مروري بر فناوري هاي ذخیره سازي گاز طبیعی

به گزارش خبرگزاری فولادبان و به نقل از شرکت بهینه سازی مصرف سوخت، امروزه با توجه به آنکه مصرف فرآورده هاي نفتی با چالش هایی از جمله تخلیه مخازن و آلودگی هوا روبروست و همچنین با توجه به قطعی های احتمالی گاز در فصل سرما که شرکت های فولادی را با چالش رو به رو خواهد کرد ، تمرکز متخصصان به سمت استخراج، استفاده و ذخیره سازي گاز طبیعی قرار گرفته است. در کشور هاي در حال توسعه و به خصوص کشورهاي داراي ذخایر گازي، ذخیره سازي براي پاسخگویی به نوسانات عرضه گاز انجام می گیرد ولی در کشورهاي پیشرفته که قیمت گذاري گاز به صورت رقابتی است، این کار براي کسب منافع ناشی از ایجاد نوسانات قیمتی می باشد. در مجموع انجام ذخیره سازي گاز طبیعی، موجب به ثبات رسیدن روند مصارف و همچنین ثبات در قیمت ها می باشد که در عرصه اقتصادي امر مهمی به حساب می آید .مهم ترین روش هاي ذخیره سازي گاز طبیعی که تاکنون در جهان مورد استفاده قرار گرفته در ادامه معرفی می شود:

الف: روش مایع سازي LNG

در این روش گاز طبیعی توسط یک فرآیند سرمایشی، به صورت مایع جوشیده در دماي نزدیک به 160 – درجه سانتیگراد در مخازن مخصوصی در فشار نزدیک به 0.1 مگاپاسکال ذخیره می گردد. چگالی انرژي گاز مایع، حدود 65% بنزین می باشد. مهم ترین مراحل فرآیند مایع سازي و ذخیره سازي گاز مایع عبارتند از: تصفیه سازي: ابتدا براي انجام تصفیه و جداسازي، گاز از ایستگاه ها به مخازن LNG وارد می شود. این کار به این دلیل است که از ایجاد کف در زمان عبور اسیدهاي گازي از فیلترها جلوگیري به عمل آید. گاز هاي اسیدي توسط محلول آمین در ستون هاي جذب، جدا می شوند . جداسازي و حذف 2CO باعث می شود که از میزان قابل توجهی یخ زدن در حین عملیات مایع سازي جلوگیري شود. سپس توسط سیستم تبرید آمونیاك، آب اشباع شده براي جدا سازي خنک می شود. در ادامه مسیر، جریان به واحد جداسازي جیوه می رسد. لازم است که پیش از ورود به واحد مایع سازي، تمامی جیوه موجود از ترکیبات حذف گردد و در نهایت هیدروکربن هایی مانند بنزن و پنتان حذف می شوند.

تبرید آمونیاك : آمونیاك یک مبرد طبیعی است که در مقایسه با اتانول و پروپان، کاربردهاي بیشتري دارد. تجهیزات تبرید داراي دو توربین بخار هستند که به صورت موازي واقع شده و از گازهاي بازیافتی در سیستم براي عملکرد خود استفاده می نمایند. این سیستم تاثیر مثبتی را ایجاد کرده و به صورت مستقیم باعث می شود دما ثابت نگاه داشته شده و مانع تخریب دستگاه ها و تجهیزات این فرآیند می شود.

مایع سازي: در این قسمت گازي که وارد می شود، از دماي 8 – درجه به 160 – رسیده و به مایع تبدیل می گردد .در این بخش مایع سازي بخار فشرده سازي شده و با کمک مبردهایی که داراي هسته هاي منحنی بوده و مبدل هاي آلومینیومی خنک و مایع می شوند. پس از آن جریان به یک جدا کننده وارد می شود تا حالت هاي دوفازي به کلی از جریان خارج گردد. نهایتا در این مرحله گاز طبیعی مایع شده وارد مخازن ذخیره سازي می گردد. انجام مایع سازي گاز طبیعی هزینه زیادي داشته و نسبت به تبدیل گاز به گاز طبیعی فشرده (CNG)مصرف انرژي و هزینه بیشتري دارد و مخازن موردنیاز براي نگهداشت گاز مایع نیازمند عایقکاري هاي دقیق و پر هزینه می باشد.

ب. روش فشرده سازي CNG

با توجه به خواص طبیعی گاز متان، گاز طبیعی را می توان به صورت یک سیال فوق بحرانی در دماي محیط و فشار حداکثر تا 25 مگاپاسکال ذخیره نمود. البته نکته مهم مخازن ذخیره سازي است که باید شرایط ویژه اي داشته باشند و به علت تحمل فشار بالا ساختار مهندسی خاصی داشته و وزن بالایی هم دارند. چگالی انرژي CNG نزدیک به %25 بنزین می باشد. جهت انجام فرآیند فشرده سازي نیازمند کمپرسورهاي قوي چند مرحله اي و گران قیمت و مصرف انرژي الکتریکی زیادي است. تولید مخازن CNG به روش هاي متفاوتی در جهان صورت می پذیرد. مخازن تولیدي به چهار دسته تقسیم بندي می شود .

