up
Search      menu
زمین شناسی,جغرافیا :: مقاله هيدرات هاي گازي PDF
QR code - هيدرات هاي گازي

هيدرات هاي گازي

تکنولوژي هيدرات هاي گازي

● مقدمه:
منشا سوختهاي گازي متفاوت است. برخي به طور طبيعي وجود دارند و برخي ديگر از تغيير شکل سوختهاي مايع و يا جامد تهيه مي شوند. سازنده ي اصلي مفيد آنها هيدروژن ٬ اکسيد کربن و متان است و گاهي هيدروکربورهاي سنگين تر مانند اتان و پروپان نيز در آنها وجود دارد. در گاز سوختني همواره مقداري گاز بي اثر مانند ازت و گاز کربنيک نيز موجود است. سوختهاي گازي را به دو دسته سوختهاي گازي طبيعي و سوختهاي گازي ساختگي تقسيم مي کنند. سوختهاي گازي طبيعي شامل گازهاي:
۱) طبيعي که از رگه هاي نفتي وهمراه آنها به دست مي آيد.
۲) گريزو که از معادن زغال سنگ متصاعد مي شود و بيشتر داراي متان است. گاهي کمي اتان و گازهاي بي اثر مانند CO۲ و N۲ نيز در آن وجود دارد.
سوختهاي گازي ساختگي شامل انواع زير است:
الف) گاز تقطير زغال سنگ:
سازنده ي اصلي اين گاز متان و هيدروژن است ولي مقدار کمي آن وجود دارد. قدرت گرمايي آن حدود ۴۲۰۰ تا ۴۵۰۰ کيلوکالري بر متر مکعب است. اين گاز را سابقا به نام گاز روشنايي يا گاز شهر مي ناميدند ولي امروزه گاز شهر محتوي گاز آب گاز فقير گاز روغن و يا گاز طبيعي است.
ب) گاز فقير يا گاز هوا :
اين گاز از گاز کردن کک ويا زغال سنگ توسط هوا و يا مخلوط هوا و کمي بخار آب تهيه مي شود. اگر فقط هوا بر روي سوخت جامد بدمند گاز حاصل محتوي CO است که به وسيله ي CO۲ و N۲ رقيق شده است و قدرت گرمايي آن نزديک به ۱۰۰۰ کيلو کالري بر متر مکعب است. غالبا به هواي دميده شده کمي بخار آب اضافه مي کنند که در اين صورت گاز حاصل محتوي مقداري هيدروژن نيز بوده و قدرت گرمايي آن به ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ کيلوکالري بر متر مکعب مي رسد. اگر به جاي کک زغال سنگ قير دار که غني از مواد فرار است به کار برند قدرت گرمايي گاز حاصل به حدود ۱۵۰۰ تا ۱۸۰۰ کيلوکالري بر متر مکعب مي رسد. در اين صورت گاز داراي متان و بخارات گودرون که قابل فشرده شدن است مي باشد.
ج) گاز آب:
از گاز کردن کک ويا زغال سنگ به وسيله ي بخار آب و يا مخلوط بخار آب و اکسيژن گاز آب حاصل مي شود. اين گاز محتوي CO ٬ H۲ و کمي CO۲ است و به عنوان سوخت و مخلوط با گازهاي ديگر و يا به عنوان ماده ي اوليه برخي سنتز ها به کار مي رود و به همين جهت آنرا گاز سنتز نيز مي نامند. قدرت گرمايي آن حدود ۲۵۰۰ تا ۲۸۰۰ کيلوکالري بر متر مکعب است.
د) گاز آب کربور شده:
اين گاز مخلوط گاز آب و گاز روغن است و از تبخير مقداري از محصولات نفتي در گاز آب حاصل از گازوژن به دست مي آيد. محصولات نفتي در اثر حرارت تجزيه شده و مواد حاصل به گاز آب اضافه مي شود. با تغيير دادن جنس مواد روغني و شرايط کراکينگ مي توان نوع محصول را کنترل کرد.
ه) گاز کوره بلند:
اين گاز شبيه گاز فقير است زيرا از اثر هوا بر کک در کوره ي بلند به وجود مي ايدو مقدار هيدروژن آن بسيار کم است. قدرت گرمايي آن ۸۰۰ تا ۹۰۰ کيلوکالري بر متر مکعب است.
و) گاز تصفيه خانه نفت:
در اثر تقطير و کراکينگ محصولات نفتي نيز گازي شبيه به گاز طبيعي به دست مي ايد.
▪ گاز طبيعي :
گاز طبيعي غالبا همراه نفت است و نفت را از درون خاک به طرف چاه هاي استخراج مي راند. هنگام بالا رفتن مخلوط نفت و گاز در چاه ها گاز آن آزاد شده و مخلوط را به بالاي چاه مي برد. در نفتهاي که از گاز اشباع نشده اند و فقط تحت فشار آب قرار دارند مقدار گاز حل شده کمتر و در نفتهاي فوق اشباع مقدار گاز بيشتر است. همچنين رگه هايي وجود دارد که فقط داراي گاز طبيعي است و نفت ندارد. قسمت اعظم گاز طبيعي از متان تشکيل شده و غير از متان هيدروکربورهاي گازي ديگر از C۲ تا C۴ با مقادير متفاوت و همچنين هيدروکربورهاي بالاتر نيز در آن وجود دارد. گاز طبيعي ممکن است خشک و يا مرطوب باشد.گازهاي خشک مقداري کمتر از ۱۳.۴ سانتي متر مکعب بنزين در هر متر مکعب گاز دارا مي باشند. بنزين گازهاي مرطوب حدود ۴۰.۲ سانتي متر مکعب بر متر مکعب گاز است.گازهاي طبيعي گاهي علاوه بر هيدروکربورها محتوي CO۲ ٬ H۲ S ٬ H۲ O ٬ O۲ ٬ N۲ و He نيز مي باشند. بين اين ناخالصي ها H۲ O ٬ H۲ S و CO۲ نا مطلوب هستند. مثلا آب با هيروکربورهاي گازي توليد هيدراتهاي متبلوري مي کند که داراي ترکيب پيچيده بوده و در حين انتقال گاز به صورت بلورهايي شبيه برف ويا يخ در لوله ها و شيرها مي بندد و راه عبور گاز را مسدود مي کند. بايد توجه داشت که بوتان نرمال و هيدروکربورهاي بالاتر هيدرات جامد تشکيل نمي دهند. به همين دليل بايستي گاز طبيعي را قبل از انتقال خشک نمايند. اگر گاز طبيعي داراي CO۲ و H۲ S باشد بايستي انها هم حذف شوند زيرا باعث خوردگي مي شوند. خشک کردن بايد به حدي باشد که نقطه ي شبنم گاز زير پايين ترين درجه حرارت مسير گاز باشد. عوامل خشک کننده به صورت مايع يا جامد مصرف مي شوند. از بين خشک کننده هاي جامد اکسيد الومينيوم فعال شده و يا بوکسيت فعال شده بيش از همه به کار مي رودو نقطه ي شبنم را بيش از ۵۰ درجه سانتي گراد پايين مي برد. براي تصفيه ي کردن مقادير زياد گاز از روش پيوسته به نام هيپرسورپسيون استفاده مي کنند در اين روش زغال فعال از وراء يک سري ظرف پايين مي رود در ظرف اول و در اولين مرحله زغال سرد مي شود سپس زغال وارد منطقه ي جذب سطحي شده و مواد مضر بر روي آن جذب سطحي مي شوند. زغال از مناطق ديگري مي گذرد که در آنها به تدريج هيدروکربورهاي جذب شده را پس مي دهد و به اين طريق محصولات نسبتا خالص به دست مي آيد.
▪ تکنولوژي هيدرات:
هيدرات گازي، يک جامد بلوري است که درآن مولکول هاي آب مولکول هاي گاز را احاطه کرده اند. گازهاي زيادي وجود دارند که ساختار مناسبي براي تشکيل هيدرات دارند که از آن جمله مي توان به دي اکسيدکربن، سولفيدهيدروژن و هيدروکربن هاي با تعداد کربن کم اشاره کرد.هيدرات هاي گازي که بيشتر در بستر درياها تشکيل مي شوند، بيشتر از نوع هيدرات متان هستند. اين ماده که از آن به عنوان «يخ شعله ور» ياد مي شود، داراي مقدار بسيار زيادي گازمتان و مکان تشکيل آن معمولاً رسوب کف اقيانوس ها و مناطق قطبي هميشه منجمد است. از خاصيت هيدرات مي توان براي انتقال گاز نيز سود جست. شرايط تشکيل هيدرات عبارتند از: فشار و دماي مناسب، وجود مولکول آب و وجود مولکول گاز.
هيدرات گازي به طورطبيعي در دما و فشار محيط رسوبات کف اقيانوس دما و درمناطق با عمق بيش از۵۰۰ متر تشکيل مي شود. در اين فشار و در دماهايي بالاتر از دماي پايدار يخ، هيدرات گازي کاملاً پايدار است. همچنين درمناطق هميشه منجمد قطبي، اين ماده به صورت ترکيب با يخ هاي محيط، به مقدار زيادي يافت مي شود. هيدرات گازي را درسال۱۸۱۱ ميلادي «همسفري ديوي»، هنگام توليد حباب هاي گاز کلر درآب سرد به روش آزمايشگاهي کشف کرد. درسال۱۸۳۲، مايکل فارادي نخستين فرمول شيميايي را براي هيدرات گازي ارائه کرد که در آن يک مولکول گاز به وسيله ده مولکول آب احاطه شده بود. درسال۱۹۴۳ وقتي اولين خط لوله گاز طراحي شده بهره برداري شد، پديده گرفتگي لوله به وسيله ذرات جامد هيدرات گاز ازسوي هايمراشميت درآمريکا مطرح شد.
به دنبال اين پديده، تکنيک جلوگيري از تشکيل اين ماده در لوله هاي نفت وگاز و فرآيندي براي نم گيري از جريان گاز شکل گرفت. درسال۱۹۵۱واندرووالس مباني ترموديناميک هيدرات گازي را مطالعه و تبيين کرد. از دهه۹۰ ميلادي تاکنون کشورهاي آمريکا، ژاپن، هندوستان و کانادا با اختصاص بودجه چشمگيري، برنامه تحقيقاتي طولاني مدتي را در زمينه هيدرات هاي گازي آغاز کرده اند.
● دلايل اهميت هيدرات هاي گازي:
قابليت زياد هيدرات گازي در ذخيره سازي گازطبيعي، سبب ايجاد جذابيت درباره استفاده از آن براي مقاصد ذخيره سازي و حمل ونقل گازطبيعي و ديگر گازها به عنوان رقيبي براي روش هاي مايع سازي و متراکم کردن مي شود. از دهه۱۹۶۰ که هيدرات گازي به عنوان عاملي مزاحم درخطوط لوله گاز به وجود آمد، ايده انتقال گازطبيعي به وسيله هيدرات در ذهن بسياري از دانشمندان شکل گرفت. به دليل آن که دماي حمل هيدرات بالاتر از دماي حمل گازطبيعي مايع شده(ال.ان.جي) است، هيدرات گازي را به آساني مي توان انتقال داد؛ از اين رو فناوري ساخت کشتي هاي حمل هيدرات، پيچيدگي بسيارکمتري درقياس با کشتي هاي حمل ال.ان.جي خواهد داشت و تأسيسات توليد هيدرات بسيار ساده تر از تأسيسات ال.ان.جي مي توانند طراحي شوند.
