عنوان : تثبيت ميعانات گازي (Condensate Stabilization System)

كلمات كليدي: ميعانات گازي، هيدروكربن ها، عمليات تثبيت
 

مقدمه؛
گاز طبيعي که از مخازن گازي استحصال مي شود عمدتاً حاوي حجم قابل ملاحظه اي ميعانات گازي است. مخصوصاً زماني که حجم برداشت گاز از مخزن زياد باشد. ميعانات گازي به جريان هيدروكربني مايع گفته مي شود که در ذخاير گاز طبيعي وجود دارد و به صورت رسوب و ته ‌نشين در گاز استخراجي يافت مي شود و عمدتاً از پنتان و هيدروکربنهاي سنگينتر (+C5) تشکيل شده و داراي گوگرد پايين مي باشد و معمولا عاري از انواع فلزات است و تقريبا نيمي از آن را نفتا تشکيل مي‌دهد.

ميعانات گازي بر خلاف بوتان و پروپان نيازمند شرايط ويژه براي مايع ماندن نيستند و به شيوه‌هاي مختلف قادر به تبديل به نفت سبک ، بنزين ، سوخت جت و... هستند. در قياس با پالايشگاه نفت خام ، در پالايشگاه ميعانات گازي، فرايندهاي تبديلي و پالايشي كمتر است بنابراين هزينه سرمايه گزاري آن نصف هزينه سرمايه گزاري پالايشگاه نفت خام است.

ارزش حرارتي ناويژه هر ليتر از ميعانات گازي حدودBTU 4/32706مي باشد كه تقريباً معادل با ارزش حرارتيm3 826/ . گاز طبيعي خط لوله اول سراسري است . بنابراين، اين محصول به دليل داشتن ارزش حرارتي بالا از اهميت قابل توجهي براي صادرات برخوردار مي باشد. به گونه اي که صادرات آن مي تواند هزينه سرمايه گذاري اوليه يک پالايشگاه گازي را در ظرف مدت زمان کوتاهي برگرداند به شرط آنکه مشخصه فني مطلوب را داشته باشد.

بر اساس برآورد موسسه تحقيقات انرژي "فکتس" ،‌ مستقر در هانولولوي آمريکا، ظرفيت توليد ميعانات گازي ايران از 95 هزار بشکه در روز در سال 2001 ، نزديک به يک ميليون بشکه در روز در سال 2013 خواهد رسيد.
بيشترين ميزان توليد ميعانات گازي ايران از ميدان گازي پارس جنوبي مي باشد. اين ميدان گازي ، بزرگ‌ترين منبع گازي است که بر روي خط مرزي مشترک ايران و قطر در خليج‌فارس و در فاصله 105 کيلومتري ساحل جنوبي ايران قرار دارد. مطالعات انجام شده نشان مي‌دهد که بيش از 14 تريليون متر مکعب گاز طبيعي و افزون بر 18 ميليارد بشکه ميعانات گازي را در خود جاي داده و روزانه 200 هزار بشكه ميعانات گازي توسط فازهاي يك تا پنج از اين ميدان توليد مي شود و بنا به گزارش خبر گزاري مهر به نقل از مدير عامل شركت نفت و گاز پارس جنوبي تا كنون 200 ميليون بشكه ميعانات گازي از پارس جنوبي به ارزش 10 ميليارد دلار صادر شده است.

باتوجه به حجم عظيم ميعانات گازي توليدي در كشور ، بررسي كاربردي براي رسيدن به يك مشخصه فني مطلوب براي اين محصول جهت استفاده بهينه بسيار ضروري است. در اين مقاله سعي شده به صورت خلاصه فرايندهاي تثبيت ميعانات گازي جهت رسيدن به شرايط فني مطلوب بررسي و معرفي گردد.

• هدف از تثبيت ميعانات گازي( Condensate Stabilization)
ميعانات گازي پس از جداسازي از گاز طبيعي حاوي عناصر فراري از هيدروکربنهاي سبک همچون متان، اتان و... مي باشد که چنانچه در شرايط محيطي مناسب قرار گيرند ، مي توانند از فاز مايع جدا شده و باعث دو فازي شدن سيستم و پيوستن به فاز گازي شوند که اين امر اثرات نامطلوبي درکيفيت محصول،نگهداري وانتقال به همراه خواهد داشت. بنابراين به منظور رسيدن به شرايط مطلوب جهت نگهداري، انتقال و فروش بايستي به صورت پايدار تک فازي مايع در آيد.

