نسخه چاپي

هزاره جديد در صنعت فرآورش گاز

اكبرناظمي


 

خلاصه مقاله:

امروزه فن آوريهاي بسيار زيادي براي فرآورش،انتقال وبکار گيري از منابع گاز طبيعي شکل گرفته اند. انتقال گاز طبيعي به واسطه ماهيت گازي آن با دشواري روبرو است وحتي استفاده از ساده ترين روش انتقال يعني خطوط لوله در فواصل طولاني با مشکلات زيادي روبرو مي شود.تبديل گاز طبيعي به فراوردهاي مايع و محصولات ارزشمند اقتصادي و زيست محيطي GTL به عنوان يک روش   اقتصادي، توانسته است دشواري حمل گازبه بازارهاي دوردست را تاحد زيادي برطرف سازد.در اين مقاله ما تلاش خواهيم کرد تا ضمن بيان روش GTL به عنوان جديدترين فن آوريي در صنعت فرآورش گاز ترش،مهندسي فرآيند آن رابا استفاده از دو مدل بسيارموفق Qatar Petroleum وSasols Oryx  تشريح کرده،محصولات به دست آمده در تکنولوژيمشهورشركت شل يعني Smdsرابيان كرده ودرنهايت پيشنهادهايي براي استفاده از اين تکنولوژي مفيد و سود آور اقتصادي براي تصميم گيران صنعت گاز کشورمان ارائه خواهيم داد.

مقدمه:

به دلايل فراواني پراکندگي منابع گاز طبيعي در جهان،هزينه کمتر استخراج،قيمت مناسب و قابل رقابت آن با توجه به داشتن ارزش حرارتي لازم،آلايندگي کمتر محيط زيست در مقايسه با سايرسوختهاي فسيلي و ديگر امتيازهايي که سوخت گاز دارد، در سالهاي آتي ارزش واقعي خود را در زمينه هاي مختلف تامين انرژي نشان خواهد داد و به عقيده کارشناسان آژانس بين المللي انرژي،تقاضاي گاز طبيعي تا سال 2025 دو برابر خواهد شد وبدون شک گاز طبيعي مهمترين منبع تامين انرژي در قرن آينده خواهدبود.سکوي دوم جهاني منابع گاز طبيعي زير پاي كشورمان قرار گرفته است‌،پدر خواندگي چنين ثروت بي زحمتي،به برخي برآوردها وخلاقيتهاي مصرف کننده نياز دارد که يکي از عمده ترين اين خلاقيتها استفاده از تکنولوژيهاي روز صنعت گازبه ويژه GTLمي باشد. در فناوري GTL، گاز طبيعي در يک رشته فعل و انفعالات شيميايي به مايعات ميان تقطير هيدرو کربني مانند نفتا، سوخت جت، ديزل و پايه هاي روغني و...تبديل مي شود. اين فرآيند سه مرحله کاملا شناخته شده دارد که عبارتند از:

1- آماده سازي گاز سنتيک(مخلوط منواکسيد کربن و هيدروژن که در جوار کاتاليست آهن يا کبالت واکنش داده مي شود)، در واقع به عنوان خوراک براي سنتز مواد سنتيکي استفاده مي شود.

2-Fischer-Tropsch سنتز (FT ) ، در واقع اين روش ساخت پارافين سنگين است.در اين مرحله گاز توليد شده در مرحله اول با استفاده از واکنش FT به هيدروکربنهاي مايع تبديل مي شود.

3-بهسازي هيدروکربنها(هيدرو کراکينگ/ هيدروترتينگ)،در اين مرحله زنجيره هيدروکربنهاي توليد شده در مرحله بالاتر تحت عمليات تقطير وتبديل قرار مي گيرد و به فرآوردهايي با کيفيت مرغوب و عاري از هر گونه آلودگي نيتروژن، سولفورو ترکيبات مرکاپتان تبديل مي شود.(در شكل شماره(1) مراحل سه گانه فرآيند GTL نشان داده شده است )


