تکنولوژی هیدرات های گازی

● مقدمه:
منشا سوختهای گازی متفاوت است. برخی به طور طبیعی وجود دارند و برخی دیگر از تغییر شکل سوختهای مایع و یا جامد تهیه می شوند. سازنده ی اصلی مفید آنها هیدروژن ٬ اکسید کربن و متان است و گاهی هیدروکربورهای سنگین تر مانند اتان و پروپان نیز در آنها وجود دارد. در گاز سوختنی همواره مقداری گاز بی اثر مانند ازت و گاز کربنیک نیز موجود است. سوختهای گازی را به دو دسته سوختهای گازی طبیعی و سوختهای گازی ساختگی تقسیم می کنند. سوختهای گازی طبیعی شامل گازهای:
۱) طبیعی که از رگه های نفتی وهمراه آنها به دست می آید.
۲) گریزو که از معادن زغال سنگ متصاعد می شود و بیشتر دارای متان است. گاهی کمی اتان و گازهای بی اثر مانند CO۲ و N۲ نیز در آن وجود دارد.
سوختهای گازی ساختگی شامل انواع زیر است:
الف) گاز تقطیر زغال سنگ:
سازنده ی اصلی این گاز متان و هیدروژن است ولی مقدار کمی آن وجود دارد. قدرت گرمایی آن حدود ۴۲۰۰ تا ۴۵۰۰ کیلوکالری بر متر مکعب است. این گاز را سابقا به نام گاز روشنایی یا گاز شهر می نامیدند ولی امروزه گاز شهر محتوی گاز آب گاز فقیر گاز روغن و یا گاز طبیعی است.
ب) گاز فقیر یا گاز هوا :
این گاز از گاز کردن کک ویا زغال سنگ توسط هوا و یا مخلوط هوا و کمی بخار آب تهیه می شود. اگر فقط هوا بر روی سوخت جامد بدمند گاز حاصل محتوی CO است که به وسیله ی CO۲ و N۲ رقیق شده است و قدرت گرمایی آن نزدیک به ۱۰۰۰ کیلو کالری بر متر مکعب است. غالبا به هوای دمیده شده کمی بخار آب اضافه می کنند که در این صورت گاز حاصل محتوی مقداری هیدروژن نیز بوده و قدرت گرمایی آن به ۱۲۰۰ تا ۱۳۰۰ کیلوکالری بر متر مکعب می رسد. اگر به جای کک زغال سنگ قیر دار که غنی از مواد فرار است به کار برند قدرت گرمایی گاز حاصل به حدود ۱۵۰۰ تا ۱۸۰۰ کیلوکالری بر متر مکعب می رسد. در این صورت گاز دارای متان و بخارات گودرون که قابل فشرده شدن است می باشد.
ج) گاز آب:
از گاز کردن کک ویا زغال سنگ به وسیله ی بخار آب و یا مخلوط بخار آب و اکسیژن گاز آب حاصل می شود. این گاز محتوی CO ٬ H۲ و کمی CO۲ است و به عنوان سوخت و مخلوط با گازهای دیگر و یا به عنوان ماده ی اولیه برخی سنتز ها به کار می رود و به همین جهت آنرا گاز سنتز نیز می نامند. قدرت گرمایی آن حدود ۲۵۰۰ تا ۲۸۰۰ کیلوکالری بر متر مکعب است.
د) گاز آب کربور شده:
این گاز مخلوط گاز آب و گاز روغن است و از تبخیر مقداری از محصولات نفتی در گاز آب حاصل از گازوژن به دست می آید. محصولات نفتی در اثر حرارت تجزیه شده و مواد حاصل به گاز آب اضافه می شود. با تغییر دادن جنس مواد روغنی و شرایط کراکینگ می توان نوع محصول را کنترل کرد.
ه) گاز کوره بلند:
این گاز شبیه گاز فقیر است زیرا از اثر هوا بر کک در کوره ی بلند به وجود می ایدو مقدار هیدروژن آن بسیار کم است. قدرت گرمایی آن ۸۰۰ تا ۹۰۰ کیلوکالری بر متر مکعب است.
و) گاز تصفیه خانه نفت:
در اثر تقطیر و کراکینگ محصولات نفتی نیز گازی شبیه به گاز طبیعی به دست می اید.
▪ گاز طبیعی :
گاز طبیعی غالبا همراه نفت است و نفت را از درون خاک به طرف چاه های استخراج می راند. هنگام بالا رفتن مخلوط نفت و گاز در چاه ها گاز آن آزاد شده و مخلوط را به بالای چاه می برد. در نفتهای که از گاز اشباع نشده اند و فقط تحت فشار آب قرار دارند مقدار گاز حل شده کمتر و در نفتهای فوق اشباع مقدار گاز بیشتر است. همچنین رگه هایی وجود دارد که فقط دارای گاز طبیعی است و نفت ندارد. قسمت اعظم گاز طبیعی از متان تشکیل شده و غیر از متان هیدروکربورهای گازی دیگر از C۲ تا C۴ با مقادیر متفاوت و همچنین هیدروکربورهای بالاتر نیز در آن وجود دارد. گاز طبیعی ممکن است خشک و یا مرطوب باشد.گازهای خشک مقداری کمتر از ۱۳.۴ سانتی متر مکعب بنزین در هر متر مکعب گاز دارا می باشند. بنزین گازهای مرطوب حدود ۴۰.۲ سانتی متر مکعب بر متر مکعب گاز است.گازهای طبیعی گاهی علاوه بر هیدروکربورها محتوی CO۲ ٬ H۲ S ٬ H۲ O ٬ O۲ ٬ N۲ و He نیز می باشند. بین این ناخالصی ها H۲ O ٬ H۲ S و CO۲ نا مطلوب هستند. مثلا آب با هیروکربورهای گازی تولید هیدراتهای متبلوری می کند که دارای ترکیب پیچیده بوده و در حین انتقال گاز به صورت بلورهایی شبیه برف ویا یخ در لوله ها و شیرها می بندد و راه عبور گاز را مسدود می کند. باید توجه داشت که بوتان نرمال و هیدروکربورهای بالاتر هیدرات جامد تشکیل نمی دهند. به همین دلیل بایستی گاز طبیعی را قبل از انتقال خشک نمایند. اگر گاز طبیعی دارای CO۲ و H۲ S باشد بایستی انها هم حذف شوند زیرا باعث خوردگی می شوند. خشک کردن باید به حدی باشد که نقطه ی شبنم گاز زیر پایین ترین درجه حرارت مسیر گاز باشد. عوامل خشک کننده به صورت مایع یا جامد مصرف می شوند. از بین خشک کننده های جامد اکسید الومینیوم فعال شده و یا بوکسیت فعال شده بیش از همه به کار می رودو نقطه ی شبنم را بیش از ۵۰ درجه سانتی گراد پایین می برد. برای تصفیه ی کردن مقادیر زیاد گاز از روش پیوسته به نام هیپرسورپسیون استفاده می کنند در این روش زغال فعال از وراء یک سری ظرف پایین می رود در ظرف اول و در اولین مرحله زغال سرد می شود سپس زغال وارد منطقه ی جذب سطحی شده و مواد مضر بر روی آن جذب سطحی می شوند. زغال از مناطق دیگری می گذرد که در آنها به تدریج هیدروکربورهای جذب شده را پس می دهد و به این طریق محصولات نسبتا خالص به دست می آید.
▪ تکنولوژی هیدرات:
هیدرات گازی، یک جامد بلوری است که درآن مولکول های آب مولکول های گاز را احاطه کرده اند. گازهای زیادی وجود دارند که ساختار مناسبی برای تشکیل هیدرات دارند که از آن جمله می توان به دی اکسیدکربن، سولفیدهیدروژن و هیدروکربن های با تعداد کربن کم اشاره کرد.هیدرات های گازی که بیشتر در بستر دریاها تشکیل می شوند، بیشتر از نوع هیدرات متان هستند. این ماده که از آن به عنوان «یخ شعله ور» یاد می شود، دارای مقدار بسیار زیادی گازمتان و مکان تشکیل آن معمولاً رسوب کف اقیانوس ها و مناطق قطبی همیشه منجمد است. از خاصیت هیدرات می توان برای انتقال گاز نیز سود جست. شرایط تشکیل هیدرات عبارتند از: فشار و دمای مناسب، وجود مولکول آب و وجود مولکول گاز.
هیدرات گازی به طورطبیعی در دما و فشار محیط رسوبات کف اقیانوس دما و درمناطق با عمق بیش از۵۰۰ متر تشکیل می شود. در این فشار و در دماهایی بالاتر از دمای پایدار یخ، هیدرات گازی کاملاً پایدار است. همچنین درمناطق همیشه منجمد قطبی، این ماده به صورت ترکیب با یخ های محیط، به مقدار زیادی یافت می شود. هیدرات گازی را درسال۱۸۱۱ میلادی «همسفری دیوی»، هنگام تولید حباب های گاز کلر درآب سرد به روش آزمایشگاهی کشف کرد. درسال۱۸۳۲، مایکل فارادی نخستین فرمول شیمیایی را برای هیدرات گازی ارائه کرد که در آن یک مولکول گاز به وسیله ده مولکول آب احاطه شده بود. درسال۱۹۴۳ وقتی اولین خط لوله گاز طراحی شده بهره برداری شد، پدیده گرفتگی لوله به وسیله ذرات جامد هیدرات گاز ازسوی هایمراشمیت درآمریکا مطرح شد.
به دنبال این پدیده، تکنیک جلوگیری از تشکیل این ماده در لوله های نفت وگاز و فرآیندی برای نم گیری از جریان گاز شکل گرفت. درسال۱۹۵۱واندرووالس مبانی ترمودینامیک هیدرات گازی را مطالعه و تبیین کرد. از دهه۹۰ میلادی تاکنون کشورهای آمریکا، ژاپن، هندوستان و کانادا با اختصاص بودجه چشمگیری، برنامه تحقیقاتی طولانی مدتی را در زمینه هیدرات های گازی آغاز کرده اند.
● دلایل اهمیت هیدرات های گازی:
قابلیت زیاد هیدرات گازی در ذخیره سازی گازطبیعی، سبب ایجاد جذابیت درباره استفاده از آن برای مقاصد ذخیره سازی و حمل ونقل گازطبیعی و دیگر گازها به عنوان رقیبی برای روش های مایع سازی و متراکم کردن می شود. از دهه۱۹۶۰ که هیدرات گازی به عنوان عاملی مزاحم درخطوط لوله گاز به وجود آمد، ایده انتقال گازطبیعی به وسیله هیدرات در ذهن بسیاری از دانشمندان شکل گرفت. به دلیل آن که دمای حمل هیدرات بالاتر از دمای حمل گازطبیعی مایع شده(ال.ان.جی) است، هیدرات گازی را به آسانی می توان انتقال داد؛ از این رو فناوری ساخت کشتی های حمل هیدرات، پیچیدگی بسیارکمتری درقیاس با کشتی های حمل ال.ان.جی خواهد داشت و تأسیسات تولید هیدرات بسیار ساده تر از تأسیسات ال.ان.جی می توانند طراحی شوند.
اما مشکل اساسی، حجم کمتر گازمنتقل شده است. براساس مطالعات انجام شده در این زمینه، هریک مترمکعب هیدرات، ۱۷۵ مترمکعب گاز را درخود جای می دهد. درصورتی که درفناوری ال.ان.جی کاهش حجم به یک ششصدم می رسد و این موضوع در اقتصادی بودن طرح های انتقال گاز به خصوص فواصل دوردست بسیار با اهمیت است. با وجود این، هنوز امیدهای زیادی وجود دارد تا هیدرات به عنوان یک راه حل کاملاً اقتصادی برای انتقال گاز به کار رود. در این زمینه شرکت بریتیش پترولیوم با همکاری مراکز علمی دیگر مانند دانشگاه گواسن درحال ساخت یک واحد صنعتی کوچک است که توان تولید۱۰۰ کیلوگرم هیدرات در روز را دارد.
هیدرات گازی را در فرآیندهای جداسازی نیز می توان به کاربرد. هیدرات های گازی تنها با تعداد محدودی از مواد تشکیل یافته است. اگربخواهیم ماده ای را از مخلوطی، شامل مواد غیرقابل تشکیل هیدرات جدا کنیم، استفاده از ویژگی تشکیل هیدرات به عنوان یک فرصت تلقی می شود. برای مثال می توان به غلیظ کردن جریان های غنی از آب، تهیه آب آشامیدنی از آب دریا و یا جداسازی جریان های گاز اشاره کرد.
کشف مقدار زیادی هیدرات گاز در دامنه شمالی آلاسکا و پایین خلیج جنوب شرقی ایالات متحده امریکا،این ایده را قوت می بخشد که هیدراتهای گاز،منبع بسیار مهم انرژی در آیندهمحسوب میشوند.گرچه،ابتدا مسائل بسیار مهم تکنیکی و فنی باید حل شود تا بتوان هیدرات
های گاز را به عنوان یک منبع انرژی مهم در جهان،معرفی کرد.هیدرات های گاز به طور طبیعی به شکل مواد کریستالی که از آب و گاز تشکیل شده،هستند.در هیدرات ها، یک شبکه جامد آب،ملکول های گاز را در یک ساختار قفس مانند در خود جای می دهند.هیدرات های گاز بیشتر در نواحی یخ زده و قطبی و زیر دریا در لایه های رسوبی وجود دارند. در حالی که،متان،پروپان و دیگر گازها می توانند در ساختار قفس مانند محبوس شوند،اما احتمال تشکیل هیدرات متان بسیار بیشتر است.میزان متان محبوس شده در هیدرات های گاز بسیار زیاد است و تخمین میزان آن بیشتر حدسی و فرضی است و محدوده آن از ۰۰۰/۱۰۰ تا ۰۰۰/۰۰۰/۲۷۰ تریلیون فوت مکعب است.به نظر می رسد که میزان گاز در ذخایر هیدرات جهان بسیار بیشتر از حجم منابع دیگر انرژی است.گرچه تا به حال در مورد دسترسی و تولید این هیدرات های گاز تحقیق و پژوهش بسیاری صورت نگرفته است.هدف اولیه پژوهش های مربوط به هیدرات های گاز، بررسی پارامترهای زمین شناختی است که ایجاد هیدرات های گاز را در کنترل دارد.هدف دیگر، ارزیابی حجم گاز طبیعی ذخیره شده، درون انباشته های جهانی هیدراتهای گاز است.این مقاله نتایج آخرین ارزیابی ها در مورد منابع هیدرات گاز طبیعی را مطرح می کند و سعی دارد توانایی تولید ذخایر هیدرات های گاز را ارزیابی کند و فناوری لازم برای تولید اقتصادی و به صرفه هیدرات های گاز در ۲۰ تا ۵۰ سال آینده را پایان مروری بر برنامه های تولید گاز از منابع هیدرات در ژاپن و هندوستان خواهیم داشت.
