهناك السعر الحقیقي او السعر النهائي وقد یختلف عن السعر التعاقدي الذي یأخذ بالاعتبار تأثیر البنود التعاقدیة الاخرى المؤثرة في المحصلة النهائیة للسعر ، مثل ادنى كمیة یلتزم المشتري باستلامها والتغییر الیومي او الشهري او الموسمي في الكمیات المباعة او المستلمة ووجود حد ادنى وحد اعلى للسعر والربط السعري .

یوجد عدد من الاسواق الفوریة والمستقبلیة للغاز الطبیعي وهي سوق IPE في نیویورك وسوق Nymax في لندن ، فضلا عن اسواق فوریة في اوربا كما في مركز Zeerugge في بلجیكا وھى تمثل ٥% من السوق العالمى للغاز المسال. وتتصف هذه الاسعار بالتذبذب الحاد في بعض الاحیان ، وتتأثر یومیا وشهریا وحسب الفصول متأثرة بعوامل عدیدة مثل العوامل الجیوسیاسیة والمناخیة والمضاربات فضلا عن مؤثرات العرض والطلب .
لا توجد سوق عالمیة للغاز الطبیعى ، مثلما ھو الحال بالنسبة للنفط الخام حیث توجد أسعار قیاسیة للنفط الخام مثل برنت والعربى الخفیف والمتوسط والثقیل وغرب تكساس ، وكلھا تستخدم كمؤشر فى تحدید أسعار بیع وشراء النفط الخام والتى لا ترتبط بعقود طویلة الأجل ، وعلى الجانب الآخر فإن أسعار الغاز الطبیعى ظلت وإلى الآن تتحدد أسعارھا من خلال عقود طویلة الأجل بما یضمن تدبیر التمویل اللازم واسترداد الاستثمارات المرتفعة لمشروعات تصدیر الغاز سواء من خلال النقل بالأنابیب أو عن طریق الناقلات .
وعلى العموم لایوجد سعر اشارة متفق علیه لتسعیر الغاز الطبیعي كما في حالة النفط الخام ، بل تختلف اسعار الغاز من دولة مصدرة الى اخرى ومن عقد لآخر للدولة نفسها . وفي حالتي غاز الانابیب والغاز المسیل یتم الاتفاق بین المنتج والمشتري كنتیجة للتفاوض بین الطرفین بحیث یتأثر السعر بالبدائل والخیارات المتوفرة لكل طرف .
وتختلف أسعار تصدیر الغاز تبعا لاقتصادات مشروعات التصدیر واختلاف الأسواق من منطقة إلى أخرى بالعالم وكذلك طبقا لطبیعة الوقود البدیل المتوافر ودرجة المنافسة فى أنحاء العالم المختلفة ، ومن ھنا كانت حقیقة أن عقود التصدیر منأ ى دولة منتجة لا تعكس سعرا عالمیا موحدا بل یتم تحدید الأسعار بالتفاوض بین أطراف العلاقة التجاریة (الشركات والمؤسسات) طبقا لعناصر تكلفة الإنتاج والنقل والمعالجة والتوزیع وھوامش الربح وأسعار الشراء المقبولة ، كما ترتبط المفاوضات بتقییم محددات السوق فى حینھ من حیث العرض والطلب والعائد على الاستثمار والفرص البدیلة وحجم المخاطرة ولذلك تختلف الشروط من عقد لآخر ، ویعتمد تسعیر الغاز على معادلات سعریة ترتبط بمؤشرات أخرى یدخل فیھا السعر القیاسى للنفط الخام أو بعض المنتجات النفطیة أو أى مؤشرات أخرى یتم الاتفاق علیھا مثل سعر الكھرباء .

Natural Gas Dehydration - Part.3

Posted on: by:

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 Three-Phase 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

Posted on: by:

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

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.

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:

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 Stand-By 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

Posted on: by:

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

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

NaturalGas Reserves

Posted on: by:

أحتياطيات الغاز الطبيعي في العالم

ما هو الغاز الطبيعي؟

أن الغاز الطبيعي هو مزيج معقد من الهيدروكاربونات مع كمية قليلة من المركبات غير العضوية يكون مصاحباً للنفط الخام وحراً في بعض الأحيان ، ويتكون الغاز الطبيعي أساسا من غاز الميثان (90% على الأقل من ناحية نموذجية) ولكنه أيضا قد يحتوي على غازات الأيثين والبروبين وغازات ثاني أكسيد الكربون الأثل. وقد توجد أيضا كميات صغيرة من النيتروجين والأوكسجين وثاني أكسيد الكربون ومركبات الكبريت في خطوط أنابيب الغاز الطبيعي .

ونلاحظ في الجدول التالي مكونات الغاز الطبيعي والتي تشير الى أن الميثان هو المكون الرئيسي لهذا المزيج الغازي.

Natural-Gas-Composition
Natural-Gas-Composition

أن المركبات غير العضوية مثل النتروجين ، ثاني أوكسيد الكاربون غير مرغوبة ، لأنها تسبب التآكل ومشاكل أخرى في أنتاج ومعالجة الغاز. وتتراوح القيمة الحرارية للغاز من 700 BTU/scf الى 1600 BTU/scf أعتماداً على كمية المركبات غير العضوية فيه.

وتقسم الآبار المنتجة عادة ً الى : آبار غازية ، آبار مكثفات Condensate wells ، وآبار نفطية. أن الآبار الغازية تكون فيها نسبة GOR أكبر من 100,000 scf/stb أما آبار المكثفات فيكون فيها GOR أقل من 100,000 scf/stb وأكثر من 5,000 scf/stb ، أما الآبار التي يكون فيها GOR أقل من 5,000 scf/stb فتعتبر آبار نفطية.

وبما أن الغاز الطبيعي هو عبارة عن نفط في حالة غازية ، فأنه غالباً ما يكون مصاحباً للنفط ، ويمكن تقسيمه الى 3 أنواع:

  1. الغاز المصاحب Associated Gas : وهو الغاز المُذاب في النفط تحت الظروف المكمنية.

    2. الغاز الحر (الغاز غير المصاحب) “Free Gas “non-Asociated gas : وهو الغاز الحر الموجود في المكمن مع أقل ما يمكن من النفط.

    3. المُكثفات Condensate : وهو الغاز الحاوي على كمية كبيرة من الهيدروكاربونات السائلة في الضغط والحرارة المنخفضين.

تبريد الغاز الطبيعي:

عند تبريد الغاز الطبيعي إلى درجة حرارة 260 درجة فهرنهايت تحت الصفر في ضغط جوي فإنه يتكثف في شكل سائل يسمى الغاز الطبيعي المسال ويعرف اختصار في اللغة الإنجليزية بـ (LNG) . فمقدار واحد من هذا السائل يأخذ 600/1 من حجم الغاز الطبيعي في رأس شعلة الموقد. ويزن الغاز الطبيعي المسال أقل من واحد ونصف من حجم الماء وفي الحقيقة يبلغ 45% تقريبا. ومن خصاص الغاز الطبيعي المسال أنه عديم الرائحة واللون ولا يسبب التآكل وغير سام. وعند تبخيره فإنه يشتعل فقط في درجات تركيز من 5% - 15% عند مزجه بالهواء والغاز الطبيعي المسال أو بخاره لا ينفجران في بيئة مفتوحة.

كيفية تخزين الغاز الطبيعي المسال:

تحتوي صهاريج نقل الغاز الطبيعي المسال على بناء ذو جدارين مع عزل فعّال بصورة كبيرة بين الجدران تمتاز صهاريج الناقلات الضخمة بنسبة باعية منخفضة (نسبة الارتفاع إلى العرض) وتصميم اسطواني مع سقف في شكل قبة. ودرجات الضغط للتخزين في هذه الناقلات منخفضة جدا، أقل من 5 درجات (psig) . يمكن تخزين كميات صغيرة مثل 70.000جالون وأقل في صهاريج أفقية أو رأسية ذات فراغ جوي مضغوط. وقد تكون هذه الصهاريج تحت ضغط في أي مكان أقل من 5 درجات (psig) إلى أكثر من 250 درجة (psig) .

ويجب المحافظة على برودة الغاز الطبيعي المسال (84 درجة فهرنهايت تحت الصفر على الأقل) لكي يبقى سائلا ومستقلا عن الضغط .

كيف تتم المحافظة على برودته؟

إن عملية العزل مهما كانت فعاليتها لا تستطيع بمفردها الحفاظ على درجة برودة الغاز الطبيعي المسال ويحفظ الغاز الطبيعي المسال كـ “مبرد في حالة غليان” وهو سائل بارد للغاية عند نقطة غليانه في الضغط المحفوظ فيه. والغاز الطبيعي المسال المخزن يعد نظيرا للماء المغلي غير أن برودته تزيد بـ 260 درجة مئوية فقط. إن درجة حرارة الماء المغلي التي تعادل 100 درجة مئوية لا تتغير بالرغم من الحرارة المتزايدة بسبب تبريدها بواسطة عملية التبخير (توليد البخار). وبنفس الطريقة سيبقى غاز الطبيعي المسال في درجة حرارة ثابتة تقريبا فيما إذا تم حفظه في ضغط ثابت. وتسمى هذه الظاهرة بـ “التبريد الذاتي” وتظل درجة الحرارة ثابتة ما دام يسمح لبخار الغاز الطبيعي المسال بمغادرة غلاية الشاي (الخزان). وإذا لم يتم سحب البخار فإن ذلك سيؤدي إلى رفع درجة الحرارة داخل الوعاء.

وحتى عند ضغط (100 psig) فإن درجة حرارة الغاز الطبيعي المسال ستكون 129 درجة فهرنهايت تحت الصفر تقريبا.

محتوى الكبريت Sulfur Content:

أن الكلام عن الغاز الحامضي والغاز الحلو يشير عادة الى محتوى الكبريت (غاز H2S) ، حيث أن الغاز الحلو يحتوي على نسبة قليلة جداً من الكبريت (يمكن أهمالها - أقل من 4 ppmv) ، في حين يحتوي الغاز الحامضي على كميات كبيرة وغير مقبولة من الكبريت والتي تُسبب التآكل (مع وجود الماء) .

صناعة الغاز الطبيعي Natural Gas Industry:

لقد كان الغاز الطبيعي في البداية ناتجاً عرضياً في عملية أنتاج النفط ، ومنذ استكشافه للمرة الأولى في فلوريدا في الولايات المتحدة عام 1821 فقد تم أستخدامه كوقود في المناطق المحيطة بالحقول النفطية ، وفي السنين الأولى لأنتاج الغاز الطبيعي فأن الغاز الطبيعي كان يُحرق بكميات كبيرة ، مما أدى الى أنخفاض سعر الغاز الطبيعي ، حيث كان سعر كل 1000 قدم مكعب الى حوالي 1-2 سنت.

وقد بدأ أستهلاك الغاز الطبيعي بالتزايد منذ نهاية الحرب العالمية الثانية في المجالات (التجارية - الصناعية - توليد الطاقة) ، وكان لهذا الأستهلاك المتزايد العديد من الأسباب مثل ولادة أسواق جديدة ، أستبدال الفحم كوقود ، استخدام الغاز الطبيعي في الصناعات البتروكيمياوية وصناعة الأسمدة، بالأضافة الى زيادة الطلب على الوقود قليل الكبريت.

أن تزايد الطلب في أوربا الغربية واليابان والولايات المتحدة أدى الى أستيراد الغاز من الحقول البعيدة. أما اليوم فأن الغاز الطبيعي المُسال يمكن نقله خلال البحار والمحيطات الى أماكن الأستهلاك بواسطة ناقلات ضخمة ، وقد تم أستخدام هذه الطريقة في هنغاريا عام 1934 ومن ثم أستخدم لنقل الغاز بشكل سائل من حقول الغاز في لويزيانا خلال نهر المسيسيبي الى شيكاغو في 1951.

وفي الجزائر تم تصدير الغاز المُسال في عام 1964 الى بريطانيا وفرنسا حيث يقل حجم الغاز الى سُدس حجمه الأصلي بهذه الطريقة ، وعند استلامه في نقطة النهاية يرجع الى حالته الغازية بأمراره في وحدة تحويل الغاز السائل الى غاز لذلك يمكن تجهيزه بعدها الى شبكة توزيع الغاز. كما يمكن خزنه في خزانات أو في محطات الخزن الجوفي Underground Storage ويعتبر الغاز السائل وقوداً غير مُلوّث للطائرات والمركبات.

 

أحتياطيات الغاز الطبيعي Natural Gas Reserves:

هناك مصطلحان تستخدم غالباً للتعبير عن أحتياطيات الغاز الطبيعي وهي: الأحتياطي المؤكد Proved Reserves و الأحتياطي الكامن Potential Reserves .

