از دهانه چاه تا نیروگاه: نقش دستگاه‌های تصفیه و مایع‌سازی گاز طبیعی (LNG)

تصفیه گاز طبیعی در سیستم‌های نصب‌شده روی اسکید برای آماده‌سازی LNG

حذف آب، CO2 و H2S به‌منظور رعایت مشخصات گاز تغذیه LNG درباره مجموعه‌های ژنراتور گازی

سیستم‌های تصفیه گاز که روی اسکید نصب می‌شوند، آب، دی‌اکسید کربن (CO2) و سولفید هیدروژن (H2S) را از گاز طبیعی قبل از تبدیل آن به شکل مایع حذف می‌کنند. وجود H2S به‌ویژه مشکل‌ساز است، زیرا باعث خوردگی لوله‌کشی‌ها شده و مسائل جدی ایمنی ایجاد می‌کند. بخار آب نیز نگرانی دیگری است، زیرا می‌تواند منجر به تشکیل یخ در دمای پایین در فرآیند سردسازی شود. اکثر سیستم‌های ماژولار از روش‌هایی مانند جذب آمین و فناوری جداسازی غشایی استفاده می‌کنند تا سطح ناخالصی‌ها را به کمتر از ۵۰ قسمت در میلیون برای CO2 و کمتر از ۴ قسمت در میلیون برای H2S برسانند که این مقادیر مطابق با الزامات استاندارد ISO 13686 است. مطالعه‌ای اخیر در سال ۲۰۲۳ در مورد رویکردهای ماژولار در فرآوری گاز نشان داد که این واحدهای نصب‌شده روی اسکید در مقایسه با روش‌های سنتی ثابت، هزینه‌های پیش‌تصفیه را حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش می‌دهند.

شیرین‌سازی گاز با استفاده از حلال‌های شیمیایی و فیزیکی در واحدهای ماژولار

برخی حلال‌های شیمیایی از جمله متیل دی‌اتانول آمین، که معمولاً به عنوان MDEA شناخته می‌شود، در حذف سولفید هیدروژن و دی‌اکسید کربن در فشارهای بالای پنجاه بار عملکرد بسیار خوبی دارند. این مواد گزینه‌های عالی برای موقعیت‌هایی هستند که نیاز به حذف ناخالصی‌ها از گازهایی با محتوای نسبتاً پایین CO2 داریم. با این حال، هنگامی که با گازهای خوراکی که غلظت بالایی از CO2 دارند سروکار داریم، حلال‌های فیزیکی مانند سِلکسول مورد استفاده قرار می‌گیرند. این حلال‌ها قادر به پردازش حجم‌های بسیار بیشتری هستند و در فرآیند بازیابی به انرژی کمتری نیاز دارند. صنعت اخیراً به سمت طراحی سیستم‌های ماژولار در حرکت است. این سیستم‌ها کل چرخه بازیابی حلال را در واحدهای فشرده ادغام می‌کنند. این رویکرد نسبت به روش‌های سنتی حدوداً ۴۰ درصد از فضای مورد نیاز می‌کاهد. علاوه بر این، امکان نصب را حتی در مکان‌های دور دست و بدون نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه عظیم زیرساختی فراهم می‌کند.

تکنیک‌های خشک‌کردن: کاهش رطوبت با گلیکول و جذب در سیستم‌های اسکیدی

حذف رطوبت با استفاده از تری‌اتیلن گلایکول (TEG) محتوای آب را تا <0.1 پوند/میلیون فوت مکعب استاندارد کاهش می‌دهد و تشکیل هیدرات را در حین خنک‌سازی جلوگیری می‌کند. برای نیازهای بسیار خشک (<0.01 قسمت در میلیون H2O)، دستگاه‌های جذب‌کننده زئولیتی نصب‌شده روی شاسی از 3 تا 4 نوع زئولیت در پیکربندی تغییر فشار استفاده می‌کنند. این واحدهای فشرده نقطه شبنمی پایین‌تر از 100- درجه فارنهایت را به دست می‌آورند که برای عملیات پایدار مایع‌سازی LNG ضروری است.

