شیرین سازی گاز به فرآیند پاک سازی و جدا کردن گازهای مضر و اسیدی مانند هیدروژن سولفید (H2S) و دی اکسید کربن (CO2) از گاز طبیعی و هیدروکربن های گازی اشاره دارد. این فرآیند به منظور جلوگیری از تشکیل اسید و خوردگی در تجهیزات و لوله ها و همچنین بهبود کیفیت گاز تولیدی انجام می شود. گوگردزدایی از مازوت و شیرین سازی گاز هر دو به کاهش آلاینده ها و بهبود کیفیت سوخت ها مرتبط هستند. شیرین سازی گاز یکی از مراحل کلیدی در فرآیند تولید، انتقال و استفاده تجاری گازهای طبیعی است. با بهره گیری از روش های مختلف، ترکیبات مضر از گاز جدا شده و گازی شیرین و بهینه برای مصرف در صنایع و مصارف خانگی به دست می آید. این فرآیند بهینه سازی اهمیت بسیاری در حوزه های مختلف از جمله انرژی، پتروشیمی و صنایع غذایی دارد.
دلایل شیرین سازی گاز
شیرین سازی گاز به دلایل متعددی انجام می شود که به بهبود کیفیت و ایمنی گاز طبیعی کمک می کند. یکی از مهم ترین دلایل این فرآیند جلوگیری از ایجاد خوردگی در تجهیزات و لوله های انتقال گاز است. گازهای اسیدی مانند هیدروژن سولفید و دی اکسید کربن می توانند به شدت به سیستم های صنعتی آسیب برسانند و هزینه های تعمیر و نگهداری را به طرز چشم گیری افزایش دهند. همچنین این گازها می توانند به عنوان آلاینده های زیست محیطی عمل کرده و آلودگی ایجاد کنند.
علاوه بر این، وجود گازهای اسیدی در گاز طبیعی باعث کاهش ارزش حرارتی آن می شود، به همین دلیل برای ارائه یک محصول با کیفیت و کارآمد به بازار، لازم است که این گازها به طور کامل حذف شوند. همچنین گاز طبیعی شیرین به راحتی و با هزینه کمتر در پالایشگاه ها و صنایع دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.
روش های شیرین سازی گاز طبیعی
شیرین سازی گاز طبیعی به روش های مختلفی انجام می شود که هر یک از این روش ها ویژگی ها و شرایط خاص خود را دارند. این روش ها به طور کلی بر اساس فرآیند فیزیکی یا شیمیایی عمل می کنند و برای جداسازی گازهای اسیدی از گاز طبیعی طراحی شده اند. در فرآیند شیرین سازی گاز، هدف حذف گازهای اسیدی مانند H2S و CO2 از گاز طبیعی است، اما در گوگردزدایی، تمرکز بر کاهش محتوای گوگرد از مازوت جهت به حداقل رساندن انتشار آلودگی ها و بهبود کارایی سوخت است.
از روش های متداول شیرین سازی گاز می توان به استفاده از آمین ها، فرآیند جذب سطحی، غشاهای جداسازی و فرآیند تبرید اشاره کرد. انتخاب هر یک از این روش ها بستگی به شرایط خاص میدانی، کیفیت گاز طبیعی و نیازهای اقتصادی دارد.
شیرین سازی گاز ترش با آمین (Amines)
شیرین سازی گاز ترش با آمین یکی از رایج ترین روش های حذف گازهای اسیدی از گاز طبیعی است. در این روش، گاز طبیعی تحت فشار به برج جذب (Absorber) وارد شده و با محلول های آمینی در تماس قرار می گیرد. این آمین ها قادر به جذب گازهای اسیدی مانند H2S و CO2 به طور موثر هستند. در این فرآیند، گاز طبیعی از قسمت پایین برج با آمین که از بالا جاری می شود، تماس می گیرد. آمین به آرامی گازهای اسیدی را جذب کرده و گاز شیرین را از بالای برج خارج می کند.
پس از جذب آمین غنی از گازهای اسیدی به واحد احیا (Regenerator) منتقل می شود، که با افزایش دما و کاهش فشار، گازهای اسیدی از آمین جدا شده و آمین دوباره برای استفاده در برج جذب آماده می شود. این روش به دلیل کارایی بالا و قابلیت بازیافت آمین، بسیار محبوب است.
فرآیند جذب سطحی (Adsorption)
فرآیند جذب سطحی یک روش فیزیکی برای شیرین سازی گاز طبیعی است که به کمک مواد جاذب مانند زئولیت ها و کربن فعال انجام می شود. در این روش گاز طبیعی به یک بستر جاذب منتقل شده و ترکیبات ناپسند مانند H2S و CO2 به سطح جاذب چسبیده و از گاز طبیعی جدا می شوند. این روش نسبت به روش های شیمیایی نظیر استفاده از آمین ها، نیاز به انرژی کمتری دارد و در دما و فشارهای نسبتاً پایین نیز عمل می کند.
دقت شود که جذب سطحی به ظرفیت جاذب و کربن وابسته است و ممکن است در صورت اشباع بستر نیاز به تعویض یا احیا داشته باشد. همچنین این رویکرد به علت هزینه کمتری که برای نصب و نگهداری دارد، در تصفیه گازهای طبیعی در مقیاس های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد. به طور کلی فرآیند جذب سطحی به عنوان یک گزینه اقتصادی و موثر برای حذف آلاینده ها از گاز طبیعی محسوب می شود.