الأحتياطي المؤكد Proved Reserves هو تلك الكميات من الغاز التي يُعثر عليها أثناء الحفر ، ويمكن التأكد منها من خلال الخصائص المكمنية مثل بيانات الأنتاج ، علاقات الضغوط وبعض البيانات الأخرى ، لذلك يتم تحديد حجم الغاز بدقة معقولة الى حد ما.

الأحتياطي الكامن Potential Reserves هو تلك الكميات من الغاز الطبيعي التي يُعتقد أنها موجودة في العديد من صخور القشرة الأرضية لكنها لم تُحفر لحد الآن. وهي ستكون الكميات المجهزة مستقبلاً بعد أنتهاء الأحتياطي المؤكد.

وقد تم أتباع العديد من الطرق في تقدير كميات أحتياطي الغاز الطبيعي ، ومنها الأعتماد على معدلات الأنتاج السابقة والآبار الأستكشافية والطرق التجريبية والمعادلات الرياضية ، كما يتم أستخدام طريقة تقدير الغاز المستقبلي من خلال كمية النفط المستكشف ، أو طريقة التقدير الحجمي لأحتياطي الغاز الكامن.

وقد كان هناك دائماً تفاوت في (الأحتياطي المؤكد) و(الأحتياطي الكامن) حتى في حالة الحقول المنتجة في الولايات المتحدة، حيث بالأعتماد على مصادر المعلومات فأن تقديرات الاحتياطي الكامن المتبقي تتراوح بين 650-5000 Tcf ، أما الأحتياطي المؤكد في عام 2000 فقد كانت 1050 Tcf في الولايات المتحدة و 170 Tcf في كندا وبعكس المكامن النفطية التي يوجد 80% منها في دول أوبك ، فأن أغلب مكامن الغاز الطبيعي موجودة في الأتحاد السوفيتي السابق ، الشرق الأوسط ، الشرق الأدنى ، أفريقيا ، أمريكا الشمالية ، أمريكا الوسطى والجنوبية ، وأوربا.

ووفقاً لأحصائية قام بها Energy Information Administration في العام 2006 كانت الأرقام التقديرية للأحتياطي المؤكد للغاز الطبيعي كالآتي:

1. روسيا 1,688 Tcf.

2. أيران 944 Tcf.

3. قطر 910 Tcf.

4. المملكة العربية السعودية 244 Tcf.

5. الأمارات العربية المتحدة 213 Tcf.

6. الولايات المتحدة الأمريكية 193 Tcf

7. نيجيريا 185 Tcf.

8. الجزائر 162 Tcf.

9. فنزويلا 152 Tcf .

10. العراق 112 Tcf.

وتمتلك شركة Gazprom الروسية حوالي ثلث أحتياطيات الغاز الطبيعي وتنتج حوالي 80% من الغاز الطبيعي الروسي ، وتُدير هذه الشركة 43 محطة كبس Compressor Station وحوالي 155 ألف كم من أنابيب الغاز الطبيعي ، وتعتبر روسيا أكبر منتج ومصدر ومُستهلك للغاز الطبيعي ، حيث تُنتج حوالي 21 Tcf سنوياً تستهلك منها 14.5 Tcf وتُصدّر الباقي.

أما قطر فهي دولة رائدة أيضاً في أحتياطيات الغاز الطبيعي ، وتتساوى في ذلك مع أيران تقريباً ، حيث تمتلك حقل الشمال العملاق ، أما أيران فلديها حقل بارس الشرقي الذي يقع على حدود قطر.

مستقبل الغاز الطبيعي:

من الواضح جداً أن القرن التاسع عشر كان قرن الفحم الحجري والذي ساهم بشكل كبير في نشوء الثورة الصناعية في أوربا ، أما القرن العشرون فقد كان قرن النفط الذي كان المصدر الرئيسي للطاقة والذي أدى الى نمو الأقتصاد العالمي ، ومن الملاحظ دائماً أن حاجة الأقتصاد العالمي الى الطاقة في تزايد مستمر ، فقد توقع بعض الخبراء حصول عجز كبير ومستمر في أمدادات الطاقة يبدأ في عام 2010 وحصول أزمة طاقة حقيقية وجدية.

وللخروج من هذه الأزمة ، يجب الأنتقال الى أستخدام الغاز الطبيعي ليس لأهميته الأقتصادية فحسب ، بل لأهميته في الحفاظ على البيئة ، ففي نهاية القرن العشرين أخذ الغاز الطبيعي مكان الفحم كمصدر ثان للطاقة بعد النفط ، ففي عام 2000 كان أستهلاك الطاقة العالمي كالآتي: 39% نفط - 23% غاز طبيعي - 22% فحم حجري ويتوقع أن يكون التحول تدريجياً من النفط الى الغاز الطبيعي بداية القرن الحادي والعشرين. وذلك لن يتحقق بسبب الأعتبارات البيئية فحسب بل بسبب التطورات التكنلوجية.

أن الولايات المتحدة تمتلك أكبر أقتصاد في العالم ولذلك فهي المستهلك رقم 1 للطاقة في العالم ، ويمكن ملاحظة أن سعر الغاز الطبيعي قد زاد في العقود الثلاثة الأخيرة بسبب زيادة الطلب على الغاز الطبيعي في الولايات المتحدة وتتوقع دراسات الطاقة أن يزيد الطلب السنوي للطاقة بين عامي 2010-2020 بنسبة 30% حيث سيصعد أستهلاك الغاز الطبيعي بنسبة 60% أي بزيادة حوالي 35 Tcf ، وهذا يعني أن حصة الغاز الطبيعي من الطاقة ستصعد من 23% الى أكثر من 28% ، لذا يصبح من الواضح أن الغاز الطبيعي سيصبح مصدر الوقود الأبرز في الأقتصاد العالمي ، أما ما يسمى بمصادر الطاقة البديلة فسوف يكون لها القليل من التأثير على الغاز الطبيعي.

 

المصادر:
 1. Fundamentals of Natural Gas Processing.
2. Natural Gas Engineering Handbook
3. Natural Gas Production Engineering, Dr. Adel Salem
4. الغاز الطبيعي - تأليف خالد جبر حمد يوسف

Adsorption & Natural Gas Treatment part.1

Posted on: by:

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

 

 

 

Natural Gas

Posted on: by:

مقدمة عن الغاز الطبيعي

الغاز الطبيعي واحد من أفضل مصادر الطاقة، وهو من أنواع الوقود الأحفورية كالزيت والفحم، والذي يكون غالباً مصاحباً للنفط تشكل في باطن الأرض من بقايا النباتات والحيوانات والجزيئات الحية التي عاشت قبل ملايين السنين. ويتفق الجيولوجيين والكيميائيين على أن النفط ينشأ من النباتات وبقايا الحيوانات التي تتراكم في على طول قاع البحر / البحيرة .

مع الرواسب التي تشكل الصخور الرسوبية. أن العمليات التي يتم فيها تحويل المواد العضوية إلى البترول ليست مفهومة لحد الآن. ويعتقد أن العوامل التي تسهم في ذلك هو العوامل البكتيرية ، إجهاد القص ، بالأضافة الى الضغط والحرارة والتقطير الطبيعي في أعماق كبيرة ومن الممكن وجود عوامل محفزة بالأضافة الى الوقت.

والغاز الطبيعي یوجد في الطبیعة إما مع مكامن البترول أو منفردا. لقد ازداد الطلب على الغاز الطبیعي بشكل كبیر في الفترة الأخیرة بسبب نظافته وتعدد استخداماته ، كما أن حرقه بصورة صحیحة لا یؤدي إلى تلوث البیئة ، أي انه یحترق كاملا ولا یترك رمادا ، ولا یكون أول اوكسید الكاربون ، كما أن قیمته الحراریة حوالي (11000 - 12000) كیلو كالوري لكل كیلو غرام ، أي أنه أكبر بكثیر من القیم الحراریة لأنواع الوقود الاخرى مثل الخشب ( 4700–5100 ) كیلو كالوري لكل كیلو غرام ، الفحم الحجري (6000 -8000 ) كیلو كالوري لكل كغم ، والكیروسین ( 10000 ) كیلو كالوري لكل كغم ، اضافة الى ماسبق فأن اسعاره مستقرة نسبیا بالأضافة الى سھولة نقلة وتوزیعة بواسطة شبكة من الانابیب والى مسافات بعیدة.

لكن ھذا الوقود الغازي تترتب علیه مساوئ منھا صعوبة خزنه وتسربه من الاوعیة والانابیب الحاویة له والذي یؤدي إلى حوادث الانفجار والحرائق.

 

مقدمة عن الغاز الطبيعي:

الغاز الطبيعي واحد من أفضل مصادر الطاقة، وهو من أنواع الوقود الأحفورية كالزيت والفحم، والذي يكون غالباً مصاحباً للنفط تشكل في باطن الأرض من بقايا النباتات والحيوانات والجزيئات الحية التي عاشت قبل ملايين السنين. ويتفق الجيولوجيين والكيميائيين على أن النفط ينشأ من النباتات وبقايا الحيوانات التي تتراكم في على طول قاع البحر / البحيرة .

مع الرواسب التي تشكل الصخور الرسوبية. أن العمليات التي يتم فيها تحويل المواد العضوية إلى البترول ليست مفهومة لحد الآن. ويعتقد أن العوامل التي تسهم في ذلك هو العوامل البكتيرية ، إجهاد القص ، بالأضافة الى الضغط والحرارة والتقطير الطبيعي في أعماق كبيرة ومن الممكن وجود عوامل محفزة بالأضافة الى الوقت.

 

عندما نتحدث عن الغاز الطبيعي فان وجود المیثان غیر الحیاتي یدحض الرأي القائل والسائد في جیولوجیا ألنفط من ان النفط والغاز الطبیعي في الارض ھو من اصل بایولوجي أو حیاتي. وعلى ھذا ایضا فان الكاربون الموجود في الھیدروكاربونات قد اشتق في الاصل من ثاني اوكسید الكاربون المتوفر في الجو وان الطاقة التي فصلت الكاربون عن الاوكسجین قد جاءت من ضوء الشمس بطریقة التحلیل الضوئي للنبات .ان اندثار قسم من ھذه المكونات العضویة قبل ان تصیبھا الاكسدة یمكن ان تكون مصدر للمواد الاولیة للنفط والغاز.

ولا مجال للشك بان ھذه العملیة قد ساھمت في تكوین القسم الاعظم من النفط الذي تم اكتشافه لحد الان . لقد بدا العمل بنظریة احتواء اعماق الارض على غیر الحیاتیة مع بدایة النظریات القائلة بان ھذه الھیدروكاربونات تكون الجزء الاعظم من الجزیئات العائمة الكاربونیة في النظام الشمسي .ویستدل على ان الكون یتالف في معظمه من الھیدروجین او ما یسمى بالكیمیاء الكونیة ان الارض وبقیة الكواكب في النظام الشمسي قد ترسبت وتكیفت منذ بدء الخلیقة بشكل غمامة مشبعة بالھیدروجین. كما ان معظم الكاربون الداخل في تكوین النیازك والذي یوفر الدلیل على التكوین الطبقي للكواكب یتألف من الھیدروكاربونات المتعددة تشبھ في بعض خواصھا الكیمیاویة قار النفط. ویعتقد ان ألأرض قد حصلت على الكثیر من الكاربون بشكل ھیدروكاربونات مماثلة. وان غلاف الارض او ما یسمى بجو الارض یحتفظ بمعظم ھذا الكاربون بشكل غاز المیثان .ویعتقد ان سبب ذلك یعود الى السنین الاولى في تكوین الارض وغلافھا .

وعن طریق عملیة التركیب الضوئي تم انتاج الاوكسجین الطلق وامتلاء الغلاف تدریجیا بما یحتویه الان من عنصر الاوكسجین الذي تتألف منه الان الھیدروكاربونات ،خاصة الوقود والطاقة الكیمیاویة لأن الاوكسجین ھو أحدى المكونات اللازمة لعملیة الاحتراق لھذا یتوفر في اي مكان من الغلاف الجوي.

لقد انطمرت الھیدروكاربونات بفعل الضغط العالي جدا والحرارة الملتھبة تحت الارض واخذت تطلق غاز المیثان كأحدى المكونات الاساسیة لھا. وینحو ھذا الغاز الذي یخرج من طبقات الارض مصاحبا مع غازات اخرى نحو ألارتفاع الى سطح الارض ویھاجر الى المناطق الرخوة في قشرة الارض تاركا الكتل الھائلة من الھیدروكاربونات وراءه . وحینما تتصل تلك المناطق المشبعة بغاز المیثان بمنطقة الانفجار البركاني تتم اكسدتھا الى ثاني اوكسید الكاربون (الاوكسجین المتحد مع الماء او احدى عناصر التاكسد في الصخور ) قبل ان یدخل غلاف الارض.