اما مشکل اساسي، حجم کمتر گازمنتقل شده است. براساس مطالعات انجام شده در اين زمينه، هريک مترمکعب هيدرات، ۱۷۵ مترمکعب گاز را درخود جاي مي دهد. درصورتي که درفناوري ال.ان.جي کاهش حجم به يک ششصدم مي رسد و اين موضوع در اقتصادي بودن طرح هاي انتقال گاز به خصوص فواصل دوردست بسيار با اهميت است. با وجود اين، هنوز اميدهاي زيادي وجود دارد تا هيدرات به عنوان يک راه حل کاملاً اقتصادي براي انتقال گاز به کار رود. در اين زمينه شرکت بريتيش پتروليوم با همکاري مراکز علمي ديگر مانند دانشگاه گواسن درحال ساخت يک واحد صنعتي کوچک است که توان توليد۱۰۰ کيلوگرم هيدرات در روز را دارد.
هيدرات گازي را در فرآيندهاي جداسازي نيز مي توان به کاربرد. هيدرات هاي گازي تنها با تعداد محدودي از مواد تشکيل يافته است. اگربخواهيم ماده اي را از مخلوطي، شامل مواد غيرقابل تشکيل هيدرات جدا کنيم، استفاده از ويژگي تشکيل هيدرات به عنوان يک فرصت تلقي مي شود. براي مثال مي توان به غليظ کردن جريان هاي غني از آب، تهيه آب آشاميدني از آب دريا و يا جداسازي جريان هاي گاز اشاره کرد.
کشف مقدار زيادي هيدرات گاز در دامنه شمالي آلاسکا و پايين خليج جنوب شرقي ايالات متحده امريکا،اين ايده را قوت مي بخشد که هيدراتهاي گاز،منبع بسيار مهم انرژي در آيندهمحسوب ميشوند.گرچه،ابتدا مسائل بسيار مهم تکنيکي و فني بايد حل شود تا بتوان هيدرات
هاي گاز را به عنوان يک منبع انرژي مهم در جهان،معرفي کرد.هيدرات هاي گاز به طور طبيعي به شکل مواد کريستالي که از آب و گاز تشکيل شده،هستند.در هيدرات ها، يک شبکه جامد آب،ملکول هاي گاز را در يک ساختار قفس مانند در خود جاي مي دهند.هيدرات هاي گاز بيشتر در نواحي يخ زده و قطبي و زير دريا در لايه هاي رسوبي وجود دارند. در حالي که،متان،پروپان و ديگر گازها مي توانند در ساختار قفس مانند محبوس شوند،اما احتمال تشکيل هيدرات متان بسيار بيشتر است.ميزان متان محبوس شده در هيدرات هاي گاز بسيار زياد است و تخمين ميزان آن بيشتر حدسي و فرضي است و محدوده آن از ۰۰۰ ۱۰۰ تا ۰۰۰ ۰۰۰ ۲۷۰ تريليون فوت مکعب است.به نظر مي رسد که ميزان گاز در ذخاير هيدرات جهان بسيار بيشتر از حجم منابع ديگر انرژي است.گرچه تا به حال در مورد دسترسي و توليد اين هيدرات هاي گاز تحقيق و پژوهش بسياري صورت نگرفته است.هدف اوليه پژوهش هاي مربوط به هيدرات هاي گاز، بررسي پارامترهاي زمين شناختي است که ايجاد هيدرات هاي گاز را در کنترل دارد.هدف ديگر، ارزيابي حجم گاز طبيعي ذخيره شده، درون انباشته هاي جهاني هيدراتهاي گاز است.اين مقاله نتايج آخرين ارزيابي ها در مورد منابع هيدرات گاز طبيعي را مطرح مي کند و سعي دارد توانايي توليد ذخاير هيدرات هاي گاز را ارزيابي کند و فناوري لازم براي توليد اقتصادي و به صرفه هيدرات هاي گاز در ۲۰ تا ۵۰ سال آينده را پايان مروري بر برنامه هاي توليد گاز از منابع هيدرات در ژاپن و هندوستان خواهيم داشت.
● مروري بر هيدرات هاي گاز:
تحت شرايط مناسب دمايي و فشاري،هيدرات هاي گاز معمولاً يک ساختار کريستالي اوليه تحت عنوان ساختار ۱ و ساختار ۲ را تشکيل مي دهند.هر واحد سلولي ساختار ۱ هيدرات گاز شامل ۴۶ ملکول آب است که دو فضاي تهي کوچک و ۶ فضاي بزرگ تشکيل مي شود.ساختارهاي ۱ هيدرات هاي گاز فقط مي توانند ملکول هاي کوچک گاز مثل متان و اتان،با قطر ملکولي کمتر از ۲ ۵ آنگستروم را در خود جاي دهند.واحد سلولي ساختار ۲ هيدرات هاي گاز شامل ۱۶ dodecahedral (دودي کاهدرال) کوچک و ۸ فضاي خالي بزرگ هگزاکايي دوکاهدرال است که توسط ۱۳۶ مولکول آب شکل مي گيرد.ساختار ۲ هيدرات هاي گاز ممکن است داراي گازهايي با ابعاد ملکولي در محدوده ۹ ۵ تا ۹ ۶ آنگستروم مثل پروپان و ايزوبوتان باشد.در شرايط دما و فشار استاندارد (STP)،يک حجم از هيدرات اشباع شده متان (ساختار ۱) داراي بيش از ۱۶۴ حجم از گاز متان است. به علت اين ظرفيت عظيم ذخيره سازي گاز،اين هيدرات ها، منابع مهمي از گاز طبيعي محسوب مي شوند. در سطح ماکروسکوپي،بسياري از خواص مکانيکي هيدرات گاز مثل يخ است. چون هيدراتها داراي حداقل ۸۵ درصد آب بر يک پايه ملکولي هستند.از همه جالب تر،خواص مرحله ي تعادل هيدرات هاي گاز است که بيشتر توسط تناسب ملکول هاي ميهمان گاز، درون قفس هاي هيدرات آب کنترل مي شود. براي مثال اضافه کردن پروپان به يک هيدرات خالص متان،ساختار هيدرات را(از ساختار ۱ به ساختار ۲ تغيير ميدهد.
هيدرات هاي گاز نواحي يخ زده و قطبي:
به نظر مي رسد که هيدرات هاي گاز ،در حوزه غرب سيبري وجود دارند و تصور مي شود که در ديگر نواحي قطبي شمال روسيه،مثل ايالت تيمان-پچورا،کراتن شرق سيبري و شمال شرقي سيبري و نواحي کامچاتکا نيز وجود داشته باشند.هيدرات هاي گازدر نواحي قطبي شمال آلاسکا و ايالت هاي شمالي آمريکا نيز وجود دارند. از شواهد غير مستقيمي که نتيجه حفاري چاه در اين نواحي بود به وجود هيدرات هاي گاز در دامنه شمالي آلاسکا پي برده شد و احتمال حضور لايه هاي متعدد هيدرات هاي گاز در ناحيه خليج پرودهو (Prudhoo) و حوزه هاي نفتي رودخانه کوپاروک را تأ ئيد مي کند.در يک پنجم از چاه هاي حفاري شده در ناحيه ي دلتاي مکنذي وجود هيدرات هاي گاز تأييد شده است و بررسي چاه هاي جزاير قطبي نشان مي دهد که در نواحي قطبي، هيداراتهاي گاز در اعماق ۱۳۰ تا ۲۰۰۰ متر وجود دارند.
هيدراتهاي گاز دريايي:
وجود هيدراتهاي گاز در نواحي دريايي، عمدتاً نتيجه بازتاب غيرعادي لرزهاي است که از محدوده منطقه ويژه مرزي هيدراتهاي گاز ميآيد.اين بازتابها عمدتاً به نام بازتاب تحريکي انتهايي ياBSR خوانده ميشوند.BSR ها در اعماق ۱۰۰ تا ۱۱۰۰ متري از سطح دريا، نقشهبرداري شدهاند.هيدراتهاي گاز در لايههاي رسوبي خليج مکزيک،بخش دريايي حوزه رودخانه Eel در کاليفرنيا،درياي سياه،درياي خزر و درياي Okhotsk پيدا شدهاند.همچنين،هيدراتهاي گاز در اعماق بيشتر زير سطحي در خليج جنوب شرقي امريکا، Black Kidge در خليج مکزيک،حوزه کاسکاديا نزديک اوريگان،کانال امريکاي مرکزي،درياي پروودرنواحي شرقي و غربي ژاپن نيز کشف شده اند.
● ارزيابي منابع هيدرات گاز:
از آنجا که هيدراتهاي گاز در نواحي قطبي و در لايههاي رسوبي دريايي وجود دارند،ميتوانند يک منبع انرژي بالقوه محسوب شوند.پيشبينيهاي جهاني براي ميزان گاز طبيعي موجود در لايههاي هيدرات گاز از ۱۰۲۰ ۵ تا ۱۰۶۲ ۱ تريليون فوت مکعب براي نواحي قطبي و از ۱۰۵۱ ۱ تا ۱۰۸۷ ۲ تريليون فوت مکعب براي لايههاي رسوبي اقيانوسي است.پيشبينيهاي انتشار يافته در مورد منابع هيدراتهاي گاز نشاندهنده نوسانات قابل ملاحظهاي است. آخرين پيشبينيها از ميزان متان در انباشتههاي جهاني هيدراتهاي گاز حدود ۱۰۵۷ تريليون فوت مکعب است اما به نظر ميرسد که لايههاي رسوبي اقيانوسي داراي منابع بيشتر و بزرگتري از گاز طبيعي هستند تا لايههاي رسوبي قارهاي.هدف اصلي کار ارزشيابي و تخمين در مؤسسه پژوهشي زمين شناختي امريکا،تخمين زدن منابع هيدرات گاز در امريکا هم در نواحي ساحلي و هم در نواحي دريايي است.ارزيابي هيدراتهاي گاز براساس يک برنامه تجزيه و تحليلي، ايالت به ايالت انجام ميشود.ما تمامي هيدراتهاي گاز را بدون توجه به مسائل فني آنها،تعريف،توصيف و ارزيابي ميکنيم.بنابراين،اين ارزيابي،تنها با حجم منابع هيدراتهاي گاز موجود مربوط است،يعني ميزان گازي که درون هيدراتهاي گاز بدون در نظر گرفتن بازيافت آن وجود دارد.در يک روش تجزيه و تحليلي،انباشتههاي بالقوه هيدروکربن، براساس خصوصيات زمين شناختيشان گروهبندي ميشوند سپس شرايط زمينشناختي بروز هيدروکربنها الگوبرداري ميشود. در اين روش ارزشيابي،زمين شناسان، در مورد عوامل زمين شناختي لازم براي تشکيل انباشتههاي هيدروکربن و عوامل زمين شناختي تعيين کننده اندازه آنها،بحث ميکنند.در يک ارزيابي،۱۱ حوزه هيدرات گاز،در ۴ ايالت نفتي دريايي و ساحلي کشف و براي هر حوزه ميزان هيدراتهاي گاز تخمينزده شد.پيشبينيهاي انجام شده براي هر کدام از اين ۱۱ حوزه جمعآوري شدند تا کل منابع هيدرات گاز در ايالات متحده آمريکا تخمين زده شود.منابع موجود گاز درون هيدراتها در ايالات متحده امريکا بين ۷۶۵ ۱۱۲ تا ۱۱۰ ۶۷۶ تريليون فوت مکعب گاز البته با سطح احتمال ۰۵ ۰ تا ۹۵ ۰ است. گرچه اين آمار،همراه با درصد بالايي از شک و ترديد است،اما نشان دهنده ميزان بسيار زيادي گاز ذخيره شد در هيدراتهاي گاز هستند.ارزش کلي هيدراتهاي گاز محاسبه شد ه در امريکا حدود ۲۲۲ تا ۳۲۰ تريليون فوت مکعب گاز است.لازم به ذکر است که حفاريهاي پژوهشي دريايي که اخيراً درون منطقه ويژه اقتصادي امريکا در امتداد ناحيه شرقي اين کشور انجام شده است،وجود مقادير قابل توجهي از متان ذخيره شده را به عنوان هيدرات گاز جامد و گاز آزاد حبس شده زير هيدراتهاي گاز،تأييد
ميکند.
