تحليـة الغازات الطبيعية (ج3) Natural Gas Engineering

تحلية الغاز:

يمكن أن تؤثر عملية معالجة الغاز الطبيعي في تصميم كامل التجهيزات المستخدمة، بما في ذلك الطرق المختارة لإزالة الغاز الطبيعي، استعادة الكبريت، التجفيف، استعادة المركبات الهيدروكربونية السائلة والتكسير التجزيئي لها ومعالجة المنتجات السائلة، لذلك عند اختيار عملية معالجة الغاز يجب أن نأخذ بالحسبان العوامل التالية:

1. تعليمات حماية تلوث الهواء بخصوص إزالة مركبات الكبريت.
2. نوع وتركيز الشوائب في الغاز الحامضي.
3. مواصفات الغاز الحامضي.
4. مواصفات الغاز الناتج عن عمليات المعالجة.
5. درجة الحرارة والضغط الذي يمكن أن يتواجد عنده الغاز الطبيعي الحامضي ومن ثم درجة الحرارة والضغط الذي يمكن أن يُسلم عنده الغاز المعالج.
6. حجم غاز الطبيعي المراد معالجته.
7. تركيب المركبات الهيدروكربونية في الغاز الطبيعي.
8. الانتقائية المطلوبة لإزالة الغاز الحامضي.

في هذا المقال يتم التعرف على عملية الامتصاص لتحلية الغازات الحامضية التي تتم في برج الامتصاص بواسطة المحلول الأميني (دي إيتانول الأمين DEA)، حيث يتم التطرق بشكل مفصل وواضح إلى كافة جوانب العملية من شروط سير العملية لكل من الغاز الحامضي وسائل الامتصاص، بالإضافة إلى المشاكل التي تعترض سير العملية والحلول المناسبة لها.

كما سيتم شرح المراحل التي يتم فيها تجديد سائل الامتصاص لتدخل إلى دورة جديدة لعملية التحلية في برج الامتصاص.

يصل الغاز الطبيعي المرافق والمراد معالجته إلى فاصل الدخول في المعمل الذي يتم فيه إزالة الشوائب الميكانيكية المرافقة للتيار الغازي والمتبقية من عمليات الفصل الرئيسية.

قبل دخولها إلى برج الامتصاص يجب تأمين شروط عملية الامتصاص وتكون كالتالي:

2-4-تأمين شروط عملية الامتصاص:

لإجراء أي عملية يجب في البداية تأمين الشروط المناسبة من ضغط ودرجة الحرارة، ومن المعروف أن عملية الامتصاص تسير بضغط مرتفع ودرجة الحرارة منخفضة. ويكون الغاز القادم من المحطات إلى معمل الغاز والمطلوب معالجته منخفض الضغط أي حوالي.1.5 bar  

ولابد من إيصال ضغط الغاز إلى الضغط المطلوب أي12 bar  لذا يتم ضغطه على مرحلتين.

في المرحلة الأولى عند إمرار الغاز في الضاغط يتم ضغطه ليصل إلى 3.5 bar  وعند رفع الضغط ترتفع معها درجة الحرارة إلى 112^o C  مما يؤثر سلباً على الأنابيب والضواغط، لذا يتم إمراره عبر مبادل حراري بيني لتخفيض حرارته إلى 49^oC. ثم يتم إعادة الغاز إلي نفس الضاغط ليضغط في المرحلة الثانية حتى الضغط 12 bar وبعدها يتم إمراره عبر المبادل الحراري لتنخفض الحرارة إلى 42^o C . كما يبين الشكلين (1-4) و (2-4).

أما بالنسبة لضغط سائل الامتصاص فيجب أن يكون أكبر من ضغط الغاز بسبب طول البرج ليصل إلى أعلى البرج، أي حوالي 17 bar ، أما حرارته فينبغي أن تكون نفس حرارة الغاز (ضمن مجال درجة حرارة الغاز).كما في الشكلين:

بعد الحصول على الشروط الملائمة يتم نقلها إلى برج الامتصاص للبدء بعملية التحلية.