ویدخل معظم الكاربون الموجود في غاز المیثان المھاجر لسطح الارض الى غلافھا اما بشكل غاز المیثان مباشرة اوبشكل متأكسد اي ثاني اوكسید الكاربون, ویتم ترشیح معظم ثاني اوكسید الكاربون في المحیطات وتتم ازالته بھذه الوسیلة . اما الصخور المؤلفة لقشرة الارض فانھا تبقى محتویة على كمیات ھائلة من الكاربون وبشكل مادة الكلس او كاربونات الكالسیوم .

ان ھذه الكمیات الھائلة الزائدة بأفراط من الكاربون یعتقد بانھا قد جاءت الى قشرة الارض من اعماقھا وبشكل غازات كاربونیة (اي غاز ثاني اوكسید الكاربون المتحد مع غاز المیثان( ولا یمكن الان التاكد على اجراء كل من الغازین بشكل منفصل ومن الاعتراضات التي تثار في بعض الاحیان حول وجود الھیدروكاربونات في باطن الارض انھا تتأكسد بفعل الضغط والحرارة الھائلة. الا ان مثل ھذه الاقاویل تفتقر الى سببین الاول ان الضغط الھائل في اي طبقة كانت تؤدي الى استقرار غاز المیثان ولا یؤدي الى عملیة الاكسدة . والثاني ھو ان توفر غاز الاوكسجین في الصخور البركانیة لا یعني انھ یؤكسد غاز المیثان حتى وان تكون له ھذه الخاصیة لان الصخور یجب ان تكون صخور مائیة . كما ان الغازات الطلیقة من فتحات الارض وقریبة من منطقة الأنفجار البركاني قد تتأكسد تماما وتأتي على البقیة من غاز الاوكسجین ویبقى غاز المیثان حرا طلیقا بكمیات كبیرة.

تحتوي الكثیر من الصخور الترسبیة على بقایا بایلوجیة او حیاتیة وأذا ما غمرت بالنفط غیر الحیاتي من الاسفل وتركت تتسرب به الالاف من السنین وتحت ضغوط متفاوتة ودرجات حرارة متغایرة یصبح النفط بالمادة البایلوجیة.

قد كتب البروفسور البریطاني سیر روبرت روبسون قائلا لایمكننا دحض نظریة ان النفط لا یؤلف في مكونات منتوجات عضویة متطورة ، كما ان الأقاویل حول اصل النفط تصلح في ھذا الخصوص ایضاً باضافات من منتوجات بایولوجي اخرى.

ورغم ان غاز المیثان یعتبر من الناحیة الكیمیاویة غازا غیر متفاعلا ، فانه یتبلمر اي یتحد الى مركب النفط الخام تحت ظروف ملائمة من الحرارة والضغط والفعل التحفزي (بضمنه الفعل الجرثومي ) .وعند حصول ھذه الحالة فان جریان غاز المیثان یزید وبشكل تدریجي وبطيء من المواد البایولوجیة ومكامنھا ویوسعھا الى احتیاطي نفطي ذو قیمة تجاریة . قد تكون ھذه العملیة غیر ناجحة ، وفي كل الاحوال فان الغاز یتسرب نحو سطح الارض ویستمر جریانه مع تعاقب الفترات الجیولوجیة ویعتبر اصل الھایدروكاربونات المتوفرة بكمیات تجاریة في باطن الارض .

ان قابلیة الازدیاد الكیمیاوي المتراكم لھل مردود ایجابي حیث كلما ازدادت سعة المتراكم ارتفعت قابلیة الحصول على الغاز المتسرب الى السطح. ان ھذا التكوین البایولوجي یعطي السبب الى التساؤل حول بعض الحقول النفطیة ولماذا تكون واسعة عند مقارنتھا مع بقیة الحقول . ومن بین الالاف من الحقول النفطیة التجاریة تحتوي ٣٣ حقلا ( ٢٥ حقل منھا في الشرق الاوسط ) على نصف كمیات النفط الخام المكتشفة القابلة للاستخراج في العالم.

ولنبحث في موضوع تسرب غاز المیثان من باطن الارض .توجد الھایروكاربونات في القباب القشریة للارض وفي ألأحافیر لطبقات التكتونیة وحدودھا ویوجد المیثان بكمیات كبیرة في المیاه العائمة في باطن الھضاب الموجودة بین الطبقات.وعلى سبیل المثال تحتوي میاه البحر المیت الشدیدة الملوحة على غاز المیثان بنسبة تزید ١٠٠٠ مرة على ماتحتویه میاه البحر الاعتیادي. وفي المحیط الاطلسي او ما یسمى مرتفعات الاطلسي الشرقیة نجد نافورات الریشة تتناثر من قعر البحر على السواحل وتحتوي على كمیات ھائلة من غاز المیثان . اما في بحیرة( كیفو) في ساحل الافریقي الشرقي فأنھا تحتوي على ٥٠ ملیون طن من غاز المیثان المذاب في الماء ولا یعرف لھا اي اصل جرثومي معلوم . ونعتقد ان غاز المیثان في ھذه المیاه كلھا یتوفر ویتسرب من خلال التراكیب العمیقة للقشرة الارضیة.

ودلیل اخر على وجود ھذه الخواص وارتباطھا بالھیدروكاربونات الغیر حیاتیة ھو العلاقة بین مناطق النفط والغاز الرئیسیة في العالم والمناطق القدیمة والحدیثة التي تجري فیھا العملیات الزلزالیة . وغالبا ما تقع الحقول النفطیة بالقرب من التصدعات الجولوجیة النشطة او القدیمة كما توجد معظم الینابیع الصغیرة للنفط والغاز في المناطق الزلزالیة النشطة . واھم ھذه الانواع بالنسبة الى الغاز ھو ما یسمى البراكین الطینیة التي تعتبر بمثابة التلول تم بنآئھا نتیجة ألأنفجارات الغازیة العنیفة التي تحدث خلال فترات او بشكل متقطع ، ویتألف الغاز من ثاني اوكسید الكاربون في بعض الاحیان ویحتوي في الغالب على المیثان الخالص والصافي.

وتوجد البراكین الطینیة على وبالقرب من التصدعات الجیولوجیة وحدودھا . وفي المناطق ذات الحركات الزلزالیة النشطة یمكن حدوث ھزات ارضیة عنیفة خلال بضع ملایین من السنین ویعتقد البعض ان تصدع الصخور في ھذه المناطق یؤدي الى تسرب النفط والغاز في اوقات زمنیة قصیرة قیاسا على عمر الطبقة المحتویة علیھا . اما الحقیقة فأن الحقول النفطیة والغازیة لھا خواص مشابھة للمناطق المعرضة للزلزال . وھذا التشابه یدعونا الى الأعتقاد ان التصدعات العمیقة قد یتسرب منھا غاز المیثان وبشكل مستمر من اعماق الارض . وقد تؤدي ھذه الترسبات والھجرة المستمرة لغاز المیثان و الغازات الاخرى في التصدعات الجیولوجیة نحو السطح الى حصول الزلزال.

لایستطیع التكھن بحصول الزلزال بواسطة الآلآت فقط .وبعض الظواھر اصبحت معروفة من عصور غابرة . بحیث یدعونا ذلك للاعتقاد بان تلك الظواھر التي اصبحت شاھد عیان على وجود تسرب الغاز او غیره قد حصلت نتیجة للجریان المتزاید للغاز من خلال طبقات الارض . ومن بین الظواھر المكروسكوبیة ھو حصول اصوات انفجار خافت لمنطقة غیر معروفة وفي التصرف الغریب للحیوانات في تلك المناطق والتبدل الشاذ في درجات الحرارة والفورات الفسفوریة وانواع اللھب الخارجة من الارض وكذلك اضطراب جریان المیاه داخل ألأبار الارتوازیة.

ویمكن القول ان ھذه الظواھر تحصل نتیجة لأنعزال الغاز من خلال مخارج مسامیة واسعة للصخورالمسطحة والتي تتعرض الى ضغط متزاید قبل حصول الزلزال كما تظھر ھذه ألأصوات والفورات وغیرھا من الظواھر في مناطق متباعدة في آن واحد. وتشیر ایضا الى وجود الغاز.

 

الغاز الطبيعي عبارة عن خليط من المواد الهيدروكربونية، مع كمية بسيطة من مركبات غير عضوية والتي تمثل مكونات النفط عالیة التطایر. ومركب لا لون له ولا شكل ولا رائحة. وكان قبل اكتشاف طرق استخدامه يحرق في الهواء للتخلص منه. يوجد الغاز الطبيعي إلى جانب النفط في المكامن الواقعة على أعماق تتراوح ما بين كيلومتر واحد وكيلومترين تحت سطح الأرض، كما يوجد وحده في أعماق أكبر من ذلك، ان المكونات الرئیسیة للغاز الطبیعي في الاحوال الاعتیادیة ( من حیث الحرارة والضغط ) عند أستخراجه من البئر تشمل المیثان والایثان وكمیات من البروبان والبیوتان والھكسان أما بشكل غازات أو ابخرة أما الشوائب الغازیة التي قد یحتویھا الغاز الطبیعي فھي النتروجین وثاني أوكسید الكاربون وكبریتید الھیدروجین واثار من الھیدروجین والاوكسجین وأوا اوكسید الكاربون وثاني اوكسید الكبریت ومن أهم ميزات الغاز الطبيعي أنه وقود فاعل ومجدٍ اقتصادياً وأقل إضراراً بالبيئة. ويعد الغاز الطبيعي أسرع مصادر الطاقة الأولية نمواً في العالم خلال العقود الثلاثة الأخيرة، وذلك بسبب خصائصه ومزاياه.

وقد نمت صناعة الغاز الطبيعي في المملكة العربية السعودية نمواً كبيراً، وزاد الطلب عليها باطراد بدءاً من العام 1975م. وقد أصبحت المملكة العربية السعودية تحتل المركز الرابع في احتياطيات الغاز الطبيعي على مستوى العالم (بعد روسيا وإيران وقطر) باحتياطات مؤكدة تبلغ 235 تريليون قدم مكعب، بينما تعد اليوم من الدول العشر الأولى في إنتاجه. ومع انضمام مشروع تطوير الغاز الطبيعي والزيت في حرض إلى شبكة الغاز الرئيسية للبلاد تكون طاقة المعالجة العامة للمملكة العربية السعودية قد وصلت إلى حدود 9 مليارات قدم قد مكعب قياسي في اليوم.

استخداماته الأساسية :

تدعم صناعة الغاز الطبيعي اليوم عدداً من القطاعات الأساسية مثل البتروكيماويات، صناعة الصلب والأسمنت، توليد الطاقة، وتحلية المياه.

ويتم توزيع غاز البيع على هذه القطاعات كالتالي:

- 40% من هذا الاستهلاك يولّد الكهرباء.

- 21% يستهلك في صنع البتروكيماويات، وقوداً ولقيماً لإنتاج اللدائن (البلاستيك) والمواد الكيميائية الصناعية التي تعد للتصدير.

- 17% يستهلك كوقود لمحطات تحلية مياه البحر التي تعد أحد أهم مصادر مياه الشرب في البلاد، حيث تعد المملكة العربية السعودية واحدة من أكبر الدول في استهلاك الفرد لمياه الشرب في العالم.

- 14% يستهلك لصناعة البترول، لا سيما في دعم شبكة الغاز الرئيسية ورفع طاقتها.

- 8% يستهلك لصناعات أخرى مثل الصلب والأسمنت.

وتسهم هذه القطاعات إسهاماً أساسياً في الاقتصاد السعودي، فهي تنتج دفقاً نقدياً يبلغ 25 مليار دولار أمريكي، وتساوي 15% من إجمالي الناتج المحلي في الاقتصاد السعودي، وتتيح 35 ألف فرصة عمل مباشرة و150 ألف فرصة عمل لها علاقة بالصناعة.

المفردات والمصطلحات الأساسية في صناعة الغاز الطبيعي

الغاز المصاحب: هو غاز يصاحب إنتاج الزيت الخام في المكامن وينتج مع الزيت الخام، وتتوقف معدلات إنتاجه على معدلات إنتاج الزيت الخام.

الغاز غير المصاحب؛ هو غاز ينتج من آبار الغاز العميقة بصورة مستقلة عن إنتاج الزيت الخام.

الغاز الحامض والغاز الحلو؛ هو مجموعة الغازات السامة المؤلفة من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون الموجودة في الغاز المصاحب وغير المصاحب وتتم إزالتها من الغاز طريقة تسمى التحلية. أما الغاز الحلو فهو الذي لا يحتوي على مادة كبريتيد الهيدروجين السامة.

وبشكل عام فأن الغاز الحامضي هو الغاز الذي یحوي على الغازات الحامضیة مثل ثاني أوكسيد الكاربون أو كبريتيد الهيدروجين أما الغاز الحلو فهو الغاز الخالي من الغازات الحامضية.

الميثان؛ هو المكون الأخف والأوفر في الغاز الطبيعي ويستخدم إما كلقيم بتروكيماوي أو غاز وقود.