به مجموع? اين عمليات پايدارسازي اصطلاحاً Condensate Stabilization , يا تثبيت ميعانات گازي گفته مي شود، اين عمليات به سه دليل انجام مي شود:

1- حذف هيدرروکربنهاي سبک وقابل تبخير(عناصر فرار) و يا به عبارتي ديگر بازيافت متان، اتان، پروپان و تاحدود زيادي بوتان يا LPG از جريان هيدروکربني مايع (ميعانات گازي) مي باشد.

2- کاهش فشار بخار سيال و رساندن آن به يک (Reid Vapor Pressure) RVP معين به عنوان يک مشخصه فني ، به گونه اي که بتوان از دو فازي شدن سيال جلوگيري به عمل آيد .

- RVP روش خاصي براي مشخص کردن نوع برشهاي هيدروکربني است ، در روش Reid سيال هيدروکربني در يک محفظه با فشار متغير قرار مي گيرد و تا دماي oC 8/37 حرارت داده مي شود، پس از مدتي فشار بالاي اين سيال ثابت مي گرددکه اين فشار ، RVP سيال را مشخص مي كند. به عبارت ديگر RVP را مي توان به عنوان فشار بخار سيال در تعادل با فاز مايع در دماي (oF 100) oC 8/37 ،كه کمتر از فشار محيط مي باشد تعريف کرد به گونه اي که در شرايط انتقال و نگهداري در ناحيه تک فازي مايع قرار گيرد. ميزان RVP در فصول گرم و سرد سال به علت تغيير در مقدار ترکيبات تشکيل دهنده جريان هيدروکربني متفاوت خواهد بود اين ميزان براي فصل زمستان حدود psia 12و براي فصل تابستان حدود psia10 ميباشد .

شکل 1 نمودارحالت تعادلي فشار- دماي ميعانات گازي را قبل و بعد ازعمليات تثبيت براي يك تركيب از ميعانات گازي كه در جدول 1 آمده ، نشان مي دهد. همچنين اين نمودار نشان دهنده کاهش فشار بخار سيال با حذف عناصرسبك مي باشد.

3- کاهش ميزان آب همراه با ميعانات به کمتر ازppmw 500 و حذف مرکپتان و عناصراسيدي از سيال (البته قابل ذکر است که ميعانات گازي به صورت طبيعي حاوي مقاديرخيلي کمي از , H2S CO2 نسبت به جريان هيدروكربني گازي مي باشند. )

• روشهاي تثبيت ميعانات گازي(Stabilization System)
عمده ترين روشهايي که براي تثبيت ميعانات گازي استفاده مي شوند عبارتنداز جداسازي براساس ايجاد شرايط تعادل فازي بين بخار ومايع (Flash Vaporization) و جداسازي برپايه اختلاف نقطه جوش هيدروکربنها(Stabilization by Fraction ) .
 

1- Flash Vaporization:
در اين روش، تثبيت ميعانات گازي براثر عمل تفکيک عناصر فرار از هيدروکربنهاي سنگينتر براساس تعادل فازي بين بخار و مايع در يک سري Flash Tank تارسيدن به يک RVP معين صورت مي پذيرد.
پس از جداسازي جريان مايع از جريان گازي درون Slugcatcher ، جريان مايع براي عمل تفکيک ميعانات گازي از آب و محلول MEG ( که به منظور جلوگيري از يخ زدگي جريان گاز به خطوط لوله تزريق مي شود) و گازهاي باقيمانده وارد يک جداکننده سه فازي مي شود.

جريان هيدروکربني مايع (ميعانات گازي) جداشده، که در اثر افت فشار ناگهاني با عبوراز يک شير فشار شکن به صورت دو فازي در آمده ، وارد اولين Flash Tank مي شود سپس عمل تفکيک دو فاز بر اساس تعادل فازي بين بخار و مايع در دما وفشار نهايي جريان، درون Flash Tank صورت مي پذيرد . بدين گونه مي توان عناصر فرار را از جريان اصلي مايع حذف نمود. جريان مايع خروجي براي جداکردن عناصر سبک بيشتر، وارد Flash تانک بعدي که در فشار پايين تري عمل مي کند مي شود واين عمليات تا رسيدن به يک RVP معين تکرار مي گردد.