شكل1:مراحل فرآيند GTL

تجاري شدن تكنولوژي GTL  

تحقيق برروي تبدل گاز به مايع از دهه ابتداي 1980 شروع شده است كليد اصلي پروسه و امكان پذير بودن آن بستگي به هزينه توليد گاز سنتز دارد. در سال 1989 بخش تحقيقاتي شركت BP يك راكتور لوله اي با واكنش شيمايي طراحي نمود.در اوائـــل ســـال 1990 اين مفهوم بوسيله راكتور لوله اي يك مرحله اي مورد طراحي قرار گرفت و سه سال بعد يك واحد با ظرفيت حرارتي 4 /0 ميليون BTU در تاسيسات   Bintulu درمالزي ساخته شد. در واقع توليد 12500بشكه اي اين كارخانه كه قيمت كم تكنولوژي تبديل گاز به مايع با بازده حرارتي بالا را تائيد مي نمود، نقطه آغازي براي تجاري شدن GTL بود. در اين كارخانه شركت شل براي نخستين بار از تكنولوژي Smds استفاده كرد.دراين تكنولوژي پروسه مورد نظر در ابتدا شامل يك راكتور متقابل باكوره پيش گرمائي و گازهاي خروجي بدون توليد بخارآب بود. اين امراساس ساخت واحدهاي كوچــك كاتاليستي در آينده شد. شماتيك برج كاتاليستي درابتدا،درشكـــل شماره (2) نشان داده شده است.

مزاياي اقتصادي GTL

در اروپا و آمريکا با توجه به اثبات مزاياي استفاده از GTL در بازارهاي جهاني تحقيقات وسيعي درخصوص زمينه ها و فرصتهاي سرمايه گذاري در حال انجام است.خصوصا"در سالهاي اخير انگيزهاي فراواني به رشد حرکت GTL سرعت بيشتري بخشيده است.در اين راستا کشورهاي وارد کننده نفت خصوصا" کشورهايي که داراي مخازن نامحدود گاز طبيعي هستند براين باورند که بتوانندبا استفاده از GTL در دراز مدت وابستگي خودرا به واردات نفت کاهش دهند.اگر چه هنوز استفاده از تکنولوژي GTLدر جهان گسترش زيادي نيافته و در مقياس تجاري هنوز در آغاز راه توسعه قرار دارد اما سرمايه گذاري قابل توجه کشورهاي صاحب منابع گاز همانندقطر،براي استفاده ازاين فناوري نشانگر سود آوري واقتصادي بودن اين فنآوري درآينده ايي بسيار نزديک خواهد بود.براساس اظهارات مدير اجرايي پروژه Smds کمپاني شل استفاده از تکنولوژي بالا خصوصا"در نحوه عملکرد کاتاليست و نيز اقتصادي بودن مقياس طرح به کم شدن هزينه ها در حدود 50 هزار دلار در هر بشکه از ظرفيت طراحي در روز خواهد انجاميد.يعني هزينه اجراي تاسيسات پيشنهادي براي يک کارخانه GTL با 154هزار بشکه مايعات ميان تقطيري با کيفيت بالا مانند نفت سفيد و گازوئيل حدود هفت ميليارد دلار مي باشد(در برخي از مراجع به 23000هزار دلار يا حتي 20000هزار دلار در هر بشکه از ظرفيت طراحي در روزنيز اشاره مي كنند كه اين مراجع بدون در نظر گرفتن هزينه هاي جانبي مانند تامين آب، برق،بخاروحتي هزينه هاي ناشي از افزايش جديد قيمتها مي باشد.) ضمناً اين تكنولوژي به سرعت در حال رشد و كاهش هزينه است. با توجه به اينکه قيمت گاز سرچاهي تقريبا" نيم دلار براي هر ميليون BTU ارزش حرارتي در اغلب بازارهاي جهاني براي قراردادهاي طولاني مدت بالاي 10 سال مي باشد. بنابراين ساخت يک کارخانه GTL با 154 هزار بشکه مايعات ميان تقطيري در روز حتي در سطح قيمت نفت خام در حدود 15 دلار در هر بشکه سرمايه گذاري خوبي خواهد بود.البته به شرط اينکه امکان دستيابي به منابع گازي براي مدت 20 سال يا حداقل به ميزان 112ميلياردمتر مکعب گاز وجود داشته باشد.