الإيثان؛ المكون الثاني في الغاز الطبيعي، ويستخدم بصورة أساسية كلقيم بتروكيماوي وأحياناً كوقود.

غاز البيع؛ هو غاز الوقود المستخدم في المملكة العربية السعودية وهو عبارة عن خليط من الميثان والإيثان، ويتم توزيعه إلى العملاء بواسطة شبكة غاز البيع.

البروبان؛ المكون الثالث في الغاز الطبيعي، ويوجد بصورة طبيعية كغاز ولكن يمكن تحويله إلى سائل بالضغط والتبريد. ويستخدم البروبان داخل المملكة العربية السعودية كلقيم بتروكيماوي. ويتم تبريد الفائض منه وتصديره إلى الخارج كسائل.

البيوتان؛ المكون الرابع في الغاز الطبيعي، ويوجد بصورة طبيعية كغاز يمكن تحويله إلى سائل بالضغط والتبريد. ويستخدم معظم غاز البوتان داخل المملكة العربية السعودية كلقيم بتروكيماوي. ويتم تبريد الفائض منه وتصديره إلى الخارج كسائل.

غاز البترول السائل؛ هو خليط من البروبان والبوتان ويتم ضغطه وتسييله ثم تخزينه في اسطوانات غاز، ويستخدم بصورة أساسية في طبخ الطعام.

الغاز الرطب Wet Gas وهو الغاز الذي یحوي على كمیة عالیة نسبیا من البروبان والبیوتان والبنتان وسوائل ھیدروكاربونیة أخرى الى جانب المیثان والایثان.

الغاز الجاف Dry gas الغاز الذي یتكون من المیثان والایثان بصورة رئیسیة ولا یحوي (اویحوي على كمیات قلیلة ) من الغازات الھیدروكاربونیة الاخرى.

الغاز الطبيعي المسال Liquefied natural gas ویتكون من المیثان والایثان وبالامكان تسییله بأستعمال الضغط والتبرید معا .

غاز البترول المسال خلیط من البروبان والبیوتان بصورة رئیسیة وبالأمكان تسییله بأستعمال الضغط الى حد 20 ضغط جوي وبدون تبرید.

ويسمى ب Liquefied Petroleum Gas

 

. البنزين الطبيعي وهو السائل الهيدروكاربوني المستخلص من الغاز الطبيعي الرطب ويحتوي على البنتان والهكسان بصورة رئيسية

أستخدامات الغاز الطبيعي:

 

يعتبر الغاز الطبيعي أحد أهم مصادر الطاقة في العالم ، حيث بحرق قدم مكعب قياسي يتولد 700-1600 Btu من الحرارة أعتماداً على مكونات الغاز ، وقد شكّل الغاز الطبيعي حوالي 24% من مصادر الطاقة في الولايات المتحدة للأعوام من 2000-2002.

 

مصادر الغاز الطبيعي

يمكن تصنيف الغازات الطبيعية بأنها الغاز الطبيعي التقليدي ،وهو الغاز الموجود في الطبقات الرملية للمكمن ، وغاز الميثان في المكامن المضغوطة جيولوجيا.

ويكون الغاز الطبيعي التقليدي أما غازاً مصاحباً أو غير مصاحب.

 

ان مصادر الغاز الطبیعي تكون على نوعین:-

1. الغاز الحر Free Gas ویوجد في حقول حرة تحت اعماق الارض ویكون على الاغلب من النوع الجاف أي یحتوي على الایثان والمیثان بصورة اساسیة.

2. الغاز المصاحب Associated gas ویظھر مصاحب للبترول عند استخراجة من اعماق الارض ویفصل في محطات عزل الغاز (تثبیت النفط) .

المصادر:

1. الغاز الطبيعي - تأليف خالد جبر حمد يوسف

2. Natural Gas Engineering

Natural Gas - Definitions

Posted on: by:

الغاز الطبيعي - تعاريف ومصطلحات

Natural Gas - Definitions

الغاز الطبيعي Natural Gas

وهو الغاز المصاحب للنفط الخام الذي يخرج مع النفط الخام (C1- C5) وأيضاً يمكن ان تحتوي على أو لاتحتوي على شوائب (N2 ,H2S, Co,CO2 ) ويستخدم لأنتاج غاز البترول المسال liquid petroleum gas الذي يعر أختصاراً بـ LPG ونقصد به الغاز الذي يحتوي على C4 بدرجة اساسية (ضغط عالي وتبريد مستمر ).

غازات التقطير Refining Gas

الغازات التي تنتج من عمليات التقطير الجوي بدرجة اساسية , ومن العمليات الحرارية thermal & catalytic cracking وهذه الغازات تستخدم لعدد من العمليات مثل (isomerazation ,alkylation ,polymerization) ويوجد فائض من الغاز يستخدم كوقود للمصافي المجاورة , كذلك يستخدم لأنتاج الغاز المسال LPG .

الغاز المسال Liquefied Petroleum Gas LPG:

وينتج من التقطير والتبريد والضغط للغازات المشبعة الناتجة من عمليات التقطير أو التكسير الحراري refining & hydro cracking ويتكون LPG بشكل أساسي من (C3-nC4-iC4) وهو القناني المستخدمة في الطبخ (domestic gas) وتكون نسبة ال (C4) عالية في الصيف ونسبة عالية من (C3) في الشتاء وذلك لعدم بقاء أي سوائل في الاسطوانة . بعض الدول تنتج (propane & butane )أي يحتوي بدرجة اساسية على C3 وايضا يحتوي على C4 .

س: لماذا يستخدم LPG و LNG كوقود للسيارات؟

ج: يستخدم كوقود للسيارات , يعود ذلك الى عدد من الميزات :

1. قليل التلوث Less pollution.

2. كلفة واطئة low cost .

3. عدد أوكتان عاليhigh octane number.

4. سهولة فصلة عن الهواء easy of mixture separation with air.

5. نقاوة الاحتراق وعدم تكون الترسبات pure combustion deposit.

6. الزيت الذي يحتك مع الوقود لايتلف (لايتخفف) no dilution for oil.

7. لايوجد غازات ضارة مع العادم (احتراق تام ). no CO in exhaust gas -complete combustion.

8. لاتوجد ترسبات هيدروليكية `.

السلبيات :-

1. يجب استخدام ضغط عالي في خزان الوقود pressure of storage لكي نحافظ على الوقود سائل ,كما نحتاج الى تبريد .

2. الوزن النوعي للغازات وأطي low caloric value based on volumetric calculation. على اساس وزني القيمة الحرارية اعلى , وعلى اساس حجمي القيمة الحرارية أقل . (لكننا نخزن على اسس حجمية )

نظرآ لارتفاع O.N لهذه الغازات يتطلب أستخدامه في المحركات ذات نسبة الانضغاط العالية (هو الضغط الناتج في المحرك مقسوما على الضغط الاولي ) .

الضغط الناتج في المحرك يجب ان يكون عالي ليعطي سرعة عالية ( يجب ان يكون O.N عالي) .

مصادر الغاز الطبيعي :

الغاز الطبيعي على نوعين :-

‌أ. الغاز الحر Free gas

ويظهر في حقول حرة تحت اعماق الارض ويكون على الاغلب من نوع الجاف ، اي يحتوي على الميثان والايثان بصورة اساسية . تتراوح نسبة الميثان ما بين 70-100% .

‌ب. الغاز المصاحب Associated gas

ويظهر مصاحبا للنفط عند استخراجه من اعماق الارض ويفصل في محطات عزل الغاز وهو اما ان يكون :

* على شكل قبة غازية ، تعلو الطبقة النفطية في المكمن ويعتمد وجودها على كميات الغاز المصاحب وضغط الطبقة .

* او محلولا في النفط يمكن ان ينطلق منه فورا انخفاض ضغط التشبع .

تعاريف ومصطلحات :

  1. الغاز الحامضي Sour gas

هو الغاز الذي يحتوي على الغازات الحامضية مثل كبريتيد الهيدروجين ( H2S ) وثاني اوكسيد الكاربون ( CO2 ).

  1. الغاز الحلو Sweet gas

هو الغاز الخالي من الغازات الحامضية ( CO2 + H2S ) والمركبات الكبريتية الخفيفة كالمركبتانات ( RSH ) .

  1. الغاز الرطب Wet gas

هو الغاز الحاوي على البنتان وغيره من المركبات الأثقل منه بنسب لاتقل عن ( 0,1 – 0,2 ) والبنتان وما سواه من البرافينات الأثقل كسوائل دائمة في درجة الحرارة الاعتيادية والضغط الجوي .

فإذا احتوى الغاز على هذه السوائل فأنه يدعى ” الغاز الرطب ” وذلك تمييزا له عن الغاز الجاف الذي لا يحتوي على هذه السوائل او على نسب قليلة جدا منها .

  1. الغاز الجاف Sale gas

هو الغاز الذي يتكون من الميثان والايثان بصورة رئيسية ولايحتوي على الغازات الهيدرو كاربونية الاخرى .

  1. الغاز السائل Liquefied petroleum gas LPG

وهو خليط من البروبان والبيوتان وتخلط بنسبة معينة . وهما غازات في ظروف الاعتيادية الا ان من السهل تحويلها الى الحالة السائلة باستعمال الضغط المناسب ويتم تداوله باستعمال اوعية تتحمل الضغط البخاري في درجات الحرارة التي التداول فيها .

  1. الغاز الطبيعي المسال Liquefied Natural Gas LNG

هو الغاز الذي يتكون بصورة رئيسية من الميثان مع نسبة قليلة من الايثان بعد تبريده الى ( -259 فᵒ) او (- 161,5 مᵒ ) يتحول من غاز الى سائل ويعرف بالغاز الطبيعي المسيل ، يشكل الغاز اقل من 1/600 من حجمه الاصلي .

  1. 7. سوائل الغاز الطبيعي Natural gas liquids NGL

هي سوائل الغازات النفطية الثقيلة بدءا من البروبان والبيوتان والبنتان والمركبات الأثقل منها الذائبة في الغاز الطبيعي ويمكن استخلاصها وفصلها الى الغاز السائل والكازولين الطبيعي .

  1. ضغط الاشباع :

هو ذلك الضغط الذي يبدأ عنده انفصال الفقاعة الاولى من الغاز المذاب ويعتمد ضغط الاشباع على تركيب النفط والغاز ، وعلى النسبة بين حجيمهما وعلى درجة الحرارة .

  1. نسبة الغاز الى النفط Gas – Oil Ratio GOR

عبارة عن عدد الاقدام المكعبة من الغاز الناتجة مع كل برميل من النفط .

  1. ذوبانية الغاز :

عبارة عن عدد الأقدام المكعبة من الغاز محسوبة بالظروف القياسية والمذابة في برميل واحد من النفط عند اعادة النفط والغاز الى ظروف المكمن .

Natural Gas Processing

Posted on: by:

معالجة الغاز الطبيعي

Natural Gas Processing

أن الغاز الطبيعي يُنتج من آبار النفط أو الغاز ويتكون من مئات العناصر والمركبات ، ويكون عادة ً بسرعة عاية ، مضطرب الجريان ، ويتألف هذا المزيج عادة ً من السوائل الهيدروكاربونية liquid hydrocarbons والغازات ، والماء الحر Free Water في بعض الأحيان بعض المواد الصلبة كالطين والرمل . ويتوجب معالجة هذا المزيج فور وصوله الى السطح.

أن المعالجة في الحقل تتكون من أربع مراحل رئيسية:

1. عزل الغاز عن السوائل مثل : النفط crude oil - المكثفات الهيدروكاربونية Hydrocarbon Condensates - الماء - المواد الصلبة (إن وجدت).

2. معالجة الغاز لأزالة السوائل الهيدروكاربونية المتكثفة القابلة للأستخلاص.

3. معالجة الغاز لأزالة بخار الماء المتكثف.

4. معالجة الغاز لأزالة المركبات الأخرى غير المرغوبة مثل كبريتيد الهيدروجين ، وثاني أوكسيد الكربون.

وسنتكلم في هذا الموضوع عن عزل الغاز بشكل موجز ، حيث يمكنكم الأطلاع عليها بشكل تفصيلي في موضوع محطات عزل الغاز الطبيعي.

عمليات الفصل (العزل) Separation of Gas & Liquids :

أن عملية العزل هي أول وأهم عملية في عمليات المعالجة في الحقل ، أن تركيب ومكونات المائع سيُحدد نوع وحجم العازلة التي سيتم أختيارها. بالأضافة الى الضغط الذي يكون مفتاحاً أساسياً في أختيار العازلة ، كما أن العازلات تستخدم في مواقع أخرى مثل محطات الكبس Compressor Stations ووحدات التجفيف Dehydration units ووحدات تحلية الغاز Gas Sweetening Units ، وتكون لها العديد من الأسماء مثل : separator - scrubber - knockout drum ولكنها كلها تستخدم لنفس الغرض وهو فصل السوائل من الغاز. ولكن ما هو الفرق بين هذه المصطلحات؟

مصطلح Separator : لعزل السوائل المنتجة عن الغاز ، وتكون مصممة لمعالجة كميات كبيرة.

