مقاله جداسازی گاز طبیعی از نفت خام

نفت و گاز

سوخت های فسیلی شامل نفت و گاز در عمق سه تا چهار کیلومتری اعماق زمین و در خلل و فرج لایه های آن و با فشار چند صد اتمسفر بصورت ذخیره میباشند. گازهای طبیعی زیرزمینی یا به تنهایی و یا به همراه نفت تشکیل کانسار (معدن) می دهند. که در هر دو صورت از نظر اقتصادی بسیار گرانبها می باشد. درصورت همراه بودن با نفت گازها در داخل نفت حل می شوند، و عمدتا نیز بهمین صورت یافت میگردد و در این رابطه مولفه های فیزیکی مواد – حرارت و فشار مخزن تاثیرات مستقیم دارند و نهایتا درصورت رسیدن به درجه اشباع تجزیه شده و بلحاظ وزن مخصوص کمتر در قسمت های فوقانی کانسار و بر روی نفت یا آب به شکل گنبدهای گازی (GAS DOME) قرار میگیرند.گاهآ درمخازن گازهای محلول در آب نیز مشاهده شده است

گاز متان در حرارت و فشار موجود درکانسارها متراکم نمیگردد بنابراین همیشه بصورت گاز باقی مانده ولی در مخازنی که تحت فشار بالا هستند بشکل محلول در نفت در میاید . سایر اجزای گاز طبیعی در مخازن نسبت به شرایط موجود در کانسار در فاز مایع یا فاز بخار یافت میشوند. گازهای محلول در نفت بمثابه انرژی و پتانسیل تولیدمخزن بوده و حتی المقدور سعی میگردد به روشهایی از خروج آنها جلوگیری گردد ولی در هر حال بسیاری از گاز محلول در نفت در زمان استخراج همراه با نفت خارج میگردد .

در سال های پیش از انقلاب در صد بالایی از آن از طریق مشعل سوزانده میشدو بهدر میرفت ولی در سالهای بعد تا بحال بتدریج و با اجرای طرهایی منجمله طرح آماک از آنها به عنوان تولیدات فرعی استحصالی از میادین نفت کشور بمنظور تزریق به مخازن نفتی – تولید مواد خام شیمیایی و سوختی با ارزش استفاده می کنند.

استخراج گاز

در ایران گاز طبیعی خام را از دو نوع چاه استخراج مینمایند .

1. چاه های مسقل گازی – از قبیل میادین گاز پارس جنوبی – نار و کنگان – خانگیران – تابناک- حوزهای شانون، هما، وراوی و میدان گازى پازنان و غیره .
2. چاه های نفت – از قبیل میادین اهواز – آغاجاری – مارون – گچساران – بی بی حکیمه – – رامشیر و غیره .

چکیده

1 – گاز طبیعی خام که از چاههای مستقل گازی استخراج میگردد و هنوز فرایندهای سرچاهی و پالایشی را طی نکرده است عمدتا از هیدروکربور متان بعلاوه گاز اتان و همراه با هیدروکربورهای دیگر( سنگین و مایع) مانند پروپان – بوتان – و هیدروکربورهای سنگین تر یا چکیده نفتی (CONDENSATE) بعلاوه بنزین طبیعی ( NATURAL GASOLINE) و همچنین مقداری از ناخالصی های غیر هیدروکربوری شامل بخار آب (H2O), کربن دی اکسید(CO2) , کربن منواکسید (CO), نیتروژن (N), هیدروژن سولفید (H2S), هلیوم (HE) که درصد هر کدام بستگی به نوع مخازن دارد تشکیل شده است .

این چاهها اصولا قادر به تولید در اندازه های تجاری بوده و محصول آنها با نام گاز غیر همراه ( NON -ASSOCIATED GAS) نیز شناخته میگردند گازهای استخراجی از چاههای مستقل گازی یا نفت همراه ندارند و یا مقدارنفت همراه آن بسیار ناچیز میباشد.

گاز طبیعی خام استخراجی از چاههای مستقل گازی با خود مقداری شن – ماسه و آب شور بهمراه دارد که قبل از ارسال به تاسیسات پالایشی در مجموعه تاسیسات سر چاهی و توسط ساینده ها از گاز جدا میگردند.

