پالایشگاه گاز چیست و چه واحدهایی دارد؟
بررسی فرآیند و تجهیزات
گاز طبیعی یکی از مهمترین منابع انرژی و خوراک صنایع پتروشیمی در جهان است. گازی که مستقیماً از چاههای گازی یا میدانهای نفت و گاز استخراج میشود، معمولاً حاوی ترکیبات مختلفی مانند متان، اتان، پروپان، بوتان، بخار آب، دیاکسید کربن، سولفید هیدروژن و هیدروکربنهای سنگین است. به همین دلیل این گاز پیش از مصرف یا انتقال به شبکه سراسری، باید تحت عملیات مختلف فرآورشی قرار گیرد.
پالایشگاه گاز مجموعهای صنعتی است که با استفاده از تجهیزات و واحدهای فرآیندی مختلف، گاز طبیعی خام را دریافت و ناخالصیها و ترکیبات ناخواسته آن را جدا میکند و محصولات قابل استفادهای مانند گاز شیرین، اتان، LPG، میعانات گازی و در برخی پالایشگاهها گوگرد تولید میکند.
در این مقاله با ساختار پالایشگاه گاز، مهمترین واحدهای فرآیندی، تجهیزات مورد استفاده و محصولات نهایی آن آشنا میشویم.
پالایشگاه گاز چیست؟
پالایشگاه گاز یا Gas Processing Plant یک مجموعه صنعتی برای دریافت، جداسازی، تصفیه و آمادهسازی گاز طبیعی است.
گاز ورودی به پالایشگاه ممکن است از یک میدان گازی، میدان نفتی یا مجموعهای از چاههای تولیدی تأمین شود. این گاز که معمولاً به آن گاز خام (Raw Gas) گفته میشود، باید قبل از ورود به خطوط انتقال یا مصرف نهایی از نظر ترکیب شیمیایی و مشخصات فیزیکی به شرایط مورد نیاز برسد.
هدف اصلی پالایشگاه گاز، حذف یا کاهش ترکیباتی است که میتوانند باعث خوردگی تجهیزات، تشکیل هیدرات، کاهش کیفیت گاز، ایجاد مشکلات زیستمحیطی یا اختلال در فرآیند انتقال و مصرف شوند.
چرا گاز طبیعی باید در پالایشگاه فرآورش شود؟
گاز خروجی از چاه معمولاً یک ماده خالص نیست. این گاز ممکن است حاوی آب، ذرات جامد، هیدروکربنهای سنگین و ترکیبات اسیدی باشد.
برای مثال، سولفید هیدروژن (H₂S) مادهای سمی و خورنده است و وجود مقدار زیاد آن در گاز میتواند خطرات ایمنی و عملیاتی ایجاد کند.
همچنین وجود آب در گاز میتواند در شرایط مناسب باعث تشکیل هیدرات شود و در خطوط لوله و تجهیزات مشکلات عملیاتی ایجاد کند.
به همین دلیل گاز خام باید طی چند مرحله فرآورش شود تا به گازی با مشخصات مناسب برای انتقال و مصرف تبدیل شود.
مهمترین واحدهای پالایشگاه گاز
ساختار هر پالایشگاه گاز با توجه به ترکیب خوراک، ظرفیت تولید، مشخصات محصول و فناوری مورد استفاده متفاوت است؛ اما بسیاری از پالایشگاهها دارای واحدهای فرآیندی مشابهی هستند.
مهمترین این واحدها عبارتاند از:
- واحد دریافت و تفکیک گاز
- واحد شیرینسازی گاز
- واحد نمزدایی
- واحد بازیابی مایعات گازی
- واحد تفکیک NGL
- واحد تثبیت میعانات گازی
- واحد بازیابی گوگرد
- واحد فشردهسازی گاز
- واحد فلر
- واحدهای یوتیلیتی
- سیستمهای تصفیه پساب و مدیریت پسماند
در ادامه هر یک از این واحدها را بررسی میکنیم.