أما مصطلح KO Drum : فيدل على وعاء يستعمل لأصطياد الماء ، أو السوائل من الغاز. وفي بعض الأحيان عزل كل السوائل (الماء ، النفط ، ..ألخ) من أسفل الوعاء وخروج الغاز من أعلاه.

أما Gas Scrubber فيدل على الوعاء الذي يتعامل مع كميات قليلة من السوائل ، حيث يعمل على أستخلاص السوائل من الغاز وتكون أجزائها الداخلية مشابهة للعازلات.

ولكن بشكل عام فأن كل الأوعية المذكورة يجب أن تراعي الشروط التالية:

(1) أن تحتوي على:

(أ) قسم الفصل الأساسي Primary Separation Section .

(ب) قسم الفصل الجذبي Gravity Settling Section .

(ج) مستخلص الرذاذ Mist Extractor .

(د) مخرج الغاز Gas Outlet .

(هـ) منطقة تجمع السوائل Liquid Settling Section .

(و) مخرج النفط Oil Outlet .

(ز) مخرج الماء Water Outlet (بالنسبة للعازلات ثلاثية الطور).

(2) أن تكون ذات سعة مناسبة لأحتواء كميات السوائل.

(3) أن تكون ذات قطر وارتفاع مناسبين للسماح بفصل كامل للسوائل من الغاز وضمان عدم وصول أنغمار مستخلص الرذاذ بالنفط.

(4) وجود وسائل سيطرة على مستوى السائل Level Controller ، أما بالنسبة للعازلات ثلاثية الأطوار فيجب أن تحتوي على مسيطر مستوى للحد الفاصل بين الماء/النفط oil/water interface liquid level controller.

(5) صمام السيطرة على الضغط backpressure valve على خط خروج الغاز gas outlet للحفاظ على ضغط العازلة.

(6) صمامات الأمان Pressure relief valves .

 

أن العازلات تصمم لأداء الوظائف الأساسية التالية:

- إحداث عزل الأطوار الأساسي لأغلب السوائل الهيدروكاربونية من الغاز.

- الفصل الأضافي للسوائل العالقة في الطور الغازي من خلال مستخلص الرذاذ Mist Extractor.

- عزل قطرات الغاز المذاب العالقة بالطور السائل.

- خروج الغاز والسائل على شكل طورين منفصلين وعدم حدوث تداخل في الأطوار.

 

مبادئ العزل Principles of Separation :

أن عمل أغلب العازلات مبني على العزل الجذبي أو العزل بالقوة الطاردة المركزية. أن العازلة يتم أنشاءها بطريقة تضمن الخصائص التالية:

- أن تحتوي على أداة طرد مركزية Centrifugal inlet device حيث يحصل العزل الأولي للغاز والسوائل. حيث تقوم بجعل السائل الداخل يتحرك بشكل دوراني إعتماداً على معدل التدفق مما يؤدي الى تجمع قطرات السائل الى اسفل الوعاء (قسم التجميع Settling section).

- أن تقوم بتجهيز مقطع عزل كبير بارتفاع وعرض مناسبين للسماح لقطرات السائل بالخروج من الطور الغازي مع مقطع مناسب لتجميع السوائل. وهذا الأمر يسمح للسوائل بالنزول الى مقطع تجميع السوائل ، كما أن أستخدام بعض التراكيب الميكانيكية الداخلية التي تعزز عملية العزل. ويحصل في بعض الأحيان حالة من عدم الأستقرار بسبب ورود كميات كبيرة من السوائل الخفيفة الى داخل العازلة لذا فأن وجود مساحة كبيرة سيمنع حدوث حالة الحمل الأضافي Carry Over مع الغاز الخارج.

- أن يتم تجهيزها بمستخلص الرذاذ قرب مخرج الغاز gas outlet لتجميع القطرات الصغيرة للسائل التي لم تستقر بفعل الجاذبية حيث أن هذه القطرات سيتم أصطيادها فتتجمع ويصبح حجمها كبيراً مما يؤدي الى سقوطها في مقطع تصريف السوائل ، علماً أنه يقوم بتصريف حوالي 99,9% من السوائل.

- أن يتم تجهيزها بمسيطر مستوى وصمام سيطرة للمستوى Liquid Level Control & Control Valve مع صمام أمان safety valve، مقياس ضغط Pressure gauge،

زجاجة رؤية Sight Glass . حيث أن صمام السيطرة على السوائل سيمنع ظاهرة الحمل الأضافي التي تم شرحها أعلاه.

 

العوامل المؤثرة على العزل :

- الضغط التشغيلي للعازلة. حيث يتم تحديد الضغط المثالي للعازلة الذي يضمن أعلى أنتاجية من السوائل الهيدروكاربونية ويتم تحديده من خلال الفحوصات الأنتاجية.

- الحرارة التشغيلية للعازلة.

- مكونات المائع الداخل.

أن التغير في أي من هذه العوامل سيؤدي الى تغيير كمية النفط أو الغاز الخارجة من العازلة ، حيث أن زيادة الضغط التشغيلي أو تقليل الحرارة سيؤدي الى زيادة السائل الموجود في العازلة ، حيث أن هناك نقاط مُثلى Optimum Points لكلا الحالتين. وقد تم مؤخراً الأستعانة ببرامج الحاسوب لأيجاد الضغط المثالي والحرارة المُثلى للعازلة لكي تُحقق أعظم أستخلاص للسوائل maximum liquid recovery . في بعض الأحيان لا يكون عملياً التشغيل بالظروف المثالية لأنها قد تسبب خسائر في الغاز.

 

أن الخواص الكيميائية والفيزيائية للنفط والظروف التشغيلية من ضغط وحرارة سيُحدد كمية الغاز المُذاب في النفط. وبالتالي كمية الغاز المتحرر من النفط كدالة لتغير الضغط والحرارة. أن حجم الغاز الذي يتم إزالته من النفط في العازلة يعتمد على:

(1) الخواص الفيزياوية والكيمياوية للنفط الخام.

(2) الضغط التشغيلي.

(3) الحرارة التشغيلية.

(4) معدل التدفق.

(5) حجم العازلة.

أن حجم التدفق في العازلة يحدد زمن المكوث Retention Time للنفط ، ويكون الزمن المثالي للمكوث هو (1-3) دقيقة للحصول على عزل مثالي وعدم حصول الرغوة ، أما في حال حصول الرغوة فأن زمن المكوث قد يصبح (5-20) دقيقة إعتماداً على ثبات الرغوة وتصميم العازلة.

وتتضمن التصاميم الحديثة العديد من التراكيب الداخلية التي تضمن عدم حدوث الرغوة ، وعدم الأبقاء على غاز غير مذاب ، وكسر فقاعات الرغوة.

 

Natural Gas Properties

Posted on: by:

خصائص الغاز الطبيعي Natural Gas Properties

أن معرفة خصائص الغاز الطبيعي أمر أساسي في تصميم منظومات أنتاج ومعالجة الغاز الطبيعي لأن الغاز الطبيعي مزيج معقد من الهيدروكاربونات الخفيفة مع كميات قليلة من المركبات اللاعضوية ، حيث من المهم جداً معرفة مكونات الغاز الطبيعي لأنها تساعد على معرفة خصائصه.

الخواص الفيزياوية Physical Properties:

 

وقود أحفوري تكوّن من النباتات والحيوانات التي دُفنت في باطن الأرض لملايين السنين ، وهو مركب هيدروكاربوني يكون فيه الميثان العنصر الأساسي ، عديم اللون ، عديم الرائحة ، لأغراض الأمان تتم أضافة رائحة مميزة اليه عن النقل لتحسس حالات التسرب ، وهو أخف من الهواء بحوالي 0.6-0.8 ، وفي حالات التسرب فأنه يتشتت الى أعلى ويختفي في الهوءا ، ويشتعل الغاز الطبيعي مع الهواء بنسبة 5-15% ، وهو وقود نظيف لا يسبب الضرر للبيئة عند الأشتعال عند مقارنته بالأنواع الأخرى من الوقود.

 

الكثافة النسبية Specific Gravity:

وهي النسبة بين الوزن الجزيئي للغاز الطبيعي الى الوزن الجزيئي للهواء , ورمزها ƴg ، علماً أن الوزن الجزيئي للهواء يساوي 28,97 (79% نيتروجين - 21% أوكسجين) وبذلك تحسب الكثافة النسبية للغاز من خلال المعادلة التالية:

ويمكن أحتساب مكونات الغاز مختبرياً ، وذكر النسب المولية mole fractions ، ولتكن yi الوزن الجزيئي للمركب i ، فأن الوزن الجزيئي للغاز يحسب بالمعادلة التالية:

حيث أن MWi هو الوزن الجزيئي للمركب i ، و Nc هو عدد المركبات ، ويمكن أيجاد الأوزان الجزيئية للمركبات في كتب الكيمياء العضوية والمركبات البترولية ، أن الغاز الطبيعي المكمني الخفيف يتألف بشكل أساسي من الميثان مع بعض الأيثان ، وتكون الكثافة النسبية للميثان النقي مساوياً لـ 0.55 . أما الغاز المكمني الثقيل فتكون كثافته النسبية مساوية لـ 0.75 وقد يصل الى أعلى من 0.9 في بعض الحالات النادرة.

اللزوجة Viscosity:

أن لزوجة الغاز هي عبارة عن مقدار مقاومته للتدفق ، وعادة ً ما تستعمل اللزوجة الديناميكية Dynamic Viscosity مع الغاز الطبيعي حيث أن:

 

1 cp = 6.72 x 10 -4 Ibm/ft-sex

ويرمز للزوجة الديناميكية بالرمز Ʋg وتكون وحداتها cp ، أما اللزوجة الكينماتيكية Kinamatic Viscosity Vg فهي مرتبطة باللزوجة الديناميكية عن طريق الكثافة ρg .. وكالآتي:

Vg = Ʋg / ρg

علماً أن اللزوجة الكينماتيكية لا تستعمل مع الغاز الطبيعي.

عامل الأنضغاطية Compressibility Factor:

ويسمى أيضاً بـ عامل الحيد أو بـ Z-factor : وهو القيمة التي تعكس حيد الغاز الحقيقي عن الغاز الطبيعي في ضغط ودرجة حرارة معلومين. وكالآتي:

وبوضع عامل الأنضغاطية في قانون الغاز المثالي : pV = nzRT
يمكن تحديد عامل الأنضغاطية من خلال قياسات مختبر PVT ، ولكمية معلومة من الغاز إذا كانت الحرارة ثابتة والحجم قد تم قياسه في 14.7 psia فأن معامل الأنضغاطية يمكن حسابه بالمعادلة التالية:

حيث أن V0 و V1 هي حجوم الغاز في ضغط 14.7 psia و p1 على التوالي.

كثافة الغاز Gas Density:

بما أن الغاز الطبيعي قابل للأنضغاط ، فأن كثافته تعتمد على ضغطه وحرارته ، ويمكن أحتسابها من خلال قانون الغاز المثالي ، أو الغاز الحقيقي لدقة أكثر:

حيث أن m كتلة الغاز ، وعند أعتبار الوزن الجزيئي للهواء 29 وثابت الغاز R = 10.73 psia-ft3/mole - °R
وبذلك ستكون المعادلة أعلاه كالآتي:

حيث تقاس كثافة الغاز بوحدة Ibm/ft3 .

هناك نوعان من الأستخدامات الأساسية للغاز الطبيعي : كوقود ، أو في الصناعات البتروكيمياوية. وبناءاً على ذلك هناك ثلاثة أسباب لمعالجة الغاز الطبيعي:
1. التنقية Purification وإزالة بعض المكونات سواء كانت ثمينة أو لا ، والتي تمنع أستخدام الغاز في الصناعة.
 2. الفصل : فصل المكونات من الغاز مثل : البروبان - الأيثان - الهليوم.
 3. التسييل Liquefaction زيادة الكثافة لأغراض النقل والخزن.

ولذلك فأن أية عملية معالجة يجب أن تندرج تحت أحد العمليتين: الفصل والتنقية. وعلى سبيل المثال فإذا عند إزالة كمية قليلة من غاز H2S أو حرقها فأن هذه العملية هي عملية تنقية ، أما عند إزالة كمية كبيرة منه وأستخلاص الكبريت منها فأن هذه العملية تعتبر عملية فصل.

مكونات الغاز الطبيعي :

1. الميثان Methane : أن الأستخدام الأساسي للميثان هو كوقود ، ويستخدم كتغذية feedstock لأنتاج العديد من المواد الكيمياوية وخاصة ً الأمونيا والميثانول.

