LNG چیست و فرآیند تولید آن چگونه است؟
LNG یا گاز طبیعی مایعشده (Liquefied Natural Gas) یکی از مهمترین شکلهای انتقال و ذخیرهسازی گاز طبیعی است. در فرآیند تولید LNG، گاز طبیعی پس از انجام مراحل مختلف تصفیه و حذف ناخالصیها، تا دمای بسیار پایین سرد میشود تا به حالت مایع تبدیل شود. این فرآیند باعث کاهش چشمگیر حجم گاز شده و امکان حمل آن با کشتیهای مخصوص و ذخیرهسازی در مخازن کرایوژنیک را فراهم میکند.
LNG عمدتاً از متان تشکیل شده است، اما بسته به ترکیب گاز خوراک، ممکن است مقادیر بسیار کمی از اتان، پروپان، نیتروژن و سایر اجزا نیز در آن وجود داشته باشد.
LNG مخفف عبارت Liquefied Natural Gas به معنی گاز طبیعی مایعشده است.
گاز طبیعی در شرایط عادی به صورت گاز است و انتقال حجم زیادی از آن در مسافتهای طولانی میتواند نیازمند خطوط لوله یا روشهای فشردهسازی باشد. با تبدیل گاز طبیعی به LNG، حجم آن تقریباً 600 برابر کاهش پیدا میکند؛ به همین دلیل LNG برای حمل دریایی و ذخیرهسازی حجم زیادی از گاز بسیار مناسب است.
نکته مهم این است که LNG با LPG تفاوت دارد. LPG عمدتاً از پروپان و بوتان تشکیل میشود، در حالی که LNG عمدتاً متان است.
LNG چگونه تولید میشود؟
تولید LNG را میتوان به چند مرحله اصلی تقسیم کرد:
گاز طبیعی خام → پیشتصفیه → حذف گازهای اسیدی و آب → حذف هیدروکربنهای سنگین → خنکسازی → مایعسازی → ذخیرهسازی LNG → بارگیری و انتقال
در ادامه هر مرحله را بررسی میکنیم.
۱. دریافت و آمادهسازی گاز طبیعی
گاز طبیعی مورد استفاده برای تولید LNG معمولاً از میدانهای گازی یا منابع تولید گاز تأمین میشود.
گاز طبیعی خام علاوه بر متان، ممکن است حاوی موادی مانند:
- آب
- دیاکسید کربن (CO₂)
- سولفید هیدروژن (H₂S)
- نیتروژن
- اتان و پروپان
- بوتان و هیدروکربنهای سنگینتر
- ترکیبات جیوه و سایر ناخالصیها
باشد.
پیش از ورود گاز به بخش مایعسازی، این ناخالصیها باید تا حد مشخصی حذف شوند.
۲. حذف گازهای اسیدی
یکی از مهمترین مراحل آمادهسازی خوراک LNG، حذف CO₂ و H₂S است.
وجود CO₂ در گاز خوراک در فرآیند مایعسازی مشکلساز است، زیرا در دماهای بسیار پایین ممکن است یخ یا جامد شود و باعث گرفتگی تجهیزات و مسیرهای فرآیندی شود.
H₂S نیز یک ترکیب سمی و خورنده است و باید پیش از ورود گاز به واحد مایعسازی تا سطح مورد نیاز کاهش پیدا کند.
برای حذف گازهای اسیدی معمولاً از فرآیندهایی مانند جذب با محلولهای آمینی استفاده میشود.
۳. نمزدایی و حذف آب
پس از حذف گازهای اسیدی، آب موجود در گاز طبیعی باید تقریباً به طور کامل حذف شود.
این مرحله اهمیت زیادی دارد، زیرا در دماهای بسیار پایین فرآیند LNG، آب میتواند به صورت جامد درآمده و باعث تشکیل هیدرات یا یخ و در نتیجه انسداد تجهیزات شود.
برای خشککردن گاز طبیعی معمولاً از واحدهای Molecular Sieve یا غربال مولکولی استفاده میشود.
در این واحد، مواد جاذب مخصوص، مولکولهای آب را از جریان گاز جدا میکنند.