● توليد گاز از هيدراتهاي گاز:
روشهاي پيشنهاد شده بازيافت گاز از هيدراتها معمولاً شامل تفکيک کردن يا ذوب کردن هيدراتهاي گاز به روشهاي زير است:
۱) گرم کردن مخزن براي دماي تشکيل هيدرات
۲) کاهش فشار مخزن زير موازنه هيدارت
۳) تزريق يک مهارکننده مثل متانول يا گليکول درون مخزن براي کاهش شرايط تثبيت هيدرات.
البته در حال حاضر، بازيافت گاز از هيدراتها به تعويق انداخته ميشود چون هيدراتها معمولاً در نواحي خشن قطبي و نواحي عميق دريايي گسترده شدهاند.اخيراً از يک سري مدلهاي تحريک گرمايي ساده هم براي ارزيابي توليد هيدرات گاز از آب گرم و جريانهاي بخاري استفاده شده است که نشان ميدهد،گاز را ميتوان از هيدراتها به ميزان کافي توليد کرد به صورتي که هيدراتهاي گاز به يک منبع قابل بازيافت تکنيکي تبديل شوند،گرچه هزينه زياد اين تکنيکهاي بازيافت پيشرفته گاز،جلوي بازيافت را ميگيرد. استفاده از مهارکنندههاي هيدرات گاز براي توليد گاز از هيدراتها از لحاظ فيزيکي امکان پذير است،گرچه،استفاده از حجمهاي زياد مواد شيميايي مثل متانول هزينه اقتصادي و زيست محيطي بالايي دارد.از ميان تکنيکهاي مختلف توليد گاز طبيعي از هيدراتها،اقتصاديترين و به صرفهترين روش،طرح فشار زدايي است.حوزه گازي Messoyakha در بخش شمالي حوزه غرب سيبري اغلب به عنوان يک مثال از توليد گاز از انباشتههاي هيدروکربن مورد استفاده قرار ميگيرد. از تمامي اطلاعات زمين شناختي براي تأييد حضور هيدراتهاي گاز در قسمت بالايي اين حوزه استفاده شده است.پيشينه توليد گاز از هيدراتهاي اين حوزه نشان ميدهد که هيدراتهاي گاز يک منبع توليدي فوري از گاز طبيعي هستند و توليد را ميتوان با روشهاي هميشگي شروع و حفظ کرد. توليد طولاني مدت از بخش هيدراتگاز حوزه Messoyakha با برنامه ساده فشارزدايي قابل دسترسي است.توليد از بخش پاييني گاز آزاد اين حوزه در سال ۱۹۶۹ آغاز شد.گرچه در سال ۱۹۷۱،فشار مخزن از ميزان مورد انتظار انحراف پيدا کرد.اين انحراف به آزادسازي گاز آزاد از هيدراتهاي تفکيک يافته گاز نسبت داده ميشود.از اين حوزه تا به حال حدود ۳۶ درصد (حدود ۱۸۳ ميليارد فوت مکعب) گاز برداشت شده است.گرچه برخي محققان معتقدند که گاز توليد شده از هيدراتها نبوده است.
● فعاليتهاي پژوهشي بين المللي :
در دو سال گذشته،مؤسسات دولتي در ژاپن،هند و کره جنوبي شروع به توسعه برنامههاي پژوهش براي بازيافت گاز از هيدراتهاي اقيانوسي کردهاند.يکي از مهمترين پروژههاي هيدرات گاز که در ژاپن در حال انجام است،يک پروژه ۵ ساله براي ارزيابي منابع داخلي هيدراتهاي بالقوه گاز طبيعي است.در مقالاتي که منتشر شده است: مؤسسه مجري طرح، اعلام کرده است که هيدراتهاي متان ميتواند نسل آينده منبع انرژي قابل توليد داخلي باشد.در سال ۱۹۹۶ اين برنامه تحقيقاتي زمين شناختي و لرزهشناسي بر روي نواحي قارهاي شمالي و جنوب شرقي ژاپن انجام شده است.براساس تحقيقات صورت گرفته،کاشف به عمل آمده است که حدود ۱۸۰۰ تريليون فوت مکعب گاز درون هيدراتهاي گاز ناحيه نانکاي ذخيره شده است.هندوستان نيز مانند ژاپن به علت پرداخت هزينهاي بالا براي واردات LNG ،مطالعات پژوهشي چندي را مبني بر حضور و امکان بازيافت گاز از هيدراتهاي گاز در اين کشور آغاز کرده است.پژوهشها نشان ميدهند که بين هند و ميانمار،در درياي آندامان منبع عظيمي از هيدراتهاي گاز وجود دارد که حدس زده ميشود،داراي ۲۱۱ تريليون فوت مکعب گازباشد.دولت هندوستان اعلام کرده است که اين مسئله براي تأمين نيازهاي فزاينده انرژي اين کشور از اهميت بسياري برخوردار است.با اينکه اطلاعات ما در مورد هيدراتهاي نهفته گاز بسيار اندک است،اما ميتوان انتظار داشت با توسعه فناوريهاي جديد بتوان به هيدراتها به عنوان نسل آينده منبع انرژي نگاه کرد.
●حوادث خطوط اصلي انتقال
اين خطوط كه گاز شيرين خروجي از پالايشگاه ها را به مصرف كننده هاي عمده در شهرها و كارخانه هاي صنعتي انتقال مي دهد به رغم همه ي تمهيدات پيش بيني شده در طراحي و اجراي آن و همچنين نظارت هاي مستمري مانند نشت يابي، اندازه گيري ولتاژ به طور دوره اي و...كه در طول بهره برداري آن ها اعمال مي گردد، به علت گستردگي و پراكندگي زيادي كه دارد نمي توان احتمال وقوع نشتي را در آن ها ناديده گرفت. در واقع به دليل فشار بالاي عملياتي خطوط لوله هرگونه نشتي جزيي مي تواند خيلي سريع محيط اطراف خود را فرا گرفته و انفجار و آتش سوز ي در پي داشته باشد. يكي از علل اصلي ايجاد نشت در خطوط لوله، خوردگي سطوح خارجي لوله ها است. اگرچه تمام خطوط انتقال گاز، تحت پوشش حفاظت «كاتدي» قرار دارند ولي ديده شده كه بيشتر به دلايل مختلفي مانند؛ نامناسب بودن كيفيت پوشش خارجي لوله، نقص در اجراي پوشش و يا سيستم حفاظت كاتدي و ترك خوردگي، لوله به طور موضعي دچار نشت مي شود. اين نوع خوردگي ها در صورتي كه با نظارت هاي مستمر و به موقع شناسايي و رفع نقص نگردد، مي تواند زمينه ساز بروز نشتي و حوادث ناشي از آن شود.تاثير عوامل مكانيكي مانند زلزله، لغزش زمين و يا صدمه هاي مكانيكي وارد شده به لوله را نيز نمي توان در احتمال بروز نشتي لوله ها ناديده گرفت. يكي از تمهيدات ايمني كه در طراحي خطوط انتقال گاز پيش بيني مي شود، نصب شيرهاي بين راهي مجهز به سيستم قطع كننده ي اتوماتيك روي خطوط لوله است. اين شيرها در فواصل معين بسته به مشخصات طراحي هر خط لوله يعني كلاس، قطر لوله و غيره در ايستگاه هاي شير تعبيه مي شوند. نحوه ي عملكرد اين نوع شيرها اين گونه است كه در اثر فشار ناگهاني به طور خودكار بسته مي شوند. بنابراين در صورت بروز نشتي كه سبب افت فشار غيرمتعارف در قسمتي از خط لوله مي شود، شيرهاي«ال.بي» از دو طرف بسته شده و به اين ترتيب تنها گاز در محدوده ي بين دو شير، تخليه مي شود و از خروج كامل گاز درون خط لوله كه مي تواند صدمه هاي زيادي به بار آورد ممانعت خواهد شد.
• حوادث ايستگاه هاي تقويت فشار
اين ايستگاه ها مشتمل بر تعداي توربوكمپرسور است. خطوط اصلي انتقال گاز كه در مسير حركت خود به تدريج دچار افت فشار مي شود، جهت افزايش فشار به اين تاسيسات وارد مي گردد . اين واحدها همانند ساير تاسيسات گازي در معرض حوادث ناشي از نشت گاز و آتش سوزي قرار دارند و به همين منظور در محوطه ي استقرار توربوكمپرسورها كه بيش از ساير محوطه ها مستعد خطر نشت گاز هستند، تمهيدات ايمني ويژه اي در نظر گرفته شده است.علاوه بر سنسورهاي گاز ياب و يا شعله ياب مستقر در سقف سالن كمپرسورها، سيستم هاي اعلام خودكار جداگانه اي از قبيل شعله ياب، گاز ياب، و حرارت ياب نيز در محفظه ي توربين هر توربوكمپرسور تعبيه شده است. اكثر اين سيستم ها با اتاق كنترل ايستگاه، مرتبط بوده و در صورت بروز آتش سوزي در محفظه ي توربين كمپرسورها اعلام ساعت و فرمان توقف كامل ايستگاه به طور خودكار در اتاق كنترل دريافت مي شود، ضمن آن كه همزمان نيز سيستم اطفاي حريق خودكار با پاشيدن مواد خاموش كننده به داخل توربين عمل مي كند.
• حوادث شبكه هاي گازرساني
شبكه هاي گازرساني به مجموعه اي از ايستگاه هاي تقليل فشار شهري و شبكه گسترده اي از لوله هاي زيرزميني كه در سطح هر شهر گسترش يافته اند اطلاق مي گردد. اين شبكه ها وظيفه گازرساني به منازل و واحدهاي تجاري و صنعتي را در داخل شهرها را به عهده دارند. هر چند فشار گاز درون اين شبكه ها در مقايسه با خطوط اصلي انتقال گاز به مراتب پايين تر است و انتظار مي رود لوله هاي مذكور و تاسيسات مربوط به آن كمترين حوداث را داشته باشند ولي به دليل وسعت و گستردگي زياد اين شبكه ها و قرار گرفتن آن ها در زير معابر و خيابان ها، گاهي شاهد حوادث ناشي از نشت گاز هستيم.بر اساس اطلاعات موجود بيشتر حوادث منجر به نشتي هاي عمده در شبكه گازرساني در اثر حفاري ساير سازمان ها در خيابان ها و معابر اتفاق افتاده است. عدم هماهنگي سازمان هايي نظير آب و فاضلاب، برق و مخابرات با شركت گاز در موقع حفر كانال باعث برخورد بيل مكانيكي به لوله هاي گاز و بروز نشتي در آن ها بوده است.در اين جا مي توان به انواع ديگري از نشتي در شبكه هاي گازرساني اشاره نمود كه در اثر جدايي اتصالات شيرهاي پياده رو و يا از محل سرويس هاي نصب شده در محل انشعابات اتفاق مي افتد. نصب اتصال هاي مذكور به طور غيراصولي توسط پيمانكاران در زمان اجرا و يا وارد آمدن فشارهاي غيرمتعارف به اتصالات شيرهاي پياده رو پس از اجرا، از عوامل مؤثر در جدا شدن قطعات اين گونه اتصالات بوده و باعث بروز نشتي مي شود. در اين موارد چون نشتي گاز قابل تشخيص نبوده، در نتيجه به موقع براي رفع آن اقدام نمي شود و در مواردي گاز نشت يافته از راه زمين به داخل منازل مجاور راه يافته و در آن جا انفجار و آتش سوزي به همراه داشته است و در اغلب موارد نيز اين گونه حوادث منجر به تلفات جاني شده است. يكي از راه هاي مؤثر در تشخيص نشتي شبكه هاي گاز رساني، استفاده از دستگاه هاي نشت ياب دستي و ماشيني است كه در اختيار شركت هاي گازرساني بوده و به طور دوره اي اقدام به عمليات نشت يابي مي گردد.