دستگاههای گرمکن موجود در نقاط مشخصی درطول خط لوله تا مرکز جمع آوری نیز مانع از انجماد بخار آّب موجود در گاز میگردند زیرا در صورت نبود این تجهیزات ترکیبات جامد و نیمه جامد هیدرات های گاز طبیعی احتمالی(کریستالهای یخ) در روند کار سیستم گردآوری ایجاد مشکلات عدیده مینمایند.

2 – گاز طبیعی خام از چاههای نفت نیز بدو صورت استخراج میگردد.

• الف – در صورتی که گاز، محلول در نفت خام باشد گاز محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد.
• ب – در تماس مستقیم ولی جدا از نفت باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) نامیده می شود .

مشخصات و مزیتهای گاز طبیعی

گاز طبیعی (متان – CH4) حاصل از عملیات فرآورش نهایی دارا ی مشخصات بدون رنگ – بدون بو و سبکتر از هوا میباشد. ارزش حرارتی یک گاز، مقدار حرارتی است که در اثر سوختـن یک مترمکعب آن گاز ایـجاد می شود که بدین ترتیب ارزش حرارتی هر متر مکعب متان تقریبا معادل ارزش حرارتی یک لیتر نفت سفید میباشد و به عبارت دیگر چنانچه یک فوت مکعب از آن سوزانده شود معادل با 252 کیلو کالری انرژی حرارتی آزاد مینماید که از این لحاظ در مقایسه با دیگر سوختها بسیار قابل توجه میباشد . هیدروکربنها با فرمول عمومی CnH2n+2 اجزاء اصلی گاز طبیعی بوده و منابع عمده انرژی میباشند . افزایش اتمهای کربن مولکول هیدروکربن را سنگینتر و ارزش حرارتی آن افزونتر میسازد. ارزش حرارتی هیدروکربنهای متان و اتان از 8400 تا 10200 کیلو کالری بازای هر مترمکعب آنها می باشد .

ارزش حرارتی هیدروکربن پروپان برابر با 22200 کیلو کالری بازای هر مترمکعب آن می باشد . ارزش حرارتی هیدروکربن بوتان برابر با 28500 کیلو کالری بازای هر مترمکعب آن می باشد . گاز طبیعی شامل 85 درصد گاز متان و 12 درصد گاز اتان و 3 درصد گاز پروپان، بوتان، ازت و غیـره می باشد

گاز طبیعی حاصل از میادین گازی سرخس حاوی متان بادرجه خلوص 98 درصد میباشد. ارجحیت دیگر گاز گاز طبیعی(متان – CH4) به سایر سوخت ها آن است که گاز طبیعی تمیز ترین سوخت فسیلی است زیرا نه تنها با سوختن آن گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمیگردد بلکه جالب است بدانیم که ماحصل سوخت این گاز غالبا آب بهمراه حداقل میزان دی اکسیدکربن در مقایسه با تمام سوختهای فسیلی میباشد .

در یک تحقیق از میزان آلایندگی گاز طبیعی و دیگر سوخت های فسیلی یافته ها به شرح ذیل بودند . میزان انتشار co2 در گاز طبیعی 6/53 درصد، پروپان 67 درصد، بنزین 7/72 درصد، نفت گاز 76/2 درصد، نفت کوره 3/79 درصد و زغال سنگ 1/82 درصد به ازای یک واحد گرما(Kg co2/Gj) است لذا با توجه به موارد فوق می توان از آن به عنوان سوخت برتر – ایمن و سالم در محیطهای خانگی- تجاری و اداری که دارای فضاهای بسته و محدود میباشند استفاده نمود.

دمای احتراق خود به خود گاز طبیعی 649 درجه سانتی گراد است. دمای جوش متان 49/ 161 درجه سانتی گراد زیر صفر است .فرایند تبدیل گاز طبیعی به گاز مایع LN G در همین درجه حرارت صورت میگیرد.

یکی از عوامل مهم و موثر در کامل سوزی گاز طبیعی و آبی سوزی شعله تامین هوای کافی است. میزان هوای لازم جهت هر مترمکعب گاز طبیعی هنگام سوختن حدودا 10 مترمکعب میباشد. آبی تر بودن شعله بمعنی دریافت بهتر و بیشتر هوا می باشد.

