المساعد الشخصي الرقمي

مشاهدة النسخة كاملة : تجفيف الغاز الطبيعي - الجزء الأول - Natural Gas Dehydration


Eng. Hasan
10-19-2011, 09:58 PM
تجفيف الغاز الطبيعي


http://www.alwasatnews.com/data/2008/2260/images/bus-m-1.jpg

يحتوي الغاز الطبيعي الأتي من حقول الإنتاج إضافة إلى الغازات الحامضية كغاز H2S و CO2 على شوائب أخرى كالماء
وتختلف كمية الماء في الغازات الهيدروكاربونية تبعا للضغط ودرجة الحرارة ..
والماء إما أن يكون على شكل قطرات سائلة أو بخار ماء..
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: لماذا يُزال الماء من 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

المواد المانعة لتكوين الهيدرات:
إن الطريقة المثالية لحماية الأنابيب والأجهزة من الهيدرات 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 لاتعتبر 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 الجزيئات المنخلية 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 ، وأهم ما يميز هذه العوامل :
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.

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 .
- لايتأثر بالحرارة العالية على أن لايتجاوز 210 مْ . كما أنه يتميز بثباته ضد التحلل الكيميائي.
- ضغطه البخاري واطئ .
- متوفر وبأسعار 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 OH(C2H4)OH
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 OH(C2H4O)2H
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 OH(C2H4O)3H
يمتاز التراي اثلين كلايكول بدرجة انحلال عاليــة تصل الى 206 درجة 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 OH(C2H4)4H
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.

الخصائص الفيزيائية لأنواع الكلايكول
http://www.iraqup.com/up/20111019/7SE1p-3vjG_623262595.jpg


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 ؟
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.






هذي نبذة مختصرة عن تجفيف الغاز الطبيعي و هي عملية من سلسلة عمليات معالجة الغاز الخام للحصول على غاز طبيعي بمواصفات قياسية تحقق اعلى معدلات الاستفادة من الطاقة .
و هي منقولة من احد المواقع لكن مع بعض التعديلات .
و بعد فترة سيتم طرح الجزء الثاني من الموضوع .
اتمنى الفائدة للجميع و خصوصاً لمن يعمل في مجال الغاز الطبيعي .
تحياتي .

لمسة حنان
10-20-2011, 11:51 PM
تقرير رائع
عاشت ايديناتك
ولي أضافة ايضا

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 أن هنالك العديد من العمليات الصناعية المتوفرة لهذه الغاية إلا أن 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 هو وحدة 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 أن تتم باستخدام طرق مختلفة منها المعالجة الأمينية. أما الغاز العادم الناتج من منشأة معالجة الغازات المتخلفة فيتم حرقه ويطلق إلى الهواء حيث 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[3] «TEG» أو الامتزاز بالضغط المتأرجح[11] 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، أو التجفيف عند سرعات فوق صوتية، مثل عملية.«Twister Supersonic Separator»
بعد ذلك يزال الزئبق باستخدام عمليات امتزازية باستخدام مواد مثل الكربون المنشط أو مناخل جزيئية

Eng. Hasan
10-21-2011, 12:37 AM
شكراً على الاضافة ..
العمليات اللي ذكرتيها تتضمن تخليص الغاز من المركبات الحامضية ..
للتوضيح ..
الغاز الطبيعي الخارج من بئر نفطي يكون بطورين .. طور غازي و طور سائل
الطور الغازي يؤخذ مباشرة الى مرحلة التخليص من المركبات الحامضية اللي ذكرتيها . و من ثم يذهب الى مرحلة التجفيف الموضحة في الموضوع . و بعدها يذهب الى خطوط الانتاج. اما طور السائل فيمر بمرحلة كبس و تبريد و من ثم تبخير بالغلايات لتحويله لطور الغازي و من ثم يمر بنفس مراحل الغاز .
طبعاً كل عملية تتكون من عمليات فرعية ان شاء الله يتم ذكرها بالتدريج ..
و تسبق هذه العمليات جميعها مرحلة التخليص من الشوائب .
و ايضاً هناك طرق متعددة لكل مرحلة .
عموماً شكراً على الاضافة مرة لخ ..
تحياتي