2. الأيثان Ethane : أن أغلب الأيثان المستخدم في الولايات المتحدة يأتي من معامل الغاز ، والمصافي ، ويستخدم في أنتاج الأثيلين والبولي أثيلين.

3. البروبان Propane : تنتج معامل الغاز الطبيعي حوالي 45% من البروبان المستخدم في الولايات المتحدة ، أغلبه من المصافي ، ويكون أستهلاكه كالآتي :

47% في البتروكيمياويات - 39% الأستخدام المنزلي - 8% الأستخدام الزراعي - 4% الاستخدام الصناعي - 2% النقل (مجلس فلوريدا لغاز البروبان 2005).

4. مزيج الأيثان - البروبان Ethane - Propane Mix: عند تجزئة الغاز الطبيعي فأن البيوتان يمتزج مع بعض البروبان ويضخ الى المصافي.

5. أيزو بيوتان Isobutane : أن 42% من الآيزو بيوتان المستخدم في الولايات المتحدة يأتي من مصانع الغاز ، و 5% منه من المصافي (لا تشمل هذه النسبة أستهلاكه في المصافي) ، وتستورد حوالي 12% ، أما المتبقي فيأتي من مصانع الأزمرة isomerization plants التي تحوّل n-butane الى isobutane . أن السوق الرئيسية لللأيزو بيوتان هو لتصنيع “MTBE “Methyl Tertiary Butyl Ether ، كما يستعمل لأنتاج الغازولين ، ولأنتاج أوكسيد البروبيلين.

6. ن- بيوتان n-Butane : أن معامل الغاز تنتج ما يقارب 63% من هذه المادة ، في حين تنتج المصافي 31% منه ، في حين يتم أستيراد الباقي ، ويستعمل في الغالب في الغازولين ، من خلال الأزمرة الى الآيزو بيوتان.

7. سوائل الغاز الطبيعي Natural Gas Liquids NGL : وتتضمن جميع الهيدروكاربونات المُسالة وتتضمن الأيثان ، والبروبان ، والبيوتان ، والغازولين.

8. الغازولين الطبيعي Natural Gasoline : وهو مزيج من الهيدروكاربونات التي تتألف من البنتان والهيدروكاربونات الثقيلة والتي يجب أن تمزج مع سوائل الغاز الطبيعي NGL ، أن أهم أستخدامات الغازولين الطبيعي هي في المصافي ، وخاصة في وحدات الأزمرة ، كما يستخدم في الصناعات البتروكيمياوية لأنتاج الأيثلين.

9. الكبريت Sulfur : أن الأنتاج الحالي للكبريت في الولايات المتحدة هو 15 ألف طن متري في اليوم ، ويأتي 85% منه من معامل الغاز الطبيعي التي تُحوّل H2S الى الكبريت. أن الأستخدامات الرئيسية للكبريت تتضمن صناعة المطاط ، وأنتاج حامض الكبريتيك ، وأنتاج البارود.

المصادر:

1. Fundamentals of Natural Gas Processing.

2. Natural Gas Engineering Handbook

Hydrates

Posted on: by:

ما هي الهيدرات Hydrates وما هي طرق معالجتها؟

الهيدرات Hydrates وهي أشبه بالثلج الوسخ ، حيث تتكون من مزيج من الماء مع بعض جزيئات الهيدروكاربونات الخفيفة (غالباً ما تكون الميثان والأيثان وثاني أوكسيد الكاربون) وهي بلورات غير محكمة وتسمى هذه المادة الكيمياوية (cathrates) .

ويجب توافر ثلاثة شروط لتكون الهيدرات:

1. درجة الحرارة والضغط المناسبين ، حيث أنه يتكون في درجات الحرارة الواطئة + الضغوط العالية. حيث إن أنخفاض درجة حرارة الغاز الى أقل من درجة الندى Dew Point فأن هذا يؤدي الى تكون (الماء الحر). أن درجة الحرارة المُثلى لتكوين الهيدرات تعتمد على مكونات الغاز.

2. يجب توافر 3 مواد أساسية لتكوين الهيدرات وهي (الميثان - الأيثان - ثاني أوكسيد الكاربون).

3. توافر كمية كافية من الماء.

بالأضافة الى أن وجود بعض الظواهر يزيد من أحتمالات تكونها وهي:

1. أضطراب الجريان : ويكون ذلك لسببين:

أ. السرعة العالية ، مما يجعل الصمامات الخانقة Choke Valves المكان الأمثل لتكون الهيدرات وذلك بسبب الفرق في درجة الحرارة خلال الصمام Temp. Drop بسبب قانون (جول - ثومبسون) ، بالأضافة الى السرعة العالية التي يسببها تضيق الصمام.

ب. المزج أو الخلط Agitation : حيث أن المزج خلال الأوعية أو المبادلات الحرارية يعزّز تكون الهيدرات.
يتعزز تكون الهيدرات في الأماكن التي يحدث فيها تكون للطور الصلب أو الطور السائل ، ويحصل هذا الأمر في الأنابيب مثل نقاط اللحام أو بعض الملحقات مثل ( الأنحناءات - حرف T في الأنابيب - الصمامات ) أو وجود الأوساخ ، الصدأ .

  1. وجود الماء الحر Free Water : أن وجود الماء الحر يعزّز تكون الهيدرات كما أن الحد الفاصل بين الماء والغاز يكون أمراً مساعداً الى حد كبير في تكونها.

أن من الأمور المهمة الأخرى هو وجود المواد الصلبة حيث أن الهيدرات تتنقل في الأنبوب بواسطة الطور السائل وتميل الى التجمع في نفس الأماكن التي يتجمع فيها السائل ، وتكمن المشكلة في الأماكن التي تتجمع فيها الهيدرات ، وخاصة في الأنابيب التي يحصل فيها جريان متعدد الأطوار Multiphase flow حيث أن تجمع الهيدرات يؤدي الى حدوث أنسدادات في الأنبوب.

أن أستعمال القشط Pigging يعتبر طريقة مناسبة لإزالة الهيدرات من الأنابيب ، ويمكن إجراء عملية القشط من خلال أدخال أداة تسمى القاشطة Pig الى الأنبوب ، وتتضمن القاشطات الحديثة عدة تقنيات ولكن أهمها بالتأكيد هو تنظيف الأنبوب ، ويجب أن تكون بنفس قطر الأنبوب ويتم دفعها وتسييرها بضغط الغاز وتقوم بإزالة كل المواد الصلبة منه مثل (الهيدرات - الشمع - الأوساخ .. ألخ) بالأضافة الى دفع السوائل من المناطق التي تتجمع فيها.

ويمكن تصنيف الهيدرات تبعاً لترتيب جزيئات الماء في البلورة وبالتالي تركيب البلورة. وهذا المصطلح يشير الى المركبات التي تكون بهيئة مستقرة لكنها لاتنتج عن أتحاد كيمياوي صحيح لكل الجزيئات. وتتكون الهيدرات عادةً عند تبريد الغاز الى أقل من درجة تكون الهيدرات. وفي الضغوط العالية تتكون هذه الهيدرات في درجات حرارة أعلى من 32 ̊ F .

وهناك 3 أنواع من الهيدرات في الصناعة النفطية: النوع الأول Type I، والنوع الثاني Type II ، والنوع الثالث Type H والجدول التالي يبين الفرق بين هذه الأنواع:

Type H Type II Type I
34 136 46 Water Molecules per Unit Cell
Cages per Unit Cell
3 16 6 Small
2 - - Medium
1 8 2 Large
0.15 0.15 0.1481 All Cages Filled
Mole fraction hydrate former
- 0.0556 0.1154 Only Large Cages Filled
Mole fraction hydrate former
Cavity Diameter
7.8 7.8 7.9 Small
8.1 - - medium
11.2 9.5 8.6 Large
5.178 x 10 -27 1.728 x 10 -27 Volume of Unit Cell (m3)
see text N2,C3H8
i-C4H10		 CH4,C2H6
H2S, CO2		 Typical Formers

أن تكوّن الهيدرات أمر غير مرغوب فيه لأن هذه البلورات قد تسبب حدوث أنسداد في أنابيب الجريان flowlines ، الصمامات وبالذات الصمامات الخانقة chokes ، بالإضافة الى صمامات السيطرة مما يقلل سعة الأنابيب أو يسبب تضررها وذلك بسبب فرق الضغط العالي والـ orifices الصغيرة حيث أن هذا الفرق يؤدي الى تقليل درجة الحرارة مما يجعلها عرضة لتكون الهيدرات والانسداد. وعادةً ما يؤدي هذا الأمر الى حدوث الأنجماد FREEZING مما يقلل الى تقليل التدفق خلالها.

ومع تقليل الضغط ، تزيد درجة الحرارة التي تتكون فيها الهيدرات ، وفي حالة عدم وجود ماء حر فهذا يعني عدم تكون الهيدرات ، كما توجد بعض العوامل الثانوية التي تساعد على تكون الهيدرات مثل : سرع الغاز العالية ، أي نوع من المزج.

 

أن أكثر الطرق شيوعاً لمنع تكون الهيدرات هي التسخين وذلك لضمان عدم هبوط درجة الحرارة الى الحد الذي تتكون فيه الهيدرات ، أو تجفيف الغاز وذلك لعدم فسح المجال لبخار الماء بالتكاثف الى الماء الحر.

أنخفاض درجة الحرارة بسبب تمدد الغاز

أن الخنق throttling أو تمدد الغاز من ضغط عال الى ضغط واطئ أمر مطلوب للسيطرة على تدفق الغاز ، والخنق يحصل بسبب الصمامات الخانقة أو صمامات السيطرة ، ان فرق الضغط يؤدي يسبب أنخفاض درجة الحرارة مما يؤدي الى تكون الهيدرات في هذه الصمامات.

 

أن أهم أنواع الإضافات الكيمياوية لمنع تكون الهيدرات هو الميثانول , وهو رخيص نسبياً ، يذوب في الهيدروكاربونات ، وفي حالة وجود مكثفات Condensate يتوجب إضافة المزيد من الميثانول لأن قسم منه سيذوب في المكثفات ، كما أن قسماً آخر منه سيتبخر الى الحالة الغازية. كما أن (الأثيلين كلايكول EG) هو الآخر شائع الأستخدام في هذه الحالة ، لأنه أقل ذوبانية في الهيدروكاربونات وأقل تبخراً من الميثانول.

كيفية تجنب تكوّن الهيدرات :

يجب أزالة أحد عوامل تكون الهيدرات المذكورة أعلاه ، وبشكل عام لا يمكن إزالة أحد العوامل المكوّنة للهيدرات (الميثان والأيثان وثاني أوكسيد الكاربون) حيث أنها من المواد المرغوبة في الغاز الطبيعي لذلك يجب علينا محاولة إزالة العاملين الآخرين.

معالجة الهيدرات:

يمكن أستخدام وحدات Low Temperature Exchange LTX والتي تؤدي الى ذوبان الهيدرات بسبب الحرارة العالية لأنها (الهيدرات) تفضل درجات الحرارة الواطئة)

 

ولهذه العملية فوائد أخرى مثل تثبيت المكثفات وبعض المركبات الهيدروكاربونية الوسطية أكثر مما يحصل في عمليات العزل الأعتيادية.

وعادة ً ما تستعمل المسخنات غير المباشرة indirect Fired Heaters (وهي الأكثر شيوعاً) التي تقوم بتسخين وسط ثالث يقوم بدوره بتسخين خط جريان الغاز قبل و/أو بعد الصمام الخانق لأبقاء الغاز فوق هذه درجة تكون الهيدرات. كما توجد العديد من المعدات الأخرى المبادل الحراري نوع shell & Tube أو المسخنات الكهربائية المغمورة ، المسخنات .. ألخ.

 

يمكن الحفاظ على حرارة الأنبوب من خلال أستعمال السلك الحراري الكهربائي heat Trace الذي يغلف الأنبوب ويتم بواسطته تسخينه مما يحافظ على درجة حرارة الموائع الموجودة فيه ويمنع تكون الهيدرات بسبب الحفاظ على درجة الحرارة فوق درجة تكون الهيدرات ، ويفضّل استخدامه في الصمامات لأنها نقاط تضيق كما ذكرنا.

يمكن أستخدام تغليف الأنابيب Pipe Insulation كطريقة أخرى للحيلولة دون أنخفاض درجة حرارة الموائع وتكون الهيدرات.

كما يمكن أستخدام بعض المواد السائلة لمعالجة الهيدرات أو تقليل تأثيرها ، وهذه المواد تؤدي الى تقليل درجة الأنجماد أو تحريك توازن الهيدرات مقابل قيم الحرارة المنخفضة وهذه المواد هي:

- أثيل الكحول.

- الميثانول.

- داي أثيلين كلايكول DEG.