● مروری بر هیدرات های گاز:
تحت شرایط مناسب دمایی و فشاری،هیدرات های گاز معمولاً یک ساختار کریستالی اولیه تحت عنوان ساختار ۱ و ساختار ۲ را تشکیل می دهند.هر واحد سلولی ساختار ۱ هیدرات گاز شامل ۴۶ ملکول آب است که دو فضای تهی کوچک و ۶ فضای بزرگ تشکیل می شود.ساختارهای ۱ هیدرات های گاز فقط می توانند ملکول های کوچک گاز مثل متان و اتان،با قطر ملکولی کمتر از ۲/۵ آنگستروم را در خود جای دهند.واحد سلولی ساختار ۲ هیدرات های گاز شامل ۱۶ dodecahedral (دودی کاهدرال) کوچک و ۸ فضای خالی بزرگ هگزاکایی دوکاهدرال است که توسط ۱۳۶ مولکول آب شکل می گیرد.ساختار ۲ هیدرات های گاز ممکن است دارای گازهایی با ابعاد ملکولی در محدوده ۹/۵ تا ۹/۶ آنگستروم مثل پروپان و ایزوبوتان باشد.در شرایط دما و فشار استاندارد (STP)،یک حجم از هیدرات اشباع شده متان (ساختار ۱) دارای بیش از ۱۶۴ حجم از گاز متان است. به علت این ظرفیت عظیم ذخیره سازی گاز،این هیدرات ها، منابع مهمی از گاز طبیعی محسوب می شوند. در سطح ماکروسکوپی،بسیاری از خواص مکانیکی هیدرات گاز مثل یخ است. چون هیدراتها دارای حداقل ۸۵ درصد آب بر یک پایه ملکولی هستند.از همه جالب تر،خواص مرحله ی تعادل هیدرات های گاز است که بیشتر توسط تناسب ملکول های میهمان گاز، درون قفس های هیدرات آب کنترل می شود. برای مثال اضافه کردن پروپان به یک هیدرات خالص متان،ساختار هیدرات را(از ساختار ۱ به ساختار ۲ تغییر میدهد.
● هیدرات های گاز نواحی یخ زده و قطبی:
به نظر می رسد که هیدرات های گاز ،در حوزه غرب سیبری وجود دارند و تصور می شود که در دیگر نواحی قطبی شمال روسیه،مثل ایالت تیمان-پچورا،کراتن شرق سیبری و شمال شرقی سیبری و نواحی کامچاتکا نیز وجود داشته باشند.هیدرات های گازدر نواحی قطبی شمال آلاسکا و ایالت های شمالی آمریکا نیز وجود دارند. از شواهد غیر مستقیمی که نتیجه حفاری چاه در این نواحی بود به وجود هیدرات های گاز در دامنه شمالی آلاسکا پی برده شد و احتمال حضور لایه های متعدد هیدرات های گاز در ناحیه خلیج پرودهو (Prudhoo) و حوزه های نفتی رودخانه کوپاروک را تأ ئید می کند.در یک پنجم از چاه های حفاری شده در ناحیه ی دلتای مکنذی وجود هیدرات های گاز تأیید شده است و بررسی چاه های جزایر قطبی نشان می دهد که در نواحی قطبی، هیداراتهای گاز در اعماق ۱۳۰ تا ۲۰۰۰ متر وجود دارند.
● هیدراتهای گاز دریایی:
وجود هیدراتهای گاز در نواحی دریایی، عمدتاً نتیجه بازتاب غیرعادی لرزهای است که از محدوده منطقه ویژه مرزی هیدراتهای گاز میآید.این بازتابها عمدتاً به نام بازتاب تحریکی انتهایی یاBSR خوانده میشوند.BSR ها در اعماق ۱۰۰ تا ۱۱۰۰ متری از سطح دریا، نقشهبرداری شدهاند.هیدراتهای گاز در لایههای رسوبی خلیج مکزیک،بخش دریایی حوزه رودخانه Eel در کالیفرنیا،دریای سیاه،دریای خزر و دریای Okhotsk پیدا شدهاند.همچنین،هیدراتهای گاز در اعماق بیشتر زیر سطحی در خلیج جنوب شرقی امریکا، Black Kidge در خلیج مکزیک،حوزه کاسکادیا نزدیک اوریگان،کانال امریکای مرکزی،دریای پروودرنواحی شرقی و غربی ژاپن نیز کشف شده اند.
● ارزیابی منابع هیدرات گاز:
از آنجا که هیدراتهای گاز در نواحی قطبی و در لایههای رسوبی دریایی وجود دارند،میتوانند یک منبع انرژی بالقوه محسوب شوند.پیشبینیهای جهانی برای میزان گاز طبیعی موجود در لایههای هیدرات گاز از ۱۰۲۰/۵ تا ۱۰۶۲/۱ تریلیون فوت مکعب برای نواحی قطبی و از ۱۰۵۱/۱ تا ۱۰۸۷/۲ تریلیون فوت مکعب برای لایههای رسوبی اقیانوسی است.پیشبینیهای انتشار یافته در مورد منابع هیدراتهای گاز نشاندهنده نوسانات قابل ملاحظهای است. آخرین پیشبینیها از میزان متان در انباشتههای جهانی هیدراتهای گاز حدود ۱۰۵۷ تریلیون فوت مکعب است اما به نظر میرسد که لایههای رسوبی اقیانوسی دارای منابع بیشتر و بزرگتری از گاز طبیعی هستند تا لایههای رسوبی قارهای.هدف اصلی کار ارزشیابی و تخمین در مؤسسه پژوهشی زمین شناختی امریکا،تخمین زدن منابع هیدرات گاز در امریکا هم در نواحی ساحلی و هم در نواحی دریایی است.ارزیابی هیدراتهای گاز براساس یک برنامه تجزیه و تحلیلی، ایالت به ایالت انجام میشود.ما تمامی هیدراتهای گاز را بدون توجه به مسائل فنی آنها،تعریف،توصیف و ارزیابی میکنیم.بنابراین،این ارزیابی،تنها با حجم منابع هیدراتهای گاز موجود مربوط است،یعنی میزان گازی که درون هیدراتهای گاز بدون در نظر گرفتن بازیافت آن وجود دارد.در یک روش تجزیه و تحلیلی،انباشتههای بالقوه هیدروکربن، براساس خصوصیات زمین شناختیشان گروهبندی میشوند سپس شرایط زمینشناختی بروز هیدروکربنها الگوبرداری میشود. در این روش ارزشیابی،زمین شناسان، در مورد عوامل زمین شناختی لازم برای تشکیل انباشتههای هیدروکربن و عوامل زمین شناختی تعیین کننده اندازه آنها،بحث میکنند.در یک ارزیابی،۱۱ حوزه هیدرات گاز،در ۴ ایالت نفتی دریایی و ساحلی کشف و برای هر حوزه میزان هیدراتهای گاز تخمینزده شد.پیشبینیهای انجام شده برای هر کدام از این ۱۱ حوزه جمعآوری شدند تا کل منابع هیدرات گاز در ایالات متحده آمریکا تخمین زده شود.منابع موجود گاز درون هیدراتها در ایالات متحده امریکا بین ۷۶۵/۱۱۲ تا ۱۱۰/۶۷۶ تریلیون فوت مکعب گاز البته با سطح احتمال ۰۵/۰ تا ۹۵/۰ است. گرچه این آمار،همراه با درصد بالایی از شک و تردید است،اما نشان دهنده میزان بسیار زیادی گاز ذخیره شد در هیدراتهای گاز هستند.ارزش کلی هیدراتهای گاز محاسبه شد ه در امریکا حدود ۲۲۲ تا ۳۲۰ تریلیون فوت مکعب گاز است.لازم به ذکر است که حفاریهای پژوهشی دریایی که اخیراً درون منطقه ویژه اقتصادی امریکا در امتداد ناحیه شرقی این کشور انجام شده است،وجود مقادیر قابل توجهی از متان ذخیره شده را به عنوان هیدرات گاز جامد و گاز آزاد حبس شده زیر هیدراتهای گاز،تأیید
میکند.
● تولید گاز از هیدراتهای گاز:
روشهای پیشنهاد شده بازیافت گاز از هیدراتها معمولاً شامل تفکیک کردن یا ذوب کردن هیدراتهای گاز به روشهای زیر است:
۱) گرم کردن مخزن برای دمای تشکیل هیدرات
۲) کاهش فشار مخزن زیر موازنه هیدارت
۳) تزریق یک مهارکننده مثل متانول یا گلیکول درون مخزن برای کاهش شرایط تثبیت هیدرات.
البته در حال حاضر، بازیافت گاز از هیدراتها به تعویق انداخته میشود چون هیدراتها معمولاً در نواحی خشن قطبی و نواحی عمیق دریایی گسترده شدهاند.اخیراً از یک سری مدلهای تحریک گرمایی ساده هم برای ارزیابی تولید هیدرات گاز از آب گرم و جریانهای بخاری استفاده شده است که نشان میدهد،گاز را میتوان از هیدراتها به میزان کافی تولید کرد به صورتی که هیدراتهای گاز به یک منبع قابل بازیافت تکنیکی تبدیل شوند،گرچه هزینه زیاد این تکنیکهای بازیافت پیشرفته گاز،جلوی بازیافت را میگیرد. استفاده از مهارکنندههای هیدرات گاز برای تولید گاز از هیدراتها از لحاظ فیزیکی امکان پذیر است،گرچه،استفاده از حجمهای زیاد مواد شیمیایی مثل متانول هزینه اقتصادی و زیست محیطی بالایی دارد.از میان تکنیکهای مختلف تولید گاز طبیعی از هیدراتها،اقتصادیترین و به صرفهترین روش،طرح فشار زدایی است.حوزه گازی Messoyakha در بخش شمالی حوزه غرب سیبری اغلب به عنوان یک مثال از تولید گاز از انباشتههای هیدروکربن مورد استفاده قرار میگیرد. از تمامی اطلاعات زمین شناختی برای تأیید حضور هیدراتهای گاز در قسمت بالایی این حوزه استفاده شده است.پیشینه تولید گاز از هیدراتهای این حوزه نشان میدهد که هیدراتهای گاز یک منبع تولیدی فوری از گاز طبیعی هستند و تولید را میتوان با روشهای همیشگی شروع و حفظ کرد. تولید طولانی مدت از بخش هیدراتگاز حوزه Messoyakha با برنامه ساده فشارزدایی قابل دسترسی است.تولید از بخش پایینی گاز آزاد این حوزه در سال ۱۹۶۹ آغاز شد.گرچه در سال ۱۹۷۱،فشار مخزن از میزان مورد انتظار انحراف پیدا کرد.این انحراف به آزادسازی گاز آزاد از هیدراتهای تفکیک یافته گاز نسبت داده میشود.از این حوزه تا به حال حدود ۳۶ درصد (حدود ۱۸۳ میلیارد فوت مکعب) گاز برداشت شده است.گرچه برخی محققان معتقدند که گاز تولید شده از هیدراتها نبوده است.
● فعالیتهای پژوهشی بین المللی :
در دو سال گذشته،مؤسسات دولتی در ژاپن،هند و کره جنوبی شروع به توسعه برنامههای پژوهش برای بازیافت گاز از هیدراتهای اقیانوسی کردهاند.یکی از مهمترین پروژههای هیدرات گاز که در ژاپن در حال انجام است،یک پروژه ۵ ساله برای ارزیابی منابع داخلی هیدراتهای بالقوه گاز طبیعی است.در مقالاتی که منتشر شده است: مؤسسه مجری طرح، اعلام کرده است که هیدراتهای متان میتواند نسل آینده منبع انرژی قابل تولید داخلی باشد.در سال ۱۹۹۶ این برنامه تحقیقاتی زمین شناختی و لرزهشناسی بر روی نواحی قارهای شمالی و جنوب شرقی ژاپن انجام شده است.براساس تحقیقات صورت گرفته،کاشف به عمل آمده است که حدود ۱۸۰۰ تریلیون فوت مکعب گاز درون هیدراتهای گاز ناحیه نانکای ذخیره شده است.هندوستان نیز مانند ژاپن به علت پرداخت هزینهای بالا برای واردات LNG ،مطالعات پژوهشی چندی را مبنی بر حضور و امکان بازیافت گاز از هیدراتهای گاز در این کشور آغاز کرده است.پژوهشها نشان میدهند که بین هند و میانمار،در دریای آندامان منبع عظیمی از هیدراتهای گاز وجود دارد که حدس زده میشود،دارای ۲۱۱ تریلیون فوت مکعب گازباشد.دولت هندوستان اعلام کرده است که این مسئله برای تأمین نیازهای فزاینده انرژی این کشور از اهمیت بسیاری برخوردار است.با اینکه اطلاعات ما در مورد هیدراتهای نهفته گاز بسیار اندک است،اما میتوان انتظار داشت با توسعه فناوریهای جدید بتوان به هیدراتها به عنوان نسل آینده منبع انرژی نگاه کرد.
● حوادث خطوط اصلی انتقال:
این خطوط که گاز شیرین خروجی از پالایشگاه ها را به مصرف کننده های عمده در شهرها و کارخانه های صنعتی انتقال می دهد به رغم همه ی تمهیدات پیش بینی شده در طراحی و اجرای آن و همچنین نظارت های مستمری مانند نشت یابی، اندازه گیری ولتاژ به طور دوره ای و...که در طول بهره برداری آن ها اعمال می گردد، به علت گستردگی و پراکندگی زیادی که دارد نمی توان احتمال وقوع نشتی را در آن ها نادیده گرفت. در واقع به دلیل فشار بالای عملیاتی خطوط لوله هرگونه نشتی جزیی می تواند خیلی سریع محیط اطراف خود را فرا گرفته و انفجار و آتش سوز ی در پی داشته باشد. یکی از علل اصلی ایجاد نشت در خطوط لوله، خوردگی سطوح خارجی لوله ها است. اگرچه تمام خطوط انتقال گاز، تحت پوشش حفاظت «کاتدی» قرار دارند ولی دیده شده که بیشتر به دلایل مختلفی مانند؛ نامناسب بودن کیفیت پوشش خارجی لوله، نقص در اجرای پوشش و یا سیستم حفاظت کاتدی و ترک خوردگی، لوله به طور موضعی دچار نشت می شود. این نوع خوردگی ها در صورتی که با نظارت های مستمر و به موقع شناسایی و رفع نقص نگردد، می تواند زمینه ساز بروز نشتی و حوادث ناشی از آن شود.تاثیر عوامل مکانیکی مانند زلزله، لغزش زمین و یا صدمه های مکانیکی وارد شده به لوله را نیز نمی توان در احتمال بروز نشتی لوله ها نادیده گرفت. یکی از تمهیدات ایمنی که در طراحی خطوط انتقال گاز پیش بینی می شود، نصب شیرهای بین راهی مجهز به سیستم قطع کننده ی اتوماتیک روی خطوط لوله است. این شیرها در فواصل معین بسته به مشخصات طراحی هر خط لوله یعنی کلاس، قطر لوله و غیره در ایستگاه های شیر تعبیه می شوند. نحوه ی عملکرد این نوع شیرها این گونه است که در اثر فشار ناگهانی به طور خودکار بسته می شوند. بنابراین در صورت بروز نشتی که سبب افت فشار غیرمتعارف در قسمتی از خط لوله می شود، شیرهای«ال.بی» از دو طرف بسته شده و به این ترتیب تنها گاز در محدوده ی بین دو شیر، تخلیه می شود و از خروج کامل گاز درون خط لوله که می تواند صدمه های زیادی به بار آورد ممانعت خواهد شد.