• نشت يابي و كنترل آن
1- نشت گاز
نشت گاز طبق تعريف عبارت است از خروج ناخواسته گاز كه به علل گوناگون و به طور ناگهاني روي مي دهد. همواره امكان بروز پديده نشت گاز در تاسيسات، خطوط لوله، شبكه هاي گاز رساني و منازل اعم از تو كار و يا رو كار وجود دارد و اگر در مكان هاي سربسته و محصور اتفاق بيفتد، مي تواند به حوادث ناگوار و خسارات غيرقابل جبران منجر گردد.
ضرورت و لزوم نظارت بر نشت گاز بر دو اصل زير مبتني است:
الف: به رغم تمام پيشگيري ها و پيش بيني هايي كه براي جلوگيري از بروز نشت در سيستم مشخص شده و اعمال مي گردد، باز هم امكان وقوع آن غيرممكن نيست و به عبارت ديگر همواره احتمال وقوع نشت وجود دارد.
ب: با توجه به آن كه هم به لحاظ ايمني و هم به دلايل اقتصادي نشت گاز پديده ي مطلوبي نيست لذا براي حصول اطمينان از نبود نشتي و يا رفع نشتي هاي ايجاد شده لازم است به طور جدي و مرتب سيستم هاي گازي تحت نظارت قرار گيرند.
2- علل نشت
نشت گاز به علل مختلف در لوله هاي گاز و تاسيسات گازي روي مي دهد كه مهمترين آن ها عبارت است از:
الف-خوردگي: در اثر نقص در عايق كاري و يا اجرا نكردن حفاظت كاتدي صحيح سطوح خارجي لوله ها، امكان بروز خوردگي وجود دارد. گرچه خوردگي ها به طور عمده در سطوح خارجي لوله ها اتفاق مي افتد ولي امكان بروز خوردگي داخلي چه در لوله ها و چه در ظروف عملياتي به علت وجود تركيبات خورنده اي مانند ئيدروژن سولفوره و آب نيز وجود دارد.
ب- سايش داخلي: در اثر وجود ناخالصي هاي همراه با گاز پديده ي سايش اتفاق مي افتد. به طور معمول در محل خم لوله ها و يا در شيرهاي كاهش دهنده ي فشار به علت افزايش سرعت گاز، ميزان سايش بيشتر است.
پ- عوامل خارجي: مانند ضربه هاي مكانيكي، تماس با كابل برق و يا جريانات القايي.
ت- نقص در ساختار متالوژيكي لوله، اتصالات، شيرها و ساير متعلقات
ث- نقص در اجرا و نصب شيرها و ساير اتصالات فلنجي و همچنين رزوه اي.
ج- نقص در جوش لوله ها و اتصالات جوشي.
3-روش هاي نشت يابي
الف- نشت يابي در لوله ها و اتصالات روكار: براي پيشگيري از وقوع نشت هاي احتمالي در لوله و اتصالات روكار اقدامات زير بايد به طور مرتب انجام شود.
1 مسير خطوط لوله گاز به صورت عيني بازرسي و با توجه به بو و صداي گاز، تحت نظارت هميشگي قرار گيرد.
2 هر شش ماه يك بار تمام مسيرها از نزديك بازرسي و سرجوش ها و اتصالات و شيرها به وسيله كف صابون نشت يابي شوند. در تاسيسات گازي نشت يابي به كمك دستگاه هاي گازسنج انجام مي شود.
3 هر دو سال يك بار كليه خطوط روكار گاز به وسيله بستن شيرها و جدا كردن قسمت هاي مختلف از يكديگر از نظر افت فشار بازبيني شود.
ب- نشت يابي در لوله هاي مدفون:
1 بازديد مسير لوله كشي: مسير لوله هاي گاز بايد به طور متناوب بازرسي شود و به محض احساس بوي گاز يا علايم نشان دهنده ي نشت گاز نسبت به بررسي دقيق تر آن اقدام كرده و در صورت اطمينان از وجود نشتي رفع شود.
2 نشت يابي دوره اي: در اين گونه نشت يابي كه در خطوط لوله كوتاه مانند لوله هاي زيرزميني گاز مربوط به كارخانه ها و مصرف كننده هاي تجاري توصيه مي گردد، هر دو سال يك بار تمام شيرهاي مصرف كننده بسته و فاشر محبوس داخل شبكه به دقت اندازه گيري و براي مدت چند ساعت امتحان شود و در صورت وجود افت فشار براي تعيين محل نشتي اقدام شود.
3 نشت يابي خطوط انتقال گاز: خطوط لوله ي سراسري انتقال گاز و شبكه هاي گازرساني به وسيله دستگاه ها نشت ياب «اف.آي.دي» نشت يابي مي شوند.
ج- دستگاه هاي نشت ياب«اف.آي.دي»
اين دستگاه ها وسايل بسيار حساسي هستند كه براي تشخيص نشت گاز در لوله هاي تو كار استفاده مي شود و انواع مختلفي از آنها وجود دارند. «اف.آي.دي» نوعي نشت ياب مورد استفاده در شركت ملي گاز است كه بر اساس يونيزاسيون شعله ي ئيدروژن كار مي كند؛ به اين صورت كه در داخل دستگاه يك محفظه احتراق با سوخت ئيدروژن وجود دارد كه هواي لازم را از محيط اطراف جذب مي كند و به محض ورود كمترين مقادير ئيدروكربن هاي گازي به داخل محفظه، يونيزاسيون محيط اطراف شعله تغيير مي كند و نتيجه به صورت علائم بصري و صوتي ديده مي شود.
ميزان نشت گاز هر قدر جزيي باشد سرانجام به سطح زمين خواهد رسيد، لذا اين دستگاه ها با دقت بالايي كه دارند قادر به تشخيص آن خواهند بود. دقت دستگاه هاي نشت ياب در حد جزء در ميليون«پي.پي.ام» و از حساسيت بالايي برخوردارند، به طوري كه هنگام استفاده در شهرها و يا محوطه هاي صنعتي بايد قبل از آن براي ميزان ئيدروكربن هاي موجود در هواي آن محيط، كاليبره شوند.
4- طبقه بندي نشت
نشتي ممكن است به يكي از راه هاي زير اتفاق افتد كه در هر صورت بايد به عنوان يك پديده ي خطرناك با آن مواجه شويم:
الف نشت تدريجي از سيستم لوله كشي گاز و يا وسايل گاز سوز كه در صورت انتشار در فضاي بسته به آرامي تجمع يافته و به حد اشتعال مي رسد. اين حالت به طور معمول در مواردي كه محوطه فاقد تهويه كافي باشد پيش مي آيد.
ب نشت ناگهاني با حجم زياد از سيستم لوله كشي و يا وسايل گازسوز كه در اثر شكستگي و يا بروز نقص مكانيكي و يا سهل انگاري اتفاق مي افتد و در مدت كوتاهي فضاي اطراف را اشغال و آماده ي انفجار مي كند. در مورد نشت هاي نوع اول، وجود دستگاه هاي گازياب ثابت مي تواند بسيار مفيد باشد و قبل از آن كه ميزان گاز در محيط به حد خطرناك نزديك شود با كمك اين دستگاه ها مي توان به وجود نشتي پي برد و آن را متوقف كرد و يا محوطه را تهويه نمود.در مورد نشت هاي گروه دوم بايد اقدام هاي ضربتي به مرحله ي اجرا درآيد و كوچك ترين غفلت در اين موارد موجب عواقب و خسارت هاي جبران ناپذير خواهد شد.
• نشت لوله هاي انتقال دهنده
براي انتقال مواد و سرويس هاي مختلف عملياتي بين تاسيسات و واحدهاي موجود در پالايشگاه از تعداد زيادي لوله با ابعاد مختلف استفاده شده است.لوله ها بسته به نوع سيال و يا گاز داخل آن ها مي تواند حوداث متفاوتي را ايجاد كند. حادثه زماني به وقوع مي پيوندد كه در اثر بروز نشتي قسمتي از محتويات داخلي لوله ها به بيرون سرايت كرده و محيط اطراف خود را آلوده سازد.نشت در لوله هاي انتقال دهنده بيشتر از ناحيه اتصالات و فلنج ها و يا در اثر سوراخ شدن بدنه ي لوله ها در اثر خوردگي داخلي، سايش و غيره، به وجود مي آيد.لذا در پالايشگاه ها براي پيشگيري از اين پديده بازرسي هاي منظم دوره اي و همچنين تنظيم و اندازه گيري ميزان خوردگي و سايش داخلي لوله ها با نصب كوپن هاي شاخص خوردگي در لوله ها انجام مي شود. علاوه بر اين در مواردي خاص نظير لوله هاي انتقال دهنده ي گاز ترش به منظور كاهش ميزان خوردگي از مواد بازدارنده ي خوردگي استفاده مي شود.
گازياب ها
گازياب ها وسايلي است كه وجود گاز را در غلظت هاي كمتر از حد پايين انفجار تشخيص داده و هشدار مي دهد. اين دستگاه ها در داخل خود داراي فيلامنت كاتاليستي از جنس پلاتين هستند كه در غلظت هاي زير حد انفجار مي تواند امكان تركيب گاز و اكسيژن را فراهم سازد و نسبت به ميزان غلظت گاز، دماي فيلامنت تغيير كرده و نتيجه به صورت تغيير مقاومت در يك مدار الكتريكي و پس از آن تغيير جريان حاصله به صورت علائم بصري آنالوگ يا ديجيتال بر روي صفحه ي نشانگر و علائم صوتي مشخص مي شود. اين دستگاه ها از نظر كاربردي به دو گروه زير تقسيم مي شوند:
1 گازياب هاي دستي و قابل حمل: اين نوع گازياب ها قابل حمل بوده و توسط افراد در مسير لوله گاز و يا محل هاي مورد نظر حركت داده مي شوند كه در صورت برخورد با هرگونه نشتي با توجه به حساسيت دستگاه، به وسيله ي علائم هشدار دهنده ي وجود گاز و ميزان آن را اعلام مي كند. كاربرد اين گونه گازسنج ها موارد زير است:
الف نظارت بر لوله هاي روكار از لحاظ وجود نشت هاي احتمالي.
ب اندازه گيري و حصول اطمينان از نبود گاز قبل از اقدام به جوشكاري بر روي خطوط لوله و يا ظروف عملياتي و يا هرگونه عمليات گرم ديگري كه در داخل تاسيسات گازي صورت مي گيرد.
ج براي اطمينان از نبود گاز در مكان هاي محصور مانند حوضچه ها، مخازن، موتورخانه و... قبل از ورود به آن ها.
2 گازياب هاي ثابت: اين نوع گازياب ها كه براي تشخيص گاز به طور دائمي به كار مي روند بيشتر در محيط هاي صنعتي، سالن ها يا كارگاه ها نصب مي شوند و به دو دسته تقسيم مي شوند:
الف گازياب هاي منفرد: اين نوع گازياب ها به صورت مستقل عمل نموده و بيشترين جنبه كاربرد آن ها غيرصنعتي است و در واحدهاي مسكوني، موتورخانه ها، ساختمان ها، آبدارخانه ها و... استفاده مي شود.گازياب هاي ثابت براي گاز طبيعي و ارتفاع بالا و براي گاز مايع در سطوح پايين نصب مي گردد.