 

علماً ان الميثانول يسبب بعض المشاكل مثل : تركّزه في الغاز السائل LPG - اذابته للمواد مانعة التآكل Corrosion Inhibitors التي تستعمل في الانابيب والمنظومات. ويتراوح معدل حقن الميثانول من 0.15 - 1.5 م3/يوم . بالأضافة الى العديد من المواد الكيمياوية لوقف تآكل المعدات ، ولكنها في الغالب لتقليل تأثير هذه المشكلة.

Adsorption & Natural Gas Treatment part.2

Posted on: by:

الأمتزاز وكيفية الأستفادة منه في معالجة الغاز الطبيعي - ج2

المهندس عباس فاضل عبدي

تقسم المواد المازة التجارية الى أربعة أقسام رئيسية:-

1-الزيولايت ذو المناخل الجزيئية Molecular sieve zeolites

2-الكاربون الفعال Activated carbon

3-الآلومينا الفعال Activated alumina

4-السليكا جل Silica gel

1- الزيولايت ذو المناخل الجزيئية Molecular sieve zeolites

لاحظ العالم السويدي (Baron Cronstedt) في منتصف القرن الثامن عشر بأن هناك معادن معينة عند تسخينها فأنها تنصهر ثم تغلي وسماها بالزيولايت. وتعني Zein (الذي يغلي) و lithos (الحجر) أي الحجر الذي يغلي.

والزيولايت من نوع المناخل الجزيئية عبارة عن سليكات الالمنيوم البلورية للصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنسيوم ويمكن ان تكون مواد طبيعية أو صناعية .

والمناخل الجزيئية هي مواد تختلف عن الانواع الاخرى من المواد الممتزة مثل الكاربون الفعال والالومينا الفعال والسليكا جل في انها تعتبر مواد بلورية (crystalline) , تركيب الزيولايت يحتوي على قنوات للمسامات ومن فراغات وفجوات مرتبطة والتي يحتل بالايونات الموجبة (cations) وجزيئات الماء, هذه الجزيئات الموجبة تكون متحركا عموما ويمكن ان تتبادل . وللزيولايت أنتقائية عالية بسبب انها تفصل الجزيئات بناءا على حجم الجزيئة والقطبية للجزيئة . وعرفت لحد الان 150 نوع زيولايت صناعي و 40 نوع زيولايت طبيعي وهي مواد مقاومة لدرجات الحرارة العالية.

من أنواع الزيولايت الطبيعية: chabazite,mordenite,clinoptilolite,philipsite,

ومن أنواع الزيولايت الصناعية (المناخل الجزيئية): النوع A, النوع X , والنوع Y .

النوع A: ولها فتحة مسام بقطر * 4A° او ما يعادل: ( 0.4 nm أو 10 اس (-8) cm) وتركيبها الكيميائي:

[( AlO2)12 (SiO2)12] x H2O12Na

بإضافة الكالسيوم إلى الصوديوم في المعادلة السابقة نحصل على النوع التجاري ذو فتحة مسام بقطر 5Aº:

Ca5Na2 [(AIO2)12(SiO2)12] x H2O

وبتبديل الصوديوم في المعادلة السابقة بالبوتاسيوم نحصل على النوع التجاري ذو فتحة مسام بقطر 3Aº .

النوع X :

ولها فتحة مسام بقطر بقطر 10Aº وتركيبها الكيمياوي هي :

Na86[(AIO2)86(SiO2)106] x H2O

ويقابل المنخل الجزيئي من نوع 13X .

النوع Y:

ويشابه النوع X ويستعمل في اغراض التكسير الحراري (العوامل المساعدة) .

إن عملية الفصل بالمناخل الجزيئية يتم بطريقتين :-

أ-الفصل حسب حجم الجزيئة: عندما يمرر غاز او سائل خلال المناخل الجزيئية , فان الجزيئات الاصغر قطرا من مسامات الزيولايت سوف تدخل فقط ويمتز , اما الجزيئات الكبيرة فلا تدخل .

مثال : خليط من بارافين اعتيادي وبارافين متفرع , فأنه سوف يمتز البارافين الاعتيادي فقط عند استعمال النوع (5Aº) , نفس النتيجة يتم الحصول عليها لخليط ( N2-O2) .

ب- الفصل حسب قطبية الجزيئة : عندما يكون الغاز او السائل مؤلفا من جزيئات صغيرة فأن الفصل بالحجم يكون مستحيلا . ففي هذه الحالة فان المناخل الجزيئية تميل الى أمتزاز الجزيئات حسب القطبية العالية .

مثال: من السهل تجفيف الهايدروجين من الماء باستعمال النوع (4Aº) على الرغم من كون جزيئات الماء اكبر من الهايدروجين فأنها سوف يمتز تلقائيا (حسب قطبيتها العالية).

2-الكاربون الفعال Activated Carbon:

يصنع الكاربون الفعال من المود المحتوية على الكاربون مثل الفحم: الخشب والليكنايت والنسيج النباتي التفحم وقشور جوز الهند . تتكون طريقة التصنيع من مرحلتين:التفحيم والتنشيط. تشمل طريقة التفحيم التجفيف والتسخين , والهدف هو أزالة عدة مركبات جانبية غير مرغوبة من المادة الاولية كالقطران ((tar وهيدروكاربونات أخرى . تسخن المادة أثناء عملية التفحيم الى (400-600ºC) في جو خال من الاوكسجين وبسبب أن هذه المادة لاتكون مساميا فأنها تحتاح الى تنشيط بمعاملتها مع مواد كيمياوية ككلوريد الزنك وحامض الفسفوريك قبل عملية التفحيم ثم أكسدتها عند درجات حرارة تزيد عن (700 ºC) لتكوين نظام مسامي دقيق.

وتم في السنوات الاخيرة صنع كاربون بنظام مسامي ضيق لحجم المسام وبقطر مسام (0.6nm) تقريبا وسمي هذا النوع من الكاربون بكاربون المناخل الجزيئية (Carbon Molecular Sieve) وذلك بعد أختيار المادة الاولية المناسبة وضبط عملية التنشيط.

أن الكاربون الفعال له مساحة سطحية عالية لوحدة الوزن يتراوح من (300-1500 m²/g) وحجم مسام يتراوح من (0.7-1.8 cm³/g) , والكاربون الفعال المصنع من فحم الكوك البترولي يمكن أن يكون له مساحة سطحية تقريبا (m²/g 3000 ) .

هنالك نوعين مختلفين من الكاربون الفعال تم تمييزهما تجاريا:

1- كاربون الطور السائل أو كاربون أزالة الآلوان ويكون على شكل مسحوق وله مساحة سطحية حوالي (300 m²/g) , وحجم مسام (3 nm) أو أكبر , وستعمل لازالة المركبات العضوية من مياه الفضلات الصناعية.

2- كاربون طور البخار أو الغاز ويكون على شكل حبيبات خشنة أو كروية وله مساحة سطحية من (800-1200 m²/g) وحجم مسام أقل من (3 nm) ويستعمل في أستخلاص المذيبات العضوية .

-الالومينا الفعال Activated Alumina

يعتبر الالومينا الفعال غير متبلورا (Amorphous) والذي يكون تركيبه الكيمياوي (Al2O3) , وهو معدن ابيض اللون أو بلون اشبه بالقصدير ومظهر طباشيري و وله مساحة سطحية تتراوح من (200-400 m²/g) وتحتوي على مسامات بأقطار من (2-5 nm) , ويجهز المنتج على شكل حبيبات . وبسبب كون اللالومينا الفعال من المواد الهايدروفيلية فأنها تجذب الماء بشكل عالي ولكن ليس بقوة زيولايت المناخل الجزيئية .

ويمكن للالومينا الفعال تجفيف الغازات الى اقل من 1ppm محتوى رطوبة .

Natural Gas Specifications

Posted on: by:

المواصفات القياسية للغاز الطبيعي في السوق العالمية

يجب أن الغاز الطبيعي مطابقاً لمواصفات قياسية معينة ، والتي تم تحديدها من قبل المستهلكين وخاصة الحد الأعلى لمحتوى الغازات الحامضية Acidic gases والكبريت sulfur ، الأوكسجين وثاني أوكسيد الكربون ، بخار الماء ، والهيدروكربونات القابلة للتسييل. بالإضافة الى بعض المواصفات التي تتطلب الحد الأدنى مثل القيمة الحرارية.

أن أهم معيارين للمواصفات القياسية المطلوبة في السوق العالمية للغاز هي الحرارة والضغط ، حيث يتم قياس أغلب المواصفات القياسية تحت ظرفين قياسين من الحرارة والضغط وهما:

  1. 1. المقياس العالمي: في درجة 32̊ F وضغط 700 mmHg.

    2. المقياس الصناعي للغاز الطبيعي: في درجة حرارة 60 ̊ F وضغط 14.7 psia.

وفقاً للمواصفات القياسية العالمية فأن الغاز المثالي سيكون كالآتي:

- أن 1 gmole سيشغل 22.4 لتراً.

- أن 1 Kgmole سيشغل 22.4 متر مكعب.

- أن 1 Ibmole سيشغل 22.4 قدم مكعب.

 

هذه المواصفات القياسية تكون كالآتي:

- أن يكون الغاز خالياً من الرمل - الغبار - الشمع Wax - النفط الخام Crude Oil - الشوائب والملوثات ، أو أية مواد أخرى قد تجعله غير مجدي أقتصادياً ، أو قد يسبب الأضرار للأشخاص والمعدات .

- أن تكون قيمته الحرارية 36 MJ/m3.

- يجب أن لا تزيد نسب المواد التالية عن النسب المؤشرة أزائها: كبريتيد الهيدروجين ( 23 mg/m3 or 16.5 ppm v/v) - نسبة الكبريت الكلي 115 mg/m3 أما ثاني أوكسيد الكاربون 2% نسبة حجمية - بخار الماء 65 mg/m3 أو ما يعادل 88 ppm نسبة حجمية.

- يجب أن لا يزيد محتوى الماء عن 4 Ib/MMscf .

- يجب أن لا تزيد درجة حرارته عن 49°C

ولكن ما هو تأثير وجود بعض الشوائب في الغاز الطبيعي؟

قبل الأجابة على هذا السؤال يجب أن نعرف أن الغاز الطبيعي يمر بعدة مراحل:

1. إزالة بخار الماء منه Dehydration.

2. إزالة الغازات الحامضية Acidic gases وهي (H2S - CO2)

3. فصل الهيدروكربونات الثقيلة منه.

 

تأثير بخار الماء:

وهو أحد الشوائب الشائعة في الغاز الطبيعي ، ولكن الحالة السائلة منه تكون أكثر ضرراً حيث أنها تسرّع من التآكل بوجود غاز H2S ، أما الهيدرات الصلبة فأنها تسبب أنسداد الصمامات والأنابيب.

تأثير غازي H2S و CO2:

كلاهما مضر وخاصة ً H2S الذي يسبب التسمم عند أحتراقه ، مما يؤدي الى تكون SO2 و SO3 وهما مصدر أزعاج للمستهلكين. أما غاز CO2 فيؤدي الى تقليل القيمة الحرارية للغاز.

الهيدروكربونات السائلة:

حيث أن وجودها غير مرغوب وخاصة ً في الغاز المستعمل كوقود في المشاعل Burners. بالأضافة الى أن هناك مشكلة جدية في التعامل مع تدفق ذي طورين : سائل وغاز.

المقال مترجم من كتاب GPSA 2005 “Gas Processors & Suppliers Association”

 

Sour Gas Sweetening

Posted on: by:

تحلية الغاز الحامضي

Sour Gas Sweetening

أن الغاز الطبيعي يحتوي عادة ً على بعض الشوائب impurities مثل كبريتيد الهيدروجين H2S وثاني أوكسيـــــد الكربون CO2 والهيدروكاربونات الثقيلة مثل المركبتان. تعرف هذه المركبات بالغازات الحامضية Acid gases.

أما الغاز الطبيعي الحاوي على H2S أو مركبات كبريتية أخرى مثل CS2 – COS والمركبتان يسمى الغاز الحامضي Sour Gas ، أما إذا كان يحتوي على CO2 فقط فيسمى بالغاز الحلو Sweet Gas.

وعادة ً يجب إزالة كل من H2S - CO2 لمنع حدوث مشاكل التآكل وزيادة القيمة الحرارية للغاز.

أن تحلية الغاز الطبيعي Sweetening هي أحد أهم الخطوات في معالجة الغاز ، وترجح أهمية تحلية الغاز للأسباب التالية:

1. المخاطر الصحية: يمكن تحسس غاز H2S بالشم إذا كان تركيزه 0.13 ppm ، ويمكن شمه بشكل واضح بتركيز4.6ppm أما إذا زاد التركيز عن 200 ppm فأن حاسة الشم تتعطل. وفي تركيز 500 ppm تحدث مشاكل في التنفس ويتوقع أن يموت الشخص خلال دقائق . أما بتركيز 1000 ppm فيؤدي الى الوفاة فوراً.