سطوح تحمل ناخالصی و انطباق با استانداردهای بین‌المللی LNG

گاز تغذیه LNG باید محدودیت‌های سختگیرانه ناخالصی را رعایت کند تا ایمنی فرآیند و طول عمر تجهیزات تضمین شود:

اسکیدهای تصفیه ماژولار از طریق سیستم‌های کنترل یکپارچه و نظارت خودکار، این معیارها را برآورده می‌کنند و تضمین می‌کنند که در شرایط مختلف جریان ورودی نیز همیشه مطابقت با استانداردها حفظ شود.

اندازه‌گیری لحظه‌ای ترکیب گاز طبیعی قبل از مایع‌سازی

طیف‌سنج‌های لیزری در خط و کروماتوگراف‌های گازی هر ۳۰ تا ۶۰ ثانیه یک‌بار ترکیب گاز را تحلیل می‌کنند و به‌صورت مداوم تأیید می‌شود که مقادیر دی‌اکسیدکربن، سولفیدهیدروژن و رطوبت در محدوده مجاز قرار دارند. این بازخورد لحظه‌ای از تولید LNG خارج از مشخصات جلوگیری می‌کند و امکان تنظیمات فوری پارامترهای تصفیه را فراهم می‌آورد و عملکرد بخش‌های بعدی را در کاربردهایی مانند تولید انرژی بهینه می‌سازد.

فناوری‌های مایع‌سازی LNG در طراحی‌های فشرده و اسکیدی

چرخه‌های سرمایشی: چرخه گاز مبرد مخلوط و انواع پیش‌سردسازی‌شده در واحدهای ماژولار

سیستم‌های امروزی LNG که روی شاسی نصب شده‌اند، به‌خوبی از چرخه‌های مبرد ترکیبی یا MR برای دستیابی به دماهای بسیار پایین حدود منفی ۱۶۲ درجه سانتیگراد استفاده می‌کنند. راز اصلی اینجاست که هیدروکربن‌های مختلف با برخی گازهای بی‌اثر نیز مخلوط می‌شوند. این ترکیب در واقع مصرف انرژی را در مقایسه با استفاده از تنها یک نوع مبرد، بین ۱۵ تا ۲۰ درصد کاهش می‌دهد. هنگامی که به واحدهای کوچک‌تری که کمتر از ۱۰۰ تن در روز تولید می‌کنند نگاه می‌کنیم، این سیستم‌های MR از پیش خنک‌شده می‌توانند به سطح قابل توجهی از بازده انرژی حدود ۰٫۲۸ کیلووات‌ساعت بر کیلوگرم LNG تولیدی دست یابند. یک مطالعه در سال ۲۰۲۱ به وضوح نشان داد که این فرآیندها در شرایط واقعی و با بهینه‌سازی مناسب چقدر عملکرد بهتری دارند.

سرمایش کرایوژنیک و قطارهای تبریدی برای تولید کارآمد LNG

نوآوری‌های کلیدی در قطارهای تبریدی مبتنی بر شاسی، کارایی و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهند:

این اجزا به سیستم‌های اسکید امکان تولید 60 تا 800 تن متریک در روز (TPD) مایع‌سازی گاز طبیعی را می‌دهند و در عین حال با استانداردهای ایمنی API 625 سازگار هستند.

ملاحظات طراحی واحدهای مایع‌سازی گاز طبیعی فشرده (LNG) روی اسکید

چهار عامل کلیدی شکل‌دهنده طراحی اسکیدهای فشرده LNG:

• کنترل ارتعاش : فنرهای مارپیچی نوسانات کمپرسور را به زیر دامنه 5 میکرومتر میرا می‌کنند
• مقاومت در برابر دمای محیط : حفظ دمای خنک‌کنندگی 160- درجه سانتی‌گراد در دماهای خارجی تا 50 درجه سانتی‌گراد
• راه‌اندازی سریع : اسکیدهای پیش‌ساخته، زمان نصب در محل را به کمتر از 14 روز کاهش می‌دهند
• مقیاس‌پذیری : ماژول‌های موازی امکان گسترش ظرفیت را بدون طراحی مجدد سیستم فراهم می‌کنند

ادغام حسگرهای ترکیب آنی عملکرد پایدار را علیرغم نوسانات در کیفیت گاز ورودی تضمین می‌کند، به‌ویژه در حفظ سطح CO در حد پایین‌تر از 50 قسمت در میلیون (ppm).

