معالجة الغاز الطبيعي
معالجة الغاز الطبيعي هي مجموعة من العمليات الإنتاجية يتم فيها تنقية الغاز الطبيعي الخام بعد استخراجه من آبار الغاز ودفعه للسطح بواسطة الزيوت. بعد معالجته يكوّن غاز الميثان جلّ محتوى الغاز الطبيعي والذي تصبح خصائصه عند ذلك مختلفة إلى حد كبير عن خصائص الغاز الخام. يستخدم الغاز الطبيعي المعالج كوقود للاستهلاك السكاني والتجاري والصناعي.
بالإضافة إلى الميثان (CH4)، وهوأخف الهيدروكربونات وأقصرها، يحتوي الغاز الطبيعي الخام على كميات مختلفة من المركبات التالية:
- هيدروكربونات غازية أثقل كالإيثان (C2H6)، والبروبان (C3H8)، ومركبات ذات كتل جزيئية أثقل. بعد معالجة الغاز الخام وتنقيته تجمع جميع تلك المركبات كمنتج ثانوي ويطلق عليها اسم الغاز الطبيعي المسال.
- غازات حامضية كثاني أكسيد الكربون (CO2) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) وبعض المركبتانات مثل الميثان ثيول (CH3SH) وإيثان ثيول (C2H5SH).
- غازات أخرى: كالنيتروجين (N2) والهيليوم (He).
- الماء: على شكل بخار الماء والماء السائل.
- هيدركروبونات مسالة: مثل متكثف الغاز الطبيعي (والذي يعهد أحيانا بالبنزين الطبيعي) والنفظ الخام.
- الزئبق: قد يوجد الزئبق بكميات ضئيلة جدا معظمه بهيئته الخامة، وقد يحدث متحدا مع الكلور ومركبات أخرى.
قبل نقله يجب حتى ينقى الغاز الطبيعي الخام ليوافق المعايير المحددة من قبل شركات النقل والتوزيع عبر خطوط الأنابيب. وتختلف تلك المعايير بين خطوط النقل بناء على مواصفات الأنابيب المستخدمة والأسوق المستهدفة. بشكل عام، تحدد المعايير مواصفات الغاز من الجوانب التالية:
- أن يحقق قيمة حرارية معينة. ففي الولايات المتحدة مثلا، ينبغي حتى تكون تلك القيمة بحدود 41 ± 5% ميغا جول لكل متر مكعب من الغاز عند 1 ضفط جوي و0 درجة مئوية.
- أن تكون درجة حرارته عند التسليم أعلى من درجة ندى الهيدركربون لذلك الغاز، والتي تتكثف بعدها بعض الهيدركربونات في الغاز تحت الضغط الكائن في خطوط النقل مما قد يؤذي أنابيب النقل.
- أن تكون خالية من الدقائق الصلبة وحبيبات الماء السائل لتفادي التعرية والتآكل والأضرار الأخرى التي قد تسببها للأنابيب.
- أن تكون مجففة من الماء بشكل كافي لتفادي تشكل مركبات الميثان المائية سواء في منشأة المعالجة أوفي خطوط النقل.
- أن تكون نسبة كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والمركبتانات والنيتروجين وبخار الماء ضئيلة جدا.
- أن تكون نسبة الزئبق تحت النسبة الممكن قياسها (تقريبا 0.001 جزء حجمي لكل مليار جزء من الغاز) وذلك لتجنب الإضرار بالمعدات في منشأة المعالجة وفي خطوط النقل بسبب ما يحدثة الزئبق من التغام وهشاشة للألمنيوم والمعادن الأخرى.
منشأة معالجة الغاز الطبيعي
تتعدد طرق ترتيب وحدات المعالجة المتنوعة المستخدمة في معالجة الغاز الطبيعي الخام. ويعطي المخطط البياني المرفق في الأسفل التوزيع العام المستخدم عادة في عمليات معالجة الغاز المستخرج من آبار مستقلة. ويبين المخطط كيف من الممكن أن تتم معالجة الغاز حتى يصل إلى الأنابيب المخصصة لإيصال إلى سوق الاستهلاك. كما يوضح المخطط كيفية الحصول على المنتجات الثانوية التالية من عملية المعالجة:
- الغاز الطبيعي المتكثف.
- الكبريت
- الإيثان
- الغاز الطبيعي المسال (المتكون من البروبان والبنتان والهيدركربونات الأثقل والتي يشار إليها عادة بصيغة C5+).
عادة ما يجمع الغاز الطبيعي الخام من عدة آبار متجاورة حيث يتم تخليصه من الماء السائل الحر ومن متكثف الغاز الطبيعي. الماء المستخلص يتم التخلص منه كمياه عادمة، أما متكثف الغاز فيرسل إلى محطات تنقية النفط. بعد ذلك، يساق الغاز بواسطة الأنابيب إلى منشأة معالجة الغاز حيث تبدأ المعالجة عادة بإزالة الغازات الحامضية (كبريتيد الهيدورجين وثاني أكسيد الكربون). ومع حتى هنالك الكثير من العمليات الصناعية المتوفرة لهذه الغاية إلا حتى المعالجة الأمينية هي الأكثر استخداما. لكن في السنوات العشر الأخيرة ظهرت عملية تستخدم الأغشية النافذة المصنوعة من المبلمرات تلاقي قبولا في المنشآت حيث تستخدم لإزالة الماء وثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين من الغاز.
ترسل الغازات الحامضية المستخلصة من الغاز إلى وحدة معالجة الكبريت التي تحول كبريتيد الهيدروجين الموجود في الغاز الحامضي إلى عنصر الكبريت. يمكن تحقيق ذلك بطرق مختلفة أكثرها شيوعا هووحدة كلاوس. الغازات الناتجة من وحدة كلاوس عادة تسمى "الغازات المتخلفة" وتخضع لعمليات معالجة إضافية في وحدة معالجة الغازات المتخلفة لاستخلاص ما تسرب من المواد المحتوية على الكبريت وإعادتها إلى وحدة كلاوس. وكغيرها، فإن عملية معالجة الغازات المتخلفة يمكن حتى تتم باستخدام طرق مختلفة منها المعالجة الأمينية. أما الغاز العادم الناتج من منشأة معالجة الغازات المتخلفة فيتم حرقه ويطلق إلى الهواء حيثقد يكون محتويا على الماء وثاني أكسيد الكربون.
بعد التخلص من الغازات الحامضية يرسل الغاز الطبيعي إلى وحدة التجفيف للتخلص من بخار الماء الموجود في الغاز. وتتم عملية التخلص من الماء إما بالامتصاص في مادة ثلاثي الغلايكول «TEG» أوالامتزاز بالضغط المتأرجح وهي عملية تعتمد على مواد ممتزة صلبة. في كلا العمليتين تجفف المادة المستخدمة للتخلص من الماء ويعاد استخدامها من جديد. وقد يلجأ إلى عمليات أخرى للتجفيف مثل استخدام الأغشية النافذة، والتي تسبب انخفاض أكبر في الضغط، أوالتجفيف عند سرعات فوق صوتية، مثل عملية.«Twister Supersonic Separator»
بعد ذلك يزال الزئبق باستخدام عمليات امتزازية (كما يبين الرسم البياني بالأسفل) باستخدام مواد مثل الكربون المنشط أومناخل جزيئية.
المستوى التالية يتم فيها إزالة النيتروجين باستخدام إحدى الطرق الثلاثة المشروحة في الشكل البياني وهي:
- عملية التبريد العميق التي تعتمد على التقطير على درجات حرارة منخفضة. ويمكن استعمال هذه الطريقة للتخلص من الهيليوم إذا لزم.
- عملية الامتصاص باستخدام الزيت المفتقر أومذيب خاص.
- عملية الامتزاز باستخدام الكربون المنشط أوالمناخل الجزيئية كعوامل ممتزة. ويشار حتى استخدام هذه العمليات محدود لما تحدثه من ضياع بعض البيوتان والهيدروكربونات الأثقل.
بعد ذلك، تكون عملية استخلاص الغاز الطبيعي المسال والتي تتم في أغلب منشآت معالجة الغاز الكبيرة الحدثية بواسطة التقطير على درجات حرارة فائقة البرودة يتم فيها تخفيف الضغط الغاز باستخدام موسعات التربوقبل تقطيرها في برج تقطير إزالة الميثان. بعض المنشآت تستخدم الامتصاص بواسطة الزيت المفتقر بدلا من عملية التوسع الفائقة البرودة.
الغاز الناتج بعد عملية استخلاص الغاز الطبيعي المسال المنتج النهائي من الغاز الجاهز للترويج للاستهلاك النهائي.
الغاز الطبيعي المسال المستخلص يمرّر من خلال منظومة تقطير تحتوي على ثلاثة أبراج تقطير بالتوالي: برج لاستخلاص الإيثان، حيث ينبعث غاز الإيثان من أعلى البرج ويرسل السائل المتجمع في أسفل البرج إلى برج استخلاص البروبان، حيث يأخذ البروبان من أعلى البرج ويرسل المتبقي إلى برج استخلاص البيوتان. الغاز المنبعث من هذا البرج تعبير عن مزيج من البيوتان والأيزوبيوتان، وما يخرج من أسفل البرج فخليط من البنتان وهيدروكربونات أخرى أثقل. يكوّن البروبان والبيوتان والبنتان والهيدروكربونات الأثقل، بعد تحليتها في وحدة ميركس لتحويل عناصر الميركبتان الضارة إلى ثنائيات الكبريت، بالإضافة إلى الإيثان الناتج الثانوي من الغاز الطبيعي المسال.
المراجع
- ^ UOP website page
- ^ Dehydration of Natural Gas by Prof. Jon Steiner Gudmundsson, Norwegian University of Science and Technology
- ^ Glycol Dehydration (includes a flow diagram)
- ^ by Bourke, M.J. and Mazzoni, A.F., Laurance Reid Gas Conditioning Conference, Norman, Oklahoma, March 1989.
- ^ Using Gas Geochemistry to Assess Mercury Risk, OilTracers, 2006
- ^
- ^
- ^
- ^
- ^
- ^ Molecular Sieves (includes a flow diagram of a PSA unit)
- ^ Gas Processes 2002, Hydrocarbon Processing, pages 84-86, May 2002 (schematic flow diagrams and descriptions of the Nitrogen Rejection and Nitrogen Removal processes)
- ^ Advanced Extraction Technology Inc. website page
- ^ Advanced Extraction Technology Inc. website page
- ^ Gas Processes 2002, Hydrocarbon Processing, pages 83-84, May 2002 (schematic flow diagrams and descriptions of the NGL-Pro and NGL Recovery processes)
وصلات خارجية
- معالجة الغاز الطبيعي مباديء وتقنية معالجة الغاز الطبيعي شرح تفصيلي ومعمق من د. يونغر من جامعة كالغاري في ألبرتا، كندا.
- معالجة الغاز الطبيعي مسقط تقوم عليه جمعية منتجي الغاز الطبيعي.
- معالجة الغاز الطبيعي (جزء من منشورات وكالة حماية البيئة الأمريكية).
- منشآت معالجة الغاز الطبيعي من مسقط وزارة النقل الأمريكية.