۱. واحد دریافت و تفکیک گاز
اولین بخش پالایشگاه، واحد دریافت گاز خام است. گاز از طریق خطوط لوله وارد پالایشگاه شده و پس از اندازهگیری فشار، دما و دبی، وارد تجهیزات جداسازی اولیه میشود.
در این قسمت ممکن است گاز همراه با آب آزاد، میعانات هیدروکربنی و ذرات جامد باشد.
برای جداسازی این مواد از تجهیزاتی مانند Slug Catcher، Separator، Scrubber و Filter Separator استفاده میشود.
اسلاگگیر چیست؟
اسلاگگیر یا Slug Catcher برای دریافت و کنترل حجمهای ناگهانی مایع در جریان گاز استفاده میشود. این تجهیز در خطوط انتقال گاز اهمیت زیادی دارد، زیرا از ورود حجم زیاد مایعات به تجهیزات پاییندست جلوگیری میکند.
۲. واحد شیرینسازی گاز
یکی از مهمترین واحدهای پالایشگاه گاز، واحد شیرینسازی است.
گاز طبیعی ترش ممکن است حاوی ترکیباتی مانند H₂S و CO₂ باشد. این ترکیبات باید تا حد مجاز کاهش پیدا کنند.
در بسیاری از پالایشگاهها از محلولهای آمینی برای حذف ترکیبات اسیدی استفاده میشود.
فرآیند بهطور کلی شامل دو بخش اصلی است:
جذب:
گاز ترش وارد برج جذب شده و با محلول آمین تماس پیدا میکند. ترکیبات اسیدی توسط آمین جذب میشوند.
احیا:
آمین غنیشده به واحد احیا منتقل شده و با استفاده از حرارت، ترکیبات جذبشده از آن جدا میشوند تا آمین دوباره قابل استفاده باشد.
تجهیزات اصلی این واحد میتواند شامل موارد زیر باشد:
- برج جذب آمین
- برج احیای آمین
- ریبویلر
- کندانسور
- مبدل حرارتی
- پمپهای آمین
- مخازن آمین
۳. واحد نمزدایی گاز
پس از شیرینسازی، گاز همچنان ممکن است دارای مقدار مشخصی بخار آب باشد. برای کاهش آب موجود در گاز، از واحد نمزدایی استفاده میشود.
یکی از متداولترین روشها استفاده از تریاتیلن گلایکول (TEG) است.
در این فرآیند، گاز مرطوب با گلایکول تماس پیدا میکند و آب موجود در گاز جذب میشود. سپس گلایکول غنیشده وارد بخش احیا شده و آب از آن جدا میشود.
خشککردن گاز برای جلوگیری از:
- تشکیل هیدرات
- خوردگی
- مشکلات انتقال
- کاهش کیفیت گاز
اهمیت زیادی دارد.
۴. واحد بازیابی مایعات گازی
گاز طبیعی علاوه بر متان ممکن است حاوی هیدروکربنهای سنگینتر مانند اتان، پروپان، بوتان و ترکیبات سنگینتر باشد.
در برخی پالایشگاهها این ترکیبات از جریان گاز جدا و بهعنوان محصولات با ارزش اقتصادی بازیابی میشوند.
به این مجموعه محصولات معمولاً NGL یا Natural Gas Liquids گفته میشود.
بسته به طراحی پالایشگاه، روشهایی مانند سردسازی، انبساط گاز، جذب و تقطیر برای بازیابی این ترکیبات استفاده میشود.
۵. واحد تفکیک NGL
پس از بازیابی مایعات گازی، ممکن است لازم باشد اجزای مختلف آن از یکدیگر جدا شوند.
بر اساس طراحی فرآیند، محصولاتی مانند اتان، پروپان، بوتان و هیدروکربنهای سنگینتر میتوانند در واحدهای تفکیک از یکدیگر جدا شوند.