نوع اول : تمام فلزي

نوع دوم : با آستر فلزي و 45 کامپوزیت %

نوع سوم: با آستر فلزي و 80 کامپوزیت

نوع چهارم: %100 کامپوزیت

ج. گاز طبیعی جذب شده ANG

در این روش از مواد جاذب در مخازن ذخیره براي ذخیره نمودن گاز طبیعی در فشار حدود 3.5 اتمسفر و دماي محیط استفاده می شود. جاذب ها هم گاز را در مخزن نگه می دارند و هم آن را در فضاي متخلخل خود نگهداري می کنند. در میان جاذب هاي متنوعی که تاکنون شناخته شده، عموماً جاذب هاي کربن فعال به دلیل دارا بودن چگالی انرژي و ظرفیت بالا بهترین جاذب شناخته می شوند. یک مخزن انباشته از جاذب کربن فعال در فشار 4 اتمسفر ظرفیت جذبی در حدود 5 برابر حالتی که مخزن خالی باشد را دارد. عمده ترین چالش هایی که در برابر توسعه این فناوري در دنیا وجود دارد می توان به مواردي از جمله وجود ناخالصی ها و هیدروکربن هاي سنگین موجود در گاز طبیعی و اثرات گرمایی در طول فرآیندهاي شارژ و دشارژ اشاره نمود.

د. ذخیره سازي گاز طبیعی در سیالات هیدروکربنی

این روش به خاطر چالش ها و مشکلات موجود بر سر راه توسعه ذخیره سازي به وسیله روش هاي قبلی شناسایی شدند. هر یک از روش هاي قبل داراي مشکلات و چالش هایی است که سبب شد دانشمندان به سراغ روش هاي با محوریت تغییرات شیمیایی و استفاده از مواد واسط رو آورند. در این روش گاز طبیعی را در محلول هاي هیدروکربن دار شامل الکل ها، پلیمرها، پرفلوئوروکربن ها، سیلیکون ها و … حل می کنند. بر اساس پژوهش هاي داخلی مناسب ترین حلال ها براي متان، پروپان و نرمال بوتان هستند که در فشار ذخیره سازي نزدیک به 15 مگاپاسکال گاز را در خود حل نموده و ذخیره می کنند. به ازاي هر یک گرم حلال، حدود 0.6 گرم گاز طبیعی در آن حل و ذخیره می شود.

ط. ذخیره سازي به روش هیدرات گاز طبیعی

به طور کلی تمام گازهاي طبیعی اعم از گازهاي طبیعی تفکیک شده از استخراج هاي نفت خام، مقداري بخار آب به همراه دارند. آب همراه گاز، باعث خوردگی، پایین آوردن ارزش حرارتی گاز طبیعی و در نهایت با داشتن شرایط مناسب باعث تشکیل پدیده اي نامطلوب به نام هیدرات می شود. هیدرات ماده اي است که جامد بوده و از اختلاط آب با برخی هیدروکربن هاي موجود در گاز طبیعی به وجود می آید.

به علت ظرفیت بالایی که هیدرات در ذخیره سازي گاز دارد به عنوان روشی براي ذخیره سازي گاز مورد مطالعه است. دو روش براي تولید هیدرات وجود دارد که عبارتند از:

* وارد کردن حباب هاي گاز در فاز پیوسته آب

* وارد کردن قطرات آب در فاز پیوسته گاز

در حالت استفاده از فاز پیوسته آب به دلیل ظرفیت گرمایی بالا، هیدرات دوغابی تولید می شود که در فشار جو پایدار نیست. هیدرات دوغابی را می توان تحت فشار 10 بار و دماي 3 درجه سانتی گراد منتقل نمود. در حالتی که از روش دوم استفاده شود، می توان هیدرات را با سرعت بیشتري تولید نمود و مشکل جداسازي آب نیز مرتفع می گردد. در هر دو حالت پس از تشکیل هیدرات در فشار بالا، آن را تا دماي زیر صفر سرد کرده و فشار را به فشار اتمسفر کاهش می دهند. این کار سبب تجزیه بخشی از هیدرات می شود. هیدرات هاي تولیدي را به صورت بلوك هایی در می آروند و مقداري آب بر روي بلوك هاي اسپري می نمایند. پس از این اعمال، هیدرات گازي قابل جابجایی و انتقال است. پس از انتقال هیدرات گازي به محل موردنظر جهت مصرف، باید گاز به دام افتاده را به حالت اولیه خود بازگردانی نمود و هیدرات گازي را تجزیه کرد. براي این موضوع روش هاي مختلف عبارتند از: افزایش دما، کاهش دما و استفاده از محلول هاي تجزیه کننده هیدرات وجود دارد.