شكل شماره(2): شماتيك برج كاتاليستي در تكنولوژيSmds

مزاياي زيست محيطي GTL

بنابراين براي کشورهاي دارنده اين منابع از جمله ايران سرمايه گذاري در تکنولوژي GTL علاوه بر پيدا کردن بازارهاي جديد اقتصادي به دليل توليد سوختهاي پاک باحداقل آلايندهاي زيست محيطي مي تواند گامي مثبت در جهت محيط زيست سالم محسوب شود.نتايج آزمايشها روي سوخت گازوئيل به دست آمده به روش تقطير مايعات در فرآيند مربوط به کمپاني Sasol در انستيتو تحقيقاتي در سان آنتونيو تگزاس نشان دهنده بهبود از نظر آلايندهاي منتشر شده در محيط زيست است.اگر ميزان آلاينده ها در گازوئيل معمولي را 100فرض کنيم اين آلايندها در هيدرو کربنهاي نسوخته 59 درصد،منواکسيد کربن 33%،ذرات  Nox 28%وذرات معلق21%کاهش مي يابند.بنابراين استفاده از تکنولوژي GTL به عنوان فرآيندي که محصولاتي با حداقل آلايندهاي زيست محيطي توليد مي کند ضروري به نظر مي رسد.

محصولات به دست آمده در تکنولوژي Smds    

شرکتهاي شل،ساسول و اکسون موبيل شرکتهاي برتر در زمينه تبديل منابع گاز طبيعي خام به هيدروکربنهاي مايع با ارزش GTL مي باشند.شرکت شل با استفاده از تکنولوژي مشهورش به نام SMDS(Shell Middle Distillate Synthesis) توانسته است در پروژه Qatar Petrolum ،گازطبيعي رابه مايعات قابل حمل و نقل در مخازن معمولي و با شرايط آسان در روز تبديل کند.اين مايعات عبارتند از:

1-نفتا( Naphtha ): اين ماده به شدت پارافيني بوده وعمده ترکيبات آن 5C-8C مي باشد.اين محصولات علاوه بربازارسوخت،خوراک مناسبي براي کراکينگ در کارخانه هاي ساخت اتيلن مي باشد.

2-گازوئيل( Synthetic Diesel):اين نوع گازوئيل با چگالي پائين، مقدار ناچيز گوگرد و پلي آروماتيکها ونيز درجه ستان بالا(50- 70)،اشل عددي براي سنجش ميزان بهسوزي سوختهاي موتورهاي ديزل بسيار ارزشمند بوده وداراي حداقل انتشار آلودگي است.

3- بنزين( Gasoline ): يکي ديگر از محصولاتي که مي توان در شرايط خاص وبا به کار گيري تکنيکهاي ويژه از روش GTL بدست آورد بنزين است.به عنوان مثال در کشور نيوزلند با استفاده از کاتاليست زئوليت موبيل،امکان توليد 14 هزاربشکه در روز بنزين از گاز طبيعي فراهم شده است.

4-مقادير بسيار زيادي C22 +Wax : نيز توليد مي شودکه مي توان آن را با روشهاي Processing Hydro به مقادير زيادي نفت سفيد،الکلها، حلالها وساير محصولات تبديل کرد.

5-توليد آب شيرين: از جمله محصولات جانبي در اين فرآيندتوليد آب شيرين با حجم بالا است به طوري که مقدار آن تقريبا"با حجم مواد ميان تقطيرتوليد شده برابر است.ودر مناطقي که کمبود آب وجود دارد مي توانددر مصارف آبياري مورد استفاده قرار گيرد.                                                        