غشاهای جداسازی (Membrane Separation)
غشاهای جداسازی یکی از تکنیک های نوین و موثر در شیرین سازی گاز طبیعی هستند. این روش از یک غشای نیمه پرفشور استفاده می کند که به طور انتخابی اجازه می دهد گازهای اسیدی مانند H2S و CO2 از گاز طبیعی عبور کنند، در حالی که گاز طبیعی شیرین باقی می ماند. این تکنیک با استفاده از غشاهای پلیمری یا معدنی که قابلیت جداسازی بر اساس اندازه و ویژگی های مولکولی را دارند، انجام می شود.
فرآیند کلیدی در این تکنیک متکی بر اصول ترمودینامیکی و نفوذ است. غشاها به طوری طراحی شده اند که نسبت به ترکیبات مختلف گاز، خواص گزینشی داشته باشند. این روش به دلیل عدم نیاز به مواد شیمیایی دیگری برای حذف آلاینده ها و همچنین مسائل زیست محیطی کمتر، محبوبیت زیادی دارد. توجه شود که بهینه سازی عملکرد غشاها در شرایط عملیاتی مختلف ممکن است چالش برانگیز باشد.
فرآیند تبرید (Cryogenic Separation)
فرآیند تبرید یکی از روش های پیشرفته و کارآمد برای شیرین سازی گاز طبیعی است که بر اساس کاهش دما به منظور جداسازی گازها عمل می کند. در این روش گاز طبیعی تا دماهای بسیار پایین سرد می شود، طوری که گازهای اسیدی و مایعات موجود در آن مایع شده و از گاز شیرین جدا می شوند. تبرید به طور معمول در سیستم های پیچیده و با استفاده از کمپرسورها و مبدل های حرارتی صورت می گیرد.
پس از مایع شدن، گازهای اسیدی و ناخالصی ها می توانند به راحتی جدا شده و گاز شیرین از طریق مبدل های حرارتی به دماهای معمولی بازگردانده شود. این روش به دلیل خلوص بالای گاز شیرین تولیدی و قابلیت جداسازی مایعات مختلف، جذابیت بالایی دارد. اما هزینه های بالای سرمایه گذاری و مصرف انرژی بیشتر می تواند یکی از معایب این فرآیند باشد.
مراحل شیرین سازی گاز در پالایشگاه
شیرین سازی گاز در پالایشگاه ها شامل مراحل متعددی است که به منظور پاک سازی و بهبود کیفیت گاز طبیعی انجام می پذیرد. این مراحل به دقت طراحی شده اند تا تضمین کنند که گاز طبیعی با کمترین میزان ناخالصی و بالاترین کیفیت به بازار عرضه شود. مراحل شیرین سازی گاز در پالایشگاه که از جمله فرق پالایشگاه و پتروشیمی می باشند، شامل مراحل زیر است:
دریافت و جداسازی اولیه
نخستین مرحله شامل دریافت گاز طبیعی از چاه های گازی و جداسازی اولیه مایعات و ذرات ناخالص است. در این مرحله از جداکننده ها (سیملر) استفاده می شود تا مایعات و ذرات جامد از گاز طبیعی جدا شوند.
پیش درمان
در این مرحله گاز طبیعی به منظور کاهش آسیب های احتمالی در مراحل بعدی، با مواد شیمیایی ضدخوردگی و ضدیخ، پیش درمانی می شود. این مواد به جداسازی ناخالصی ها و جلوگیری از یخ زدگی منجر می شود.
شیرین سازی
این مرحله یکی از مهم ترین مراحل است که از روش های مختلفی در آن استفاده می شود. این روش ها شامل شیرین سازی با آمین، جذب سطحی، غشاها و تبرید است. در این مرحله گازهای اسیدی از گاز طبیعی جدا می شوند و محصولی شیرین به دست می آید.
احیای مواد شیمیایی
پس از عملیات شیرین سازی، مواد شیمیایی که در این فرآیند استفاده شده اند (مثل آمین ها)، به واحد احیا منتقل شده تا دوباره مورد استفاده قرار گیرند.
گاز خشک کردن
در این مرحله گاز شیرین تولید شده ممکن است همچنان مقداری رطوبت داشته باشد که باید از آن جدا شود. این عمل از طریق جذب رطوبت یا روش های دیگر انجام می شود.
ذخیره سازی و انتقال
در مرحله آخر گاز شیرین شده به مخازن ذخیره سازی فرستاده می شود تا برای مصرف صنعتی یا خانگی آماده شود.
جمع بندی
شیرین سازی گاز یک فرآیند کلیدی در صنعت گاز و پتروشیمی به شمار می آید، که به منظور حذف گازهای مضر و اسیدی از گاز طبیعی انجام می شود. این فرآیند که توسط تجهیزات نیرونماد قابل انجام است، به بهبود کیفیت گاز و افزایش ارزش اقتصادی آن کمک می کند و به حفظ ایمنی و کاهش آسیب های محیطی نیز منجر می شود. روش های مختلفی برای شیرین سازی گاز طبیعی وجود دارد، از جمله استفاده از آمین ها، جذب سطحی، غشاها و فرآیند تبرید، که هر یک ویژگی ها و مزایای خاص خود را دارند.
مراحل شیرین سازی گاز در پالایشگاه به گونه ای طراحی شده اند که به طور بهینه و کارآمد گاز طبیعی را آماده استفاده کنند. انجام این فرآیند به شکل مؤثر می تواند تأثیر به سزایی در کاهش هزینه ها، افزایش استخراج و بهبود کیفیت محصولات گازی داشته باشد.
