كيفية عمل تحويل الغاز الطبيعي إلى سائل: شرح مفصل لخطوات العملية

مرحلة المعالجة الأولية من سَيْلَان الغاز الطبيعي

تقنيات إزالة الغازات الحمضية

تتم إزالة الغازات الحمضية مثل CO₂ (ثاني أكسيد الكربون) وH₂S (كبريتيد الهيدروجين) أولاً لتجنب تآكل خطوط الأنابيب ولأسباب تتعلق بالسلامة. تمثل أنظمة الامتصاص القائمة على الأمين 68% من مصانع الغاز الطبيعي المسال في العالم (GasTech 2023)، وتعتمد على مذيبات مثل MDEA قادرة على التفاعل كيميائيًا مع المكونات الحمضية. تعد فصل الغشاء والتقطير التبريدية بديلين في حالات انخفاض تركيز الملوثات في تدفق الغاز. تسمح هذه العمليات بتقنية تركيز الميثان إلى أكثر من 98.5%، وبالتالي تقلل من خطر التجمد أثناء عملية التبريد.

طرق إزالة الرطوبة لغاز جاهز للنقل عبر الأنابيب

يتم تقليل بخار الماء المتبقي إلى أقل من 0.1 جزء في المليون باستخدام مواد امتزاز مثل حبيبات الألومنوسيليكات. وذلك لتجنب تشكل بلورات الجليد أثناء التسييل عند -260 درجة فهرنهايت (-162 درجة مئوية)، حيث يمكن أن تتلف البلورات الصمامات ومبادلات الحرارة. في أنظمة الامتزاز ذات البرجين، يتم تبديل البرجين بين مرحلة الامتزاز والتجدد، ويتم معالجة المادة بشكل مستمر. يعمل التجفيف باستخدام الجليكول بشكل جيد في التجفيف الفاصل في المصب، لكنه غير مناسب للجفاف الشديد اللازم لمواصفات الغاز الطبيعي المسال.

بروتوكولات إزالة الزئبق

يتم حجز الزئبق (Hg) بتركيز أقل من 0.01 ميكروغرام/م³ باستخدام أسرّة من الفحم النشط مُشبّع بالكبريت لتجنب هشاشة مبادلات الحرارة المصنوعة من الألومنيوم. تُستخدم أسرّة الكبريتيد المعدني ذات الاستخدام الواحد بشكل منتظم في 82% من مشاريع الغاز الطبيعي المسال في القطب الشمالي نظرًا لضمان الدورة الفردية الخاصة بها في الظروف شديدة البرودة (مجلة CryoGas 2023). يتم القياس باستخدام مطياف الفلورية الذرية في الوقت الفعلي للامتثال لمعايير النقاء ISO 14912.

إزالة النيتروجين في تسييل الغاز الطبيعي المسال

عملية التقطير التبريدية

تساعد عملية التقطير التبريدية على تبريد الغاز الطبيعي إلى -200 درجة فهرنهايت لعزل النيتروجين من خلال التكثيف الجزئي. وبما أن الميثان يظل غازيًا عند هذه درجات الحرارة، فإن النيتروجين يتكثف أولًا بسبب نقطة تكثيفه الأعلى. وتتيح أبراج التقطير متعددة المراحل تحقيق محتوى نيتروجين أقل من 3% في المنتج النهائي من الغاز الطبيعي المسال، مع كفاءة فصل تتجاوز 98% في المصانع الحديثة.

التأثير على القيمة الحرارية للغاز الطبيعي المسال

يؤدي وجود النيتروجين الزائد (5% حجمًا أو أكثر) إلى تقليل القيمة الحرارية للغاز الطبيعي المسال بنسبة تصل إلى 25%. والحفاظ على تركيز النيتروجين عند 1% أو أقل يضمن الامتثال لمعايير الأيزو ISO 6976 (1050-1150 وحدة حرارية بريطانية/قدم مكعب). ويُظهر الغاز الطبيعي المسال الذي تم تحسين محتوى النيتروجين فيه كفاءة احتراق تزيد بنسبة 18% مقارنة بالخلائط ذات محتوى النيتروجين العالي، وهو عامل حاسم للمنشآت التي تحتاج إلى أداء وقود متسق.

عملية التسييل الأساسية للغاز الطبيعي

دورات المبرد المختلط بروبان (C3MR)

دورة C3MR (البروبان المختلط مع مبرد) هي أحدث مصنع للغاز الطبيعي المسال، ويمكنها تحقيق كفاءة في استهلاك الطاقة بنسبة 20-30% أعلى من النظام ذي المبرد الوحيد من خلال استخدام التبريد المسبق بالبروبان مع مبردات مختلطة تتكون من النيتروجين والميثان والهيدروكربونات. التبريد المتتابع، على الرغم من أنه ليس ابتكارًا كبيرًا، يمكن لتقنية TC تحقيق مكاسب في الكفاءة عن طريق تبريد الغاز المُغذّي إلى -40 درجة فهرنهايت باستخدام البروبان بحيث يمكن تسييل الميثان إلى -260 درجة فهرنهايت باستخدام المبردات المختلطة. وقد أكدت دراسة محاكاة أجرتها باسوني وآخرون في عام 2024 أن النسخ المحسّنة من دورة C3MR يمكنها خفض استهلاك الطاقة إلى 850 كيلوواط ساعة/طن من الغاز الطبيعي المسال.