۴. حذف جیوه
در بسیاری از واحدهای LNG، حذف جیوه نیز بخشی از فرآیند تصفیه گاز است.
جیوه حتی در مقادیر بسیار کم میتواند برای برخی تجهیزات، بهخصوص مبدلهای حرارتی آلومینیومی، مشکل ایجاد کند.
به همین دلیل معمولاً از بسترهای جاذب جیوه برای کاهش غلظت آن در گاز طبیعی استفاده میشود.
۵. حذف هیدروکربنهای سنگین
گاز طبیعی ممکن است حاوی هیدروکربنهای سنگین مانند پنتان و ترکیبات سنگینتر باشد.
این ترکیبات در فرآیند مایعسازی میتوانند مشکلات عملیاتی ایجاد کنند و در برخی شرایط باعث تشکیل فازهای ناخواسته یا گرفتگی تجهیزات شوند.
بنابراین بسته به ترکیب گاز خوراک، بخشی از هیدروکربنهای سنگین از گاز جدا میشوند.
در این مرحله ممکن است محصولات جانبی مانند NGL نیز بازیابی شوند.
۶. فرآیند مایعسازی گاز طبیعی
پس از انجام مراحل تصفیه، گاز طبیعی وارد مهمترین بخش کارخانه LNG یعنی واحد Liquefaction میشود.
در این واحد، گاز طبیعی به تدریج سرد میشود تا دمای آن به حدود ۱۶۲- درجه سانتیگراد برسد.
در این دما، متان از حالت گازی به حالت مایع تبدیل میشود.
برای رسیدن به چنین دمای پایینی، از چرخههای تبرید و مبدلهای حرارتی بسیار بزرگ استفاده میشود.
یکی از فرآیندهای رایج در صنعت LNG، فرآیندهای مبتنی بر Mixed Refrigerant یا مبرد مخلوط است.
فرآیند Mixed Refrigerant چیست؟
در برخی فناوریهای مایعسازی LNG، از مخلوطی از چند هیدروکربن و نیتروژن به عنوان مبرد استفاده میشود.
این مخلوط در یک چرخه تبرید گردش کرده و با گرفتن حرارت از گاز طبیعی، دمای آن را کاهش میدهد.
فرآیند کلی را میتوان به شکل زیر نمایش داد:
گاز طبیعی تصفیهشده → پیشسردسازی → خنکسازی بیشتر → مایعسازی → LNG
انتخاب فناوری مایعسازی به عواملی مانند ظرفیت کارخانه، ترکیب گاز خوراک، شرایط آبوهوایی، مصرف انرژی و طراحی پروژه بستگی دارد.
۷. ذخیرهسازی LNG
پس از تبدیل گاز طبیعی به مایع، LNG به مخازن ذخیرهسازی مخصوص منتقل میشود.
این مخازن باید بتوانند دمای بسیار پایین LNG را تحمل کنند و معمولاً دارای سیستمهای عایقکاری پیشرفته هستند.
از آنجا که LNG در حال جوشیدن و تبخیر جزئی است، بخشی از آن به صورت Boil-Off Gas یا BOG تولید میشود.
این گاز میتواند در کارخانه مدیریت شده و بسته به طراحی تأسیسات، دوباره به فرآیند بازگردانده، مصرف سوخت شود یا تحت شرایط مناسب دوباره مایعسازی شود.
۸. بارگیری و انتقال LNG
یکی از مهمترین مزایای LNG این است که میتوان آن را با استفاده از کشتیهای مخصوص حمل LNG به نقاط مختلف جهان منتقل کرد.
در پایانه صادراتی، LNG از مخازن ذخیرهسازی به سیستم بارگیری منتقل شده و سپس وارد مخازن عایقشده کشتی میشود.
کشتیهای LNG دارای مخازن مخصوصی هستند که برای نگهداری سیال در دمای بسیار پایین طراحی شدهاند.
LNG در مقصد چگونه دوباره به گاز تبدیل میشود؟
پس از رسیدن کشتی به پایانه دریافت LNG، این محصول تخلیه و در مخازن کرایوژنیک ذخیره میشود.