فصل اول

آشنایی با سیستم های تفکیک و جداسازی گاز شرکت نفت

تفکیک :

هدف از عمل تفکیک جداکردن گاز از نفت بمنظور تقلیل فشار وبوجود آوردن امکاناتی است که بتوان از نقطه نظر انتقال و صرفه جوئی اقتصادی درصد افزایش محصولات مورد انتظار را بیشتر نمود .

در محل هائی که فشار جریان نسبتاً زیاد است ، غالباً عمل تفکیک گاز از نفت در مراحل متعدد صورت می گیرد .

امروزه عمل تفکیک گاز و نفت معمولاً درچهار مرحله انجام میشود ، مواردی که لازم است برای جداسازی گوگرد و یا آب موجود در نفت ، و نمک زدائی ، دستگاههای دیگری در کنار دستگاههای تفکیک قرار داد . البته در بعضی از کارخانه ها بعلت کمبود فشار نفت عملیات تفکیک در مراحل کمتری انجام میشود . در طرح سیستمی جهت انجام عمل تفکیک در مراحل کمتری انجام

می شود . در طرح سیستمی جهت انجام عمل تفکیک باید مقدار جریان خروجی محصول چاه از منبع . وزن مخصوص و اوضاع منبع مانند فشار . درجه حرارت و میزان آب موجود در نفت و فشار عملیاتی دستگاههای تفکیک را می بایست در نظر داشت .

عواملی که در امر تفکیک موثرند ، عبارتند از ، گنجایش جداکننده . اندازه شیرها و لوله های ورودی و خروجی نفت و گاز ، فشار عملی تفکیک ، ارتفاع سطح مایع و حرارت محیط اندازه یک جدا کننده و شکل هندسی و وسائلی که درون آن بکار رفته میتواند در چگونگی عمل تفکیک موثر بوده و ظرفیت آنرا به نسبت تغییر دهد . و اندازه لوله و شیرهای ورودی و خروجی گازو نفت طوری انتخاب و تعبیه می شوند که متناسب با ظرفیت دستگاه تفکیک باشند . بنابراین وقتی جدا کننده با ظرفیتی برای نفتی با خصوصیات معین سفارش داده شد ساخته می شود و در امر بهره برداری از آن و چگونگی عمل تفکیک و میزان بهره دهی آن و عواملی چون فشار عملی ، سطح مایع و حرارت محیط می توانند موثر باشند .

دو عامل از عوامل ذکر شده را می توان با در نظر گرفتن G.O.R (نسبت گاز به نفت) و فشار جریان ، تنظیم و کنترل نمود : نگهداری ارتفاع سطح مایع و تنظیم و کنترل فشار .

سطح مایع :

یک ظرف را در نظر بگیرید که از یک طرف مایع وارد آن شده و از سوی دیگر خارج شود و فرض کنید که اندازه لوله های ورودی و خروجی آن یکی باشد

در صورتی که لوله خروجی این ظرف بوسیله شیری بسته باشد و مایع را از طریق لوله ورودی وارد ظرف سازیم ، سطح مایع در ظرف تا حدی بالا خواهد رفت که ظرف پر از مایع شود .

حال اگر شیر خروجی را باز و شیر ورودی آنرا ببندیم : سطح مایع در ظرف آنقدر پائین خواهد آمد تا ظرف خالی شود و چنانچه در ضمن خالی کردن ظرف و هنگامیکه سطح مایع به نیمه ظرف رسید ، شیر ورودی را هم باز کنیم بطوریکه مقدار مایع ورودی و خروجی مساوی شود ، سطح مایع در ظرف ثابت خواهد ماند مگر اینکه در مقدار مایع ورودی و یا خروجی تغییری داده شود . بنابراین میتوان سطح مایع را در ظرف با کم و زیاد کردن نفت ورودی ویا خروجی تغییر داد و یا کنترل نمود .

یکی دیگر از عواملی که در کنترل و یا تغییر سطح مایع در ظرف موثر است ، نیروئی است که اگر به سطح مایع وارد آید باعث ازدیاد سرعت و حرکت ملکولی در لوله خروجی مایع خواهد شد . حال اگر بتوان چنین وضعیتی را با کم و یا زیاد کردن فشار بر سطح بوجود آورد ، نتیجتاً مایع کندتر ویا سریعتر از ظرف خارج خواهد شد و سطح مایع در ظرف تغییر خواهد کرد .