2. تأثيرها على تسعيرة الغاز: وهو أحد أهم ثلاث عوامل مؤثرة على تسعيرة الغاز . والمفاوضات التجارية تكون عادة ً صارمة جداً بخصوص محتوى H2S.

3. مشاكل التآكل: إذا زاد الضغط الجزئي لغاز CO2 عن 15 psia يجب أستعمال مواد مانعة للتآكل لمنع حدوث ذلك.

طرق تحلية الغاز الطبيعي

1. الأمتصاص بالطبقة الصلبة Solid bed Absorption:وتضمن هذه الطريقة إزالة كلية لـ H2S بتراكيز منخفضة وتستعمل المواد التالية: iron sponge – molecular sieve – أوكسيد الزنك. وهذه الطريقة ملائمة لأزالة كمية قليلة من الكبريت عندما يكون تدفق الغاز قليلاً أو تركيز H2S قليلاً أو الأثنان معاً.

2. المذيبات الكيميائية Reactive Solvents: مثل:

- Monoethanole Amine “MEA“.

- Diethanole Amine “DEA“.

- Diglycol Amine “DGA“.

- Di-iso Propanol Amine “DIPA“.

- كاربونات البوتاسيوم الحارة.

- وبعض المذيبات المختلطة. تستعمل هذه المحاليل لأزالة كميات كبيرة من H2S – CO2 . كما يمكن إعادة تنشيط Regeneration لهذه المذيبات.

3. المذيبات الفيزياوية Physical Solvents

مثل Selexol – Recitisol – Purisol – بالأضافة الى الفلور .. وأغلب هذه المذيبات يستعمل لأزالة CO2 كما يمكن إعادة تنشيطها أيضاً.

4. الأكسدة المباشرة للكبريت Direct Oxidation to Sulfur:

تستعمل مواد مثل Sulferox – Stertford وهذه الطريقة تقلل من أنبعاثات H2S.

5. الأغشية: تستعمل هذه الطريقة مع تراكيز عالية من CO2.

كيفية أختيار الطريقة المناسبة للتحلية:

هناك العديد من العوامل التي يجب أخذها بنظر الأعتبار عند أختيار طريقة تحلية الغاز وهي:

1. نوع المركب المراد إزالته ( H2S – المركبتان).

2. تراكيز الغاز الحامضي الداخل والخارج inlet & outlet Acid Gas Concentrations.

3. معدل تدفق الغاز – درجة حرارته – وضغطه.

4. مدى ملائمة هذه الطريقة.

5. الأنتقائية Selectivity للغاز الحامضي المطلوب.

6. وجود المركبات الآروماتية في الغاز.

7. موقع البئر.

8. الأعتبارات البيئية.

9. الجدوى الأقتصادية.

ويتم أختيار الطريقة المناسبة على ضوء كمية الكبريت الداخل وكمية الكبريت في الخط الخارج. وعند عدم الرغبة بأستخلاص الكبريت ، يمكـــن أختيـــار الطرق غيرالمباشرة مثل: طرق الطور السائل Liquid-phase processes وطرق الطبقة الجافة Dry-Bed Processes والتي يتم أختيارها في حال كون تركيز الكبريت قليلاً جداً ومثال هذه الطرق: طريقة أوكسيد الزنك Zink – Oxide أو أوكسيد الحديد Iron – Oxide Sponge.

أما عند الرغبة بإزالة كمية كبيرة من H2S أو CO2 أو الأثنان معاً فيتم أستعمال طرق الطور السائل وعند الرغبة بأزالة H2S فقط تكون المذيبات الفيزياوية مناسبة أكثر والتي يمكن أن تستخدم لأزالة CS2 أو CO2 بشكل أنتقالي وعند أحتواء خط الدخول feed على كمية كبيرة من الهيدروكاربونات C3+ فأن المذيبات الفيزياوية تؤدي الى خسارة كبيرة في هذه الهيدروكاربونات لأنها تتحرر من المذيبات مع الغازات الحامضية . وعملية أستخلاصها مرة ً ثانية ً غير مجدي أقتصادياً. وعند أحتواء الخط الداخل على H2S أو CO2 والرغبة في أزالتها يجب أستعمال المذيبات الكيمياوية مثل الأمينات والكربونات. وطريقة الأمين ذات تفاعلية عالية وكلفة واطئة بالأضافة الى مرونة عالية في التصميم والتشغيل أما الكاربونات فتستعمل لأزالة COS – CS2 وهذه الطريقة ذات كلفة واطئة أيضاً.

وعلى أية حال فأن أختيار الطريقة المناسبة يجب أن يؤخذ بنظر الأعتبار الأعتبارات البيئية والأقتصادية…

Liquefied Natural Gas LNG

Posted on: by:

الغاز الطبيعي المُسال

Liquefied Natural Gas LNG

المهندس حمادة عمر

الغاز الطبيعي المسال (بالإنكليزية: Liquefied natural gas أو LNG) هو غاز طبيعي تمت معالجتة وإسالته بالتبريد. يتم استخراج الغاز من حقول النفط والغاز ثم ينقل عبر أنابيب خاصة إلى منشأة المعالجة حيث تتم عمليات معالجة إضافية, تبريد, وإسالة الغاز تحت الظروف الجوية.

بدأت فكرة إسالة الغاز عام 1914 في الولايات المتحدة الأمريكية كبراءة اختراع وفي عام 1917 قامت بريطانيا بأول عملية تجارية غرب فيرجينيا إلا أن الاستغلال الفعلي للغاز أخذ مجراه عندما وقعت بريطانيا عقداً مدته خمسة عشر عاماً مع الجزائر عام 1961 لتزويد الأولى بأقل من حوالي مليون طن من الغاز الطبيعي المسال سنوياً. بعد ذلك انتشرت عمليات الغاز المسال في أنحاء العالم تدريجيا حتى وصلت إلى مايقارب 40 ميناء للغاز المسال حاليا وشملت بلدانا عربية مثل سي جاز بمصر, قطر غاز وراس جاز بقطر, ويمن ال ان جي في اليمن

خصائص الغاز المسال

يحفظ في الصورة السائلة عند درجة حرارة 161.5 مئوية تحت الصفر والضغط الجوي تقريبا.

كثافتة حوالي 0.4 كجم\م3 عندما يكون سائلا, عندما يصبح غاز ويزداد حجمه حوالي 600 مرة عن حالته السائلة.

ليس له طعم, لون, ولا رائحة. يمكن الاستدلال على تسربه إلى الجو المحيط من السحب أو الغيوم الناشئه بالقرب من مكان التسرب بسبب امتصاصه لحرارة الجو وبالتالي تكثف بخار الماء في الهواء على صورة سحب.

غير سام ولكنه يسبب الاختناق.

يسبب تهشم المعادن, البلاستيك, المطاط وأي مواد كان يتوقع انها مرنه أو لدنة في الظروف العادية لتصبح أشبه بالزجاج المحطم.

يسبب حروقا باردة (تدعى لسعة الصقيع) إذا ما لامس الجسم بسبب فرق درجة الحراة الهائل بين الجسم, الغاز المسال.

يسبب انفجارا باردا (لا احتراق فيه) عند ملامسته للماء وتسمى هذه الظاهرة المرحلة الانتقالية السريعة.

طاقة احتراقة حوالي 49 ميغاجول\كجم وهي نظيفة جدا مقارنة بباقي مواد الاحتراق النفطية مثل الديزل والبنزين ويعتبر الميثان المكون الرئيسي فيه.

لماذا الغاز المسال؟

يعتقد البعض ان الغاز يمكن استخدامه كوقود في حالته السائلة وهذا خطأ ولكن السبب الحقيقي وراء إسالة الغاز هو تسهيل عملية نقله فقط. أثبتت الدراسات والأبحاث الاقتصادية أن تكاليف نقل الغاز في الحالة السائلة عبر البحار والمحيطات أقل كلفة بكثير منها عن نقله في الحالة الغازية. السبب يعود إلى أن الغاز المسال (غالبا الميثان) يأخذ حيزا أقل بحوالى 600 مرة منه في الحالة الغازية. وفي حالة التفكير بضغط الغاز في الحاويات البحرية بهدف تقليل الحجم فسيتوجب تصميم الجدران الحاوية بسماكة كبيرة كافية لتحمل ضغط الغاز وبالتالي تشكل عبئا ثقيلا على السفن. أما الغاز المسال ومع أن كثافته أكثر من كثافة الغاز الطبيعي بكثير إلا أنها تظل أقل بكثير من كثافة الفولاذ مثلا والذي يستخدم في تصميم الحاوية عند الضعط الجوي

عمليات المعاجة والإسالة

يمكن تلخيص العمليات اللازمة لإنتاج الغاز الطبيعي المسال كما يلي:

أولا يمرر الغاز المستخرج من الأرض عبر أنابيب لنقله إلى مركز المعالجة.

تبدأ معالجة الغاز عن الظروف القياسية (غالبا مايكون منضغطا في حرارة الجو العادية) بإزالة المواد الغير لازمة والمواد التي قد تشكل ضررا على المنشاءة والبيئة. مثل هذه المواد الماء, الزيوت النفطية, الغازات والمواد الهيدروكربونية المتكثفة, غاز ثاني أكسيد الكربون لكون هذه المواد مسببا في انسداد أنابيب التبريد فيما بعد (لأنها جميعا ستتجمد وتصبح مواد صلبه قبل الوصول لدرجة تبريد وتسييل الغاز بكثير).كذلك غاز كبريتيد الهيدروجين والذي تم حضره دوليا (غاز سام ويسبب المطرالحمضي) والزئبق لأنه يتسبب في تاكل وانهيار الاواني والانابيب المصنوعة من الالمنيوم.

بعدها تبدأ عملية تبريد الغاز على مراحل وهنا تختلف طرق التبريد من شركة لأخرى وحسب طبيعة الموقع والجدوى الاقتصادية. في الغالب تبدأ عملية التبريد بمبردات البروبان (التي يتم تبريدها بالماء أولا ثم بغاز البروبان نفسه). يتم فصل بعض الغازات المكونة للغاز الطبيعي وفقا لدرجة غليانها مثل الميثان, الإيثان, البروبان, البيوتان, البنتان وماعلاه ويفاد من بعضها في عملية التبريد ومن البعض الاخر كوقود ضمن المنشأة. الجدير ذكره أن غاز البنتان ومافوقه تعتبر غازات ثقيلة ويجب فصلها كي لا تتسبب في عملية التجمد والانسداد. يصبح الغاز الطبيعي المضغوط أصلا في درجات حرارة حوالي 36 تحت الصفر.

تأتي المرحلة الثانية من التبريد وهي الأهم حيث يبرد الغاز أكثر فأكثر بمبردات غازية مستخلصة من نفس الغاز الطبيعي عادة مثل المبرد المختلط والمكون من خليط من غاز الايثان والبروبان. في هذه المرحلة يصبح الغاز الطبيعي المضغوط نسبيا باردا في درجات أدنى من 150 تحت الصفر.

بمجرد تحرير الغاز المضعوط عبر ما يسمى صمام طمسون ينخفض ضعطه حتى يقترب من الضغط الجوي وبسبب كفاءة العزل الحراري يحدث تحول في الطاقة (قانون الغاز المثالي) وتنخفض درجة الحرارة حتى حوالي 158 تحت الصفر وهي قريبه جدا من درجة الإسالة. في الحقيقة يكون الغاز قدا أصبح سائلا عند هذه الدرجة لكونه مايزال تحت ضعط أرفع من الضغط الجوي بقليل. تحدث أخيرا عملية الإسالة الطبيعية في إناء يعرف بإناء التبخير النهائي حيث يهبط ضغط الغاز للضغط الجوي تقريبا وتهبط معه درجة الحراة إلى -161.5 ويصبح الغاز عندها سائلا يمكن ضخه إلى خزانات تبريد ذات عزل حراي عالي الكفاءة كما يمكن ضخه فيما بعد إلى حاويات النقل فيما بعد (سفن بحرية في الغالب).

شركات الغاز المسال

تعتبر قطر أكبر مصدر للغاز الطبيعي المسال في العالم بينما تعتبر الجزائر أول منتج له. وفي نهاية العام 2009 يتوقع ان تبدأ الشركة اليمنية للغاز الطبيعي المسال أو إنتاج لها. فيما يلي بعض الشركات المنتجة مع متوسط إنتاجها السنوي:

نورث ويست: 4.4 مليون طن للعام

سي جاز: 5.5 مليون طن للعام

الشركة اليمنية للغاز الطبيعي المسال:6.7 مليون طن للعام

تانجو: 7.6 مليون طن للعام

ساخالين:9.6 مليون طن للعام

قطرغاز: 15.6 مليون طن للعام

راسجاز قطر: 15.6 مليون طن للعام