3-4-برج الامتصاص:

بعد تأمين شروط عملية الامتصاص من ضغط

ودرجة الحرارة لكل من الغاز وسائل الامتصاص،

يتم إدخال الغاز من أسفل البرج وسائل

الامتصاص من أعلى البرج لحدوث التلامس بينهما.

ويحدث الامتصاص على طول البرج، حيث أن

البرج من الداخل عبارة عن مجموعة من الصواني

لزيادة فعالية الامتصاص.

ويمكن توضيح عملية التلامس ضمن البرج من خلال الشكل التوضيحي (6-4):

الشكل (6-4): يبين المخطط التدفقي لعملية الامتصاص باستخدام محلول الأمين.

تطبق عملية التلامس للحصول على تراكيز منخفضة للغاز الحامضي في الغاز الطبيعي المعالج (أي امتصاص أكبر قدر ممكن من الغاز الحامضي)، كما يمكن اعتبارها من الطرق المناسبة لمعالجة الغازات الغنية بالمركبات الهيدروكربونية الثقيلة.

سائل الامتصاص والمعروف بـ الديا أو أمين الفقير يدخل من أعلى البرج ليمر من خلال الصواني حتى يصل للقسم السفلي، والغاز يدخل من الجزء السفلي (جزء تحت المنتصف) بعد أن يتم إزالة الشوائب الميكانيكية المرافقة للتيار الغازي والمتبقية من عمليات الفصل الرئيسية، ويصعد للأعلى فيحدث  التلامس ما بين الغاز والسائل حيث تتفاعل مكونات الغاز الحامضي مع مكونات سائل الامتصاص، في هذه اللحظة يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون وكبريت الهيدروجين، فيتجمع السائل (أمين غني بالغازات الحامضة) ويخرج من الجزء السفلي بدرجة حرارة عالية باعتبار العملية ناشرة للحرارة، أما الغاز فيخرج من أعلى البرج ويسمى بالغاز الحلو ويكون فيه آثار من بخار الماء، وينتقل بعدها إلى وحدة المناخل الجزيئية لإزالة الرطوبة.

ضمن البرج يجب الحفاظ على مستوى سائل الامتصاص 60 %، ويمكن معرفة المستوى من خلال مؤشر المستوى، حيث يتم إعطاء إشارة للصمام لفتح أو الإغلاق لخروج الديا أو دخوله حتى الوصول للمستوى المطلوب. ويتم مراقبة المستوى بشكل متكرر لاحتمالية تشكل الهيدروكربونات.

4-4-مرحلة تجديد سائل الامتصاص     :

تكتسب إعادة تجديد سائل الامتصاص أهمية اقتصادية بالغة، وتتم وفق الإمكانيات التالية:

1. تسخين سائل الامتصاص إلى درجة الغليان بالارتباط مع الفصل بالتقطير (النوع الأكثر احتمالاً في إعادة التجديد).
2. كسح الغاز المنحل في سائل الامتصاص بواسطة تيار غازي آخر خامل.
3. تخفيض الضغط في الامتصاص الفيزيائي، مثل امتصاص غاز CO₂بواسطة الماء تحت الضغط وتحرير CO₂ بتخفيض ضغط الماء، وتستخدم طاقة ضغط الماء عند تدفقات كبيرة من الماء في تشغيل العنفات المائية.

لتأمين شروط عملية التجديد لسائل الامتصاص "نقوم بعكس الشروط في عملية الامتصاص" حيث يتم رفع درجة الحرارة وخفض الضغط. ويتم التجديد بتسخين سائل الامتصاص بالارتباط مع الفصل بالتقطير.