سپس LNG وارد واحد Regasification یا بازگازسازی میشود.
در این فرآیند، LNG با دریافت حرارت دوباره به گاز طبیعی تبدیل میشود.
فرآیند کلی به صورت زیر است:
LNG → گرمکردن → تبدیل به گاز → تنظیم فشار → ورود به شبکه گاز
یکی از تجهیزات رایج در پایانههای LNG برای این کار، Open Rack Vaporizer یا ORV است که میتواند از آب دریا برای انتقال حرارت استفاده کند.
کاربردهای LNG چیست؟
LNG کاربردهای گستردهای در صنعت انرژی دارد.
۱. انتقال گاز در مسافتهای طولانی
در مناطقی که ساخت خط لوله اقتصادی یا امکانپذیر نیست، LNG میتواند برای انتقال گاز طبیعی از طریق دریا مورد استفاده قرار گیرد.
۲. تولید برق
LNG میتواند به عنوان سوخت نیروگاههای گازی و سیکل ترکیبی مورد استفاده قرار گیرد.
۳. مصارف صنعتی
برخی صنایع از LNG برای تأمین انرژی مورد نیاز کورهها، بویلرها و تجهیزات فرآیندی استفاده میکنند.
۴. سوخت حملونقل
LNG در برخی بخشهای حملونقل، بهویژه کشتیها و خودروهای سنگین، به عنوان سوخت مورد استفاده قرار میگیرد.
۵. تأمین گاز مناطق فاقد خط لوله
با استفاده از حمل LNG میتوان گاز طبیعی را به مناطقی رساند که دسترسی مستقیم به شبکه خطوط لوله ندارند.
مزایای LNG
مهمترین مزایای LNG عبارتاند از:
- کاهش شدید حجم گاز طبیعی
- امکان حمل دریایی گاز
- امکان ذخیرهسازی حجم زیادی از انرژی
- ایجاد انعطاف در تجارت گاز طبیعی
- امکان تأمین گاز مناطق دور از خطوط لوله
- کاربرد در نیروگاهها و صنایع مختلف
معایب و چالشهای LNG
تولید و استفاده از LNG در کنار مزایا، چالشهایی نیز دارد.
مصرف انرژی بالا
فرآیند مایعسازی نیازمند تجهیزات تبرید و مصرف انرژی قابل توجه است.
هزینه بالای تأسیسات
ساخت کارخانه LNG، مخازن کرایوژنیک، پایانههای صادراتی و کشتیهای حمل LNG نیازمند سرمایهگذاری زیادی است.
نیاز به تجهیزات تخصصی
به دلیل دمای بسیار پایین LNG، تجهیزات باید برای سرویس کرایوژنیک طراحی و انتخاب شوند.
مدیریت Boil-Off Gas
تبخیر بخشی از LNG در طول ذخیرهسازی و حمل باید به شکل ایمن و اقتصادی مدیریت شود.
جمعبندی
LNG یا گاز طبیعی مایعشده یکی از مهمترین روشهای انتقال و ذخیرهسازی گاز طبیعی در جهان است. در این فرآیند، گاز طبیعی ابتدا از ناخالصیهایی مانند CO₂، H₂S، آب، جیوه و هیدروکربنهای سنگین تصفیه میشود و سپس در واحد مایعسازی تا دمای بسیار پایین، حدود ۱۶۲- درجه سانتیگراد، سرد میشود.
با تبدیل گاز طبیعی به LNG، حجم آن به میزان زیادی کاهش مییابد و امکان ذخیرهسازی و حمل آن با کشتیهای مخصوص فراهم میشود. در مقصد نیز LNG در پایانههای دریافت، طی فرآیند بازگازسازی دوباره به گاز طبیعی تبدیل و وارد شبکه مصرف میشود.
به همین دلیل، LNG نقش مهمی در تجارت جهانی گاز طبیعی، تأمین سوخت نیروگاهها، صنایع و انتقال گاز به مناطق فاقد خطوط لوله دارد.