ب گازياب هاي شبكه اي: اين سيستم از يك مركز كنترل اصلي و دستگاه هاي تشخيص دهنده و حساس به گاز تشكيل شده كه در نقاط مختلف تاسيسات نصب مي گردد. كاربرد عمده ي آن ها در سالن هاي تاسيسات، انبارها و يا محفظه هاي توربين ها است. تابلوي اصلي اين سيستم كه به تمام دستگاه هاي حس كننده ي گاز مرتبط است در اتاق كنترل و يا مركز آتش نشاني قرار مي گيرد و سنسور ها يا حس كننده ها در نقاطي از تاسيسات يا انبار نصب مي شود كه احتمال نشت گاز در آن محل ها وجود دارد. هر يك از سنسورها به محض تشخيص گاز با ارسال علامت به اتاق كنترل، كاربر را از محل و ميزان نشتي با خبر مي سازد.
• گازها و مواد خطرناك تاسيسات گازي
در فرآيند شيرين سازي گاز ترشي كه از چاه ها به پالايشگاه ها وارد مي شود يا در واحدهاي جانبي مانند گوگردسازي يا در ساير تاسيسات گازي با گازهاي خطرناك و مواد مختلفي سر و كار داريم. هر يك از آن ها به نوعي مي تواند باعث آلودگي محيط زيست شده يا سلامتي افراد را تهديد نمايد. در اين بخش به طور مختصر به ويژگي هاي بعضي از اين مواد و خطرهاي ناشي از آن ها اشاره مي شود.
• ئيدروژن سولفوره
گاز ئيدروژن كه به مقدار كم و به عنوان يك ماده سمي و ناخواسته همراه گاز ترش به پالايشگاه ها وارد مي شود، طي يك عمليات خاص و با استفاده از آمين در واحدهاي پالايش از گاز ترش جدا مي گردد. وجود مقادير جزيي در حد يك هزار«پي.پي.ام» از اين گاز در محيط، سلامت انسان را تهديد مي كند. لذا نشتي آن حتي به ميزان كم از ناحيه لوله هاي انتقال دهنده و يا ظروف عملياتي كه بيشتر در واحدهاي گوگرد سازي واقع شده مي تواند خطرهايي را براي سلامتي كاركنان داشته باشد. براي رفع آثار سوء زيست محيطي گاز ئيدروژن سولفوره آن را پس از تفكيك از گاز ترش به واحدهاي گوگرد سازي انتقال مي دهند و در آن جا طي يك دوره انجام واكنش هاي شيميايي به گوگرد تبديل مي شود.سپس گازهاي باقيمانده وارد كوره ي زباله سوز شده تا در آن جا پس از اكسيده شدن به صورت گازهاي كم خطر به محيط واردشود.
• تركيبات گوگردي
يكي از عناصر اصلي اين گروه، اكسيدهاي گوگردي است كه در پالايشگاه ها توليد شده و از مهم ترين عوامل آلوده كننده هوا است. ساير تركيبات گوگردي شامل گاز H2S كه بسيار خطرناك و كشنده است، كربونيل سولفيد و كربن دي سولفيد نيز در واحدهاي پالايشگاهي و تاسيسات جنبي آن ايجاد مي شود.
1-اكسيدهاي گوگردي:گاز سولفور دي اكسيد كه بيشتر در اثر سوخت هاي فسيلي مثل زغال سنگ مصرفي نيروگاه هاي حرارتي و پالايشگاه ها از راه سوختن گازهاي زائد مشعل اصلي در كارخانه هاي توليد اسيد سولفوريك و كودشيميايي و همچنين توسط اتومبيل ها توليد مي شود، يكي از آلوده كننده هاي عمده ي هوا است. اين گاز در قسمت فوقاني دستگاه تنفسي جذب شده و باعث تورم، تحريك و ترشح مخاط مي شود.
اگر غلظت گاز SO2 يك «پي.پي.ام» باشد، سبب انقباض مجراي تنفسي مي شود و در افراد آسمي يا داراي تنگي نفس حتي در غلظت هاي 0 25-0 5 PPM باعث ناراحتي ريوي مي گردد. در هواي مرطوب گاز SO2 به اسيد سولفوريك تبديل مي شود و خطر سوزش آوري و تحريك كنندگي آن به مراتب افزايش مي يابد.
اين گاز براي گياهان نيز زيان آور است و بنابراين حد مجاز آن كه در جدول«1» آمده براي گياهان خيلي كمتر از انسان و جانواران است.
گاز SO2 در غلظت بيست «پي.پي.ام» در محيط باعث سرفه و اشك چشم مي گردد و در غلظت سي «پي.پي.ام» جداي از اشك ريزي شديد چشم بوي آن بسيار ناخوشايند است. اين گاز در غلظت هاي صد تا دويست «پي.پي.ام»در هوا سلامتي انسان را به خطر مي اندازد، ولي در غلظت هاي شش صد تا هشت صد «پي.پي.ام» پس از چند دقيقه سبب مرگ مي شود.
2-ئيدروژن سولفوره: گازي است بسيار خطرناك با بوي تخم مرغ گنديده كه همراه با گاز ترش و از راه چاه هاي گوگردي به پالايشگاه وارد مي شود و معمولا طي عمليات شيرين سازي و تفكيك از گاز ترش به واحد گوگردسازي منتقل و در آن جا به گوگرد تبديل مي شود.
اين گاز در غلظت كم باعث سردرد و تهوع و در غلظت صد و پنجاه«پي.پي.ام» موجب ورم ملتحمه و سوزش غشاي بيني مي شود. همچنين در غلظت دويست«پي.پي.ام» بوي آن به خوبي قابل تشخيص نيست و باعث تحريك چشم و ريه مي گردد. در غلظت پانصد«پي.پي.ام» نيز چنانچه انسان براي پنج تا سي دقيقه در معرض آن قرار گيرد اسهال و التهاب به وجود مي آورد و تعادل فرد را مختل مي سازد. اين گاز به سرعت از ميان حفره هاي غشاي ريه عبور مي كند و وارد جريان خون مي شود و به علت اشكالات تنفسي در غلظت هزار«پي.پي.ام» سبب بيهوشي سريع مي شود و در صورتي كه خيلي سريع تنفس مصنوعي داده نشود شخص مي ميرد.اين گاز سنگين تر از هوا است و حد مجاز آن در محيط هاي پالايشگاهي و صنعتي 10«پي.پي.ام» است. مانند گاز طبيعي قابليت انفجار دارد ولي مرز پايين انفجار آن 4 3 درصد حجمي در هوا است.
• اكسيدهاي كربن
دو تركيب عمده ي آن دي اكسيدكربن و مونواكسيدكربن است كه به منابع توليد و ضررهاي هر كدام به طور جداگانه اشاره مي شود.
1- دي اكسيدكربن: اين گاز كه بيشتر در اثر احتراق سوخت هاي فسيلي در منازل و اتومبيل ها و سوختن گازهاي زائد در مشعل پالايشگاه ها و صنايع پتروشيمي و همچنين در نيروگاه هاي حرارتي و ساير صنايع توليد و به جو وارد مي شود،يكي از آلاينده هاي مؤثر در ايجاد پديده ي گلخانه اي است؛ تجمع گاز CO2 و بعضي ديگر از گازها در بالاي جو زمين يعني لايه ي تروفسفر مانند يك مانع شيشه اي در گلخانه عمل مي كند. يعني باعث مي شود پرتوهاي خورشيد از جو عبور كند ولي از خروج گرماي زمين به سطوح بالاي جو جلوگيري شود و بنابر اين گرم شدن و افزايش تدريجي دماي زمين را موجب مي شود.
گازهاي ديگري كه در پديد آمدن اثر گلخانه اي تاثير مي گذارند عبارتند از CFCS, NOXو SO2 كه توسط صنعت و در اثر استفاده از سموم كشاورزي به محيط وارد مي شود.
2-منوكسيد كربن: گازي است بي رنگ و بو و مزه كه وزن مخصوص آن نزديك به هوا (0.967gr cm3) است. اين گاز كه در اثر احتراق ناقص سوخت هاي فسيلي در منازل، اتومبيل ها، كارخانه ها، پالايشگاه ها و ساير صنايع توليد و سپس وارد جو مي شود از جمله گازهاي خطرناك براي سلامتي انسان ها است. مقدار كم آن باعث مشكلات تنفسي، سردرد و تحريك مخاط بيني مي شود. همچنين با هموگلوبين خون تركيب مي شود و تشكيل كربوكسي هموگلوبين مي دهد و ظرفيت حمل اكسيژن را در خون كاهش مي يابد. در صورتي كه غلظت اين گاز در محيط به هزار «پي.پي.ام» افزايش يابد ظرف مدت يك ساعت باعث بيهوشي و پس از چهار ساعت باعث مرگ خواهد شد. مخلوط اين گاز با هوا قابليت انفجار دارد و مرز پائين انفجار آن 12 5 درصد حجمي اين گاز در هوا است.
• مركاپتان ها
گازطبيعي كه به وسيله شبكه هاي شهري منتقل و به مصرف كنندگان خانگي و تجاري عرضه مي شود بايد به حدي بو دار باشد كه اگر گاز نشت يافته در فضا به مقدار يك پنجم حد پايين انفجار خود برسد، قابل تشخيص باشد، لذا به گاز كه در حالت طبيعي خود فاقد بو است به مقدار معين مواد بودار افزوده مي شود.مركاپتان ها كه جزو تركيبات آلي گوگرد دار است داراي بوي بسيار بدي است و به دليل همين ويژگي در صورت هرگونه نشتي گاز حس بويايي تحريك شده و تشخيص داده مي شود. فرمول شيميايي عمومي آن ها R-SH است كه R نشان دهنده بنيان ئيدروكربوري و S نشان دهنده گوگرد است.متداول ترين انواع آن بوتيل مركاپتان و ايزو پروپيل مركاپتان است كه از خاصيت بوداركنندگي زيادي برخوردار مي باشد. معمولا براي به دست آوردن خواص مطلوب تر از مخلوط دو يا چند نوع مركاپتان با نسبت هاي معين استفاده مي گردد. به طور مثال مركاپتان مصرفي براي تزريق به گاز طبيعي شهري از هشتاد درصد «آي.پي.ام»، ده درصد «تي.بي.ام» و ده درصد«ان.پي.ام» تشكيل يافته است. استنشاق اين مواد به ميزاني كه در گاز طبيعي تزريق مي شود اثر سويي براي انسان ندارد ولي در غلظت هاي زياد و محيط هاي بسته بسيار سمي و خطرناك است.
افرادي كه در ايستگاه هاي «سي.جي.اس» شهرها به مقتضاي شرايط كاري با اين گونه مواد روبرو هستند لازم است در زمان تزريق مواد به داخل دستگاه بودار كننده از حفاظت كننده ها نظير دستكش پلاستيكي، عينك مخصوص مواد شيميايي و ماسك تنفسي مناسب استفاده كنند و اگر مواد بودار كننده به هر علتي با پوست و يا چشم تماس پيدا كند، بايد فوري محل را با آب شستشو داده و در صورت ادامه ي سوزش و يا خارش به پزشك مراجعه كنند.
سولفور آهن:
سولفور آهن كه به عنوان يك ماده آتش زا شناخته مي شود بيشتر در جداره ي فلزي ظروف پالايشگاهي و خطوط انتقال گازي تشكيل مي شود كه در معرض دائمي گازهاي H2S همراه با گاز ترش قرار دارند. به تدريج اين ذرات سولفوري از ديواره ها جدا شده و در مسير حركت گاز در داخل فيلترها و يا بسترهاي كاتاليستي رسوب گذاري مي كنند.