● حوادث ایستگاه های تقویت فشار:
این ایستگاه ها مشتمل بر تعدای توربوکمپرسور است. خطوط اصلی انتقال گاز که در مسیر حرکت خود به تدریج دچار افت فشار می شود، جهت افزایش فشار به این تاسیسات وارد می گردد . این واحدها همانند سایر تاسیسات گازی در معرض حوادث ناشی از نشت گاز و آتش سوزی قرار دارند و به همین منظور در محوطه ی استقرار توربوکمپرسورها که بیش از سایر محوطه ها مستعد خطر نشت گاز هستند، تمهیدات ایمنی ویژه ای در نظر گرفته شده است.علاوه بر سنسورهای گاز یاب و یا شعله یاب مستقر در سقف سالن کمپرسورها، سیستم های اعلام خودکار جداگانه ای از قبیل شعله یاب، گاز یاب، و حرارت یاب نیز در محفظه ی توربین هر توربوکمپرسور تعبیه شده است. اکثر این سیستم ها با اتاق کنترل ایستگاه، مرتبط بوده و در صورت بروز آتش سوزی در محفظه ی توربین کمپرسورها اعلام ساعت و فرمان توقف کامل ایستگاه به طور خودکار در اتاق کنترل دریافت می شود، ضمن آن که همزمان نیز سیستم اطفای حریق خودکار با پاشیدن مواد خاموش کننده به داخل توربین عمل می کند.
● حوادث شبکه های گازرسانی :
شبکه های گازرسانی به مجموعه ای از ایستگاه های تقلیل فشار شهری و شبکه گسترده ای از لوله های زیرزمینی که در سطح هر شهر گسترش یافته اند اطلاق می گردد. این شبکه ها وظیفه گازرسانی به منازل و واحدهای تجاری و صنعتی را در داخل شهرها را به عهده دارند. هر چند فشار گاز درون این شبکه ها در مقایسه با خطوط اصلی انتقال گاز به مراتب پایین تر است و انتظار می رود لوله های مذکور و تاسیسات مربوط به آن کمترین حوداث را داشته باشند ولی به دلیل وسعت و گستردگی زیاد این شبکه ها و قرار گرفتن آن ها در زیر معابر و خیابان ها، گاهی شاهد حوادث ناشی از نشت گاز هستیم.بر اساس اطلاعات موجود بیشتر حوادث منجر به نشتی های عمده در شبکه گازرسانی در اثر حفاری سایر سازمان ها در خیابان ها و معابر اتفاق افتاده است. عدم هماهنگی سازمان هایی نظیر آب و فاضلاب، برق و مخابرات با شرکت گاز در موقع حفر کانال باعث برخورد بیل مکانیکی به لوله های گاز و بروز نشتی در آن ها بوده است.در این جا می توان به انواع دیگری از نشتی در شبکه های گازرسانی اشاره نمود که در اثر جدایی اتصالات شیرهای پیاده رو و یا از محل سرویس های نصب شده در محل انشعابات اتفاق می افتد. نصب اتصال های مذکور به طور غیراصولی توسط پیمانکاران در زمان اجرا و یا وارد آمدن فشارهای غیرمتعارف به اتصالات شیرهای پیاده رو پس از اجرا، از عوامل مؤثر در جدا شدن قطعات این گونه اتصالات بوده و باعث بروز نشتی می شود. در این موارد چون نشتی گاز قابل تشخیص نبوده، در نتیجه به موقع برای رفع آن اقدام نمی شود و در مواردی گاز نشت یافته از راه زمین به داخل منازل مجاور راه یافته و در آن جا انفجار و آتش سوزی به همراه داشته است و در اغلب موارد نیز این گونه حوادث منجر به تلفات جانی شده است. یکی از راه های مؤثر در تشخیص نشتی شبکه های گاز رسانی، استفاده از دستگاه های نشت یاب دستی و ماشینی است که در اختیار شرکت های گازرسانی بوده و به طور دوره ای اقدام به عملیات نشت یابی می گردد.
● نشت یابی و کنترل آن :
۱)نشت گاز :
نشت گاز طبق تعریف عبارت است از خروج ناخواسته گاز که به علل گوناگون و به طور ناگهانی روی می دهد. همواره امکان بروز پدیده نشت گاز در تاسیسات، خطوط لوله، شبکه های گاز رسانی و منازل اعم از تو کار و یا رو کار وجود دارد و اگر در مکان های سربسته و محصور اتفاق بیفتد، می تواند به حوادث ناگوار و خسارات غیرقابل جبران منجر گردد.
ضرورت و لزوم نظارت بر نشت گاز بر دو اصل زیر مبتنی است:
الف) به رغم تمام پیشگیری ها و پیش بینی هایی که برای جلوگیری از بروز نشت در سیستم مشخص شده و اعمال می گردد، باز هم امکان وقوع آن غیرممکن نیست و به عبارت دیگر همواره احتمال وقوع نشت وجود دارد.
ب) با توجه به آن که هم به لحاظ ایمنی و هم به دلایل اقتصادی نشت گاز پدیده ی مطلوبی نیست لذا برای حصول اطمینان از نبود نشتی و یا رفع نشتی های ایجاد شده لازم است به طور جدی و مرتب سیستم های گازی تحت نظارت قرار گیرند.
۲) علل نشت:
نشت گاز به علل مختلف در لوله های گاز و تاسیسات گازی روی می دهد که مهمترین آن ها
عبارت است از:
الف) خوردگی:
در اثر نقص در عایق کاری و یا اجرا نکردن حفاظت کاتدی صحیح سطوح خارجی لوله ها، امکان بروز خوردگی وجود دارد. گرچه خوردگی ها به طور عمده در سطوح خارجی لوله ها اتفاق می افتد ولی امکان بروز خوردگی داخلی چه در لوله ها و چه در ظروف عملیاتی به علت وجود ترکیبات خورنده ای مانند ئیدروژن سولفوره و آب نیز وجود دارد.
ب) سایش داخلی:
در اثر وجود ناخالصی های همراه با گاز پدیده ی سایش اتفاق می افتد. به طور معمول در محل خم لوله ها و یا در شیرهای کاهش دهنده ی فشار به علت افزایش سرعت گاز، میزان سایش بیشتر است
پ) عوامل خارجی:
مانند ضربه های مکانیکی، تماس با کابل برق و یا جریانات القایی
ت) نقص در ساختار متالوژیکی لوله، اتصالات، شیرها و سایر متعلقات
ث) نقص در اجرا و نصب شیرها و سایر اتصالات فلنجی و همچنین رزوه ای
ج) نقص در جوش لوله ها و اتصالات جوشی
۳) روش های نشت یابی:
الف) نشت یابی در لوله ها و اتصالات روکار: برای پیشگیری از وقوع نشت های احتمالی در لوله و اتصالات روکار اقدامات زیر باید به طور مرتب انجام شود.
ب) نشت یابی در لوله های مدفون:
۱) بازدید مسیر لوله کشی: مسیر لوله های گاز باید به طور متناوب بازرسی شود و به محض احساس بوی گاز یا علایم نشان دهنده ی نشت گاز نسبت به بررسی دقیق تر آن اقدام کرده و در صورت اطمینان از وجود نشتی رفع شود.
۲) نشت یابی دوره ای: در این گونه نشت یابی که در خطوط لوله کوتاه مانند لوله های زیرزمینی گاز مربوط به کارخانه ها و مصرف کننده های تجاری توصیه می گردد، هر دو سال یک بار تمام شیرهای مصرف کننده بسته و فاشر محبوس داخل شبکه به دقت اندازه گیری و برای مدت چند ساعت امتحان شود و در صورت وجود افت فشار برای تعیین محل نشتی
اقدام شود.
۳) نشت یابی خطوط انتقال گاز: خطوط لوله ی سراسری انتقال گاز و شبکه های گازرسانی به وسیله دستگاه ها نشت یاب «اف.آی.دی» نشت یابی می شوند.
ج) دستگاه های نشت یاب"اف.آی.دی" :
این دستگاه ها وسایل بسیار حساسی هستند که برای تشخیص نشت گاز در لوله های تو کار استفاده می شود و انواع مختلفی از آنها وجود دارند. «اف.آی.دی» نوعی نشت یاب مورد استفاده در شرکت ملی گاز است که بر اساس یونیزاسیون شعله ی ئیدروژن کار می کند؛ به این صورت که در داخل دستگاه یک محفظه احتراق با سوخت ئیدروژن وجود دارد که هوای لازم را از محیط اطراف جذب می کند و به محض ورود کمترین مقادیر ئیدروکربن های گازی به داخل محفظه، یونیزاسیون محیط اطراف شعله تغییر می کند و نتیجه به صورت علائم بصری و صوتی دیده می شود.
● نشت لوله های انتقال دهنده:
برای انتقال مواد و سرویس های مختلف عملیاتی بین تاسیسات و واحدهای موجود در پالایشگاه از تعداد زیادی لوله با ابعاد مختلف استفاده شده است.لوله ها بسته به نوع سیال و یا گاز داخل آن ها می تواند حوداث متفاوتی را ایجاد کند. حادثه زمانی به وقوع می پیوندد که در اثر بروز نشتی قسمتی از محتویات داخلی لوله ها به بیرون سرایت کرده و محیط اطراف خود را آلوده سازد.نشت در لوله های انتقال دهنده بیشتر از ناحیه اتصالات و فلنج ها و یا در اثر سوراخ شدن بدنه ی لوله ها در اثر خوردگی داخلی، سایش و غیره، به وجود می آید.لذا در پالایشگاه ها برای پیشگیری از این پدیده بازرسی های منظم دوره ای و همچنین تنظیم و اندازه گیری میزان خوردگی و سایش داخلی لوله ها با نصب کوپن های شاخص خوردگی در لوله ها انجام می شود. علاوه بر این در مواردی خاص نظیر لوله های انتقال دهنده ی گاز ترش به منظور کاهش میزان خوردگی از مواد بازدارنده ی خوردگی استفاده می شود.
● گازیاب ها :
گازیاب ها وسایلی است که وجود گاز را در غلظت های کمتر از حد پایین انفجار تشخیص داده و هشدار می دهد. این دستگاه ها در داخل خود دارای فیلامنت کاتالیستی از جنس پلاتین هستند که در غلظت های زیر حد انفجار می تواند امکان ترکیب گاز و اکسیژن را فراهم سازد و نسبت به میزان غلظت گاز، دمای فیلامنت تغییر کرده و نتیجه به صورت تغییر مقاومت در یک مدار الکتریکی و پس از آن تغییر جریان حاصله به صورت علائم بصری ـ آنالوگ یا دیجیتال ـ بر روی صفحه ی نشانگر و علائم صوتی مشخص می شود. این دستگاه ها از نظر کاربردی به دو گروه زیر تقسیم می شوند:
۱) گازیاب های دستی و قابل حمل:
این نوع گازیاب ها قابل حمل بوده و توسط افراد در مسیر لوله گاز و یا محل های مورد نظر حرکت داده می شوند که در صورت برخورد با هرگونه نشتی با توجه به حساسیت دستگاه، به وسیله ی علائم هشدار دهنده ی وجود گاز و میزان آن را اعلام می کند. کاربرد این گونه گازسنج ها موارد زیر است:
الف) نظارت بر لوله های روکار از لحاظ وجود نشت های احتمالی.
ب) اندازه گیری و حصول اطمینان از نبود گاز قبل از اقدام به جوشکاری بر روی خطوط لوله و یا ظروف عملیاتی و یا هرگونه عملیات گرم دیگری که در داخل تاسیسات گازی
صورت می گیرد.
ج) برای اطمینان از نبود گاز در مکان های محصور مانند حوضچه ها، مخازن، موتورخانه
۲) گازیاب های ثابت:
این نوع گازیاب ها که برای تشخیص گاز به طور دائمی به کار می روند بیشتر در محیط های صنعتی، سالن ها یا کارگاه ها نصب می شوند و به دو دسته تقسیم
می شوند:
الف) گازیاب های منفرد: این نوع گازیاب ها به صورت مستقل عمل نموده و بیشترین جنبه کاربرد آن ها غیرصنعتی است و در واحدهای مسکونی، موتورخانه ها، ساختمان ها، آبدارخانه ها و... استفاده می شود.گازیاب های ثابت برای گاز طبیعی و ارتفاع بالا و برای گاز مایع در سطوح پایین نصب می گردد.
ب) گازیاب های شبکه ای: این سیستم از یک مرکز کنترل اصلی و دستگاه های تشخیص دهنده و حساس به گاز تشکیل شده که در نقاط مختلف تاسیسات نصب می گردد. کاربرد عمده ی آن ها در سالن های تاسیسات، انبارها و یا محفظه های توربین ها است. تابلوی اصلی این سیستم که به تمام دستگاه های حس کننده ی گاز مرتبط است در اتاق کنترل و یا مرکز آتش نشانی قرار می گیرد و سنسور ها یا حس کننده ها در نقاطی از تاسیسات یا انبار نصب می شود که احتمال نشت گاز در آن محل ها وجود دارد. هر یک از سنسورها به محض تشخیص گاز با ارسال علامت به اتاق کنترل، کاربر را از محل و میزان نشتی با خبر می سازد.
● گازها و مواد خطرناک تاسیسات گازی :
در فرآیند شیرین سازی گاز ترشی که از چاه ها به پالایشگاه ها وارد می شود یا در واحدهای جانبی مانند گوگردسازی یا در سایر تاسیسات گازی با گازهای خطرناک و مواد مختلفی سر و کار داریم. هر یک از آن ها به نوعی می تواند باعث آلودگی محیط زیست شده یا سلامتی افراد را تهدید نماید. در این بخش به طور مختصر به ویژگی های بعضی از این مواد و خطرهای
ناشی از آن ها اشاره می شود
● هیدروژن سولفوره :
گاز ئیدروژن که به مقدار کم و به عنوان یک ماده سمی و ناخواسته همراه گاز ترش به پالایشگاه ها وارد می شود، طی یک عملیات خاص و با استفاده از آمین در واحدهای پالایش از گاز ترش جدا می گردد. وجود مقادیر جزیی در حد یک هزار«پی.پی.ام» از این گاز در محیط، سلامت انسان را تهدید می کند. لذا نشتی آن حتی به میزان کم از ناحیه لوله های انتقال دهنده و یا ظروف عملیاتی که بیشتر در واحدهای گوگرد سازی واقع شده می تواند خطرهایی را برای سلامتی کارکنان داشته باشد. برای رفع آثار سوء زیست محیطی گاز ئیدروژن سولفوره آن را پس از تفکیک از گاز ترش به واحدهای گوگرد سازی انتقال می دهند و در آن جا طی یک دوره انجام واکنش های شیمیایی به گوگرد تبدیل می شود.سپس گازهای باقیمانده وارد کوره ی زباله سوز شده تا در آن جا پس از اکسیده شدن به صورت گازهای کم خطر به محیط واردشود.
