بخشی از مقاله
خلاصه
یکی از پیامدهای مخرب پیشرفت صنعت و تکنولوژی افزایش تولید گازهای گلخانهای در دهههای اخیر بوده که باعث افزایش دمای کره زمین و به دنبال آن باعث تغییرات اقلیمی و بلایای طبیعی گردیده است. صنعت گاز یکی از منابع انتشار گازهای گلخانهای بوده و انتشارات گلخانهای در این صنعت به سه دستی فرار، احتراقی و تخلیهای تقسیمبندی میگردد. فرآیندهای فرآورش گاز انرژی خود را معمولا از سوختهای فسیلی تامین مینمایند و مقدار قابل توجهی گاز گلخانهای به اتمسفر منتشر مینمایند.
بررسی یک پالایشگاه گازی کامل نشان میدهد که تجهیزات احتراقی شامل کوره، بویلر، فلر، زبالهسوز و توربین منابع انتشار گازهای گلخانهای میباشند. تخلیه گاز دیاکسید کربن جدا شده از جریان گاز و همچنین نشت اتصالات و تخلیه احجام نیز میتواند باعث انتشار گردد. نتایج نشان میدهد که یک پالایشگاه کامل حدود 900 هزار تن معادل دی اکسید کربن گاز گلخانهای در سال به اتمسفر منتشر مینماید. که عمده این مقدار از انتشارات CO2 میباشد.
در پالایشگاه موردنظر بیشترین مقدار انتشارات به ترتیب مربوط به نیروگاه برق، واحد تولید بخار، واحد فشارافزایی و فلرها است که با مقایسه مقادیر روشهای انتشار مشاهده میشود که %72 مقدار انتشار مربوط به احتراقی و 26 درصد نیز مربوط به انتشارات فرآیندی میباشد. بررسی تکنولوژیهای جدید نشان میدهد که میتوان انتشارات مربوط به نیروگاه برق و واحد تولید بخار را با بازیافت حرارت کاهش داد و همچنین گاز ارسالی به فلرها را با روش فلر ریکاوری برای تامین سوخت بازیافت نمود.
.1 مقدمه
تغییر اقلیم یکی از مهمترین چالشهای پیش روی بشر در قرن حاضر است. انتشار وسیع گازهای گلخانهای به ویژه دیاکسید کربن پس از صنعتی شدن انسان به این تغییر سرعت بخشیده است. این موضوع از سال 1972 در مجامع بین-المللی مورد توجه واقع شد و در سال 1992 کنوانسیون تغییر اقلیم در سازمان ملل تصویب شد .[1] از آن زمان تا کنون جامعه بینالملل به ویژه کشورهای توسعهیافته کوشیدهاند تا انتشار این گازها به اتمسفر یا حداقل روند انتشار این گازها را کاهش دهند
واضح است که یکی از منابع عمده تولیدکننده گازهای گلخانهای بخش صنعت جهت تولید انرژی از سوختهای فسیلی میباشد. یکی از بخشهای مهم صنعتی، صنایع نفت و گاز میباشد که گاز طبیعی از منابع مهم انرژی محسوب میشود. گاز طبیعی معمولا پس از استخراج از مخازن زیرزمینی نیاز به فرآورش دارد که این مهم در پالایشگاه-های گازی صورت میپذیرد. در مرحله فرآورش باید آب، میعانات هیدروکربنی و گازهای اسیدی و رطوبت گاز طبیعی - تا محدوده استاندارد - جداسازی شود. معمولا در فرآیندهای پالایشگاهی نیاز به انرژی میباشد و این انرژی از مصرف سوخت-های فسیلی تامین میگردد، همچنین نشتی اتصالات نیز میتواند باعث انتشار گاز متان به محیط اطراف گردد.