اين مواد به محض قرار گرفتن در معرض اكسيژن هوا سريع واكنش نشان داده و شروع به كندسوزي مي كند. بنابراين هنگام باز كردن درب فيلترها و ظروف محتوي كاتاليست ها و يا زمان توپك راني در ايستگاه هاي دريافت توپك بايد تمهيدات خاص ايمني و مراقبت هاي ويژه رعايت شود تا از شعله ور شدن آن ها و خطرهاي ناشي از آن پيشگيري گردد.
• تزريق گاز
تزريق گاز به معناي جايگزيني گاز با هوا و يا گاز ديگر است. اصطلاح تزريق گاز هم در زمان تزريق گاز طبيعي به درون خطوط لوله و يا شبكه ها و تخليه هوا و هم در مورد تخليه ي گاز و جايگزيني آن با هوا به كار مي رود.براي اين كار مي توان از گازهاي خنثي مانند نيتروژن يا گاز كربنيك استفاده كرد كه متناسب با طول و قطر لوله مقدار گاز خنثي مورد نياز تغيير مي كند.تزريق به اشكال مختلفي انجام مي شود كه در زير مي آيد؛
• روش هاي تزريق
روش مستقيم: در اين روش هوا با گاز طبيعي درون لوله بدون واسطه و با توجه به حد سرعت مشخص، جايگزين خواهد شد و هوا در نقطه و يا نقاط مشخص در انتهاي هر مسير تخليه مي گردد. به نحوي كه حداقل اختلاط گاز را داشته باشد. بايد توجه كرد عاملي كه سبب به وجود آمدن حداقل اختلاط بين گاز و هوا مي شود حد سرعت مجازي است كه بايد در هنگام انجام عمليات تخليه رعايت گردد. بر همين اساس حداقل سرعت مجاز براي انجام عمليات تخليه مستقيم 2M Sec مي باشد. بايد دقت شود كه حداكثر سرعت مجاز براي انجام عمليات تخليه نبايد از 20M SECبيشتر باشد. لازم به ذكر است كه بايد از به كار بردن سرعت هاي كمتر و يا بيشتر از حد مجاز به شدت اجتناب شود.
روش غير مستقيم: در اين روش براي جلوگيري از اختلاط بين گاز و هوا، از گاز واسطه استفاده مي شود و به منظور جلوگيري از اختلاط گازها با يكديگر به سرعت هاي پايين تري نسبت به روش مستقيم تخليه گاز احتياج است. در اين روش به دليل وجود يك گاز واسطه ميان گاز طبيعي و هوا حداقل اختلاط بين آن ها به وجود مي آيد. به منظور به حداقل رساندن اختلاط بين گاز طبيعي، گاز واسطه و هوا معمولا خطوط انتقال، گاز واسطه را بين دو جاروپيگ (PIG برس دار) قرار مي دهند. در اين روش علاوه بر آن كه ميزان اختلاط بين گازها به حداقل مي رسد در اثر حركت جاروپيگ، آب باقيمانده در محل هاي LOW POINT خطوط لوله نيز تخليه مي شود.ضمن آن كه در اين حالت به گاز واسطه ي كمتري نياز است.
● اصول ايمني در تزريق :
قبل از شروع فرآيند تزريق گاز بايد از تمام مسيرها بازديد شود و از بسته بودن تمام شيرها، اطمينان حاصل کنيم. در صورتي که مسيرهاي لوله کشي طولاني و مقدار انشعاب ها زياد باشد لازم است که روي نقشه ي لوله کشي ترتيب و مراحل تزريق گاز براي مسيرها را با رنگ هاي مختلف و شماره گذاري مشخص نمائيم. شير تزريق گاز در هر مرحله، مسير مربوطه و شير تخليه با يک رنگ و يک شماره مشخص مي شود. توصيه مي شود صرف نظر از اندازه ي شبکه و تعداد انشعابات، راه اندازي و تزريق گاز بر اساس نقشه و کد گذاري هاي مذکور انجام شود. در عمليات تزريق گاز و تخليه ي هوا با استفاده از گاز طبيعي بايد ضمن رعايت کامل موارد ايمني و استفاده از افراد متخصص و با تجربه در اين زمينه، تمام وسايل و تجهيزات مورد نياز به ترتيبي مهيا شوند که در روش تزريق گاز براي هر پروژه تهيه شده است. جريان تزريق گاز و تخليه هوا بايد بدون وقفه ي زماني و تا عاري شدن کامل خط از هوا ادامه يابد و براي اطمينان از اين مورد در طول عمليات، اندازه گيري و آزمايش مخلوط خروجي از لوله تخليه با دستگاه گازسنج ضروري است .
پايگاه ملي داده هاي علوم زمين کشور- رو به پايان بودن انرژي هاي فسيلي دانشمندان را به فکر تامين انرژي هاي جايگزين انداخته است. انرژيهايي همچون باد، خورشيد، انرژي زمين گرمايي، انرژي هسته اي و هيدراتهاي گازي.
هيدارتهاي گازي اولين بار در سال ۱۹۶۹ در حفاريهاي نفتي مرز شرقي سيبري غربي کشف شد. هيدراتهاي گازي مولکول گازهاي سبکي مانند متان، اتان يا دي اکسيد کربن هستند که در شرايط خاصي با مولکولهاي آب ترکيب شده و ماده اي به شکل يخ معمولي را تشکيل مي دهد که به نام هيدرات گازي شناخته مي شود.
افزايش بهاي انرژي در دهه ۱۹۷۰ همزمان با کشف هيدراتهاي طبيعي باعث آغاز مطالعه گسترده اين ذخاير گرديد به طوري که در طول ۴۰ سال اخير بيش از ۷۰۰۰ مقاله در اين رابطه منتشر شده است.
هيدراتهاي گازي به عنوان منبع عظيم انرژي از اهميت ويژه اي برخوردار است. يک حجم از هيدرات گازي متان در فشار ۲۶ اتمسفر و صفر درجه سانتيگراد حاوي ۱۶۴ حجم گاز متان مي باشد.
اولين و مهمترين دليل مطالعه اين ماده در دنيا پتانسيل بالاي آن به عنوان يکي از منابع انرژي گازي است.
● تخمين نادرست ميزان ذخاير گازمخازن
منابع گازي که بالاي آنها منابع هيدرات گازي حضور دارند به دليل آزاد شدن گاز از هيدراتهاي گازي به درون مخزن، باعث تخمين نادرست ميزان ذخاير مي شود.
● تکنولوژي تبديل گاز طبيعي به هيدراتهاي گازي جهت انتقال
گاز طبيعي کنوني را نيز مي توان به جاي انتقال با تانکر به صورت هيدرات گازي ۱۶۴ برابر فشرده کرده و پس از انتقال دوباره در مقصد اين مخزن فشرده را باز و گاز را آماده مصرف کرد. از اين رو انتقال گاز طبيعي به صورت هيدراتهاي گازي توسط کشتي بسيار راحت و فوق العاده اقتصادي خواهد بود.
هيدراتهاي گازي چگونه و کجا تشکيل مي شوند
هيدراتهاي گازي در داخل رسوبات متخلخل (ماسه، سيلت ماسه اي، گراول) موجود در کف درياها تشکيل مي شوند. اين هيدراتها در سيالات موجود در فضاي بين دانه اي رسوبات عهد حاضر شکل مي گيرند.
براي تشکيل آنها به وجود آمدن حالت فوق اشباعي هيدروکربن هاي گازي امري ضروري است. معمولا اين شرايط داخل رسوبات در دماهاي پايين (۲- تا ۱۸) درجه سانتي گراد و فشارهاي بالا تشکيل مي شوند.
● اثرات مخرب هيدراتهاي گازي در درياها
آهنگ آزاد شدن اين گازها بايد در محاسبات زيست محيطي در نظر گرفته شود تا محاسبات آب و هوايي جهاني به واقعيت هر چه بيشتر نزديک شود.
آزاد شدن هيدراتهاي گازي در داخل رسوبات اقيانوسها و درياها به تدريج باعث افزايش CO۲ موجود در اتمسفر و هيدروسفر کره زمين شده و در درازمدت سبب افزايش شديد اثر گلخانه اي در اتمسفر و تغيير شرايط فيزيک و شيميايي محيط آبي بويژه pH و Eh در آب اقيانوسها مي شود.
لذا اين تغييرات موجب تغييرات شديد در اکوسيستم پهنه هاي آبي و از بين رفتن برخي از گونه هاي دريايي مي شود.
انفجار و خطرات ناشي از سريع آزاد شدن هيدراتهاي گازي در هنگام حفاريهاي دريايي بسيار جدي است. مچنين آزاد شدن هيدراتهاي گازي باعث لغزش رسوبات مناطق کم عمق کف دريا مي گردد.
● تحقيقات جهاني هيدراتهاي گازي
در سال ۱۹۸۲ بخش سازمان انرژي ايالات متحده آمريکا اولين برنامه تحقيقات علمي هيدراتهاي گازي را در ويرجينا آغاز کرد.
در حال حاضر کشورهاي کانادا، ژاپن، هند، روسيه به صورت گسترده در حال اکتشاف ذخاير هيدراتهاي گازي هستند. در کانادا و ژاپن هيدراتهاي گازي در مقياس پايلوت تبديل به گاز طبيعي شده اند.
در کشور ما هم سازمان هاي متولي از جمله سازمان زمين شناسي و اکتشافات معدني کشور و بويژه بخش زمين شناسي دريايي اين سازمان مطالعات خود را در اين زمينه آغاز کرده اند و در حال گسترش مطالعات خود هستند تا اين انرژي نو را بعنوان جايگزيني براي انرژي هاي فناپذير فسيلي معرفي کنند.
در مقياس صنعتي به دليل پاره اي از مشکلات فني، توليد اين ذخاير آغاز نشده اما به دليل حجم بالاي ذخاير اين ماده حياتي (تقريبا حدود سه برابر ذخاير فسيلي شناخته شده جهان) و سرمايه گذاري هاي گسترده، در آينده نزديک چرخه فرآوري و عرضه آنها به بازار مصرف آغاز خواهد شد.
● ذخائر زير زميني نفت و گاز
سوختهاي فسيلي شامل نفت و گاز در عمق سه تا چهار کيلومتري اعماق زمين و در خلل و فرج لايه هاي آن و با فشار چند صد اتمسفر بصورت ذخيره ميباشند. گازهاي طبيعي زيرزميني يا به تنهايي و يا به همراه نفت تشکيل کانسار (معدن) مي دهند. که در هر دو صورت از نظر اقتصادي بسيار گرانبها مي باشد. درصورت همراه بودن با نفت گازها در داخل نفت حل مي شوند، و عمدتا نيز بهمين صورت يافت ميگردد و در اين رابطه مولفه هاي فيزيکي مواد – حرارت و فشار مخزن تاثيرات مستقيم دارند و نهايتا درصورت رسيدن به درجه اشباع تجزيه شده و بلحاظ وزن مخصوص کمتر در قسمت هاي فوقاني کانسار و بر روي نفت يا آب به شکل گنبدهاي گازي (GAS DOME) قرار ميگيرند.گاهآ درمخازن گازهاي محلول در آب نيز مشاهده شده است
گاز متان در حرارت و فشار موجود درکانسارها متراکم نميگردد بنابراين هميشه بصورت گاز باقي مانده ولي در مخازني که تحت فشار بالا هستند بشکل محلول در نفت در ميايد . ساير اجزاي گاز طبيعي در مخازن نسبت به شرايط موجود در کانسار در فاز مايع يا فاز بخار يافت ميشوند. گازهاي محلول در نفت بمثابه انرژي و پتانسيل توليدمخزن بوده و حتي المقدور سعي ميگردد به روشهايي از خروج آنها جلوگيري گردد ولي در هر حال بسياري از گاز محلول در نفت در زمان استخراج همراه با نفت خارج ميگردد .در سالهاي پيش از انقلاب در صد بالايي از آن از طريق مشعل سوزانده ميشدو بهدر ميرفت ولي در سالهاي بعد تا بحال بتدريج و با اجراي طرهايي منجمله طرح آماک از آنها به عنوان توليدات فرعي استحصالي از ميادين نفت کشور بمنظور تزريق به مخازن نفتي - توليد مواد خام شيميايي و سوختي با ارزش استفاده مي کنند.