تحسين درجة الحرارة عند -260 درجة فهرنهايت

-260 درجة فهرنهايت (-162 درجة مئوية) تُحقق من خلال تحديد دقيق لحمل التبريد، وتتماشى مع مبادلات حرارية من أحدث التقنيات. تستخدم المنشآت الحديثة بالفعل دوائر ضغط من ثلاث مراحل بال combination مع مبادلات حرارية لوحية ملحومة من الألومنيوم (BPHEs) لتقليل التقلبات الحرارية إلى أقل من ±2 درجة فهرنهايت. وقد سجلت خوارزمية البحث عن الدوامة لعام 2018 ارتفاعًا في الكفاءة بنسبة 12% من خلال تحسين مبرد التبريد في الوقت الفعلي. يتم التحكم في إنتاج الغاز المُتطاير (BOG) بنظامين تحكم، يحافظان على ضغط الخزان أقل من 25 كيلو باسكال.

متطلبات البنية التحتية لتخزين الغاز الطبيعي المسال

هندسة خزانات الحاوية المزدوجة

يعتمد تخزين الغاز الطبيعي المسال الحالي على خزانات ذات حاويات مزدوجة تُبنى بحاوية داخلية وخارجية ويتم ملء الفراغ بينهما بمواد عازلة. تصنع الحاوية الداخلية من فولاذ يحتوي على 9% نيكل بصلابة مكافئة للكربون تقل عن 237، مما يحافظ على درجات الحرارة المبردة عند -260 درجة فهرنهايت، في حين تعمل الطبقة الخارجية كدرع ضغط لاحتواء السائل في حال حدوث أي اضطراب لحالة الاستقرار. وقد حدت تقنية مواد العزل الحديثة من دخول الحرارة إلى ≤0.08 واط/م²·ك، مما يؤدي إلى تكوين ضئيل أو معدوم من الغاز المُتطاير (BOG).

أنظمة إعادة سائل الغاز المتطاير

تستعيد أنظمة إدارة الغاز المُتَبَخِّر (BOG) 98% من الغاز باستخدام دوائر التبريد المتسلسلة مزودةً بضواغط تبريد حراري. تقلل التكوينات القياسية من حجم BOG من 0.15% إلى ≤0.03% يوميًا من خلال التسييل متعدد المراحل. تستخدم المنشآت المتقدمة مُوَسِّعات النيتروجين ذات الدورة المغلقة لتبريد BOG من 45°F إلى -260°F، مما تحقق من كفاءة في استخدام الطاقة بنسبة 92% مقارنةً بصمامات جول-طومبسون التقليدية.

الرقابة على الجودة في تسييل الغاز الطبيعي

تقنيات مراقبة التركيب

يتم تحليل التركيب المادي بشكل مستمر لضمان أن جودة الغاز الطبيعي تتوافق مع الحدود الضيقة مثل وجود >85%(حجم/حجم) ميثان وشوائب <50 جزء في المليون من CO₂ و<4 جزء في المليون من H₂S قبل التسييل. تستخدم المنشآت الحديثة كروماتوغرافات الغاز ومطيافات التحلل الضوئي الحلقي لإجراء أكثر من 240 قياسًا يوميًا لنقطة الندى الهيدروكربونية والكبريت. وفقًا لتقرير جودة الغاز الطبيعي المسال العالمي لعام 2023، قللت المواقع التي تستخدم مطياف الكتلة في الوقت الفعلي من الشحنات خارج المواصفات بنسبة 67%.

الامتثال لمعايير ISO 28460

يلتزم المعيار ISO 28460:2019 بضمان ثبات جودة الغاز الطبيعي المسال (LNG) في التجارة الدولية من خلال بروتوكولات أخذ العينات القياسية. يتطلب هذا الإطار:

• 8 عينات مركبة كحد أدنى لكل عملية تحميل بحرية
• ±0.25% كحد أقصى للتغير في حسابات رقم الميثان
• التحقق من محتوى الزئبق المُسند كتابيًا (<0.01 مايكروغرام/م³)

أظهرت دراسة مرجعية عام 2022 أن محطات التحميل المعتمدة وفقًا لمعايير ISO تُحل 92% من النزاعات المتعلقة بنقل الملكية خلال 24 ساعة مقابل 58% في المنشآت غير المطابقة.

الأسئلة الشائعة

ما هي الخطوات الرئيسية في المرحلة التحضيرية لعملية تسييل الغاز الطبيعي؟

الخطوات الرئيسية تشمل إزالة الغازات الحمضية، وإزالة الرطوبة، وإزالة الزئبق لتنقية الغاز الطبيعي قبل تسييله.

كيف يُزال النيتروجين أثناء عملية تسييل الغاز الطبيعي المسال؟

يتم إزالة النيتروجين من خلال عملية تقطير تبريد عميق تُبرد الغاز الطبيعي لعزل النيتروجين.

ما هي التقنيات الرئيسية المستخدمة لمراقبة التركيب في عملية تسييل الغاز الطبيعي؟

تشمل التقنيات الرئيسية أجهزة كروماتوغراف الغاز، وأجهزة قياس الطيف ذات الانخفاض الحلقي، والامتصاص بالليزر، والعينات التبريدية.

لماذا يعتبر إزالة النيتروجين مهمة في إنتاج الغاز الطبيعي المسال؟

تُعتبر إزالة النيتروجين الزائد مهمة للحفاظ على قيمة التسخين للغاز الطبيعي المسال وضمان كفاءة احتراق متسقة، خاصة في محطات توليد الطاقة.