فشار علاوه بر نگهداری سطح مایع . خود میتواند در کیفیت و چگونگی گاز حاصله موثر باشد ، معمولاً گازهای سبکتر در فشارهای بالاتر و گازهای سنگین تر در فشارهای کمتر تفکیک می شوند.

تغییر درجه حرارت محیط و تاثیر آن در عمل تفکیک :

اگر در یک ظرف سربسته محتوی گاز ، درجه حرارت بالا رود سرعت مولکولها و فاصله مولکولی افزایش یافته و باعث ایجاد فشار بیشتری میگردد .

در مایعات مولکول ها بوسیله نیروهای جاذبه بین مولکولی باهم در تماس بوده و در عین حال دائماً در حرکتند و بر روی هم می غلطند . این حرکت و جنبش دائمی موجب میشود که تعدادی از مولکول های سطح مایع که از یک طرف آزاد هستند ، محیط را ترک کنند و از ظرف خارج شوند .

حال اگر یک ظرف سربسته دا در نظر بگیریم و قسمتی از آن را پر از مایع کنیم ، در صورت زیاد شدن درجه حرارت مایع ، حرکت مولکولها سریعتر شده و مولکولهای بیشتری از سطح مایع خارج می شود . این مولکولها که موجب ایجاد فاز گاز می شوند . در اثر برخورد بر جدار ظرف فشار بیشتری بوجود می آورند . بنابراین در صورتی که حجم ثابت باشد فشار بخار مایع در درجه حرارت بالاتر بیشتر و در درجه حرارت پائین تر کمتر است .

مولکول های موجود در فاز گاز همیشه سعی دارند وارد محیط مایع شوند و بزرگترین عاملی که می تواند در انجام این عمل موثر باشد ، کم شدن ناگهانی درجه حرارت است و در صورتی که چنین وضعی پیش آید از حجم گاز کاسته شده و حجم مایع زیاد می شود .

در یک مرحله تفکیک نفت از گاز که حجم جدا کننده ثابت است و فشار و سطح مایع آن در حد معینی تنظیم شده ، کم شدن ناگهانی درجه فشار دستگاه کم می شود برای نگه داشتن فشار باید از میزان گاز خروجی آن کم نمود و چون حجم مایع زیاد می شود . سطح مایع نیز بالا خواهد رفت وبرای برگرداندن سطح مایع به حالت اولیه می بایست مقدار مایع خروجی را بیشتر نمائیم . در مورد زیاد شدن حرارت محیط عکس این مسئله نیز صادق است .

در طرح ساختمان یک ظرف جدا کننده ، حداکثر مقدار گاز و نفتی را که می خواهند تفکیک کنند در نظر می گیرند و اندازه لوله و شیر خروجی گاز طوری طرح ریزی می شود که بتواند ده درصد بیش از مقدار حداکثر گاز تفکیکی آن را از جدا کننده خارج نماید ، که این خود به این دلیل است که در صورت زیاد شدن درجه حرارت محیط و استفاده از حد اکثر ظرفیت . تفکیک کننده ، بتواند مانع ایجاد فشار بیشتر گردد و عمل تفکیک را دچار اشکال نسازد.

در صورتیکه جداکننده ای در حال تفکیک گاز و نفت در حداکثر میزان تعیین شده باشد و ناگهان درجه حرارت محیط کم شود ، مقداری از مولکول های گاز در لوله ای که نفت را از چاه به ظرف جداکننده هدایت می کند به مایع تبدیل شده و در نتیجه حجم مایع ورودی به دستگاه تفکیک زیاد شده و بعلت کم شدن مولکول های گاز فشار نیز کم می شود و سطح مایع در دستگاه بالا می رود و چون لوله و شیر خروجی نفت نمی تواند مایع را بیش از حد معین عبور دهد ، سطح نفت تا حدی بالا می رود که اولاً عمل تفکیک بخوبی انجام نمی گیرد و ثانیاً مقداری از قطرات نفت همراه گاز از لوله خروجی گاز خارج می شود در چنین موردی حتماً می بایست از مقدار نفت ورودی بدستگاه تفکیک کاسته شود .