برای برآورد میزان انتشار گازهای گلخانهای از منابع مختلف، تحقیقات متفاوتی در دنیا انجام شده است. این تحقیقات بوسیله سازمانهای شناختهشده بینالمللی صورت پذیرفته و نتایج آنها به صورت مرجعی توسط دیگر کشورها و یا شرکت-های خصوصی استفاده میگردد. سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا1 در سال 1991 ، برآورد میزان نشر متان از صنعت گاز طبیعی کشور آمریکا را بررسی نموده است
در این تحقیق تمامی روشهای نشر - فرار، تخلیه و احتراقی - فقط برای متان بررسی شده و سایر گازهای گلخانهای را شامل نمیشود. در سالهای 1998 و 1999 پژوهشگاه گاز کانادا تحقیقاتی را جهت شناسایی منابع نشر و برآورد میزان نشر فرار، تخلیهای متان و انتشار گاز دیاکسیدکربن از روش احتراقی انجام داده است
موسسه نفت آمریکا2 در سال 2001 روشهای مختلف تخمین و ارزیابی میزان نشر گازهای گلخانهای را در سطح وسیعی انجام داده است که اولین گزارش آن در سال 2001 و نسخههای کاملتر آن از سال 2004 به بعد در دسترس میباشد
در سال 2006 تحقیقاتی توسط سازمان ملل با موضوع راهنمای فهرست گازهای گلخانهای توسط پنل بینالمللی در مورد تغییرات آب و هوا3 انجام گرفت. همچنین در سال 2009 نیز دولت کانادا مطالعهای را با موضوع میزان تولید آلایندههای هوا و گازهای گلخانهای انجام داده است
منابع انتشار گازهای گلخانهای را میتوان به دو دسته احتراقی و غیراحتراقی تقسیم نمود. به طور کلی منابع احتراقی شامل کورهها، فلرها، توربینهای گازی، بویلرها و زباله-سوزها و ... بوده و از منابع غیراحتراقی نیز میتوان به انتشارات فرار، تخلیهای و ... اشاره نمود. منظور از منابع انتشار، فعالیتهایی است که باعث انتشار گازهای گلخانهای و آلایندهها به اتمسفر میشوند
در این مقاله فرآیندهای اصلی فرآورش گاز طبیعی در پالایشگاههای گازی معرفی شده و پتانسیلهای انتشار شناسایی میشود، سپس روش محاسبه انتشار گازهای گلخانهای ارایه و برای موارد مختلف بر حسب ظرفیت واحد میزان انتشار فرآیند محاسبه میگردد در ادامه مقایسهای بین انواع انتشار و اهمیت هر کدام ارایه میگردد.
.2 فرآیندهای گازی
گاز طبیعی معمولا به همراه مقداری میعانات گازی و آب از چاه خارج میشود در بعضی میادین ممکن است به وسیله تجهزات جداسازی سرچاهی، آب و میعانات از گاز تا حدودی جداسازی گردد سپس گاز و میعانات با خط لوله جداگانه به پالایشگاه انتقال یابد. گاز پس از وارد شدن به پالایشگاه، ابتدا تا حد امکان مایع همراه آن جداسازی میگردد. از آنجایی که گاز پس از خارج شدن از مخازن زیر زمینی، مقداری H2S و CO2 همراه دارد و وجود این دو ماده در گاز باعث اسیدی شدن میگردد، گاز باید با فرآیند شیرینسازی تا حد استاندارد عاری از H2S و CO2 گردد. در فرآیند شیرینسازی از آمین به عنوان جاذب ای دو گاز اسیدی استفاده میشود که آمین پس از جذب، احیا میگردد
برای جداسازی رطوبت و بخار آب همراه گاز، از فرآیند جذب با بستر ثابت، یا جذب با گلایکول و یا سیکل سردسازی استفاده میگردد. از آنجایی که که گاز طبیعی مخلوطی از متان - معولا بیش از 80 درصد - ، اتان، پروپان و ترکیبات سنگینتر میباشد، در بعضی موارد ترکیبات سنگینتر جداسازی میگردد. در نهایت گاز شیرین که عمده آن متان است به فرآیند افزایش فشار وارد و پس از فشارافزایی به خطوط انتقال تحویل داده میشود.
پس از جداسازی H2S، این گاز فرآیند گوگردسازی را طی مینماید تا گوگرد با خلوص بالا به عمل آید. برای تنظیم نقطه شبنم میعانات گازی نیز از فرآیند تثبیت استفاده میگردد که فشار بخار میعانات گازی در این فرآیند تنظیم میشود
در پالایشگاههای گازی علاوه بر واحدهای فرآیندی، واحد تولید بخار و نیروگاه برق نیز وجود دارد که برق و بخار موردنیاز پالایشگاه را تامین مینماید.