استخراج گاز
در ايران گاز طبيعي خام را از دو نوع چاه استخراج مينمايند .
۱) چاههاي مسقل گازي - از قبيل ميادين گاز پارس جنوبي – نار و کنگان – خانگيران - تابناک- حوزهاي شانون، هما، وراوي و ميدان گازي پازنان و غيره .
۲) چاههاي نفت - از قبيل ميادين اهواز – آغاجاري – مارون - گچساران – بي بي حکيمه - - رامشير و غيره .
● ترکيبات گاز طبيعي خام
۱) گاز طبيعي خام که از چاههاي مستقل گازي استخراج ميگردد و هنوز فرايندهاي سرچاهي و پالايشي را طي نکرده است عمدتا از هيدروکربور متان بعلاوه گاز اتان و همراه با هيدروکربورهاي ديگر( سنگين و مايع) مانند پروپان – بوتان - و هيدروکربورهاي سنگين تر يا چکيده نفتي (CONDENSATE) بعلاوه بنزين طبيعي ( NATURAL GASOLINE) و همچنين مقداري از ناخالصي هاي غير هيدروکربوري شامل بخار آب (H۲O), کربن دي اکسيد(CO۲) , کربن منواکسيد (CO), نيتروژن (N), هيدروژن سولفيد (H۲S), هليوم (HE) که درصد هر کدام بستگي به نوع مخازن دارد تشکيل شده است .
اين چاهها اصولا قادر به توليد در اندازه هاي تجاري بوده و محصول آنها با نام گاز غير همراه ( NON -ASSOCIATED GAS) نيز شناخته ميگردند گازهاي استخراجي از چاههاي مستقل گازي يا نفت همراه ندارند و يا مقدارنفت همراه آن بسيار ناچيز ميباشد.
گاز طبيعي خام استخراجي از چاههاي مستقل گازي با خود مقداري شن - ماسه و آب شور بهمراه دارد که قبل از ارسال به تاسيسات پالايشي در مجموعه تاسيسات سر چاهي و توسط ساينده ها از گاز جدا ميگردند.
دستگاههاي گرمکن موجود در نقاط مشخصي درطول خط لوله تا مرکز جمع آوري نيز مانع از انجماد بخار آّب موجود در گاز ميگردند زيرا در صورت نبود اين تجهيزات ترکيبات جامد و نيمه جامد هيدرات هاي گاز طبيعي احتمالي(کريستالهاي يخ) در روند کار سيستم گردآوري ايجاد مشکلات عديده مينمايند.
۲) گاز طبيعي خام از چاههاي نفت نيز بدو صورت استخراج ميگردد.
الف) در صورتي که گاز، محلول در نفت خام باشد گاز محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد.
ب) در تماس مستقيم ولي جدا از نفت باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) ناميده مي شود .
● مشخصات و مزيتهاي گاز طبيعي
گاز طبيعي(متان – CH۴) حاصل از عمليات فرآورش نهايي دارا ي مشخصات بدون رنگ – بدون بو و سبکتر از هوا ميباشد. ارزش حرارتي يک گاز، مقدار حرارتي است که در اثر سوختن يک مترمکعب آن گاز ايجاد مي شود که بدين ترتيب ارزش حرارتي هر متر مکعب متان تقريبا معادل ارزش حرارتي يک ليتر نفت سفيد ميباشد و به عبارت ديگر چنانچه يک فوت مکعب از آن سوزانده شود معادل با ۲۵۲ کيلو کالري انرژي حرارتي آزاد مينمايد که از اين لحاظ در مقايسه با ديگر سوختها بسيار قابل توجه ميباشد . هيدروکربنها با فرمول عمومي CnH۲n+۲ اجزاء اصلي گاز طبيعي بوده و منابع عمده انرژي ميباشند . افزايش اتمهاي کربن مولکول هيدروکربن را سنگينتر و ارزش حرارتي آن افزونتر ميسازد. ارزش حرارتي هيدروکربنهاي متان و اتان از ۸۴۰۰ تا ۱۰۲۰۰ کيلو کالري بازاي هر مترمکعب آنها مي باشد .
ارزش حرارتي هيدروکربن پروپان برابر با ۲۲۲۰۰ کيلو کالري بازاي هر مترمکعب آن مي باشد . ارزش حرارتي هيدروکربن بوتان برابر با ۲۸۵۰۰ کيلو کالري بازاي هر مترمکعب آن مي باشد . گاز طبيعي شامل ۸۵ درصد گاز متان و ۱۲ درصد گاز اتان و ۳ درصد گاز پروپان، بوتان، ازت و غيره مي باشد
گاز طبيعي حاصل از ميادين گازي سرخس حاوي متان بادرجه خلوص ۹۸ درصد ميباشد. ارجحيت ديگر گاز گاز طبيعي(متان – CH۴) به ساير سوخت ها آن است که گاز طبيعي تميز ترين سوخت فسيلي است زيرا نه تنها با سوختن آن گاز سمي و خطرناک منواکسيد کربن توليد نميگردد بلکه جالب است بدانيم که ماحصل سوخت اين گاز غالبا آب بهمراه حداقل ميزان دي اکسيدکربن در مقايسه با تمام سوختهاي فسيلي ميباشد .
در يک تحقيق از ميزان آلايندگي گاز طبيعي و ديگر سوخت هاي فسيلي يافته ها به شرح ذيل بودند . ميزان انتشار co۲ در گاز طبيعي ۶ ۵۳ درصد، پروپان ۶۷ درصد، بنزين ۷ ۷۲ درصد، نفت گاز ۷۶ ۲ درصد، نفت کوره ۳ ۷۹ درصد و زغال سنگ ۱ ۸۲ درصد به ازاي يک واحد گرما(Kg co۲ Gj) است لذا با توجه به موارد فوق مي توان از آن به عنوان سوخت برتر - ايمن و سالم در محيطهاي خانگي- تجاري و اداري که داراي فضاهاي بسته و محدود ميباشند استفاده نمود.
دماي احتراق خود به خود گاز طبيعي ۶۴۹ درجه سانتي گراد است. دماي جوش متان ۴۹ ۱۶۱ درجه سانتي گراد زير صفر است .فرايند تبديل گاز طبيعي به گاز مايع LN G در همين درجه حرارت صورت ميگيرد.
يکي از عوامل مهم و مؤثر در کامل سوزي گاز طبيعي و آبي سوزي شعله تامين هواي کافي است. ميزان هواي لازم جهت هر مترمکعب گاز طبيعي هنگام سوختن حدودأ ۱۰ مترمکعب ميباشد. آبي تر بودن شعله بمعني دريافت بهتر و بيشتر هوا مي باشد.
● فرآورش گازطبيعي
مجموعه عمليات پيچيده اي است شامل فرايندهايي بقرار و ترتيب ذيل که در جريان آن بتوان گاز طبيعي را که شامل عمدتا متان بعنوان اصليترين ماده و با درصد خلوص ۸۰ تا ۹۷ ميباشد را بعنوان محصول نهائي پالايش نمود, صمن آنکه در اين فرايندها علاوه بر استحصال گوگرد ترکيبات ارزشمند مايعات گازطبيعي (NATURAL GAS LIQUIds –NGL)شامل گاز مايع LPG)) و (CONDENSATE) که تمامآ در رديف اقلام صادراتي نيزبشمار ميايند جداسازي ميگردند.
● تفکيک گاز و نفت
▪ گاز همراه با نفت
گازي که همراه نفت است الزاما بايد از آن جدا شود تا نفت خالص و پايدار بدست آيد. در صورتي که نفت و گاز استخراجي از چاه مستقيما به مخازن ذخيره نفت هدايت گردند.بعلت سبک و فرار بودن گاز مقداري از آن از منافذ فوقاني مخزن ذخيره خارج شده و در ضمن مقداري از اجزاي سبک و گرانبهاي نفت را هم با خود خارج مي کند. از اين رو نفت را پس از خروج از چاه و پيش از آنکه به مخزن روانه گردد به درون دستگاه تفکيک نفت و گاز هدايت مي کنيم.
عمليات تفکيک گاز همراه از نفت خام اصولا با ابزار موجود در سر چاه و طي فرايندهاي سرچاهي ، انجام مي شود .اين عمل توسط دستگاهي بنام جداکننده سنتي که هيدرو کربورهاي سنگين و مايع را از هيدروکربورهاي سبکتر و گازي تفکيک مينمايد صورت ميگيرد. سپس اين دو هيدروکربن براي فرآورش بيشتر به مسيرهاي مجزايي هدايت شده تا عمليات تصفيه اي لازم برروي آنها صورت گيرد.
اين دستگاه به شکل يک استوانه قائم دربسته بوده که در آن با استفاده از نيروي گرانش ذرات گاز از هم باز و به اصطلاح منبسط مي گردد، و در اين ضمن از سرعت آن نيز کاسته مي شود. وقتي فشار و سرعت گاز به مقدار زيادي کاهش يافت بخش انبوهي از گاز ، از نفت جدا مي گردد. آنگاه گاز حاصل را توسط لوله بمخزن ديگري هدايت مي کنند گازي که از دستگاه جدا کننده خارج مي گردد، غالبا از نوع گاز تر بوده و حاوي مقدار زيادي بنزين سبک(طبيعي) نيز ميباشد. بنزين سبک (طبيعي) به لحاظ آنکه دارا ي ارزش فراواني ميباشد الزاما بايد در مراحل بعدي از گاز طبيعي جدا گردد .
▪ گاز محلول در نفت خام
در مواردي که گاز در نفت خام محلول است مقداري از آن به جهت ماهيت گاز و تحت تاثير کاهش فشار موجود در سر چاه از نفت جدا ميگردد و سپس اين دو گروه از هيدروکربنها براي فرآورش بيشتر هر يک به مجاري مخصوص بخود فرستاده مي شوند.
۱) تفکيک مايعات گازي
اين فرايند اولين مرحله از مجموعه عمليات پالايش گاز طبيعي خام ميباشد . در به عمل آوري مايعات گازطبيعي فرايندي سه مرحله اي وجود دارد. زيرا ابتدا مايعات (NGL) توسط جاذب NGL از گازطبيعي استخراج و سپس ماده جاذب طي فرايند دوم قابليت استفاده مجدد (مکرر) را در فرايند ابتدايي کسب مينمايد و نهايتا در فرايند سوم عناصر تشکيل دهنده و گرانبهاي اين مايعات نيز بايد از خودشان جدا سازي شده و به اجزاي پايه اي تبديل گردند . که اين فرايند در يک نيروگاه فرآورش نسبتا متمرکز بنام کارخانه گاز مايع بر روي مايعات حاصل انجام مي شود. بخش اعظم مايعات گازي درمحدوده بنزين و نفت سفيد مي باشد . ضمن آنکه ميتوان فرآورده هاي ديگري مانند حلال و سوخت جت و ديزل نيز از آن توليد نمود. مواد متشکله در مايعات گازطبيعي (NGL) عبارتند از .