جريانهاي گازي جدا شده از بالاي Flash Tank ها که شامل عناصر سبک هيدروکربني مي باشد پس از تامين فشار درکمپرسورها به سيستم فراورشي گاز فرستاده مي شود و جريان آب و محلول گلايکول جدا شده از جداکننده سه فازي به منظور احياي گلايکول به واحد MEG Recovery ارسال مي شود همچنين به عنوان يک مشخصه فني ميزان آب همراه با ميعانات گازي تثبيت شده نبايستي بيشتر ازppmw 500 باشد.
شکل 2 يک سيستم ساده از تثبيت ميعانات گازي به روش Flash Vaporization نشان مي دهد.

2- Stabilization by Fraction
دراين روش جدايش عناصر سبک و قابل تبخير از هيدروکربنهاي سنگين براساس اختلاف در نقطه جوش هيدروکربنها صورت مي پذيرد.
اين سيستم از يک جداکننده سه فازي که Stabilizer Feed Drum نيز ناميده مي شود ، يک برج تثبيت کنندهStabilizing Tower (که مي تواند به صورت سيني دار و يا پر شده از پکينگ باشد) ، يک Reboiler در پايين برج ، يک خنک کننده (Condenser) در بالاي برج ويکسري مبدلهاي حرارتي و پمپها تشکيل شده است.

جريان مايع جداشده از جريان اصلي گاز در قسمت Slugcatcher که شامل ميعانات گازي ، آب و گلايکول مي باشد به يک جداکننده سه فازي ارسال مي گردد وجريان هيدروکربني پس از تفکيک به عنوان خوراك اصلي به قسمت بالاي برج تثبيت Stabilizer Column فرستاده مي شود. اين برج به گونه اي است كه فضا و زمان لازم براي تبادل جرم و انرژي بين دو فاز مايع و بخار را فراهم ميكند. چنانچه برج از نوع سيني دار باشد ، سينيهاي بالاي سيني خوراك، نقش تقطيري و سينيهاي زير سيني خوراك نقش جداسازي و يا دفع هيدروكربنهاي ناپايدار و سبك را از جريان هيدروكربني دارد. شكل 3 يك نمونه از برج تثبيت همراه با يك Condenser دربالا و يك Reboiler در پايين برج نشان مي دهد.
 

دماي Reboiler در اين سيستم به گونه اي تنظيم شده که سبکترين هيدروکربن در قسمت تحتاني برج (به عنوان جريان محصول) پنتان وسنگين ترين هيدروکربن درجريان گازي بالاي برج، بوتان باشد.
جريان خروجي پايين برج بعد از تبادل انرژي با جريان خوراك ورودي و رسيدن به دما و فشار معين به عنوان محصول نهايي تثبيت شده، شناخته مي شود. قسمتي از جريان بخار بالاي برج كه پس از تبادل حرارتي در قسمت خنك كننده به صورت مايع در آمده براي تنظيم دماي جريان بالاي برج وكنترل خلوص جريان به عنوان Reflux به برج برگشت داده مي شود و بخارات باقي مانده بعد از تبادل حرارتي در خنك كننده به عنوان جريان هيدروكربني سبك كه عمدتاً شامل متان ،اتان، پروپان و بوتان مي باشد به سيستم فراورشي گاز فرستاده مي شود.

قابل ذكر است كه جريان هيدروکربني قبل از ورود به برج ابتدا نمک زدايي شده وبا استفاده از انرژي جريانهاي گرم در مبدل هاي حرارتي افزايش دما پيدا مي کند . ناگفته نماند كه جريان خروجي از پايين برج Debutanizer كه اكثراً شامل C5+مي باشد ، مي تواند به عنوان جريان خوراك دوم وارد برج تثبيت گردد. شکل 4 يک سيستم ساده از تثبيت ميعانات گازي به روش Fractionنشان مي دهد.
با مقايسه بين اين دو روش مي توان گفت: روش Fractionنسبت به روش قبل براي رسيدن به يك RVP معين، دقيق تر و از لحاظ اقتصادي به صرفه مي باشد ولي در گذشته به دليل سادگي كار عمدتاً روش Flash Vaporization متداول بوده.

» نويسنده: احسان آتش روز (Eatashrooz@yahoo.com)

» منابع:

1- GPSA; “Gas Processors Suppliers Association”, Tenth Edition, copy right at 2000
2- John M .Campbell, Volume 1 Seventh Edition; “Gas Conditioning and Processing”, second Printing, October 1994.
3- IPS; "Iranian Petroleum Standard", IPS-E-PR-500; Dec 1997
4-API (American Petroleum Institute);"Technical Data Book-Petroleum Refining", Sixth Edition, April 1997