- تخفيض الضغط:

باعتبار العملية ناشرة للحرارة تكون درجة حرارة الديا الغنية مرتفعة، ويتم خفض الضغط فيغادر المحلول الأميني المشبع بالغاز الحامضي برج الامتصاص من جزئه السفلي، مع الأخذ بعين الاعتبار مستوى السائل في البرج، و يتجه هذا المحلول نحو خزان (Flash Tank) لخفض الضغط من 10 bar إلى4 bar  وإلى درجة حرارة معينة التي سوف يتم تأمينها على مراحل.

Flash Tank مهمته الرئيسة هي تجميع السائل الأميني، وإزالة ما تبقى من الغازات الهيدروكربونية في هذا السائل وإرجاعها لفاصل الدخول، والإبقاء على الديا الغنية بمستوى معين وتحرير المركبات الهيدروكربونية المرافقة مع المحلول الأميني.

- تنقية المحلول الأميني:

يذهب المحلول الأميني إلى المرشحات أو الفلاتر وهي على نوعين" فلترين قطنيين وآخر فحمي".

الفلاتر القطنية: تستخدم لإزالة الغبار والرمل أي بمعنى" الشوائب الميكانيكية" المنتقلة إلى المحلول الأميني من الغازات، تكون من الداخل على شكل أقطاب ملفوفة بالقطن وتلتصق هذه الشوائب بالقطن الملفوف حول قضيب معدني ويخرج السائل من حول القطن. وتكون هذه الفلاتر دائماً في الخدمة.

الفلاتر الفحمية: مهمتها امتزازAdsorption  الهيدروكربونات المسببة للرغوة لإزالتها من السائل الأميني. فيصبح هذا السائل خالياً من الهيدروكربونات السائلة. هذه الفلاتر ليست على الدوام في الخدمة، يتم استخدامه عند اللزوم (وجود هيدروكربونات سائلة).

الفلاتر هذه إما تعمل على التفرع أو على التسلسل، فإذا كان الفلتر الفحمي خارج الخدمة تعمل هذه الفلاتر على التفرع. أما في حال تشكل الرغوة تكون العملية على التسلسل حيث يدخل السائل الأميني من الفلتر القطني للفلتر الفحمي ومن ثم إلى الفلتر القطني الثاني.

- تنشيط الفلاتر:

عملية تنشيط الفلتر الفحمي مهمة جداً وتتم بعد كل عملية امتزاز يقوم بها، ويتم عزله بعد يومين من عمله، حيث يصبح الفلتر مشبعاً بالهيدروكربونات، ويتم تنشيطه عن طريق متكاثفات بخار الماء ثم بخار الماء.

يتم ملأ الفلتر بالماء الساخن وتبقى لمدة أربع ساعات، بعد قضاء هذا الوقت يتم إفراغها من الماء وبعد أربع ساعات أخرى يتم ضخ البخار فيها، بهذه الطريقة تتبخر جميع الهيدروكربونات التي تمت امتزازها من قبل الفلتر، بعد عملية التنشيط يتم إدخال الفلتر مرة ثانية إلى الخدمة عند اللزوم.

أما الفلاتر القطنية فيتم تنشيطها أما بتبديل الأقطاب الملفوفة بالقطن أو تنظيفها بالبخار الماء.

- زيادة درجة حرارة المحلول الأميني:

يكمل المحلول الأميني طريقه إلى مبادل" ديا الغنية الفقيرة". وهو عبارة عن مبادلين فوق بعضهما البعض يعملان بأربعة أشواط.

الديا الغنية تدخل إلى المبادل ذو أربع أشواط حيث تدخل من أحداها إلى الأخرى وهنا تزداد الحرارة نوعاً ما، لأنها تكتسب حرارتها من الديا الفقيرة ذات الحرارة العالية، حيث ترتفع درجة حرارة الديا الغنية من 63^oC إلى 95^oC قبل دخولها لبرج الاسترجاع، ويكون البرج عبارة عن قسمين (القسم العلوي على شكل صواني والقسم السفلي عبارة عن فاصل).

- برج الاسترجاع لمحلول الأمين والتخلص من الغازات الحامضية:

وبعد تأمين شروط من الضغط