● ترکیبات گوگردی :
یکی از عناصر اصلی این گروه، اکسیدهای گوگردی است که در پالایشگاه ها تولید شده و از مهم ترین عوامل آلوده کننده هوا است. سایر ترکیبات گوگردی شامل گاز H۲S که بسیار خطرناک و کشنده است، کربونیل سولفید و کربن دی سولفید نیز در واحدهای پالایشگاهی و تاسیسات جنبی آن ایجاد می شود.
۱) اکسیدهای گوگردی:
گاز سولفور دی اکسید که بیشتر در اثر سوخت های فسیلی مثل زغال سنگ مصرفی نیروگاه های حرارتی و پالایشگاه ها از راه سوختن گازهای زائد مشعل اصلی در کارخانه های تولید اسید سولفوریک و کودشیمیایی و همچنین توسط اتومبیل ها تولید می شود، یکی از آلوده کننده های عمده ی هوا است. این گاز در قسمت فوقانی دستگاه تنفسی جذب شده و باعث تورم، تحریک و ترشح مخاط می شود.
اگر غلظت گاز SO۲ یک «پی.پی.ام» باشد، سبب انقباض مجرای تنفسی می شود و در افراد آسمی یا دارای تنگی نفس حتی در غلظت های ۰/۲۵-۰/۵ PPM باعث ناراحتی ریوی می گردد. در هوای مرطوب گاز SO۲ به اسید سولفوریک تبدیل می شود و خطر سوزش آوری و تحریک کنندگی آن به مراتب افزایش می یابد.
این گاز برای گیاهان نیز زیان آور است و بنابراین حد مجاز آن که در جدول«۱» آمده برای گیاهان خیلی کمتر از انسان و جانواران است.
گاز SO۲ در غلظت بیست «پی.پی.ام» در محیط باعث سرفه و اشک چشم می گردد و در غلظت سی «پی.پی.ام» جدای از اشک ریزی شدید چشم بوی آن بسیار ناخوشایند است. این گاز در غلظت های صد تا دویست «پی.پی.ام»در هوا سلامتی انسان را به خطر می اندازد، ولی در غلظت های شش صد تا هشت صد «پی.پی.ام» پس از چند دقیقه سبب مرگ می شود.
۲) ئیدروژن سولفوره:
گازی است بسیار خطرناک با بوی تخم مرغ گندیده که همراه با گاز ترش و از راه چاه های گوگردی به پالایشگاه وارد می شود و معمولا طی عملیات شیرین سازی و تفکیک از گاز ترش به واحد گوگردسازی منتقل و در آن جا به گوگرد تبدیل می شود.
این گاز در غلظت کم باعث سردرد و تهوع و در غلظت صد و پنجاه«پی.پی.ام» موجب ورم ملتحمه و سوزش غشای بینی می شود. همچنین در غلظت دویست«پی.پی.ام» بوی آن به خوبی قابل تشخیص نیست و باعث تحریک چشم و ریه می گردد. در غلظت پانصد«پی.پی.ام» نیز چنانچه انسان برای پنج تا سی دقیقه در معرض آن قرار گیرد اسهال و التهاب به وجود می آورد و تعادل فرد را مختل می سازد. این گاز به سرعت از میان حفره های غشای ریه عبور می کند و وارد جریان خون می شود و به علت اشکالات تنفسی در غلظت هزار«پی.پی.ام» سبب بیهوشی سریع می شود و در صورتی که خیلی سریع تنفس مصنوعی داده نشود شخص می میرد.این گاز سنگین تر از هوا است و حد مجاز آن در محیط های پالایشگاهی و صنعتی ۱۰«پی.پی.ام» است. مانند گاز طبیعی قابلیت انفجار دارد ولی مرز پایین انفجار آن ۴/۳ درصد حجمی در هوا است.
● اکسیدهای کربن :
دو ترکیب عمده ی آن دی اکسیدکربن و مونواکسیدکربن است که به منابع تولید و ضررهای هر کدام به طور جداگانه اشاره می شود.
۱) دی اکسیدکربن:
این گاز که بیشتر در اثر احتراق سوخت های فسیلی در منازل و اتومبیل ها و سوختن گازهای زائد در مشعل پالایشگاه ها و صنایع پتروشیمی و همچنین در نیروگاه های حرارتی و سایر صنایع تولید و به جو وارد می شود،یکی از آلاینده های مؤثر در ایجاد پدیده ی گلخانه ای است؛ تجمع گاز CO۲ و بعضی دیگر از گازها در بالای جو زمین یعنی لایه ی تروفسفر مانند یک مانع شیشه ای در گلخانه عمل می کند. یعنی باعث می شود پرتوهای خورشید از جو عبور کند ولی از خروج گرمای زمین به سطوح بالای جو جلوگیری شود و بنابر این گرم شدن و افزایش تدریجی دمای زمین را موجب می شود.
گازهای دیگری که در پدید آمدن اثر گلخانه ای تاثیر می گذارند عبارتند از CFCS, NOXو SO۲ که توسط صنعت و در اثر استفاده از سموم کشاورزی به محیط وارد می شود.
۲) منوکسید کربن:
گازی است بی رنگ و بو و مزه که وزن مخصوص آن نزدیک به هوا (۰.۹۶۷gr/cm۳) است. این گاز که در اثر احتراق ناقص سوخت های فسیلی در منازل، اتومبیل ها، کارخانه ها، پالایشگاه ها و سایر صنایع تولید و سپس وارد جو می شود از جمله گازهای خطرناک برای سلامتی انسان ها است. مقدار کم آن باعث مشکلات تنفسی، سردرد و تحریک مخاط بینی می شود. همچنین با هموگلوبین خون ترکیب می شود و تشکیل کربوکسی هموگلوبین می دهد و ظرفیت حمل اکسیژن را در خون کاهش می یابد. در صورتی که غلظت این گاز در محیط به هزار «پی.پی.ام» افزایش یابد ظرف مدت یک ساعت باعث بیهوشی و پس از چهار ساعت باعث مرگ خواهد شد. مخلوط این گاز با هوا قابلیت انفجار دارد و مرز پائین انفجار آن ۱۲/۵ درصد حجمی این گاز در هوا است.
● مرکاپتان ها:
گازطبیعی که به وسیله شبکه های شهری منتقل و به مصرف کنندگان خانگی و تجاری عرضه می شود باید به حدی بو دار باشد که اگر گاز نشت یافته در فضا به مقدار یک پنجم حد پایین انفجار خود برسد، قابل تشخیص باشد، لذا به گاز که در حالت طبیعی خود فاقد بو است به مقدار معین مواد بودار افزوده می شود.مرکاپتان ها که جزو ترکیبات آلی گوگرد دار است دارای بوی بسیار بدی است و به دلیل همین ویژگی در صورت هرگونه نشتی گاز حس بویایی تحریک شده و تشخیص داده می شود. فرمول شیمیایی عمومی آن ها R-SH است که R نشان دهنده بنیان ئیدروکربوری و S نشان دهنده گوگرد است.متداول ترین انواع آن بوتیل مرکاپتان و ایزو پروپیل مرکاپتان است که از خاصیت بودارکنندگی زیادی برخوردار می باشد. معمولا برای به دست آوردن خواص مطلوب تر از مخلوط دو یا چند نوع مرکاپتان با نسبت های معین استفاده می گردد. به طور مثال مرکاپتان مصرفی برای تزریق به گاز طبیعی شهری از هشتاد درصد «آی.پی.ام»، ده درصد «تی.بی.ام» و ده درصد«ان.پی.ام» تشکیل یافته است. استنشاق این مواد به میزانی که در گاز طبیعی تزریق می شود اثر سویی برای انسان ندارد ولی در غلظت های زیاد و محیط های بسته بسیار سمی و خطرناک است.
افرادی که در ایستگاه های «سی.جی.اس» شهرها به مقتضای شرایط کاری با این گونه مواد روبرو هستند لازم است در زمان تزریق مواد به داخل دستگاه بودار کننده از حفاظت کننده ها نظیر دستکش پلاستیکی، عینک مخصوص مواد شیمیایی و ماسک تنفسی مناسب استفاده کنند و اگر مواد بودار کننده به هر علتی با پوست و یا چشم تماس پیدا کند، باید فوری محل را با آب شستشو داده و در صورت ادامه ی سوزش و یا خارش به پزشک مراجعه کنند.
● سولفور آهن:
سولفور آهن که به عنوان یک ماده آتش زا شناخته می شود بیشتر در جداره ی فلزی ظروف پالایشگاهی و خطوط انتقال گازی تشکیل می شود که در معرض دائمی گازهای H۲S همراه با گاز ترش قرار دارند. به تدریج این ذرات سولفوری از دیواره ها جدا شده و در مسیر حرکت گاز در داخل فیلترها و یا بسترهای کاتالیستی رسوب گذاری می کنند.
این مواد به محض قرار گرفتن در معرض اکسیژن هوا سریع واکنش نشان داده و شروع به کندسوزی می کند. بنابراین هنگام باز کردن درب فیلترها و ظروف محتوی کاتالیست ها و یا زمان توپک رانی در ایستگاه های دریافت توپک باید تمهیدات خاص ایمنی و مراقبت های ویژه رعایت شود تا از شعله ور شدن آن ها و خطرهای ناشی از آن پیشگیری گردد.
● تزریق گاز :
تزریق گاز به معنای جایگزینی گاز با هوا و یا گاز دیگر است. اصطلاح تزریق گاز هم در زمان تزریق گاز طبیعی به درون خطوط لوله و یا شبکه ها و تخلیه هوا و هم در مورد تخلیه ی گاز و جایگزینی آن با هوا به کار می رود.برای این کار می توان از گازهای خنثی مانند نیتروژن یا گاز کربنیک استفاده کرد که متناسب با طول و قطر لوله مقدار گاز خنثی مورد نیاز تغییر می کند.تزریق به اشکال مختلفی انجام می شود که در زیر می آید؛
▪ روش های تزریق :
ـ روش مستقیم:
در این روش هوا با گاز طبیعی درون لوله بدون واسطه و با توجه به حد سرعت مشخص، جایگزین خواهد شد و هوا در نقطه و یا نقاط مشخص در انتهای هر مسیر تخلیه می گردد. به نحوی که حداقل اختلاط گاز را داشته باشد. باید توجه کرد عاملی که سبب به وجود آمدن حداقل اختلاط بین گاز و هوا می شود حد سرعت مجازی است که باید در هنگام انجام عملیات تخلیه رعایت گردد. بر همین اساس حداقل سرعت مجاز برای انجام عملیات تخلیه مستقیم ۲M/Sec می باشد. باید دقت شود که حداکثر سرعت مجاز برای انجام عملیات تخلیه نباید از ۲۰M/SECبیشتر باشد. لازم به ذکر است که باید از به کار بردن سرعت های کمتر و یا بیشتر از حد مجاز به شدت اجتناب شود.
ـ روش غیر مستقیم:
در این روش برای جلوگیری از اختلاط بین گاز و هوا، از گاز واسطه استفاده می شود و به منظور جلوگیری از اختلاط گازها با یکدیگر به سرعت های پایین تری نسبت به روش مستقیم تخلیه گاز احتیاج است. در این روش به دلیل وجود یک گاز واسطه میان گاز طبیعی و هوا حداقل اختلاط بین آن ها به وجود می آید. به منظور به حداقل رساندن اختلاط بین گاز طبیعی، گاز واسطه و هوا معمولا خطوط انتقال، گاز واسطه را بین دو جاروپیگ (PIG برس دار) قرار می دهند. در این روش علاوه بر آن که میزان اختلاط بین گازها به حداقل می رسد در اثر حرکت جاروپیگ، آب باقیمانده در محل های LOW POINT خطوط لوله نیز تخلیه می شود.ضمن آن که در این حالت به گاز واسطه ی کمتری نیاز است.
● اصول ایمنی در تزریق :
قبل از شروع فرآیند تزریق گاز باید از تمام مسیرها بازدید شود و از بسته بودن تمام شیرها، اطمینان حاصل کنیم. در صورتی که مسیرهای لوله کشی طولانی و مقدار انشعاب ها زیاد باشد لازم است که روی نقشه ی لوله کشی ترتیب و مراحل تزریق گاز برای مسیرها را با رنگ های مختلف و شماره گذاری مشخص نمائیم. شیر تزریق گاز در هر مرحله، مسیر مربوطه و شیر تخلیه با یک رنگ و یک شماره مشخص می شود. توصیه می شود صرف نظر از اندازه ی شبکه و تعداد انشعابات، راه اندازی و تزریق گاز بر اساس نقشه و کد گذاری های مذکور انجام شود. در عملیات تزریق گاز و تخلیه ی هوا با استفاده از گاز طبیعی باید ضمن رعایت کامل موارد ایمنی و استفاده از افراد متخصص و با تجربه در این زمینه، تمام وسایل و تجهیزات مورد نیاز به ترتیبی مهیا شوند که در روش تزریق گاز برای هر پروژه تهیه شده است. جریان تزریق گاز و تخلیه هوا باید بدون وقفه ی زمانی و تا عاری شدن کامل خط از هوا ادامه یابد و برای اطمینان از این مورد در طول عملیات، اندازه گیری و آزمایش مخلوط خروجی از لوله تخلیه با دستگاه گازسنج ضروری است .
پایگاه ملی داده های علوم زمین کشور- رو به پایان بودن انرژی های فسیلی دانشمندان را به فکر تامین انرژی های جایگزین انداخته است. انرژیهایی همچون باد، خورشید، انرژی زمین گرمایی، انرژی هسته ای و هیدراتهای گازی.
هیدارتهای گازی اولین بار در سال ۱۹۶۹ در حفاریهای نفتی مرز شرقی سیبری غربی کشف شد. هیدراتهای گازی مولکول گازهای سبکی مانند متان، اتان یا دی اکسید کربن هستند که در شرایط خاصی با مولکولهای آب ترکیب شده و ماده ای به شکل یخ معمولی را تشکیل می دهد که به نام هیدرات گازی شناخته می شود.
افزایش بهای انرژی در دهه ۱۹۷۰ همزمان با کشف هیدراتهای طبیعی باعث آغاز مطالعه گسترده این ذخایر گردید به طوری که در طول ۴۰ سال اخیر بیش از ۷۰۰۰ مقاله در این رابطه منتشر شده است.
