فاز پیش‌تیمار مایع‌سازی گاز طبیعی
تکنیک‌های حذف گازهای اسیدی
گازهای اسیدی مانند CO₂ (دی‌اکسید کربن) و H₂S (سولفید هیدروژن) ابتدا به منظور جلوگیری از خوردگی لوله‌کشی و دلایل ایمنی از بین می‌روند. سیستم‌های جذب مبتنی بر آمین 68٪ از کارخانه‌های LNG جهانی را به خود اختصاص داده‌اند (GasTech 2023) و از حلال‌هایی مانند MDEA استفاده می‌کنند که می‌توانند به طور شیمیایی با اجزای اسیدی واکنش دهند. جداسازی با غشا و تقطیر سرمازی گزینه‌های دیگری هستند که در شرایطی که غلظت آلاینده‌ها در جریان گاز پایین‌تر است، مورد استفاده قرار می‌گیرند. این روش‌ها این امکان را فراهم می‌کنند که متان تا غلظتی بیش از 98.5٪ خالص شود و در نتیجه خطر انجماد در طول فرآیند سرمازی به حداقل برسد.
روش‌های کاهش رطوبت برای گاز با کیفیت خط لوله
بخار آب باقی‌مانده توسط جاذب‌های غربال مولکولی مانند گلوله‌های آلومینوسیلیکات تا کمتر از 0.1 قسمت در میلیون کاهش می‌یابد. این کار به منظور جلوگیری از تشکیل کریستال‌های یخ در طی فرآیند مایع‌سازی در دمای -260 درجه فارنهایت (-162 درجه سانتی‌گراد) انجام می‌شود، زیرا کریستال‌های یخ می‌توانند به شیرآلات و مبدل‌های حرارتی آسیب برسانند. در سیستم‌های جذب دو برجی، برج‌ها بین فرآیندهای جذب و تجدید تغییر می‌کنند و ماده به صورت مداوم پردازش می‌شود. خشک‌کننده گلیکول برای خشک‌کردن اولیه در بخش بالادستی عملکرد خوبی دارد، اما برای شرایط خشک بسیار لازم برای استانداردهای LNG مناسب نیست.
رویه‌های حذف جیوه
Hg< 0.01 میکروگرم/متر مکعب توسط بستر کربن فعال اشباع‌شده با گوگرد جذب می‌شود تا از تردی مبدل‌های حرارتی آلومینیومی جلوگیری شود. بستر سولفید فلزی یک‌بار مصرف به دلیل اطمینان از یک چرخه کاری در شرایط منفی، در 82 درصد از پروژه‌های LNG منطقه قطبی به طور رایج استفاده می‌شود (نشریه CryoGas، 2023). خوانش لحظه‌ای با استفاده از طیف‌سنجی فلورسانس اتمی برای رعایت استاندارد خلوص ISO 14912.
حذف نیتروژن در فرآیند مایع‌سازی LNG
فرآیند تقطیر کریوژنیک
فرآیند تقطیر کریوژنیک گاز طبیعی را تا دمای 200- درجه فارنهایت سرد می‌کند تا نیتروژن را از طریق تقطیر کسری جدا کند. از آنجایی که متان در این دماها همچنان گاز باقی می‌ماند، نیتروژن به دلیل نقطه تقطیر بالاتر ابتدا مایع می‌شود. ستون‌های تقطیر چند مرحله‌ای قادرند به کمتر از 3 درصد محتوای نیتروژن در محصول نهایی LNG برسند، بهره‌وری جداسازی در کارخانه‌های مدرن بیش از 98 درصد است.
تأثیر روی ارزش گرمایی LNG
نیتروژن اضافی (≥5 درصد حجم) مقدار ارزش گرمایی LNG را تا 25 درصد کاهش می‌دهد. حفظ غلظت نیتروژن ≤1 درصد باعث رعایت استانداردهای ISO 6976 (1050-1150 BTU/ft³) می‌شود. LNG با محتوای نیتروژن بهینه شده 18 درصد احتراق کارآمدتری نسبت به مخلوط‌های پر از نیتروژن دارد، یک عامل کلیدی برای نیروگاه‌هایی که به عملکرد یکنواخت سوخت نیاز دارند.
فرآیند اصلی مایع‌سازی گاز طبیعی
چرخه‌های مبرد ترکیبی پروپان (C3MR)
چرخه C3MR (مخلوط کننده پروپان و سیال عامل) پیشرفته‌ترین نیروگاه LNG است که می‌تواند به بهره‌وری انرژی 20 تا 30 درصدی بیشتر از سیستم تک‌سیال عامل دست یابد، این کار با استفاده از سرمایش اولیه با پروپان همراه با سیال‌های عامل مخلوط از جمله نیتروژن، متان و هیدروکربن‌ها انجام می‌شود. سرمایش پلکانی اگرچه یک نوآوری بزرگ محسوب نمی‌شود، اما TC می‌تواند به بهره‌وری بالایی دست یابد، این امر با سرمایش گاز ورودی تا دمای -40 درجه فارنهایت با استفاده از پروپان و سپس مایع‌سازی متان تا دمای -260 درجه فارنهایت با استفاده از سیالات عامل مخلوط انجام می‌شود. یک تحقیق شبیه‌سازی شده در سال 2024 توسط باسیونی و همکارانش تأیید کرد که طرح‌های بهینه شده C3MR می‌توانند مصرف انرژی را تا 850 کیلووات‌ساعت بر تن LNG کاهش دهند.
بهینه‌سازی دما در -260 درجه فارنهایت
دستیابی به دمای -260°F (-162°C) با تعریف دقیق بار سرمایشی و استفاده از مبدل‌های حرارتی پیشرفته امکان‌پذیر است. واحدهای پیشرفته از چرخه‌های فشرده‌سازی سه‌مرحله‌ای به همراه مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای از جنس آلومینیوم (BPHEs) استفاده می‌کنند تا نوسانات دما را کمتر از ±2°F نگه دارند. الگوریتم جستجوی گردابی سال 2018، افزایش 12 درصدی بازده را با بهینه‌سازی زمان واقعی مبرد ثبت کرد. تولید گاز تبخیر شده (BOG) با دو سیستم کنترلی کنترل می‌شود که فشار مخزن را در سطحی پایین‌تر از 25 kPa حفظ می‌کنند.
نیازهای زیرساختی ذخیره‌سازی گاز طبیعی مایع (LNG)
مهندسی مخزن دو جداره
ذخیره‌سازی فعلی گاز طبیعی مایع (LNG) بر اساس مخازن دو جداره است که با یک ظرف داخلی و یک ظرف خارجی ساخته شده‌اند و فضای بین آن‌ها با مواد عایق پر شده است. مخزن داخلی از فولاد 9 درصد نیکلی ساخته شده است که سختی معادل کربن آن کمتر از 237 است و دمای خنک‌کننده را در حدود 260- درجه فارنهایت حفظ می‌کند، در حالی که پوسته خارجی به عنوان یک حفاظ فشاری عمل می‌کند تا مایع را در صورت بروز شرایط ناپایدار درون مخزن نگه دارد. فناوری پیشرفته مواد عایق، ورود گرما را تا ≤0.08 وات/متر مربع·کلوین محدود کرده است، که منجر به ایجاد کم یا صفر گاز تبخیری (BOG) می‌شود.
سیستم‌های مایع‌سازی مجدد گاز تبخیری
سیستم‌های مدیریت BOG با استفاده از چرخه‌های تبرید کاسکاد در کنار کمپرسورهای کریوژنیک، 98% گاز تبخیری را بازیابی می‌کنند. پیکربندی‌های استاندارد حجم BOG را از 0.15% به کمتر یا مساوی 0.03% به صورت روزانه از طریق مایع‌سازی چندمرحله‌ای کاهش می‌دهند. واحدهای پیشرفته از اکسپندرهای نیتروژن با حلقه بسته برای خنک‌کردن BOG از 45°F به 260-°F استفاده می‌کنند و به راندمان انرژی 92% در مقایسه با شیرهای متعارف ژول-تامپسون می‌رسند.
کنترل کیفیت در فرآیند مایع‌سازی گاز طبیعی
فناوری‌های نظارت بر ترکیب مواد
تحلیل ترکیب مواد به صورت مداوم انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که کیفیت گاز طبیعی قبل از مایع‌سازی در محدوده‌های سفت و سختی مانند متان >85%(v/v) و ناخالصی‌های <50 ppm CO₂ و <4 ppm H₂S قرار دارد. واحدهای مدرن از کروماتوگراف‌های گازی و طیف‌سنج‌های حلقوی (Cavity Ring-Down) برای انجام بیش از 240 اندازه‌گیری روزانه از نقاط شبنم هیدروکربنی و گوگرد استفاده می‌کنند. در گزارش جهانی کیفیت LNG 2023، سایت‌هایی که از طیف‌سنجی جرمی در زمان واقعی استفاده می‌کنند، دسته‌های خارج از استاندارد را 67% کاهش داده‌اند.
هماهنگی با استانداردهای ISO 28460
رعایت استاندارد ISO 28460:2019 کیفیت یکنواخت گاز مایع طبیعی (LNG) در معاملات بین‌المللی را از طریق رویه‌های استاندارد نمونه‌برداری تضمین می‌کند. چارچوب مذکور الزامات زیر را در پی دارد:
- حداقل 8 نمونه ترکیبی در هر عملیات بارگیری دریایی
- حداکثر واریانس ±0.25 درصد در محاسبات شماره متان
- تأیید محتوای جیوه به صورت مستند (<0.01 میکروگرم بر متر مکعب)
یک مطالعه مبنایی در سال 2022 نشان می‌دهد که 92 درصد از مناقضات انتقال مالکیت در ترمینال‌های دارای گواهی ISO ظرف 24 ساعت حل می‌شود، در حالی که این میزان در واحدهای غیر مطابق 58 درصد است.
پرسش‌های متداول
مراحل اصلی در فاز پیش‌تیمار گاز طبیعی قبل از مایع‌سازی چیست؟
مراحل اصلی شامل حذف گازهای اسیدی، کاهش رطوبت و حذف جیوه است که به منظور تصفیه گاز طبیعی قبل از مایع‌سازی انجام می‌شود.
نیتروژن چگونه در فرآیند مایع‌سازی گاز طبیعی (LNG) حذف می‌شود؟
نیتروژن از طریق یک فرآیند تقطیر کریوژنیک که در آن گاز طبیعی خنک می‌شود تا نیتروژن جدا شود، حذف می‌گردد.
چه فناوری‌های اصلی برای نظارت بر ترکیب گاز در فرآیند مایع‌سازی گاز طبیعی استفاده می‌شود؟
فناوری‌های اصلی شامل کروماتوگراف‌های گازی، طیف‌سنج‌های حلقه‌ای کاواکی، جذب لیزری و نمونه‌برداری کریوژنیک می‌شوند.
چرا حذف نیتروژن در تولید گاز طبیعی مایع (LNG) مهم است؟
حذف اضافه نیتروژن برای حفظ ارزش گرمایی گاز طبیعی مایع (LNG) و تضمین کارایی احتراق مناسب، به ویژه در نیروگاه‌ها، اهمیت دارد.