پردازش ماژولار یکپارچه: ترکیب خالص‌سازی و مایع‌سازی روی یک شاسی واحد

سیستم‌های مدرن LNG مبتنی بر شاسی، خالص‌سازی و مایع‌سازی را در ماژول‌های یکپارچه ترکیب می‌کنند و تبدیل گاز طبیعی خام به LNG آماده برای خط لوله را ساده‌سازی می‌کنند. این واحدهای یکپارچه در مقایسه با سیستم‌های متداول، 30 تا 50 درصد صرفه‌جویی در فضا ایجاد می‌کنند و همزمان با استانداردهای ISO 16961 و GPA 2143-16 برای مواد اولیه LNG سازگار هستند.

ادغام ماژولار دی‌هیدراسیون، حذف گازهای اسیدی و کنترل نقطه شبنم

سیستم‌های پیشرفته شاسی‌دار، دی‌هیدراسیون گلیکولی را با حذف گازهای اسیدی مبتنی بر آمین در یک واحد فشرده ترکیب می‌کنند و پیچیدگی خطوط لوله را در محل نصب‌ها تا 60 درصد کاهش می‌دهند. یک ماژول یکپارچه معمولی به موارد زیر دست می‌یابد:

• محتوای آب ≤ 0.1 پوند/میلیون فوت مکعب استاندارد (lb/MMscf) از طریق تماس‌دهنده‌های تری‌اتیلن گلیکول (TEG)
• کاهش H2S به کمتر از 4 قسمت در میلیون از طریق جویدن دوباره‌پذیر آمین
• کنترل نقطه شبنم هیدروکربن در دمای -40 درجه فارنهایت با استفاده از انبساط ژول-تامسون

داده‌های صنعتی از سال گزارش پردازش گاز ماژولار 2024 نشان می‌دهد این ماژول‌های یکپارچه مصرف انرژی پیش‌تصفیه را از طریق ادغام حرارتی بهینه‌سازی شده تا 18٪ کاهش می‌دهند.

فیلتراسیون پیشرفته و حذف جیوه در سیستم‌های ماژولی چندمنظوره

فیلتراسیون چندمرحله‌ای اطمینان حاکم است که LNG نهایی به الزامات سخت‌گیرانه خلوص دست یابد:

این رویکرد لایه‌ای، غلظت جیوه را به زیر 0.005 µg/Nm³ کاهش می‌دهد—که 50 درصد سخت‌گیرانه‌تر از مشخصات معمول خطوط لوله است. پیکربندی فشرده، تا چهار فرآیند تصفیه را در یک سکید 12 متری در 3 متری پشتیبانی می‌کند و آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای مراکز تولید برق در مناطق دورافتاده تبدیل می‌کند.

کاربردهای جانبی: نگهداری، حمل‌ونقل و تولید برق LNG

ماژول‌های نگهداری و بارگیری LNG در واحدهای سیار و مبتنی بر سکید در مناطق دورافتاده

سیستم‌های ماژولار ذخیره‌سازی گاز طبیعی مایع (LNG) از مخازن کرایوژنیک دیواره‌دوتایی با عایق‌بندی خلأ بین آنها استفاده می‌کنند تا مواد را بسیار سرد نگه دارند، به میزان قابل توجهی پایین‌تر از ۱۶۰- درجه سانتی‌گراد. این ساختار به کنترل تبخیر در حد کمتر از ۰٫۱٪ در هر روز کمک می‌کند که واقعاً قابل توجه است. این سیستم شامل بازوی بارگیری یکپارچه و واحدهای بازیابی بخار است که انتقال گاز LNG به داخل کانتینرهای ISO یا به کشتی‌ها را بسیار ایمن‌تر می‌کند. با توجه به تحقیقات اخیر بازار در اواخر سال ۲۰۲۴، این راه‌حل‌های ذخیره‌سازی سیار برای عملیات در میدان‌های گازی دورافتاده حیاتی شده‌اند، جایی که ساخت زیرساخت‌های سنتی حدود ۳۴٪ بیشتر از استقرار این ماژول‌های قابل حمل هزینه دارد.

مجموعه‌های ژنراتور گازی با گاز طبیعی مایع تصفیه‌شده از سیستم‌های ماژولار روی شاسی

گاز طبیعی مایع (LNG) که از طریق سیستم‌های اسکید تصفیه می‌شود، معمولاً حاوی کمتر از ۵۰ قسمت در میلیون آب و کمتر از ۴ قسمت در میلیون گوگرد کل است که این ویژگی آن را به انتخاب مناسبی برای راه‌اندازی مجموعه‌های ژنراتور گازی تبدیل می‌کند. هنگامی که این سوخت‌های پاک، نیروگاه‌های سیکل ترکیبی را تغذیه می‌کنند، بازده حرارتی حدود ۵۸ درصدی دارند که به‌طور قابل توجهی بهتر از بیشتر ژنراتورهای دیزلی از نظر انتشار آلاینده‌ها در واحد انرژی تولیدی است. با افزایش نگرانی‌ها درباره ثبات شبکه‌های برقی در شرایطی که منابع تجدیدپذیر رایج‌تر می‌شوند، کارشناسان پیش‌بینی می‌کنند که بازار تولید برق مبتنی بر LNG تا پایان این دهه بیش از ۲۵۵ میلیارد دلار در سطح جهانی را شامل شود که این رقم بر اساس داده‌های منتشر شده از BusinessWire در سال گذشته است.

ادغام سیستم‌های اسکیدی LNG در زنجیره ارزش گاز طبیعی

ادغام سیستم‌های تصفیه، مایع‌سازی و ذخیره‌سازی در یک سیستم یکپارچه، زمان توسعه پروژه‌های LNG متوسط را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد و در بسیاری از موارد این زمان از حدود ۳۶ ماه به تنها ۸ ماه می‌رسد. متخصصان عملیاتی در محل مشاهده کرده‌اند که هزینه‌های عملیاتی حدود ۱۹٪ کاهش یافته است، زیرا این سیستم‌های ماژولار نگهداری دوره‌ای را در تمام واحدها بسیار ساده‌تر می‌کنند. با بررسی روندهای صنعت، جابجایی واقعی به سمت راهکارهای مبتنی بر اسکید برای تبدیل گازهای محبوس به سود مشهود است. اعداد و ارقام داستان را به وضوح بیان می‌کنند — بیش از ۷۰٪ از پروژه‌های شناور LNG آغاز شده پس از سال ۲۰۲۲ به جای ساخت از پایه، از رویکرد ماژولار استفاده می‌کنند. این امر زمانی منطقی به نظر می‌رسد که به این نکته توجه کنیم که بسیاری از این منابع گازی در مناطق دورافتاده قرار دارند.

مطالعه موردی: استقرار اسکیدهای LNG تأمین‌شده از پیشروی فناوری اتوماسیون در میادین دورافتاده

نصب یک واحد LNG قطبی در سال 2023 در دمای محیطی 45- درجه سانتی‌گراد، دسترس‌پذیری 98.7٪ را در 15 واحد ماژولار به دست آورد. کنترل‌های خودکار نیاز به پرسنل را 60٪ کاهش دادند و در عین حال نشت متان را زیر 0.25٪ حفظ کردند و از نظر کنترل انتشارات 41٪ عملکرد بهتری نسبت به واحدهای متعارف داشتند—که مزایای عملیاتی سیستم‌های LNG کامل یکپارچه و سکیدمونت شده را در محیط‌های شدید نشان می‌دهد.

بخش سوالات متداول

سیستم‌های سکیدمونت چیستند؟

سیستم‌های سکیدمونت واحدهای ماژولاری هستند که برای انتقال و نصب آسان طراحی شده‌اند، اغلب اوقات به صورت پیش‌ساخته مونتاژ می‌شوند و نیاز به حداقل راه‌اندازی در محل دارند.

سیستم‌های سکیدمونت چگونه به فرآوری LNG کمک می‌کنند؟

این سیستم‌ها با یکپارچه‌سازی چندین عملکرد در یک واحد، فرآوری LNG را ساده‌سازی می‌کنند و باعث کاهش فضا، هزینه و زمان نصب می‌شوند، در حالی که بازده بالا و انطباق با استانداردهای بین‌المللی را حفظ می‌کنند.

اجزای اصلی یک سیستم LNG سکیدمونت چیستند؟

اجزای کلیدی شامل ماژول‌های تصفیه گاز، واحدهای سرمایشی و سیستم‌های کنترل یکپارچه برای نظارت و عملیات در زمان واقعی هستند.

این سیستم‌ها چگونه به بهره‌وری محیطی کمک می‌کنند؟

سیستم‌های اسکیدمونت شده با کاهش انتشارات، مصرف انرژی و استفاده از منابع، و همچنین امکان تولید سوخت پاک‌تر برای تولید برق، به بهبود بهره‌وری محیطی کمک می‌کنند.