فرآیند شیرینسازی: هدف این واحد حذف H2S و CO2 موجود در جریان گازی است. یک واحد شیرینسازی گاز ممکن است شامل دو برج موازی تماس دهنده آمین با گاز و دو برج موازی احیای آمین باشد. عملیات شیرینسازی گاز توسط محلول آمین که به صورت جریان معکوس در سینیهای برج تماس با گاز تماس پیدا میکند، انجام میشود. محلول آمین با جدا نمودن گاز اسیدی از خوراک پالایشگاه، در دو برج دیگر احیا میگردد و آمین به فرآیند برگردانده میشود و گاز اسیدی به واحد بازیافت گوگرد ارسال میشود.
فرآیند بازیافت گوگرد: گازهای اسیدی حاصل از تصفیه گاز ترش وارد واحد بازیافت گوگرد شده که این واحد توانایی خالصسازی گوگرد را دارد که میزان درجه خلوص آن در بالاترین سطح بینالمللی میتواند 99/7درصد باشد. در واحد گوگردسازی از روش کلاوس - Claus - برای بازیافت گوگرد استفاده میشود. یک مرحله تولید گرمایی در کوره واکنش و 3 مرحله تبدیل در مجاورت کاتالیست باعث تولید گوگرد می شود.
فرآیند نمزدایی: نمزدایی با جاذب جامد، اولین شکل نمزدایی گاز طبیعی به روش جذب سطحی میباشد معمولاً شامل دو یا بیشتر، برج جذب پر شده از یک ماده جاذب است. گاز طبیعی مرطوب از میان این برجها، از بالا به پایین اطراف ذرات ماده خشککننده عبور میکند، آب به سطح ذرات ماده جاذب میچسبد و با عبور از میان کل بستر، تقریبا گاز خشک از انتهای برج خارج میشود.
واضح است ماده جاذب بعد از دوره خاصی از آب اشباع میشود. برای احیای دوباره ماده جاذب، مقداری از گاز خشک خارج شده از برجهای در حال سرویس ابتدا از برج در حال سرمایش عبور میکند و دمای بستر را کاهش میدهد، آنگاه این گاز وارد یک کوره با درجه حرارت بالا شده و گرم میشود، سپس با عبور این گاز گرمشده از بستر اشباع شده - برج در حال گرمایش - ، آب موجود در جاذبها را بخار میکند و آنها را خشک مینماید. گاز داغ، بخار آب را به همراه خود به خارج از برج منتقل نموده و این جریان وارد یک فن هوایی میشود. پس از آن که گاز احیا تا حد مشخصی سرد شد، وارد یک فلش درام شده و آب از پایین فلش درام خارج میگردد. گاز از بالای فلش درام به خوراک میپیوندد و به همراه خوراک نمزدایی میگردد و در نهایت از واحد خارج میشود
فرآیند تثبیت: با استخراج گاز طبیعی از مخازن گازی معمولا حجم قابل ملاحظهای میعانات گازی نیز همراه جریان است. زمانی که حجم برداشت گاز از مخزن زیاد باشد، مقدار میعانات استخراج شده نیز زیاد میگردد. میعانات گازی به جریان هیدروکربنی مایع گفته میشود که در ذخایر گاز طبیعی وجود دارد و به صورت رسوب و تهنشین در گاز استخراجی یافت میشود و عمدتاً از پنتان و هیدروکربنهای سنگینتر تشکیل شده است. میعانات گازی پس از جداسازی از گاز طبیعی حاوی عناصر فراری از هیدروکربنهای سبک همچون متان، اتان و... میباشد که چنانچه در شرایط محیطی مناسب قرار گیرند، میتوانند از فاز مایع جدا شده و باعث دو فازی شدن سیستم و پیوستن به فاز گازی شوند که این امر اثرات نامطلوبی در کیفیت محصول، نگهداری و انتقال به همراه خواهد داشت.
بنابراین به منظور رسیدن به شرایط مطلوب جهت نگهداری، انتقال و فروش باید به صورت پایدار تکفازی درآید. این عملیات برای حذف هیدرروکربنهای سبک و قابل تبخیر، کاهش فشار بخار سیال و کاهش میزان آب همراه با میعانات انجام میشود. عمدهترین روشهایی که برای تثبیت میعانات گازی استفاده میشوند جداسازی براساس ایجاد شرایط تعادل فازی بین بخار و مایع و جداسازی بر پایه اختلاف نقطه جوش هیدروکربنها2 میباشد
در فرآیند تثبیت میعانات گازی، ابتدا جریان با حالت مایع وارد شده و ضمن تبادل حرارت با محصول پیشگرم می-شود، سپس به یک درام جداکننده وارد شده و اگر آب همراه جریان باشد در این جداکننده، آب تهنشین میشود.