مهندسي فرآيند GTL

مقوله مايع سازي گاز،در بسياري از همايشها و همچنين مقالات علمي مختلف در طول چند سال گذشته مورد توجه بوده است.بيشترين توجه در اين زمينه، بر روي ابداع يا بهبود کاتاليستها،کيفيت مناسب سوخت بدست آمده و رسيدگي به چالشهاي موجود در برابر مهندسين اين فن آوري متمرکز بوده است.تقريبا"تمام فنآوريهاي موجود در يك تاسيسات گاز به مايع داراي يك خاصيت مشترك هستند،نياز به مقادير زيادي ازانرژي با پايه Grade بالا براي راه اندازي فرآيندهاي جداسازي هواء ،نيازهاي پيش گرمايش براي مرحله توليد گاز سنتيك،بازيافت گرماي هدر رفته از گاز سنتيك واستفاده موثر از آن، توليد گرماي مرتبه متوسط يا پائين توسط فرآيندFT ،تدارك هيدروژن براي هيدروكراكر وبازيافت بهينه محصول براي به حداكثر رساندن مقدار محصول بدست آمده دارند.از آنجايي كه پروژهاي گاز به مايع داراي بازده گرمايي حدود60% هستند،حدود40%گرما رابه محيط اطراف منتشرمي سازند و بايد روشهايي براي بازيابي اقتصادي 40%گرماي مورد نظر يافت شود.يك تاسيسات گاز به مايع مي تواندبه صورت يك مجموعه فرآوري گاز وتوليد گاز سنتيك، همراه با حداقل دو مچموعه جداسازي هواي منفرد در قسمت جلويي، يك فرآيند تبديل مواد شيميايي با مقياس بزرگ در قسمت مياني و يك بخش پالايش در بخش انتهايي باشد. تاسيسات GTL با ظرفيت حدود 154هزاربشكه در روز، داراي يك سيستم بزرگ بخار است كه بسته به هر كدام از فناوريهاي Smds يا ... ،بايد بتواند نرخ بخار لازم را كه حدود 6000تن در ساعت است،تامين نمايد.كار با اين مقدار عظيم بخار به طور قطع كساني را كه با امر پالايش گاز سرو كار دارند متعجب خواهد كرد.به عنوان آخرين نكته در مورد مهندسي فرآيند اين تاسيسات،بد نيست برخي از مقادير مرتبط با يك تاسيسات كه از تكنولوژي Smdsاستفاده شده،با ظرفيت 154هزار بشكه در روز را در نظر داشته باشيم :

1-تعداد تجهيزات موجود حدودا"700دستگاه است.

2-در حال حاضر لوله هاي تبديل كاتاليستي تا حدود 1100 لوله ساخته شده اند كه با تكنولوژي Smds تا حدود 17هزاروصد بشكه در روز مايع توليد مي نمايد.بنابراين براي يك مجموعه 154 هزاربشكه ايي نياز به 9 Train،17 هزاروصد بشكه ايي مي باشد.

3-قطر متوسط لوله ها 8 اينچ در هرTrain

4-اندازه اين واحدهاي كاتاليستي با استفاده ازپيشرفتهاي اخيراز 12هزار تن در هر Train درسال       2002به 4هزارتن درسال 2006 در هر Train رسيده است.

5-ميزان گاز مورد نياز براي هر Train در اين تكنولوژي با استفاده از Simulation هاي كامپيوتري دقيقا" 4142857متر مكعب در روز مي باشد.بنابراين براي يک واحد توليد GTL با ظرفيت 154هزاربشکه در روز،روزانه 37375714 متر مكعب گاز مورد نياز مي باشد. با محاسبه گاز مورد نياز براي توليد برق وبخارحداكثر به ميزان43200000  متر مكعب گاز مورد نياز مي باشد. اين مقدارگازتقريبا"معادل سه Trainاز هشت Train پالايشگاه فجرجم ياتقريبا"معادل سه Train از چهار Train فازدووسه از مجتمع گازي پارس جنوبي مي باشد.

6-از طرفي زمان بندي بهينه براي ساخت چنين تاسيساتي حدود چهار سال،از آغاز موارد مهندسي و طراحي دقيق تا تكميل مكانيكي تاسيسات خواهد بود .