این محصولات کاربردهای متنوعی دارند.
برای مثال، اتان یکی از خوراکهای مهم صنعت پتروشیمی برای تولید اتیلن است و پروپان و بوتان نیز در تولید LPG کاربرد دارند.
۶. واحد تثبیت میعانات گازی
میعانات گازی یا Gas Condensate یکی دیگر از محصولات مهم برخی پالایشگاههای گاز است.
میعانات تولیدشده ممکن است حاوی ترکیبات سبک و فرار باشد. برای کاهش فشار بخار و افزایش پایداری محصول، عملیات تثبیت انجام میشود.
در واحد تثبیت، ترکیبات سبکتر از میعانات جدا شده و محصول نهایی برای ذخیرهسازی، انتقال یا فروش آماده میشود.
۷. واحد بازیابی گوگرد
در پالایشگاههایی که گاز ترش حاوی مقدار قابلتوجهی سولفید هیدروژن است، ممکن است واحد بازیابی گوگرد وجود داشته باشد.
یکی از فرآیندهای شناختهشده در این زمینه، فرآیند کلاوس (Claus Process) است.
در این فرآیند، سولفید هیدروژن به ترکیبات گوگردی تبدیل شده و در نهایت گوگرد عنصری تولید میشود.
گوگرد تولیدشده میتواند بهعنوان محصول صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
۸. واحد فشردهسازی گاز
در برخی شرایط، فشار گاز خروجی از واحدهای فرآورش برای انتقال در خطوط لوله کافی نیست. در این حالت از کمپرسورها استفاده میشود.
کمپرسور با افزایش فشار گاز، شرایط لازم برای انتقال آن را فراهم میکند.
دو نوع متداول کمپرسور در صنعت گاز عبارتاند از:
- کمپرسور سانتریفیوژ
- کمپرسور رفت و برگشتی
انتخاب نوع کمپرسور به عواملی مانند دبی گاز، نسبت تراکم، فشار ورودی و خروجی و شرایط عملیاتی بستگی دارد.
۹. واحد فلر
فلر یا Flare System یکی از بخشهای مهم ایمنی در پالایشگاه گاز است.
در شرایط اضطراری یا زمانی که لازم است بخشی از گاز فرآیندی بهصورت کنترلشده تخلیه شود، گاز به سیستم فلر هدایت شده و در محل مخصوص سوزانده میشود.
سیستم فلر نقش مهمی در کاهش ریسک افزایش فشار و کنترل شرایط اضطراری دارد.
این سیستم معمولاً شامل تجهیزاتی مانند:
- Flare Header
- Flare Knockout Drum
- Flare Stack
- Ignition System
است.
۱۰. واحدهای یوتیلیتی پالایشگاه گاز
پالایشگاه بدون سیستمهای جانبی و یوتیلیتی قادر به فعالیت پایدار نخواهد بود.
برخی از مهمترین یوتیلیتیها عبارتاند از:
- واحد تولید بخار
- سیستم آب صنعتی
- سیستم آب خنککننده
- هوای ابزار دقیق
- هوای سرویس
- سیستم برق
- سیستم سوخت
- سیستم نیتروژن
- سیستم آب آتشنشانی
این واحدها انرژی و سرویسهای مورد نیاز واحدهای فرآیندی را تأمین میکنند.
تجهیزات اصلی پالایشگاه گاز
یک پالایشگاه گاز از صدها تجهیز فرآیندی، مکانیکی و کنترلی تشکیل میشود.
برخی تجهیزات مهم عبارتاند از:
مخازن و جداکنندهها
برای جداسازی گاز از مایعات و ذرات استفاده میشوند.
مبدلهای حرارتی
برای انتقال حرارت بین جریانهای فرآیندی به کار میروند.
برجهای فرآیندی
در فرآیندهای جذب، احیا و تقطیر استفاده میشوند.
کمپرسورها
برای افزایش فشار گاز مورد استفاده قرار میگیرند.
پمپها
برای انتقال مایعات فرآیندی و سرویسهای جانبی استفاده میشوند.
شیرآلات صنعتی
برای کنترل، قطع و تنظیم جریان سیالات به کار میروند.
سیستمهای ابزار دقیق
وظیفه اندازهگیری و کنترل پارامترهایی مانند فشار، دما، سطح و دبی را بر عهده دارند.
محصولات پالایشگاه گاز چیست؟
بسته به نوع خوراک و طراحی پالایشگاه، محصولات مختلفی میتوانند تولید شوند.
مهمترین محصولات عبارتاند از:
گاز طبیعی شیرین:
محصول اصلی بسیاری از پالایشگاهها که پس از تصفیه و خشکسازی برای انتقال به شبکه مصرف آماده میشود.
میعانات گازی:
محصول مایع با ارزش اقتصادی که از گاز طبیعی جدا میشود.
LPG:
عمدتاً شامل پروپان و بوتان است و در بخشهای مختلف انرژی و صنعت کاربرد دارد.
اتان:
یکی از خوراکهای مهم صنایع پتروشیمی.
گوگرد:
در پالایشگاههای دارای واحد بازیابی گوگرد از گاز ترش تولید میشود.
تفاوت پالایشگاه گاز و پالایشگاه نفت چیست؟
پالایشگاه نفت عمدتاً نفت خام را دریافت و آن را به محصولاتی مانند بنزین، گازوئیل، نفت سفید، سوخت جت و سایر فرآوردهها تبدیل میکند.
در مقابل، پالایشگاه گاز تمرکز اصلی خود را بر فرآورش گاز طبیعی، حذف ناخالصیها، جداسازی هیدروکربنهای ارزشمند و آمادهسازی گاز برای انتقال و مصرف قرار میدهد.
البته در مجتمعهای نفت و گاز، ممکن است واحدهای فرآورش نفت و گاز در کنار یکدیگر فعالیت کنند.
اهمیت پالایشگاههای گاز در صنعت نفت و پتروشیمی
پالایشگاههای گاز نقش مهمی در زنجیره ارزش صنعت انرژی دارند. این واحدها علاوه بر تأمین گاز مورد نیاز شبکه، مواد اولیه ارزشمندی را برای صنایع پاییندستی فراهم میکنند.
برای مثال، اتان بازیابیشده از گاز طبیعی میتواند خوراک واحدهای پتروشیمی باشد و LPG و میعانات گازی نیز دارای ارزش اقتصادی بالایی هستند.
بنابراین پالایشگاه گاز تنها یک واحد تصفیه گاز نیست؛ بلکه یکی از حلقههای مهم زنجیره تولید انرژی و محصولات پتروشیمی محسوب میشود.
جمعبندی
پالایشگاه گاز مجموعهای از واحدهای فرآیندی و تجهیزات مختلف است که گاز خام تولیدشده از مخازن زیرزمینی را دریافت و پس از جداسازی مایعات، حذف آب و ترکیبات اسیدی و تفکیک هیدروکربنهای سنگین، آن را به محصولات قابل استفاده تبدیل میکند.
واحدهایی مانند دریافت و جداسازی گاز، شیرینسازی، نمزدایی، بازیابی NGL، تثبیت میعانات، بازیابی گوگرد، فشردهسازی و فلر از مهمترین بخشهای یک پالایشگاه گاز به شمار میروند.
عملکرد صحیح این واحدها به انتخاب مناسب تجهیزات، طراحی مهندسی دقیق، کنترل فرآیند، نگهداری مناسب و رعایت الزامات ایمنی وابسته است. از این رو، شناخت ساختار پالایشگاههای گاز برای فعالان صنعت نفت، گاز، پتروشیمی، پیمانکاران و تأمینکنندگان تجهیزات اهمیت ویژهای دارد.