هیدراتهای گازی به عنوان منبع عظیم انرژی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یک حجم از هیدرات گازی متان در فشار ۲۶ اتمسفر و صفر درجه سانتیگراد حاوی ۱۶۴ حجم گاز متان می باشد.
اولین و مهمترین دلیل مطالعه این ماده در دنیا پتانسیل بالای آن به عنوان یکی از منابع انرژی گازی است.
● تخمین نادرست میزان ذخایر گازمخازن
منابع گازی که بالای آنها منابع هیدرات گازی حضور دارند به دلیل آزاد شدن گاز از هیدراتهای گازی به درون مخزن، باعث تخمین نادرست میزان ذخایر می شود.
● تکنولوژی تبدیل گاز طبیعی به هیدراتهای گازی جهت انتقال
گاز طبیعی کنونی را نیز می توان به جای انتقال با تانکر به صورت هیدرات گازی ۱۶۴ برابر فشرده کرده و پس از انتقال دوباره در مقصد این مخزن فشرده را باز و گاز را آماده مصرف کرد. از این رو انتقال گاز طبیعی به صورت هیدراتهای گازی توسط کشتی بسیار راحت و فوق العاده اقتصادی خواهد بود.
● هیدراتهای گازی چگونه و کجا تشکیل می شوند
هیدراتهای گازی در داخل رسوبات متخلخل (ماسه، سیلت ماسه ای، گراول) موجود در کف دریاها تشکیل می شوند. این هیدراتها در سیالات موجود در فضای بین دانه ای رسوبات عهد حاضر شکل می گیرند.
برای تشکیل آنها به وجود آمدن حالت فوق اشباعی هیدروکربن های گازی امری ضروری است. معمولا این شرایط داخل رسوبات در دماهای پایین (۲- تا ۱۸) درجه سانتی گراد و فشارهای بالا تشکیل می شوند.
● اثرات مخرب هیدراتهای گازی در دریاها
آهنگ آزاد شدن این گازها باید در محاسبات زیست محیطی در نظر گرفته شود تا محاسبات آب و هوایی جهانی به واقعیت هر چه بیشتر نزدیک شود.
آزاد شدن هیدراتهای گازی در داخل رسوبات اقیانوسها و دریاها به تدریج باعث افزایش CO۲ موجود در اتمسفر و هیدروسفر کره زمین شده و در درازمدت سبب افزایش شدید اثر گلخانه ای در "اتمسفر" و تغییر شرایط فیزیک و شیمیایی محیط آبی بویژه pH و Eh در "آب اقیانوسها" می شود.
لذا این تغییرات موجب تغییرات شدید در اکوسیستم پهنه های آبی و از بین رفتن برخی از گونه های دریایی می شود.
انفجار و خطرات ناشی از سریع آزاد شدن هیدراتهای گازی در هنگام حفاریهای دریایی بسیار جدی است. مچنین آزاد شدن هیدراتهای گازی باعث لغزش رسوبات مناطق کم عمق کف دریا می گردد.
● تحقیقات جهانی هیدراتهای گازی
در سال ۱۹۸۲ بخش سازمان انرژی ایالات متحده آمریکا اولین برنامه تحقیقات علمی هیدراتهای گازی را در ویرجینا آغاز کرد.
در حال حاضر کشورهای کانادا، ژاپن، هند، روسیه به صورت گسترده در حال اکتشاف ذخایر هیدراتهای گازی هستند. در کانادا و ژاپن هیدراتهای گازی در مقیاس پایلوت تبدیل به گاز طبیعی شده اند.
در کشور ما هم سازمان های متولی از جمله سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور و بویژه بخش زمین شناسی دریایی این سازمان مطالعات خود را در این زمینه آغاز کرده اند و در حال گسترش مطالعات خود هستند تا این انرژی نو را بعنوان جایگزینی برای انرژی های فناپذیر فسیلی معرفی کنند.
در مقیاس صنعتی به دلیل پاره ای از مشکلات فنی، تولید این ذخایر آغاز نشده اما به دلیل حجم بالای ذخایر این ماده حیاتی (تقریبا حدود سه برابر ذخایر فسیلی شناخته شده جهان) و سرمایه گذاری های گسترده، در آینده نزدیک چرخه فرآوری و عرضه آنها به بازار مصرف آغاز خواهد شد.
● ذخائر زیر زمینی نفت و گاز
سوختهای فسیلی شامل نفت و گاز در عمق سه تا چهار کیلومتری اعماق زمین و در خلل و فرج لایه های آن و با فشار چند صد اتمسفر بصورت ذخیره میباشند. گازهای طبیعی زیرزمینی یا به تنهایی و یا به همراه نفت تشکیل کانسار (معدن) می‌دهند. که در هر دو صورت از نظر اقتصادی بسیار گرانبها می‌باشد. درصورت همراه بودن با نفت گازها در داخل نفت حل می‌شوند، و عمدتا نیز بهمین صورت یافت میگردد و در این رابطه مولفه های فیزیکی مواد – حرارت و فشار مخزن تاثیرات مستقیم دارند و نهایتا درصورت رسیدن به درجه اشباع تجزیه شده و بلحاظ وزن مخصوص کمتر در قسمت‌های فوقانی کانسار و بر روی نفت یا آب به شکل گنبدهای گازی (GAS DOME) قرار میگیرند.گاهآ درمخازن گازهای محلول در آب نیز مشاهده شده است
گاز متان در حرارت و فشار موجود درکانسارها متراکم نمیگردد بنابراین همیشه بصورت گاز باقی مانده ولی در مخازنی که تحت فشار بالا هستند بشکل محلول در نفت در میاید . سایر اجزای گاز طبیعی در مخازن نسبت به شرایط موجود در کانسار در فاز مایع یا فاز بخار یافت میشوند. گازهای محلول در نفت بمثابه انرژی و پتانسیل تولیدمخزن بوده و حتی المقدور سعی میگردد به روشهایی از خروج آنها جلوگیری گردد ولی در هر حال بسیاری از گاز محلول در نفت در زمان استخراج همراه با نفت خارج میگردد .در سالهای پیش از انقلاب در صد بالایی از آن از طریق مشعل سوزانده میشدو بهدر میرفت ولی در سالهای بعد تا بحال بتدریج و با اجرای طرهایی منجمله طرح آماک از آنها به عنوان تولیدات فرعی استحصالی از میادین نفت کشور بمنظور تزریق به مخازن نفتی - تولید مواد خام شیمیایی و سوختی با ارزش استفاده می‌کنند.
استخراج گاز
در ایران گاز طبیعی خام را از دو نوع چاه استخراج مینمایند .
۱) چاههای مسقل گازی - از قبیل میادین گاز پارس جنوبی – نار و کنگان – خانگیران - تابناک- حوزهای شانون، هما، وراوی و میدان گازی پازنان و غیره .
۲) چاههای نفت - از قبیل میادین اهواز – آغاجاری – مارون - گچساران – بی بی حکیمه - - رامشیر و غیره .
● ترکیبات گاز طبیعی خام
۱) گاز طبیعی خام که از چاههای مستقل گازی استخراج میگردد و هنوز فرایندهای سرچاهی و پالایشی را طی نکرده است عمدتا از هیدروکربور متان بعلاوه گاز اتان و همراه با هیدروکربورهای دیگر( سنگین و مایع) مانند پروپان – بوتان - و هیدروکربورهای سنگین تر یا چکیده نفتی (CONDENSATE) بعلاوه بنزین طبیعی ( NATURAL GASOLINE) و همچنین مقداری از ناخالصی های غیر هیدروکربوری شامل بخار آب (H۲O), کربن دی اکسید(CO۲) , کربن منواکسید (CO), نیتروژن (N), هیدروژن سولفید (H۲S), هلیوم (HE) که درصد هر کدام بستگی به نوع مخازن دارد تشکیل شده است .
این چاهها اصولا قادر به تولید در اندازه های تجاری بوده و محصول آنها با نام گاز غیر همراه ( NON -ASSOCIATED GAS) نیز شناخته میگردند گازهای استخراجی از چاههای مستقل گازی یا نفت همراه ندارند و یا مقدارنفت همراه آن بسیار ناچیز میباشد.
گاز طبیعی خام استخراجی از چاههای مستقل گازی با خود مقداری شن - ماسه و آب شور بهمراه دارد که قبل از ارسال به تاسیسات پالایشی در مجموعه تاسیسات سر چاهی و توسط ساینده ها از گاز جدا میگردند.
دستگاههای گرمکن موجود در نقاط مشخصی درطول خط لوله تا مرکز جمع آوری نیز مانع از انجماد بخار آّب موجود در گاز میگردند زیرا در صورت نبود این تجهیزات ترکیبات جامد و نیمه جامد هیدرات های گاز طبیعی احتمالی(کریستالهای یخ) در روند کار سیستم گردآوری ایجاد مشکلات عدیده مینمایند.
۲) گاز طبیعی خام از چاههای نفت نیز بدو صورت استخراج میگردد.
الف) در صورتی که گاز، محلول در نفت خام باشد گاز محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد.
ب) در تماس مستقیم ولی جدا از نفت باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) نامیده می شود .
● مشخصات و مزیتهای گاز طبیعی
گاز طبیعی(متان – CH۴) حاصل از عملیات فرآورش نهایی دارا ی مشخصات بدون رنگ – بدون بو و سبکتر از هوا میباشد. ارزش حرارتی یک گاز، مقدار حرارتی است که در اثر سوختـن یک مترمکعب آن گاز ایـجاد می شود که بدین ترتیب ارزش حرارتی هر متر مکعب متان تقریبا معادل ارزش حرارتی یک لیتر نفت سفید میباشد و به عبارت دیگر چنانچه یک فوت مکعب از آن سوزانده شود معادل با ۲۵۲ کیلو کالری انرژی حرارتی آزاد مینماید که از این لحاظ در مقایسه با دیگر سوختها بسیار قابل توجه میباشد . هیدروکربنها با فرمول عمومی CnH۲n+۲ اجزاء اصلی گاز طبیعی بوده و منابع عمده انرژی میباشند . افزایش اتمهای کربن مولکول هیدروکربن را سنگینتر و ارزش حرارتی آن افزونتر میسازد. ارزش حرارتی هیدروکربنهای متان و اتان از ۸۴۰۰ تا ۱۰۲۰۰ کیلو کالری بازای هر مترمکعب آنها می باشد .
ارزش حرارتی هیدروکربن پروپان برابر با ۲۲۲۰۰ کیلو کالری بازای هر مترمکعب آن می باشد . ارزش حرارتی هیدروکربن بوتان برابر با ۲۸۵۰۰ کیلو کالری بازای هر مترمکعب آن می‌ باشد . گاز طبیعی شامل ۸۵ درصد گاز متان و ۱۲ درصد گاز اتان و ۳ درصد گاز پروپان، بوتان، ازت و غیـره می باشد
گاز طبیعی حاصل از میادین گازی سرخس حاوی متان بادرجه خلوص ۹۸ درصد میباشد. ارجحیت دیگر گاز گاز طبیعی(متان – CH۴) به سایر سوخت ها آن است که گاز طبیعی تمیز ترین سوخت فسیلی است زیرا نه تنها با سوختن آن گاز سمی و خطرناک منواکسید کربن تولید نمیگردد بلکه جالب است بدانیم که ماحصل سوخت این گاز غالبا آب بهمراه حداقل میزان دی‌اکسیدکربن در مقایسه با تمام سوختهای فسیلی میباشد .
در یک تحقیق از میزان آلایندگی گاز طبیعی و دیگر سوخت های فسیلی یافته ها به شرح ذیل بودند . میزان انتشار co۲ در گاز طبیعی ۶/۵۳ درصد، پروپان ۶۷ درصد، بنزین ۷/۷۲ درصد، نفت گاز ۷۶/۲ درصد، نفت کوره ۳/۷۹ درصد و زغال سنگ ۱/۸۲ درصد به ازای یک واحد گرما(Kg co۲/Gj) است لذا با توجه به موارد فوق می توان از آن به عنوان سوخت برتر - ایمن و سالم در محیطهای خانگی- تجاری و اداری که دارای فضاهای بسته و محدود میباشند استفاده نمود.
دمای احتراق خود به خود گاز طبیعی ۶۴۹ درجه سانتی گراد است. دمای جوش متان ۴۹/ ۱۶۱ درجه سانتی گراد زیر صفر است .فرایند تبدیل گاز طبیعی به گاز مایع LN G در همین درجه حرارت صورت میگیرد.
یکی از عوامل مهم و مؤثر در کامل سوزی گاز طبیعی و آبی سوزی شعله تامین هوای کافی است. میزان هوای لازم جهت هر مترمکعب گاز طبیعی هنگام سوختن حدودأ ۱۰ مترمکعب میباشد. آبی تر بودن شعله بمعنی دریافت بهتر و بیشتر هوا می باشد.
● فرآورش گازطبیعی
مجموعه عملیات پیچیده ای است شامل فرایندهایی بقرار و ترتیب ذیل که در جریان آن بتوان گاز طبیعی را که شامل عمدتا متان بعنوان اصلیترین ماده و با درصد خلوص ۸۰ تا ۹۷ میباشد را بعنوان محصول نهائی پالایش نمود, صمن آنکه در این فرایندها علاوه بر استحصال گوگرد ترکیبات ارزشمند مایعات گازطبیعی (NATURAL GAS LIQUIds –NGL)شامل گاز مایع LPG)) و (CONDENSATE) که تمامآ در ردیف اقلام صادراتی نیزبشمار میایند جداسازی میگردند.
● تفکیک گاز و نفت
▪ گاز همراه با نفت
گازی که همراه نفت است الزاما باید از آن جدا شود تا نفت خالص و پایدار بدست آید. در صورتی که نفت و گاز استخراجی از چاه مستقیما به مخازن ذخیره نفت هدایت گردند.بعلت سبک و فرار بودن گاز مقداری از آن از منافذ فوقانی مخزن ذخیره خارج شده و در ضمن مقداری از اجزای سبک و گرانبهای نفت را هم با خود خارج می‌کند. از این رو نفت را پس از خروج از چاه و پیش از آنکه به مخزن روانه گردد به درون دستگاه تفکیک نفت و گاز هدایت می‌کنیم.
عملیات تفکیک گاز همراه از نفت خام اصولا با ابزار موجود در سر چاه و طی فرایندهای سرچاهی ، انجام می شود .این عمل توسط دستگاهی بنام جداکننده سنتی که هیدرو کربورهای سنگین و مایع را از هیدروکربورهای سبکتر و گازی تفکیک مینماید صورت میگیرد. سپس این دو هیدروکربن برای فرآورش بیشتر به مسیرهای مجزایی هدایت شده تا عملیات تصفیه ای لازم برروی آنها صورت گیرد.
این دستگاه به شکل یک استوانه قائم دربسته بوده که در آن با استفاده از نیروی گرانش ذرات گاز از هم باز و به اصطلاح منبسط می‌گردد، و در این ضمن از سرعت آن نیز کاسته می‌شود. وقتی فشار و سرعت گاز به مقدار زیادی کاهش یافت بخش انبوهی از گاز ، از نفت جدا می‌گردد. آنگاه گاز حاصل را توسط لوله بمخزن دیگری هدایت می‌کنند گازی که از دستگاه جدا کننده خارج می‌گردد، غالبا از نوع گاز تر بوده و حاوی مقدار زیادی بنزین سبک(طبیعی) نیز میباشد. بنزین سبک (طبیعی) به لحاظ آنکه دارا ی ارزش فراوانی میباشد الزاما باید در مراحل بعدی از گاز طبیعی جدا گردد .
▪ گاز محلول در نفت خام
در مواردی که گاز در نفت خام محلول است مقداری از آن به جهت ماهیت گاز و تحت تاثیر کاهش فشار موجود در سر چاه از نفت جدا میگردد و سپس این دو گروه از هیدروکربنها برای فرآورش بیشتر هر یک به مجاری مخصوص بخود فرستاده می شوند.
۱) تفکیک مایعات گازی
این فرایند اولین مرحله از مجموعه عملیات پالایش گاز طبیعی خام میباشد . در به عمل آوری مایعات گازطبیعی فرایندی سه مرحله ای وجود دارد. زیرا ابتدا مایعات (NGL) توسط جاذب NGL از گازطبیعی استخراج و سپس ماده جاذب طی فرایند دوم قابلیت استفاده مجدد (مکرر) را در فرایند ابتدایی کسب مینماید و نهایتا در فرایند سوم عناصر تشکیل دهنده و گرانبهای این مایعات نیز باید از خودشان جدا سازی شده و به اجزای پایه ای تبدیل گردند . که این فرایند در یک نیروگاه فرآورش نسبتا متمرکز بنام کارخانه گاز مایع بر روی مایعات حاصل انجام می شود. بخش اعظم مایعات گازی درمحدوده بنزین و نفت سفید می باشد . ضمن آنکه میتوان فرآورده های دیگری مانند حلال و سوخت جت و دیزل نیز از آن تولید نمود. مواد متشکله در مایعات گازطبیعی (NGL) عبارتند از .
۱- ۱) اتان - ماده ای است ارزشمند و خوراک مناسب جهت مجتمع های پتروشیمی و تبدیل آن به ماده ایی با ارزش بیشتر به نام اتیلن و پلی اتیلن . گازطبیعی میدان پارس جنوبی حدودآ حاوی شش درصد اتان میباشد که با جداسازی آن و ساخت اتیلن و پلی اتیلن مزیت های اقتصادی فراوانی برای کشورمان ایجاد می شود. کاربردفناوری تفکیک اتان از مایعات گازی در ایران بسیار جدید است و هم اکنون در فازهای ۴و۵ پارس جنوبی بکارگرفته میشود
۱- ۲) گاز مایع (LPG) – گاز مایع عمدتآ شامل پروپان و بوتان بوده که آن را میتوان با پالایش نفت خام نیز بدست آورد. ضمنآ در فرایند شکست ملکولی (کراکینگ) نفت خام و یا فرایند افزایش اکتان بنزین (ریفرم کاتالیستی) نیز این ماده ارزشمند به صورت محصول جانبی حاصل می شود . درصد پروپان و بوتان موجود در گاز مایع (LPG) که مصارف سوختی در خودرو (کمتر) و در منازل (بیشتر) دارد متغیر بوده بطوری که در فصل گرم پروپان کمتر و در فصل سرد پروپان بیشتر خواهد بود در فصل سرد افزایش در صد پروپان به علت سبکتر بودن باعث تبخیر بهتر سوخت میگردد . معمولا درصد پروپان در گاز مایع بین ۱۰ الی ۵۰ درصد متغیر است .
۱- ۳) کاندنسیت ( condensate) شامل ترکیبات سنگینتر از بوتان ( (C۴H۱۰ – مولکولهایی دارای اتمهای کربن بیشتر و حالت مایع درشرایط اتمسفر را شامل میگردند. این ترکیبات را میتوان بمنظور صادرات پس از تثبیت فشار بخار و تنظیم نقطه ی شبنم طبق مشخصات اعلام شده متقاضی (خریدار) به مخازن انتقال یافته و بمحض تکمیل ظرفیت مخزن صادر شوند. ولی این گروه از هیدرکربورها بلحاظ ارزشمندی بیشتری که نسبت به دیگر محصولات جدا شده دارند مقرون به صرفه است که طی فرایند دیگری در پالایشگاه کاندنسیت به سوختهایی تبدیل گردد که تا کنون در پالایشگاههای نفت از پالایش نفت خام حاصل میگردید ولی اینبار همراه با مزیتهایی که خواهد آمد . با توجه به اینکه پالایشگاه ۵۰۰ میلیون دلاری کاندنسیت (مایعات گازی) در امارات متحده عربی بخشی ازخوراک مورد نیاز خود را از ایران تامین مینماید و حجم فراوان مایعات گازی که با بهره برداری از فازهای پارس جنوبی و دیگر پالایشگاههای گاز کشور حاصل میگردد، احداث پالایشگاه های کاندنسیت با امکاناتی شامل یک برج تقطیرو چند فرآیند تصفیه و ریفرمینگ کاتالیستی بنا به مزیتهای موجود در ذیل بسیار حائز اهمیت میباشد .
۱) تولید بنزین بیش از دو برابر بنزین تولیدی در پالایشگاههای نفت.
۲) بدون تولید اندکی از نفت کوره و طبعا رفع مشکلات ناشی از تولید این فراورده ضمن آنکه باقیمانده های تقطیر مایعات گازی نیز به محصولات میان تقطیر و سبک تبدیل میگردد .
۳) در ازای تخصیص نیمی از تجهیزان موجود در پالایشگاه های نفت خام به پالایشگاه کاندنسیت میتوان محصولات با ارزش بیشتری تولید نمود .
۴) هزینه تولید هر واحد محصول دراین نوع پالایشگاه، بسیار پایین تراز پالایشگاه نفت خام است.
۵) میزان سرمایه گذاری در مقایسه بااحداث پالایشگاه نفت خام حدوداً به نصف میرسد.
۶) درصورتی که مجموعه مایعات گازی تولیدی کشور به تولید بنزین و فراورده های دیگر اضافه شود، تا سال ۱۳۹۰ نیازی به واردات بنزین نخواهد بود.
درحال حاضر کلیه مایعات گازی تولیدی در دو بخش صنایع پتروشیمی و پالایشگاه ها جهت خوراک مورد استفاده قرارگرفته و بخش سوم آن نیز صادر میگردد . مایعات گازی حاصل از پالایش گازهای ترش نیز ترش بوده و حاوی درصد فراوانی از هیدروژن سولفید و مرکپتان میباشد . بنابراین بعد از تقطیر و تهیه فراورده ها نیاز به فرایندهای پالایشی جهت زدودن و یاکاستن از میزان گوگرد و مرکپتان موجود دارند
هم اکنون پالایشگاه قدیمی مایعات گازی در بندرعباس روزانه ۲۶۰ هزار بشکه نفت خام و ۲۰ هزار بشکه مایعات گازی را فرآورش میکند . احداث پالایشگاه جدید مایعات گازی در بندرعباس به شرکت سرمایه گذاری نفت سپرده شده و مطالعات آن در حال انجام است. پالایشگاه جدید مایعات گازی در بندرعباس و با ظرفیت ۳۶۰ هزار بشکه احداث میگردد . و تا کنون طراحی بنیادی و اخذ دانش فنی آن طبق برنامه توسط شرکت ملی مهندسی و ساختمان نفت به پایان رسیده است .
قدیمیترین پروژه از این دست پروژه واحدهای تقطیر مایعات گازی پالایشگاه گاز شهید هاشمی نژاد(خانگیران) است که پیشینه ۲۰ ساله دارد . درآن زمان پیشنهاد داده شد که مایعات تولیدی از میادین شمال شرقی( خانگیران )در واحدهای تقطیر به فرآورده های نفتی همچون حلال های ویژه نفتی ، نفتا ، نفت سفید و گازوئیل مرغوب تبدیل شود. پروژه واحدهای تقطیر مایعات گازی خانگیران مورد تایید برنامه ریزی تلفیقی شرکت ملی نفت ایران نیز قرارگرفت . شرکت ایتالیایی I.M.S در سال ۱۳۸۰طی یک مناقصه مسئولیت ساخت واحدهای تقطیر را بدست گرفت . این شرکت در همان سال (۱۳۸۰ ) مشغول ساخت دستگاه های مربوطه شد که بنا به پیش بینی مجری وقت طرح های پالایش گاز شرکت ملی گاز ایران حداکثرتا یک سال بعدبه اتمام می رسد . که خوشبختانه جدیدآ خبر ها حکایت از راه اندازی این تاسیسات دارد .
۲) حذف دی اکسیدکربن و سولفور
بعد از جداسازی مایعات گازی از گاز طبیعی خام دومین قسمت از فرآورش گاز نیز صورت میگیرد که شامل جداسازی دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن است. گازطبیعی بسته به موقعیت چاه مربوط مقادیر متفاوتی از این دو ماده را شامل میگردد.
فرایند تفکیک سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن از گازترش، شیرین کردن گاز نامیده می شود. سولفید هیدروژن و دی اکسید کربن را میتوان سوزاند و از گوگرد نیز صرفنظر نمود ولی این عمل باعث آلودگی شدید محیط زیست میگردد . با توجه به اینکه سولفور موجود در گاز عمدتآدر ترکیب سولفید هیدروژن ((H۲S قرار داردحا ل چنانچه میزان سولفید هیدروژن موجود از مقدار ۷/۵ میلیگرم در هر متر مکعب گازطبیعی بیشتر باشد به آن گاز ترش اطلاق میگردد. وچنانچه از این مقدار کمتر باشد نیاز به تصفیه نمیباشد.
سولفور موجود درگازطبیعی به علت دارا بودن بوی زننده و تنفس های مرگ آور و عامل فرسایندگی خطوط لوله انتقال، گاز را غیر مطلوب و انتقال آن را پر هزینه میسازد. تکنیکهای مورد استفاده در فرایند شیرین سازی گاز ترش موسوم به «فرایند آمین» که متداولترین نوع در عملیات شیرین سازی میباشد تشابه فراوانی با فرایندقبل( جاذب NGL) و فرایند بعدی خود یعنی نم زدایی توسط گلایکول دارند . مواد مورد استفاده دراین فرایند انواع محلول های آمین میباشد. دراین نوع فرایندها اغلب از دو محلول آمین باسامی مونو اتا نو ل آمین (MEA) و دی اتا نو ل آمین (DEA ) استفاده میگردد.
گاز ترش از میان برجی که با محلول آمین پر شده است جریان داده میشود .تشابه خواص ملکولی محلول آمین با سولفور موجود در سولفید هیدروژن باعث میگردد تا بخش عمده ای از مواد سولفوره جذب محلول گردد و سپس این محلول با شرکت در فرایند ثانوی ضمن جداسازی از سولفید هیدروژن جذب شده مجددا قابل بهره برداری در فرایند ابتدایی میگردد . روش دیگری در رابطه با شیرین سازی گاز ترش با استفاده از جاذب های جامد برای جداسازی دی اکسیدکربن و سولفید هیدروژن نیز وجود دارد. دی اکسیدکربن حاصل از فرایند از طریق مشعل وارد محیط شده و طبعآ آلودگی هایی از خود بجا میگذارد که اجتناب ناپذیر میباشد . ولی سولفید هیدروژن حاصل از فرایندقبل پس از انتقال به واحد گوگرد سازی با شرکت در فرایندی کاتالیستی و با واکنشهای گرمایی بنام فرایند کلاوس سولفور موجودرا بصورت مایع آزاد مینماید. مایع حاصل بعد ازانتقال به واحددیگری و بعد از عملیات دانه بندی و انبار میشود این فرایند تا ۹۷ درصد سولفور موجود در گاز طبیعی را باز یافت مینماید. این ماده که سولفور پایه نامیده میشود بشکل پودر زرد رنگ بوده و آن را میتوان داخل محوطه پالایشگاه یا خارج از آن مشاهده نمو د. البته نظر به نیازبازار جهانی ، سولفور موجود بعد از استخراج و تصفیه و آماده سازی کامل جزو اقلام صادراتی محسوب و جداگانه به بازار عرضه می گردد .
مرکاپتان ها گروه دیگری از ترکیبات گوگرد دار میباشند که بایداز ترکیب گاز قابل مصرف توسط فرایندی از نوع غربال مولکولی جداسازی گردد .ازآنجاییکه سیستم لوله کشی های مشترکین فاقد هشدار دهنده های نشت گاز میباشد ضرورتآ و به همین منظور مقدار اندکی از آن که منجر به ضایعات در خطوط لوله نگردد را درترکیب گاز بجا میگذارند تا بکمک این مواد بودار (بوی تخم مرغ گندیده ) مصرف کننده از وجود نشتی در لوله های گاز آگاه گردد.
در همین رابطه در ایستگاههای CGS نیز بطور جداگانه مقداری مرکاپتان به جریان گاز تزریق میگردد . گاز میادین پارس جنوبی – نار و کنگان – سرخس و گاز همراه میدان آغاجاری از نوع ترش بوده و لذا حاوی مقدار معتنابهی گوگرد میباشد.
گاز میادین تابناک - شانون، هما، وراوی و گاز همراه میادین مارون و اهواز از نوع شیرین بوده و طبعا بعلت فقدان گوگرد و حذف فرایندهای مربوطه نسبت به گار میادین دیگر با ارزشتر میباشد.
۳) نم زدایی یا رطوبت زدایی
۳– ۱) رطوبت زدایی با محلول گلایکول
علاوه بر تفکیک نفت با گاز مقداری آب آزاد همراه با گازطبیعی وجود دارد که بیشتر آن توسط روش های جداسازی ساده در سر چاه یا در نزدیکی آن از گاز جدا می شود. در حالیکه بخار آب موجود در محلول گاز میبایست طی فرایندی بسیار پیچیده تحت عنوان عملیات نم زدایی و یا رطوبت زدایی از گازطبیعی تفکیک گردند .
در این فرایند بخار آب متراکم و موجود در سطح توسط ماده نم زدا جذب و جمع آوری میگردد. نوع متداول نم زدایی جذب (absorption) با عنوان نم زدایی گلایکول که ماده اصلی این فرایند میباشد شناخته می شود. در این فرایند، از مایع نم زدای خشک کننده حاوی گلایکول برای جذب بخار آب از جریان گاز استفاده می شود. دراین نوع فرایند اغلب از دو محلول گلایکول باسامی دی اتیل گلایکول (DEG) یا تری اتیل گلایکول (TEG) استفاده میگردد.
خواص ملکولی ماده گلایکول شباهت بسیاری با آب دارد لذا چنانچه در تماس با جریانی از گازطبیعی قرار گیرد، رطوبت آب موجود در جریان گاز را جذب و جمع آوری مینماید. ملکولهای سنگین شده گلایکول در انتهای تماس دهنده جهت خروج از نم زدا جمع و خارج میشو ند سپس گازطبیعی خشک نیزاز جانب دیگر به بیرون از نم زدا انتقال می یاید.
محلول گلایکول را از میان دیگ بخار به منظور تبخیر نمودن آب محلول در آن و آزاد کردن گلایکول جهت استفاده مجدد آن در فرایندهای بعدی نم زدایی عبور میدهند. این عمل با بهره گیری از پدیده فیزیکی یعنی وجود اختلاف در نقطه جوش آب تا ۲۱۲درجه فارنهایت (۱۰۰ درجه سانتیگراد ) و گلایکول تا ۴۰۰ درجه فارنهایت صورت میگیرد.
۳– ۲) رطوبت زدایی با ماده خشک کننده جامد
رطوبت زدایی با ماده خشک کننده جامد که معمولا مؤثرتر از نم زداهای گلایکول هستند نیز با استفاده از روش جذب سطحی صورت میگیرد . جهت این کار به حداقل دو برج یابیشتر نیاز میباشد که بکمک یک ماده خشک کننده جامد شامل آلومینا یا ماده سیلیکاژل پرشده است. نم زدایی با ماده خشک کننده جامد اولین شیوه نم زدایی گازطبیعی با استفاده از روش جذب سطحی است گازطبیعی از داخل این برج ها، از بالا به پایین عبور داده میشوند. گازطبیعی دراین فرایند ضمن عبور از اطراف ذرات ماده خشک کننده رطوبت های موجود در جریان گازطبیعی به سطح ذرات ماده خشک کننده جذب میگردد و باتکمیل این فرایند تقریبا تمام آب توسط ماده خشک کننده جامد جذب شده و نهایتا گاز خشک از انتهای برج خارج شود.
این نوع از سیستم نم زدایی از آنجاییکه در رابطه باحجم فراوان گاز تحت فشارهای بالا مناسب هستند معمولا در انتهای یک خط لوله در یک ایستگاه کمپرسور قرار دارند. در این سیستم نیز همانند گلایکول در روش اول ماده خشک کننده جامد بعد از اشباع شدن از آب جهت احیاء و استفاده های مکرر از سیستمهای گرمکن با درجه حرارت بالا جهت تبخیر بخار آب موجود در گلایکول بکار گرفته میشوند .
گازطبیعی اینک با طی تمام مراحل تصفیه به طور کامل فرآورش و برای مصرف آماده گردید لذا در پایان با تقویت فشار آن تا حدود ۱۰۰۰ psi و پس از محاسبه حجم آن توسط سیستم اندازه گیری به خط لوله خروجی پالایشگاه هدایت و تحویل مدیریت منطقه عملیات انتقال گاز مربوطه میگردد.
● روش های نامعمول استخراج گاز
میزان ذخایر گاز درآمریکای شمالی آن قدر هست که تا سال ها بتوان از آن استفاده کرد. اما همه منابع این گازها دارای فشار جریان کم و تراوایی ناچیز و نامعمول هستند. در سال ۱۹۹۸ میانگین بهای گاز سرچاهی در ایالات متحده به ۹۶/۱ دلار در هر میلیون فوت مکعب (MCF) رسید، اما از آن هنگام تا کنون مدت زیادی گذشته است و دیگر کسی به گاز دو دلاری نمی اندیشد. در ۱۵ سال آینده، کمترین قیمتی که این صنعت برای مصرف پیش بینی می کند سه دلار در هر میلیون فوت مکعب است. این قیمت ممکن است به ۶ دلار نیز برسد.
در پاسخ به این پرسش که آیا صنعت گاز توان مقابله با رشد تقاضا را خواهد داشت؟ می توان گفت که تنها در سایه تلاشی پایدار و توانمند، آمریکای شمالی می تواند ذخایر گاز قابل قبولی بیابد. سناریوی بالا به هر عقل سلیمی خطور می کند. تنها هشدارهایی که باید در نظر داشته باشیم این است که قاعده بازار، بر نیاوردن انتظارهای همگانی است. آنچه پذیرفتنی به نظر می رسد، این حقیقت است که قیمت های گزاف، کاهش تقاضا را در پی خواهد داشت.
منابع معمول مانند چاه های پرگاز خاورمیانه، در این منطقه (آمریکای شمالی) کمیاب هستند. به جز نواحی قطبی، بیشتر منابع گازی این بخش از کره زمین به روش های متفاوت استخراج نیازمند است که اکنون به شرح آنها خواهیم پرداخت.
برخلاف مخازن نفت معمول که گاز بسیاری در آنها انباشته شده است و میزان بهره برداری از آنها بالاست، این مخازن غیرمعمول، گاز بسیار کمی تولید می کنند و شامل شن های با تراوایی کم، لایه های سنگی شکسته شده و متان موجود در بسترهای زغال سنگی هستند. ممکن است روزی به مدد فناوری هیدرات متان به آنها افزوده شود. منابع گازی غیرمعمول را که در مکانی محبوس نیستند، معمولاً به کمک آب (پمپاژ آب به درون مخزن) می توان خارج کرد. ظرفیت این منابع گاز بیش از ۳۵۰ تریلیون فوت مکعب تخمین زده می شود که حدود ۱۶۹ تریلیون فوت مکعب از آن در محدوده کوه های راکی قرار دارند و این منطقه هم اکنون هم حدود ۲۵درصد گاز تولیدی آمریکای شمالی را تامین می کند. از لحاظ زمین شناسی، امکان موفقیت استخراج از این منابع وجود دارد، اما عواملی مانند قیمت های بازار، پیشرفت های فناوری و کمک های دولتی در این میان نقش به سزایی دارند. در کانادا هنوز بهره برداری از این منابع در مراحل بسیار ابتدایی قرار دارد و ظرفیت های موجود در خاک آن کشور ۲۹۰ تا ۱۸۰۰ تریلیون فوت مکعب برآورد می شود.
از روش های نامعمول برداشت گاز، شن های گازدار به هم فشرده بیشترین ظرفیت تولید را دارند. براساس نظر اخیر موسسه فناوری گاز، شن های گازدار به هم فشرده ۶۹ درصد از کل تولید گاز از منابع نامعمول را در آمریکا تشکیل می دهند و سهمی ۱۹ درصدی از کل گاز تولیدی ایالات متحده دارند. در همین اظهارنظر تحقیقاتی، قابلیت تولید گاز از شن های گازدار به هم فشرده که توجیه اقتصادی دارند، حدود ۱۸۵ تریلیون فوت مکعب تخمین زده شده است.
شن های گاز دار به هم فشرده (Tight Gas Sands): در این رگه های دنباله دار گاهی امکان استخراج با روش های معمول نیز وجود دارد، به ویژه اگر خاصیت تراوایی آنها به دلیل فشردگی بیش از اندازه، در مقیاس مولکولی، باشد، اما در مجموع پذیرش اقتصادی این منابع تنها به مدد پیشرفت فناوری در این زمینه هاست: تعیین دقیق مکان حفر چاه ها، پیشرفت در زمینه تکنیک های شکست (برای خرد کردن قطعات شن های به هم چسبیده)، بیرون آوردن شن های خرد شده که خاصیت سیالی پیدا خواهند کرد، پوشش منطقه ای وسیع و حفر چاه هایی که بتوانند به لایه های چگال تر دست پیدا کنند.
برخی چاه ها که پیش تر به منظور برداشت گاز از روش های معمول حفر شده بودند، اکنون برای برداشت شن های گازدار به هم فشرده استفاده می شوند. شناسایی چگالی های شکست لایه ها، به علاوه مکان یابی دقیق و قدرت گروه حفاری برای بیرون آوردن هرچه بیشتر این شن ها در استخراج موفق از این چاه ها نقش دارند. انتخاب تجهیزات حفاری مناسب برای کاویدن این لایه های نامنظم، دیگر مهارت مورد نیاز است. نقشه برداری سه بعدی از زیرزمین و تحلیل داده های موجود در نقشه های به دست آمده از روش یاد شده، کامل کننده فرآیند استخراج خواهد بود. منابع مطالعاتی ستیو ظرفیت ۰۰۰/۱۰ تا ۰۰۰/۲۰ تریلیون فوت مکعبی را در سراسر ایالات متحده تخمین می زند، اما صرفه اقتصادی برداشت، چالشی دشوار و دست نیافتنی است. در ضمن جریان گاز به سمت بالا درون چاه های معمول دیگر وجود ندارد و همین بزرگ ترین چالش پیش رو است. اکنون ۰۰۰/۴۰ چاه برای کاویدن چنین لایه های شنی در ایالات متحده وجود دارد. با فناوری کنونی بسیاری از آنها به صرفه اند اما در آینده پیشرفت های بیشتری به وقوع خواهند پیوست.
گاز سنگواره ها: از سال ۱۹۲۰ بستر کوه های آپاچی، منبعی برای گازهای سنگواره ای بوده اند. اکنون بسترهای فورت ورث وسن ژوان، منابع جدیدی برای تولید گاز از سنگواره ها هستند و بیش از ۰۰۰/۳۷ چاه با استفاده از این روش گاز را از چاه استخراج می کنند که حدود ۳ تا ۴ درصد کل گاز تولیدی ایالات متحده را تشکیل می دهد و احتمال افزایش آن بسیار بالا است.
گاز به دو شکل در بسترهای سنگی جای می گیرد: یکی جذب سطحی گاز به درون کروژن (ماده غیرحلال در آب که پس از فرآیندهایی به نفت تبدیل خواهد شد) است. یعنی با انقباض گاز روی سطح سخت و جامد سنگ ها (adsorption) این مواد ارگانیکی روی لایه ها قرار می گیرند. این لایه ها می توانند از ۲۰ درصد میزان منابع موجود در تگزاس تا میزان ۸۵ درصد در معادن کلرادو و نیومکزیکو آغاز شوند. لجن ها و کروژ ن هایی که درون این سنگ ها محبوس شده اند، می توانند برای استخراج با بوژینیک و ترموژنیک و ترموژنیک گاز استفاده شوند. شکل دوم به روش های معمول استخراج گاز شباهت دارد، اما باید نخست سنگ ها را شکافت تا گاز محبوس در آنها را آزاد کرد. این چاه ها به دلیل نداشتن منافذ و خاصیت تراوایی، بازده چاه های آنها کم است. در این روش برخی چاه ها باید پیوسته قابلیت شکستن صخره ها را داشته باشند، در نتیجه گران قیمت خواهند بود. تنها با شناسایی صحیح محل و ملاحظات حفاری این چاه ها به صرفه خواهند بود. متان از بسترهای زغال سنگی: به گفته USGS منابع زغال سنگ در جهان ۳۵۰۰ تا ۹۵۰۰ تریلیون فوت مکعب گاز قابل بهره برداری دارند که ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ تریلیون فوت مکعب از آن درآمریکای شمالی موجود است. در آمریکا ۹ درصد گاز مصرفی ازمنابع متان زغال سنگی به دست می آیند. مقدار قابل بهره برداری متان زغال سنگی در آمریکا اکنون ۶۳ تریلیون فوت مکعب تخمین زده می شود که ۴۲ تریلیون فوت مکعب آن در کوه های راکی وجود دارند. آمریکا پیشگام استخراج از چنین منابع گازی است. بیش از ۱۸ هزار حلقه چاه در ایالات متحده متان زغال سنگی تولید می کنند. تنها ۶/۴ هزار حلقه چاه امسال در برنامه آغاز به کار قرار دارند.
ملاحظات محیط زیستی پیشرفت در این زمینه را کند می کنند. گام اساسی در برداشت از این چاه ها پمپ آب موجود در مخازن زیرزمینی دارای متان زغال سنگی است و بیرون آوردن آن پیش از عملیات حفاری انجام می شود. پمپ ها با مصرف زیاد سوخت، سبب آلودگی هوا می شوند و آب پمپاژ شده در بیشتر موارد به درد آبیاری و کشت نمی خورد. در نتیجه آبی آلوده به صورت رودخانه جاری می شود و اثرهای این گونه آب ها بر محیط زیست در حال بررسی است.
روش دیگر، تحقیق در زمینه هیدرات متان (MH) است که چندین برابر نفت و گاز معمول در جهان انرژی در خود دارد. در واقع نامیدن هیدرات متان به عنوان منبع تولید گاز ناصحیح است، زیرا هنوز صرفه اقتصادی تولید انبوه و غیر آزمایشگاهی آن به اثبات نرسیده است.
هیدرات ها در اعماق آب ها و مناطق یخ زده نیز یافت می شوند. روش تولید آنها بریدن قطعات بزرگ هیدرات ها و تحت فشار و حرارت قرار دادن آنها است. هدف از انجام آزمایش های متعدد در این زمینه، اثبات امکان برداشت، بهره برداری و اقتصادی بودن این روش نوین در صنعت گاز است.
ارزان ترین و دست یافتنی ترین منابع هیدرات متان در آب های عمیق و مناطق پوشیده از یخ و برف وجود دارد. تست های مالیک نشان داد که در بهترین حالت ها، ماکزیمم ۵۳ میلیون فوت مکعب را ازمنابع در دسترس در ایالات متحده می توان استخراج کرد که میزان مطلوبی نیست. شرایط دشوار فیزیکی حاکم بر آب های عمیق، نیاز به فناوری پیچیده تری برای استخراج را اجتناب ناپذیر می کند. این جدیدترین راه است و امکان موفقیت آن پس از پاسخ گویی به پرسش های مطرح شده در متن، وجود دارد. در زمینه کاوش و اکتشاف برای یافتن هیدرات متان، مدل سازی از بسترهای یخی و اقیانوسی و تحلیل فشار- دمای محیط قرار گرفتن منابع اهمیت به سزایی دارد.
شبیه سازی ها به کمک امواج صوتی، علم جغرافیای شیمیایی زمین و نمونه برداری از کف اقیانوس ها انجام می پذیرد. در هر حال نیاز به گاز درحال فزونی است و تلاش ها برای رسیدن به منابع با ثبات همچنان باقی است. منبع: پری.آ فیشر،
کشف مقدار زیادی هیدرات گاز در دامنه شمالی آلاسکا و پایین خلیج جنوب شرقی ایالات متحده امریکا،این ایده را قوت می بخشد که هیدراتهای گاز،منبع بسیار مهم انرژی در آینده محسوب میشوند.گرچه،ابتدا مسائل بسیار مهم تکنیکی و فنی باید حل شود تا بتوان هیدرات های گاز را به عنوان یک منبع انرژی مهم در جهان،معرفی کرد.هیدرات های گاز به طور طبیعی به شکل مواد کریستالی که از آب و گاز تشکیل شده،هستند.در هیدرات ها، یک شبکه جامد آب،ملکول های گاز را در یک ساختار قفس مانند در خود جای می دهند.هیدرات های گاز بیشتر در نواحی یخ زده و قطبی و زیر دریا در لایه های رسوبی وجود دارند. در حالی که،متان،پروپان و دیگر گازها می توانند در ساختار قفس مانند محبوس شوند،اما احتمال تشکیل هیدرات متان بسیار بیشتر است.میزان متان محبوس شده در هیدرات های گاز بسیار زیاد است و تخمین میزان آن بیشتر حدسی و فرضی است و محدوده آن از ۰۰۰/۱۰۰ تا ۰۰۰/۰۰۰/۲۷۰ تریلیون فوت مکعب است.به نظر می رسد که میزان گاز در ذخایر هیدرات جهان بسیار بیشتر از حجم منابع دیگر انرژی است.گرچه تا به حال در مورد دسترسی و تولید این هیدرات های گاز تحقیق و پژوهش بسیاری صورت نگرفته است.هدف اولیه پژوهش های مربوط به هیدرات های گاز، بررسی پارامترهای زمین شناختی است که ایجاد هیدرات های گاز را در کنترل دارد.هدف دیگر، ارزیابی حجم گاز طبیعی ذخیره شده، درون انباشته های جهانی هیدراتهای گاز است.این مقاله نتایج آخرین ارزیابی ها در مورد منابع هیدرات گاز طبیعی را مطرح می کند و سعی دارد توانایی تولید ذخایر هیدرات های گاز را ارزیابی کند و فناوری لازم برای تولید اقتصادی و به صرفه هیدرات های گاز در ۲۰ تا ۵۰ سال آینده را مورد بررسی قراردهد.در پایان،مروری بر برنامه های تولید گاز از منابع هیدرات در ژاپن و هندوستان خواهیم داشت.
● مروری بر هیدرات های گاز
تحت شرایط مناسب دمایی و فشاری،هیدرات های گاز معمولاً یک ساختار کریستالی اولیه تحت عنوان ساختار ۱ و ساختار ۲ را تشکیل می دهند.هر واحد سلولی ساختار ۱ هیدرات گاز شامل ۴۶ ملکول آب است که دو فضای تهی کوچک و ۶ فضای بزرگ تشکیل می شود.ساختارهای ۱ هیدرات های گاز فقط می توانند ملکول های کوچک گاز مثل متان و اتان،با قطر ملکولی کمتر از ۲/۵ آنگستروم را در خود جای دهند.واحد سلولی ساختار ۲ هیدرات های گاز شامل ۱۶ dodecahedral (دودی کاهدرال) کوچک و ۸ فضای خالی بزرگ هگزاکایی دوکاهدرال است که توسط ۱۳۶ مولکول آب شکل می گیرد.ساختار ۲ هیدرات های گاز ممکن است دارای گازهایی با ابعاد ملکولی در محدوده ۹/۵ تا ۹/۶ آنگستروم مثل پروپان و ایزوبوتان باشد.در شرایط دما و فشار استاندارد (STP)،یک حجم از هیدرات اشباع شده متان (ساختار ۱) دارای بیش از ۱۶۴ حجم از گاز متان است. به علت این ظرفیت عظیم ذخیره سازی گاز،این هیدرات ها، منابع مهمی از گاز طبیعی محسوب می شوند. در سطح ماکروسکوپی،بسیاری از خواص مکانیکی هیدرات گاز مثل یخ است. چون هیدراتها دارای حداقل ۸۵ درصد آب بر یک پایه ملکولی هستند.از همه جالب تر،خواص مرحله ی تعادل هیدرات های گاز است که بیشتر توسط تناسب ملکول های میهمان گاز، درون قفس های هیدرات آب کنترل می شود. برای مثال اضافه کردن پروپان به یک هیدرات خالص متان،ساختار هیدرات را(از ساختار ۱ به ساختار ۲ ) تغییر می هد.
● هیدرات های گاز نواحی یخ زده و قطبی
به نظر می رسد که هیدرات های گاز ،در حوزه غرب سیبری وجود دارند و تصور می شود که در دیگر نواحی قطبی شمال روسیه،مثل ایالت تیمان-پچورا،کراتن شرق سیبری و شمال شرقی سیبری و نواحی کامچاتکا نیز وجود داشته باشند.هیدرات های گازدر نواحی قطبی شمال آلاسکا و ایالت های شمالی آمریکا نیز وجود دارند. از شواهد غیر مستقیمی که نتیجه حفاری چاه در این نواحی بود به وجود هیدرات های گاز در دامنه شمالی آلاسکا پی برده شد و احتمال حضور لایه های متعدد هیدرات های گاز در ناحیه خلیج پرودهو (Prudhoo) و حوزه های نفتی رودخانه کوپاروک را تأ ئید می کند.در یک پنجم از چاه های حفاری شده در ناحیه ی دلتای مکنذی وجود هیدرات های گاز تأیید شده است و بررسی چاه های جزایر قطبی نشان می دهد که در نواحی قطبی، هیداراتهای گاز در اعماق ۱۳۰ تا ۲۰۰۰ متر وجود دارند.
● هیدراتهای گاز دریایی
وجود هیدراتهای گاز در نواحی دریایی، عمدتاً نتیجه بازتاب غیرعادی لرزهای است که از محدوده منطقه ویژه مرزی هیدراتهای گاز میآید.این بازتابها عمدتاً به نام بازتاب تحریکی انتهایی یاBSR خوانده میشوند.BSR ها در اعماق ۱۰۰ تا ۱۱۰۰ متری از سطح دریا، نقشهبرداری شدهاند.هیدراتهای گاز در لایههای رسوبی خلیج مکزیک،بخش دریایی حوزه رودخانه Eel در کالیفرنیا،دریای سیاه،دریای خزر و دریای Okhotsk پیدا شدهاند.همچنین،هیدراتهای گاز در اعماق بیشتر زیر سطحی در خلیج جنوب شرقی امریکا، Black Kidge در خلیج مکزیک،حوزه کاسکادیا نزدیک اوریگان،کانال امریکای مرکزی،دریای پروودرنواحی شرقی و غربی ژاپن نیز کشف شدهاند.
● ارزیابی منابع هیدرات گاز
از آنجا که هیدراتهای گاز در نواحی قطبی و در لایههای رسوبی دریایی وجود دارند،میتوانند یک منبع انرژی بالقوه محسوب شوند.پیشبینیهای جهانی برای میزان گاز طبیعی موجود در لایههای هیدرات گاز از ۱۰۲۰/۵ تا ۱۰۶۲/۱ تریلیون فوت مکعب برای نواحی قطبی و از ۱۰۵۱/۱ تا ۱۰۸۷/۲ تریلیون فوت مکعب برای لایههای رسوبی اقیانوسی است.پیشبینیهای انتشار یافته در مورد منابع هیدراتهای گاز نشاندهنده نوسانات قابل ملاحظهای است. آخرین پیشبینیها از میزان متان در انباشتههای جهانی هیدراتهای گاز حدود ۱۰۵۷ تریلیون فوت مکعب است اما به نظر میرسد که لایههای رسوبی اقیانوسی دارای منابع بیشتر و بزرگتری از گاز طبیعی هستند تا لایههای رسوبی قارهای.هدف اصلی کار ارزشیابی و تخمین در مؤسسه پژوهشی زمین شناختی امریکا،تخمین زدن منابع هیدرات گاز در امریکا هم در نواحی ساحلی و هم در نواحی دریایی است.ارزیابی هیدراتهای گاز براساس یک برنامه تجزیه و تحلیلی، ایالت به ایالت انجام میشود.ما تمامی هیدراتهای گاز را بدون توجه به مسائل فنی آنها،تعریف،توصیف و ارزیابی میکنیم.بنابراین،این ارزیابی،تنها با حجم منابع هیدراتهای گاز موجود مربوط است،یعنی میزان گازی که درون هیدراتهای گاز بدون در نظر گرفتن بازیافت آن وجود دارد.در یک روش تجزیه و تحلیلی،انباشتههای بالقوه هیدروکربن، براساس خصوصیات زمین شناختیشان گروهبندی میشوند سپس شرایط زمینشناختی بروز هیدروکربنها الگوبرداری میشود. در این روش ارزشیابی،زمین شناسان، در مورد عوامل زمین شناختی لازم برای تشکیل انباشتههای هیدروکربن و عوامل زمین شناختی تعیین کننده اندازه آنها،بحث میکنند.در یک ارزیابی،۱۱ حوزه هیدرات گاز،در ۴ ایالت نفتی دریایی و ساحلی کشف و برای هر حوزه میزان هیدراتهای گاز تخمینزده شد.پیشبینیهای انجام شده برای هر کدام از این ۱۱ حوزه جمعآوری شدند تا کل منابع هیدرات گاز در ایالات متحده آمریکا تخمین زده شود.منابع موجود گاز درون هیدراتها در ایالات متحده امریکا بین ۷۶۵/۱۱۲ تا ۱۱۰/۶۷۶ تریلیون فوت مکعب گاز البته با سطح احتمال ۰۵/۰ تا ۹۵/۰ است. گرچه این آمار،همراه با درصد بالایی از شک و تردید است،اما نشان دهنده میزان بسیار زیادی گاز ذخیره شد در هیدراتهای گاز هستند.ارزش کلی هیدراتهای گاز محاسبه شد ه در امریکا حدود ۲۲۲ تا ۳۲۰ تریلیون فوت مکعب گاز است.لازم به ذکر است که حفاریهای پژوهشی دریایی که اخیراً درون منطقه ویژه اقتصادی امریکا در امتداد ناحیه شرقی این کشور انجام شده است،وجود مقادیر قابل توجهی از متان ذخیره شده را به عنوان هیدرات گاز جامد و گاز آزاد حبس شده زیر هیدراتهای گاز،تأیید میکند.
● تولید گاز از هیدراتهای گاز
روشهای پیشنهاد شده بازیافت گاز از هیدراتها معمولاً شامل تفکیک کردن یا ذوب کردن هیدراتهای گاز به روشهای زیر است:
۱)گرم کردن مخزن برای دمای تشکیل هیدرات
۲)کاهش فشار مخزن زیر موازنه هیدارت
۳)تزریق یک مهارکننده مثل متانول یا گلیکول درون مخزن برای کاهش شرایط تثبیت هیدرات.البته در حال حاضر، بازیافت گاز از هیدراتها به تعویق انداخته میشود چون هیدراتها معمولاً در نواحی خشن قطبی و نواحی عمیق دریایی گسترده شدهاند.اخیراً از یک سری مدلهای تحریک گرمایی ساده هم برای ارزیابی تولید هیدرات گاز از آب گرم و جریانهای بخاری استفاده شده است که نشان میدهد،گاز را میتوان از هیدراتها به میزان کافی تولید کرد به صورتی که هیدراتهای گاز به یک منبع قابل بازیافت تکنیکی تبدیل شوند،گرچه هزینه زیاد این تکنیکهای بازیافت پیشرفته گاز،جلوی بازیافت را میگیرد. استفاده از مهارکنندههای هیدرات گاز برای تولید گاز از هیدراتها از لحاظ فیزیکی امکان پذیر است،گرچه،استفاده از حجمهای زیاد مواد شیمیایی مثل متانول هزینه اقتصادی و زیست محیطی بالایی دارد.از میان تکنیکهای مختلف تولید گاز طبیعی از هیدراتها،اقتصادیترین و به صرفهترین روش،طرح فشار زدایی است.حوزه گازی Messoyakha در بخش شمالی حوزه غرب سیبری اغلب به عنوان یک مثال از تولید گاز از انباشتههای هیدروکربن مورد استفاده قرار میگیرد. از تمامی اطلاعات زمین شناختی برای تأیید حضور هیدراتهای گاز در قسمت بالایی این حوزه استفاده شده است.پیشینه تولید گاز از هیدراتهای این حوزه نشان میدهد که هیدراتهای گاز یک منبع تولیدی فوری از گاز طبیعی هستند و تولید را میتوان با روشهای همیشگی شروع و حفظ کرد. تولید طولانی مدت از بخش هیدراتگاز حوزه Messoyakha با برنامه ساده فشارزدایی قابل دسترسی است.تولید از بخش پایینی گاز آزاد این حوزه در سال ۱۹۶۹ آغاز شد.گرچه در سال ۱۹۷۱،فشار مخزن از میزان مورد انتظار انحراف پیدا کرد.این انحراف به آزادسازی گاز آزاد از هیدراتهای تفکیک یافته گاز نسبت داده میشود.از این حوزه تا به حال حدود ۳۶ درصد (حدود ۱۸۳ میلیارد فوت مکعب) گاز برداشت شده است.گرچه برخی محققان معتقدند که گاز تولید شده از هیدراتها نبوده است.
● فعالیتهای پژوهشی بینالمللی
در دو سال گذشته،مؤسسات دولتی در ژاپن،هند و کره جنوبی شروع به توسعه برنامههای پژوهش برای بازیافت گاز از هیدراتهای اقیانوسی کردهاند.یکی از مهمترین پروژههای هیدرات گاز که در ژاپن در حال انجام است،یک پروژه ۵ ساله برای ارزیابی منابع داخلی هیدراتهای بالقوه گاز طبیعی است.در مقالاتی که منتشر شده است: مؤسسه مجری طرح، اعلام کرده است که هیدراتهای متان میتواند نسل آینده منبع انرژی قابل تولید داخلی باشد.در سال ۱۹۹۶ این برنامه تحقیقاتی زمین شناختی و لرزهشناسی بر روی نواحی قارهای شمالی و جنوبشرقی ژاپن انجام شده است.براساس تحقیقات صورت گرفته،کاشف به عمل آمده است که حدود ۱۸۰۰ تریلیون فوت مکعب گاز درون هیدراتهای گاز ناحیه نانکای ذخیره شده است.هندوستان نیز مانند ژاپن به علت پرداخت هزینهای بالا برای واردات LNG ،مطالعات پژوهشی چندی را مبنی بر حضور و امکان بازیافت گاز از هیدراتهای گاز در این کشور آغاز کرده است.
پژوهشها نشان میدهند که بین هند و میانمار،در دریای آندامان منبع عظیمی از هیدراتهای گاز وجود دارد که حدس زده میشود،دارای ۲۱۱ تریلیون فوت مکعب گازباشد.دولت هندوستان اعلام کرده است که این مسئله برای تأمین نیازهای فزاینده انرژی این کشور از اهمیت بسیاری برخوردار است.با اینکه اطلاعات ما در مورد هیدراتهای نهفته گاز بسیار اندک است،اما میتوان انتظار داشت با توسعه فناوریهای جدید بتوان به هیدراتها به عنوان نسل آینده منبع انرژی نگاه کرد.

حمید رضا احمدی