بنابراين مقادير مربوطه بسيار بزرگ بوده و حداقل الزامات مربوطه به يك تاسيسات گاز به مايع با ظرفيت 154هزاربشكه در روز، از نظر موارد مهندسي و ساخت،معادل حداقل الزامات براي يك پالايشگاه با ظرفيت 300 هزار بشكه در روز خواهد بود.تمام فناوريهاي مربوط به GTL كه عمدتا"مربوط به شركتهاي شل،ساسول،اكسون موبيل،سنترليوم مي باشد داراي خصوصيات پايه ايي مشابهي بوده واين امكان را ايجاد مي نمايند كه گرما در گاز سنتيك بتواند جهت استفاده در مراحل پيش گرمايش يا تبديل دوباره،بازيافت شود.اين مساله،نياز به مقدار زياد انرژي در مرحله پيش گرمايش را حذف كرده و يا كاهش خواهد داد و همچنين قادر خواهد بود بازيافت گرماي هدر رفته را از گاز سنتيك آسانتر كند. اين پيشرفتها كه در فناوري و تجهيزات مرتبط صورت مي گيرند، همراه با پيشرفتهاي مداوم و تجاري كه در مهندسي اين پروژه ها كسب مي شود،اين اطمينان را ايجاد خواهد نمود كه تاسيسات گاز به مايع    GTL،آينده جديدي را براي هيدروكربنها رقم خواهد زد. انجام پروژهايي مانند Qatar Petroleum و Sasols Oryx GTL پيشرفتهاي قابل توجه اي را در آستانه هزاره جديد در صنعت فرآورش گاز پديد آورده اند.

پيشرفتهاي جديد در زمينه GTL

در فوريه سال جاري،قطر اعلام كردكه پروژه مشترك خود با اكسون موبيل موسوم به پالم را با ظرفيت 154هزاربشكه در روز علي رغم بيش از ده سال برنامه ريزي در مورد آن به حالت تعليق در آورده است. طبق برنامه قراربود مجتمع پالم با ظرفيت 154هزار بشكه در روز قبل از سال 2012 تكميل شده وگاز طبيعي را به سوخت ديزل بسيار خالص و روغنهاي پايه با خلوص بالا تبديل كند.رابت ديويس سخنگوي اكسون موبيل در اين زمينه مي گويد:تصميم دو شركت قطر پتروليوم و اكسون موبيل در مورد توقف پروژه پالم به اين معني نيست كه توسعه اين فناوري كنار گذاشته شده است.بر عكس اين شركت ايده ايي كاملا"جديد دارد.اين شركت به دنبال يافتن راه حلي مناسب براي كاهش هزينه ها است.زيرا بودجه لازم براي اجراي اين پروژه اخيرا"بيش از دو برابر برآورد7 ميليارد دلاري سال 2004 رسيده است.(اين افزايش قيمتها به صورت مقطعي وخارج از برنامه ريزيهاي فني مي باشد.به گفته اكثر كارشناسان،دليل اصلي آن افزايش تعداد پروژهاي در حال ساخت نسبت به تعداد پيمان كاران مي باشد  ودر تمامي پروژهاي صنعت نفت مانند ساخت پالايشگاهاي نفت وگاز ويا ساخت كارخانه هاي   LNG   كاملا"مشهود است)به نظر ديويس يكي از راه حلهاي ممكن كوچكتر كردن سيستمهاي فرآورش است زيرا مجموعه ايي از چند سيستم كوچكتر احتمالا"راندمان بالاتروهزينه كمتري نسبت به يك واحد عظيم فرآوري خواهد داشت.سرمايه گذاري مشترك ساسول و قطر پتروليوم درپروژه Oryx با ظرفيت 34هزار بشكه در روز تازه به نتيجه رسيده است ودر september سال2007 اولين محموله محصولات اين پروژه روانه بازارهاي اروپايي شد.اين طرح يك ميليارد دلاري پيش از افزايش اخير قيمتها مطرح شده بود.اكسون موبيل قريب 25 سال است كه در زمينه فرآيندهاي GTL فعاليت مي كند و تا كنون فقط بيش از 900ميليون دلار صرف پژوهش و توسعه و بيش از 300ميليون دلار صرف طراحي مهندسي و پيش توليد واحدهاي فرآيند آن نموده است.از طرف ديگر، اواسط ماه فوريه شركتهاي Shell وQatarPetroleum ،طي مراسمي به طور رسمي پروژه GTL پيرل را با ظرفيت 140هزار بشكه در روز آغاز كردند..سرمايه گذاري مشترك ساسول وشورن در زمينه پروژه 6 ميليارد دلاريGTL قطر با ظرفيت 66هزاربشكه در روز براي سال 2010 ، كارخانه GTL نيجريه كه ظرفيت توليد روزانه آن 34 هزار بشكه در روز مي باشدبا سرمايه گذاري مشترك ساسول و شورون .پروژه   GTL غرب استراليا با سرمايه گذاري ساسول و شورون هر كدام باسهم 50 درصداز جمله مهم ترين پروژها در تازه ترين گزارشهاي شركتهاي بين المللي در زمينه GTL مي ياشد.