۱- ۱) اتان - ماده اي است ارزشمند و خوراک مناسب جهت مجتمع هاي پتروشيمي و تبديل آن به ماده ايي با ارزش بيشتر به نام اتيلن و پلي اتيلن . گازطبيعي ميدان پارس جنوبي حدودآ حاوي شش درصد اتان ميباشد که با جداسازي آن و ساخت اتيلن و پلي اتيلن مزيت هاي اقتصادي فراواني براي کشورمان ايجاد مي شود. کاربردفناوري تفکيک اتان از مايعات گازي در ايران بسيار جديد است و هم اکنون در فازهاي ۴و۵ پارس جنوبي بکارگرفته ميشود
۱- ۲) گاز مايع (LPG) – گاز مايع عمدتآ شامل پروپان و بوتان بوده که آن را ميتوان با پالايش نفت خام نيز بدست آورد. ضمنآ در فرايند شکست ملکولي (کراکينگ) نفت خام و يا فرايند افزايش اکتان بنزين (ريفرم کاتاليستي) نيز اين ماده ارزشمند به صورت محصول جانبي حاصل مي شود . درصد پروپان و بوتان موجود در گاز مايع (LPG) که مصارف سوختي در خودرو (کمتر) و در منازل (بيشتر) دارد متغير بوده بطوري که در فصل گرم پروپان کمتر و در فصل سرد پروپان بيشتر خواهد بود در فصل سرد افزايش در صد پروپان به علت سبکتر بودن باعث تبخير بهتر سوخت ميگردد . معمولا درصد پروپان در گاز مايع بين ۱۰ الي ۵۰ درصد متغير است .
۱- ۳) کاندنسيت ( condensate) شامل ترکيبات سنگينتر از بوتان ( (C۴H۱۰ – مولکولهايي داراي اتمهاي کربن بيشتر و حالت مايع درشرايط اتمسفر را شامل ميگردند. اين ترکيبات را ميتوان بمنظور صادرات پس از تثبيت فشار بخار و تنظيم نقطه ي شبنم طبق مشخصات اعلام شده متقاضي (خريدار) به مخازن انتقال يافته و بمحض تکميل ظرفيت مخزن صادر شوند. ولي اين گروه از هيدرکربورها بلحاظ ارزشمندي بيشتري که نسبت به ديگر محصولات جدا شده دارند مقرون به صرفه است که طي فرايند ديگري در پالايشگاه کاندنسيت به سوختهايي تبديل گردد که تا کنون در پالايشگاههاي نفت از پالايش نفت خام حاصل ميگرديد ولي اينبار همراه با مزيتهايي که خواهد آمد . با توجه به اينکه پالايشگاه ۵۰۰ ميليون دلاري کاندنسيت (مايعات گازي) در امارات متحده عربي بخشي ازخوراک مورد نياز خود را از ايران تامين مينمايد و حجم فراوان مايعات گازي که با بهره برداري از فازهاي پارس جنوبي و ديگر پالايشگاههاي گاز کشور حاصل ميگردد، احداث پالايشگاه هاي کاندنسيت با امکاناتي شامل يک برج تقطيرو چند فرآيند تصفيه و ريفرمينگ کاتاليستي بنا به مزيتهاي موجود در ذيل بسيار حائز اهميت ميباشد .
۱) توليد بنزين بيش از دو برابر بنزين توليدي در پالايشگاههاي نفت.
۲) بدون توليد اندکي از نفت کوره و طبعا رفع مشکلات ناشي از توليد اين فراورده ضمن آنکه باقيمانده هاي تقطير مايعات گازي نيز به محصولات ميان تقطير و سبک تبديل ميگردد .
۳) در ازاي تخصيص نيمي از تجهيزان موجود در پالايشگاه هاي نفت خام به پالايشگاه کاندنسيت ميتوان محصولات با ارزش بيشتري توليد نمود .
۴) هزينه توليد هر واحد محصول دراين نوع پالايشگاه، بسيار پايين تراز پالايشگاه نفت خام است.
۵) ميزان سرمايه گذاري در مقايسه بااحداث پالايشگاه نفت خام حدوداً به نصف ميرسد.
۶) درصورتي که مجموعه مايعات گازي توليدي کشور به توليد بنزين و فراورده هاي ديگر اضافه شود، تا سال ۱۳۹۰ نيازي به واردات بنزين نخواهد بود.
درحال حاضر کليه مايعات گازي توليدي در دو بخش صنايع پتروشيمي و پالايشگاه ها جهت خوراک مورد استفاده قرارگرفته و بخش سوم آن نيز صادر ميگردد . مايعات گازي حاصل از پالايش گازهاي ترش نيز ترش بوده و حاوي درصد فراواني از هيدروژن سولفيد و مرکپتان ميباشد . بنابراين بعد از تقطير و تهيه فراورده ها نياز به فرايندهاي پالايشي جهت زدودن و ياکاستن از ميزان گوگرد و مرکپتان موجود دارند
هم اکنون پالايشگاه قديمي مايعات گازي در بندرعباس روزانه ۲۶۰ هزار بشکه نفت خام و ۲۰ هزار بشکه مايعات گازي را فرآورش ميکند . احداث پالايشگاه جديد مايعات گازي در بندرعباس به شرکت سرمايه گذاري نفت سپرده شده و مطالعات آن در حال انجام است. پالايشگاه جديد مايعات گازي در بندرعباس و با ظرفيت ۳۶۰ هزار بشکه احداث ميگردد . و تا کنون طراحي بنيادي و اخذ دانش فني آن طبق برنامه توسط شرکت ملي مهندسي و ساختمان نفت به پايان رسيده است .
قديميترين پروژه از اين دست پروژه واحدهاي تقطير مايعات گازي پالايشگاه گاز شهيد هاشمي نژاد(خانگيران) است که پيشينه ۲۰ ساله دارد . درآن زمان پيشنهاد داده شد که مايعات توليدي از ميادين شمال شرقي( خانگيران )در واحدهاي تقطير به فرآورده هاي نفتي همچون حلال هاي ويژه نفتي ، نفتا ، نفت سفيد و گازوئيل مرغوب تبديل شود. پروژه واحدهاي تقطير مايعات گازي خانگيران مورد تاييد برنامه ريزي تلفيقي شرکت ملي نفت ايران نيز قرارگرفت . شرکت ايتاليايي I.M.S در سال ۱۳۸۰طي يک مناقصه مسئوليت ساخت واحدهاي تقطير را بدست گرفت . اين شرکت در همان سال (۱۳۸۰ ) مشغول ساخت دستگاه هاي مربوطه شد که بنا به پيش بيني مجري وقت طرح هاي پالايش گاز شرکت ملي گاز ايران حداکثرتا يک سال بعدبه اتمام مي رسد . که خوشبختانه جديدآ خبر ها حکايت از راه اندازي اين تاسيسات دارد .
۲) حذف دي اکسيدکربن و سولفور
بعد از جداسازي مايعات گازي از گاز طبيعي خام دومين قسمت از فرآورش گاز نيز صورت ميگيرد که شامل جداسازي دي اکسيد کربن و سولفيد هيدروژن است. گازطبيعي بسته به موقعيت چاه مربوط مقادير متفاوتي از اين دو ماده را شامل ميگردد.
فرايند تفکيک سولفيد هيدروژن و دي اکسيد کربن از گازترش، شيرين کردن گاز ناميده مي شود. سولفيد هيدروژن و دي اکسيد کربن را ميتوان سوزاند و از گوگرد نيز صرفنظر نمود ولي اين عمل باعث آلودگي شديد محيط زيست ميگردد . با توجه به اينکه سولفور موجود در گاز عمدتآدر ترکيب سولفيد هيدروژن ((H۲S قرار داردحا ل چنانچه ميزان سولفيد هيدروژن موجود از مقدار ۷ ۵ ميليگرم در هر متر مکعب گازطبيعي بيشتر باشد به آن گاز ترش اطلاق ميگردد. وچنانچه از اين مقدار کمتر باشد نياز به تصفيه نميباشد.
سولفور موجود درگازطبيعي به علت دارا بودن بوي زننده و تنفس هاي مرگ آور و عامل فرسايندگي خطوط لوله انتقال، گاز را غير مطلوب و انتقال آن را پر هزينه ميسازد. تکنيکهاي مورد استفاده در فرايند شيرين سازي گاز ترش موسوم به «فرايند آمين» که متداولترين نوع در عمليات شيرين سازي ميباشد تشابه فراواني با فرايندقبل( جاذب NGL) و فرايند بعدي خود يعني نم زدايي توسط گلايکول دارند . مواد مورد استفاده دراين فرايند انواع محلول هاي آمين ميباشد. دراين نوع فرايندها اغلب از دو محلول آمين باسامي مونو اتا نو ل آمين (MEA) و دي اتا نو ل آمين (DEA ) استفاده ميگردد.
گاز ترش از ميان برجي که با محلول آمين پر شده است جريان داده ميشود .تشابه خواص ملکولي محلول آمين با سولفور موجود در سولفيد هيدروژن باعث ميگردد تا بخش عمده اي از مواد سولفوره جذب محلول گردد و سپس اين محلول با شرکت در فرايند ثانوي ضمن جداسازي از سولفيد هيدروژن جذب شده مجددا قابل بهره برداري در فرايند ابتدايي ميگردد . روش ديگري در رابطه با شيرين سازي گاز ترش با استفاده از جاذب هاي جامد براي جداسازي دي اکسيدکربن و سولفيد هيدروژن نيز وجود دارد. دي اکسيدکربن حاصل از فرايند از طريق مشعل وارد محيط شده و طبعآ آلودگي هايي از خود بجا ميگذارد که اجتناب ناپذير ميباشد . ولي سولفيد هيدروژن حاصل از فرايندقبل پس از انتقال به واحد گوگرد سازي با شرکت در فرايندي کاتاليستي و با واکنشهاي گرمايي بنام فرايند کلاوس سولفور موجودرا بصورت مايع آزاد مينمايد. مايع حاصل بعد ازانتقال به واحدديگري و بعد از عمليات دانه بندي و انبار ميشود.

دنياي ما پر از شگفتيهاست به هر طرف که نگاه کنيم يک چيز تازه و جالب در کمين نشسته است تا خود را به ما بشناساند. اما خيلي از موضوعاتي که ساده به نظر مير ...

مقدمه : از زمان تولد توربينهاي گازي امروزي در مقايسه با ساير تجهيزات توليد قدرت , زمان زيادي نمي گذرد . با اين وجود امروزه اين تجهيزات به عنوان سامانه ...

دنياي ما پر از شگفتي هاست به هر طرف که نگاه کنيم يک چيز تازه و جالب در کمين نشسته است تا خود را به ما بشناساند. اما خيلي از موضوعاتي که ساده به نظر مي ...

کربوهيدراتها ، منبع مهم غذايي اند. کربوهيدراتها همچنين به عنوان واحدهاي سازنده چربيها و نوکلئيک اسيدها عمل مي کنند. سلولز ، نشاسته و قند معمولي ، کربو ...

● انواع هوازدگي هوازدگي را با توجه به نوع تغييراتي که در سنگ صورت مي گيرد به انواع مکانيکي و شيميايي تقسيم مي کنند. ▪ هوازدگي مکانيکي در هوازدگي مکاني ...

کشور ما از لحاظ وجود مخازن هيدروکربوري جزء کشور هاي بسيار غني دنيا محسوب مي شود. ولي با وجود اين آگاهي ما دانشجويان زمين شناسي و ديگر هم وطنان درباره ...

● اطلاعات اوليه روش مقايسه از مشخصات اختر شناسي جديد است.براي مطالعه قوانين حاکم بر تکامل و ساختمان يک جسم فضايي ، پيدا کردن يک يا چند جسم مشابه آن در ...

▪ کانيهاي سنگين: سنگهاي آذرين و دگرگوني حاوي يک سري کانيهاي سنگين با وزن مخصوص بيشتر از ۲.۶۵ (وزن مخصوص کوارتز) و ۲.۵۶ تا ۲.۷۶ (وزن مخصوص فلدسپاتها) م ...

دانلود نسخه PDF - هيدرات هاي گازي