نتيجه گيري وارائه چند پيشنهاد

وجود مخازن عظيم گازي يکي از عوامل اساسي در اقتصادي بودن يک طرح GTL مي باشد.کشور ما به اين دليل که به عنوان دومين دارنده ذخاير گازي جهان شناخته شده است و حدود 16%ذخاير کل جهان را دراختيار دارداز موقعيت ايده آلي در زمينه GTL برخوردار است.در حدود دو سوم ماشين آلات ومخازن مورد کاربرد در يک واحد توليد GTL رادر صنايع نفت وگازايران مي توان يافت.درضمن وجود نيروي انساني آموزش ديده با دانش فني بالا در کشورمان مي تواند هزينه هاي عملياتي يک واحد توليد GTL را به ميزان قابل ملاحضه ايي در قياس با ديگر نقاط جهان کاهش دهد. اين اعتقاد که انجام مهندسي فرآيندپروژهاي GTL در ايران با قيمتي کمتر از عرف جهاني امکان پذير است کاملا صحيح مي باشد.يکي از کليدي ترين عوامل موفقيت در شکل دهي وتوسعه صنعت گاز پيشرفته، اهميت دادن به سرمايه گذاري مادي ومعنوي در بخش تحقيق و توسعه مي باشد.معمولا"نتيجه تحقيقات بسيار بيشتر ازسرمايه گذاري اوليه آن است ومزاياي بسيار زيادي به دنبال دارد.توجه به فناوريهاي جديدوتحقيق وتوسعه براي افزايش برداشت از مخازن وتوليد هر چه بيشتر در سطوح بين المللي،اصلي ترين مسير حرکت کشور رابايدتشکيل دهد.بنابراين فنآوريهاي گاز، محصول صادراتي مهمي به شمار مي آيد و همچنين مي تواند يک محرک قوي براي همکاريهاي بين المللي وتعيين موقعيت استراتژيک كشور باشد.پالايشگاه فجر با توجه به نزديكي به حوزهاي غني از گازنار،كنگان وپارس جنوبي و همچنين نزديك بودن اين ميدانهاي گازي به دريا،ساخت كارخانهGTL در نزديكي اين پالايشگاه را كاملا" اقتصادي مي كند.از طرفي برنامه هاي كه براي ساخت كارخانه GTL در فاز 14مجتمع گازي پارس جنوبي در نظر گرفته شده است با جديت بيشري پي گيري شود.بهره گيري از فناوري GTL براي تحرك بخشيدن به صادرات گاز و توليد محصولات سوختي با كيفيت بالا از جمله هدفهايي است كه ايران نبايد حتي يك لحظه از آن غافل باشد.

مراجع :

     هفته نامه :                                        world Gas Inteligence    - 1

www.Shell Global Solutions.com                                                                     - 2

                               world Oil.com/magazine-link>L&source  www. -3

4- Hydrocarbon   Processing                                                                                         

5-GTL Prospect,Oil and Gas Jornal,14,March2005

6- نداي گاز،ماهنامه داخلي شركت ملي گاز ايران، شماره 39،تير 1386                                                   

7-www.shana.ir  

8-www.Exxonmobil.com

9-www.bp.com

10-www.nigc.ir

 


اكبرناظمي       كارشناس ارشد مهندسي برق

شركت پالايش گاز فجر جم                                 Nazemi_akbar2007@yahoo.com

 


  • تاریخ درج خبر :
  • دوشنبه ٢٩ آبان ١٣٨٦ - ١٢:٣٠
  • تاریخ بروز رسانی خبر :
  • تعداد بازدید خبر :
  • 209
نظرات بینندگان
این خبر فاقد نظر می باشد
نظر شما
نام :
ایمیل : 
*نظرات :
متن تصویر: