مطالعه و بررسی روشهای بازیافت و كاهش گازهای ارسالی به مشعل

اصغر خطیبی لیلا یوسفی

چکیده

پدیده گرم شدن زمین یكی از مشكلات عمده ای می باشد، كه جهان امروز با آن مواجه است. این پدیده در كوتاه مدت باعث آلودگی محیط زیست و در دراز مدت سبب تغییرات جغرافیایی و آب و هوایی می شود. از جمله عوامل این پدیده مخرب انتشار گازهای حاصل از احتراق در مشعلهای واحدهای پالایشگاهی و پتروشیمی است. علاوه بر اثرات مخرب زیست محیطی ناشی از انتشار این گازها اتلاف انرژی نیز از پیامدهای نامطلوب آن می باشد. كشور ایران در زمینه انتشار این آلایندگی نقش بسزایی در جهان و خاور میانه دارد. بنابراین مجموع این عوامل مدیران صنعت نفت و گاز را برآن داشته كه در جستجوی روشهای حذف و یا كاهش این آلایندگی در جهت حفظ محیط زیست و صرفه جویی اقتصادی با رویكرد كاهش مصرف انرژی و حتی تولید آن باشند. در این بین تعداد بسیار زیادی از محققان ترغیب به مطالعه و بررسی راهكارهایی برای حذف و یا كاهش این آلایندگی ها شدند. در این تحقیق سعی شده است عوامل منجر به این آلایندگی ها شناسایی و معرفی شود و راهكارهایی برای رفع این عوامل با توجه به كاهش مصرف سوخت و اتلاف انرژی و در مواردی تولید انرژی بر پایه حذف و عدم انتشار گازهای محترق در مشعلها ارائه گردد.

1-مقدمه

سالانه بیش از 150 میلیارد مترمكعب گاز طبیعی در مشعلها می سوزد. این رقم معادل %4 سالانه كل گاز تولیدی جهان است وعلاوه بر اتلاف مقدار بسیار زیاد انرژی، 207 میلیون تن دی اكسید كربن نیز در جو منتشر می شود. این میزان دی اكسید كربن تاثیر بسزایی در پدیده گلخانه ای و همچنین کاهش pH باران های اسیدی دارد.از طرف دیگر سالانه مبلغ قابل توجهی صرف نگهداری از مشعل و سیستم مربوط به آن میشود.(1)
افزایش آلودگی محیط زیست بر اثر انتشار و تولید گازهای ناشی از احتراق مشعلهای موجود در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی از یكسو و افزایش نیاز به مصرف انرژی به دلیل ازدیاد روز افزون جمعیت و پیشرفت تكنولوژی و هزینه های بالای تولید آن از سوی دیگر سبب شده كه نظر بسیاری از مدیران و متعاقبا محققین به سمت روشهای مهار و كاهش آلایندگی ناشی از عملكرد مشعلها معطوف شود. كشور ایران نیز به دلیل دارا بودن سهم بالا در منابع نفت و گاز دنیا و صنعت و تكنولوژی استحصال و پالایش آن تاثیر بسیار زیادی بر پدیده افزایش دمای زمین، تخریب اتمسفر و آلودگی محیط زیست دارد. طبق آمار منتشره از مراجع ذیصلاح ایران رتبه سوم در جهان و رتبه اول در خاورمیانه به لحاظ تخلیه یا سوزاندن گازهای قابل بازیافت در مشعلها را داراست. شكل 1 سهم كشورهای مختلف را در تولید گازمشعل نشان می دهد.(2)

از این رو مطالعات و تحقیقات متعددی برای رفع این مشكل در سطح صنعت و دانشگاه انجام شده است. كه بطور مختصر به برخی از این موارد اشاره می شود. رحیم پور و جوكار در سال 2011 میلادی اقدام به انتشار مقاله ای تحت عنوان امكان سنجی تبدیل گازهای خروجی از مشعلهای پالایشگاه گاز فراشبند به انرژی نموده اند. ایشان به سه روش تولید گاز مایع، برق و نیز استفاده این گازها به منظور تزریق در خطوط لوله پالایشگاهها اشاره كرده و نتایج زیست محیطی و اقتصادی آنها را شبیه سازی نموده اند.(3)
رحیم پور وهمكاران در سال 2011 تحقیقاتی بر روی تبدیل گاز خروجی در پالایشگاهها به هیدروکربنها ی مایع با استفاده از تکنولوژی غشاء تراوای هیدروژنی ارائه نموده اند.درضمن ایشان نتایج حاصل از این تحقیق را در محیط زیست مانند کاهش اثرات گلخانه ای تحلیل نموده و سود تقریبی حاصل از تبدیل گازهای ارسالی مشعل به ترکیبات با ارزشی مثل اتیلن، پروپیلن و بوتان را برآورد نموده اند.
در تحقیقی دیگر که توسط قاسمیه و همکاران انجام شده است، جمع آوری و تزریق گازهای قابل بازیافت را به مخازن نفتی ایران به عنوان راهکاری مفید که هم باعث صرفه جویی اقتصادی از لحاظ درآمدهای حاصل از ازدیاد برداشت مخازن نفتی با افزایش فشار ناشی از تزریق گاز میشود و نیز سبب کاهش میزان آلودگی ناشی از انتشار یا سوزاندن گازهای مزبور خواهد شد، معرفی کردند.
در این مقاله همراه ذکر دلایل منجر به افزایش آلودگی ناشی از انتشار و یا احتراق گازها در مشعلها راهکارهایی برای رفع یا کاهش آنها ارائه می شود.

2-روشهای كنترل و مهار آلایندگی و دود در مشعل

برای جلوگیری از انتشار آلایندها بواسطه وجود و عملكرد مشعل باید هدف و معیار كنترل آن مشخص شود. گاهی با توجه به مشكلات و آلودگی های محیط زیستی كه جوامع صنعتی امروزه با آنها روبرو هستند، تنها به جنبه های محیط زیستی آلاینده ها دقت می شود ولی در چشم اندازی وسیع تر علاوه بر مسایل زیست محیطی، صرفه جویی های اقتصادی كه از طریق استفاده و كاربرد گازهای ارسالی مشعل به عنوان انرژی قابل استفاده برای موارد مختلف نیز میتواند مورد توجه قرار گیرد. معیار كنترل آلایندگی در مشعل می تواند شامل ساختار مشعل وملحقات آن و كنترل گازهای ارسالی به مشعل با روشهای حذف یا كاهش آنها باشد.

1-2- جلوگیری از ارسال گازها به مشعل

یكی از دلایل وجود مشعل سوزاندن گازهای خروجی از شیرهای اطمینان می باشد. شیرهای اطمینان معمولا به منظور حفظ ایمنی سسیستم در مواقعی كه فشار سیستم از فشار بیشینه مجاز طراحی شده افزایش می یابد واحتمال خطر انفجار یا تركیدگی در سیستم وجود دارد، طراحی و تعبیه می شود كه در اینگونه مواقع این نوع شیرها باز شده و جریان گاز از آن به محیط یا به خط لوله متصل به مشعل برای سوختن ارسال می شود. كه كمترین پیامد مخرب آن در هر دو حالت افزایش انتشار آلاینده ها در محیط زیست می باشد. پس اگر تدابیری اندیشیده شود كه از افزایش فشار سیستم به بیش از فشار بیشینه طراحی ممانعت به عمل آید و نیاز به طراحی و نصب هیچ شیر اطمینانی نباشد، جریان گازی نیز به محیط یا خط لوله اصلی مشعل منتقل نخواهد شد. این عمل از طریق استفاده از تكنولوژی سیستم یكپارچه حفاظتی بالا (HIPPS) براساس استانداردهای بین المللی IEC61508, 61511 امكان پذیر می باشد.مطابق شكل 2 این سیتم نوعی سیستم ابزار دقیق است كه شامل دو عدد شیر و یك آشكار ساز فشار می باشد.

در این سیستم به محض رسیدن فشار سیستم به میزان بیشینه طراحی شده، شیرها عمل نموده و در كمتر از چند ثانیه بسته می شود تا مسیر عبور جریان به سیستم كه باعث افزایش فشا ر ازحد مجاز می شود، بسته شود . د ر این نوع طراح ی مضاف بر اینكه نیازی به شیر اطمینان نیست، به دلیل عدم انتقال جریان با فشار بسیار بالا به مرحله بعدی سیستم احتیاج به سایز بالای تجهیزات و خطوط لوله انتقالی نخواهد داشت، كه این امر موجب كاهش هزینه سرمایه گذاری می شود. همچنین تجهیزات این سیستم فضای كوچكی از واحد صنعتی را اشغال می كنند. از مشكلات این سیستم كه شاید بتوان به عنوان عیب از آن یاد نمود، پیچیدگی سیستم می باشد كه نیاز به طراحی بخشهای متفاوت دارد.

2-2- بازیافت گازهای ارسالی مشعل

با استفاده از سیستم باز یافت گازهای ارسالی به مشعل می توان علاوه بر كاهش آلودگی و اتلاف انرژی، از گاز های ارسالی به مشعل انرژی تولید كرده ویا آنرا به شبكه گاز مصرفی تزریق نمود. با توجه به تركیب و حجم گازهای ارسالی به مشعل و موقعیت مكانی واحد صنعتی روشها و فناوریهای متعددی برای بازیافت این گازها آزمایش و ارائه شده است. برخی از این فناوریها عبارتند از:

• جمع آوری و تزریق به مخازن نفتی
• جمع آوری و تزریق به مخازن زیر زمینی
• جمع آوری و تزریق به تاسیسات جمع آوری گاز طبیعی و انتقال به شبكه گاز سراسری
• تولید برق
• تولید آب گرم و یا بخار با استفاده از گرمای سوختن گاز
• استفاده از فرایند GTL
• استفاده درپیلهای سوختی
• استفاده در شیرین سازی آب دریا
• استفاده از سیستم mini-LNG
• سیستم اژكتور
• سیستم كمپرسور با حلقه مایع

به ترتیب توضیحی مختصر برای هر یك از روشهای مزبور ارائه می شود:

1-2-2- جمع آوری و تزریق به مخازن نفتی

از جمله گازهای ارسالی به مشعل گازهای همراه در میادین نفتی است. تزریق گاز همراه به مخازن نفتی به منظور ازدیاد برداشت همواره یكی از روشهای جلوگیری از سوزاندن این گازها می باشد. در ایران علاوه بر برداشت اولیه كه تولید طبیعی از مخزن است، روشهای برداشت ثانویه تزریق گاز یا آب در اكثر مخازن در حال برنامه ریزی و اجرا می باشد كه باعث افزایش برداشت حدود % 5 از مخازن می گردد. در بازیافت ثانویه هدف این است كه با افزایش انرژی طبیعی مخزن از طریق تزریق گاز یا تزریق آب برای حفظ فشار و یا افزایش فشار مخزن و یا به كمك بهبود روشهای تولید از قبیل نصب تلمبه های درون چاهی، حفاری های افقی، حفاری های بین چاهی فرازآوری با گاز عمل افزایش برداشت از مخازن انجام شود. درحال حاضر تزریق گاز به میادین بی بی حكیمیه، پازنان، پارسی، رامشیر، كرنج، كوپال، گچساران، رگ سفید، مارون و هفتكل صورت می پذیرد.(6)

2-2-2- جمع آوری و تزریق به مخازن زیر زمینی

چنانچه حجم گازهای ارسالی به مشعل كم باشد یا ابزار و فناوریهای لازم برای استحصال انرژی آن در دسترس نباشد و یا اینكه هزینه های سرمایه گذاری برای بازیافت این گازها بالا باشد، برای جلوگیری از انتشار آلودگی ناشی از احتراق این گازها در مشعل می توانند بجای انتقال به مشعل در مخازن خالی زیر زمینی ذخیره شوند تا به محض فراهم شدن شرایط مناسب برای كاربردهای بهینه صنعتی استفاده شوند.(1)

3-2-2- جمع آوری و تزریق به تاسیسات جمع آوری گاز طبیعی و انتقال به شبکه گاز سراسری

استفاده از این فناوری در كنار طراحی مشعل از دیر باز متداول بوده است. به كمك این روش 20 % از گاز های تخلیه اضطراری و 90 % گاز در حالت عادی به فرآیند باز می گردد. با توجه به واحدهای حذف آلاینده در پالایشگاههای گازی، این روش می تواند با بازده بالایی قابل استفاده قرار گیرد.(1و9)

4-2-2- تولید برق

با استفاده از تكنولوژی مولدهای الكتریسیته و سیستم بازیابی گازهای ارسالی مشعل می توان از گازهای فلرینگ پالایشگاه استفاده نموده و از این طریق انرژی الكتریكی تولید نمود. با این روش نه تنها الگوی مصرف انرژی بهینه می گردد بلكه در بخش تولید برق نیز، اصلاح الگوی تولید صورت می گیرد . همچنین با ایجاد این طرح از میزان انتشار گازهای گلخانه ای مانند دی اكسیدكربن كاسته می شود. برای تولید برق با استفاده از گازهای ارسالی به مشعل روشها و فناوریهای متفاوتی وجود دارد. انتخاب هریك از این فناوریها بستگی به میزان و اجزاء تركیب گاز ارسالی به مشعل دارد. در این میان می توان به فناوری تولید برق از طریق روشهای ذیل اشاره نمود:
موتور گازسوز
توربو ژنراتور
میكرو توربین
موتور گازسوز

5-2-2- استفاده در فرآیند GTL

تبدیل گاز به مایع (GTL) با استفاده از گرمای حاصل از سوختن گاز مشعل یکی دیگر از روشهای مناسب در بازیافت گاز مشعل می باشد.باشد. این فناوری به نظر می رسد تفاوت چندانی با روش تبدیل گاز مشعل به برق نداشته باشد. و در عمل از سوختن گاز انرژی مورد نظر برای تولید GTL یا برق ایجاد می گردد. اما استفاده از میكرو راكتور و درواقع بالابردن بازده سیستم باعث شده این فناوری در بعضی شرایط جذابیت و توجیه بیشتری نسبت به تولید برق داشته باشد. شکل 3 برش میکرو راکتور یا درواقع میكرو مبدل و شكل 4، نیز فرآیندتولید GTL را نشان میدهد.همانگونه كه مشاهده می شود در این فرآیند از گاز مشعل برای تولید گرما در اصلاح کننده بخار (Steam Reforming) استفاده می شود. واضح است در صورت عدم استفاده از سیستم احتراق كنترل شده با انتشار كم گازهای آلاینده، در عمل فقط انرژی گاز مشعل بازیافت شده است وآلایندگی گاز مشعل كماكان برقرار می باشد. لذا در این فرآیند حذف گازهای آلاینده با استفاده از روش های سوختن و احتراق پیشرفته و كنترل شده، كمك مضاعفی به كاهش گازهای آلاینده می كند. استفاده از میكروكانال، باعث افزایش بازده مبدل حرارتی و در نتیجه كاهش مصرف انرژی و همچنین بالارفتن سرعت فرآیند می شود.(1و16و10و11)

6-2-2- استفاده درپیلهای سوختی

پیل سوختی اساساً وسیله ای است كه سوخت (مانند هیدروژن ، متانول، گاز طبیعی، بنزین و…) و اكسیدان (مانند هوا و اكسیژن) را به برق، آب و حرارت تبدیل می كند. به عبارت دیگر پیل سوختی شبیه یك باتری بوده ولی بر خلاف باتری نیاز به انبارش (شارژ) ندارد. تا زمانی كه سوخت و هوای مورد نیاز پیل تأمین شود، سیستم كار خواهد كرد. پیل های سوختی می توانند سوخت های حاوی هیدروژن مانند متانول، اتانول، گاز طبیعی، و حتی بنزین و گازوئیل را مورد استفاده قرار دهند. گاز هیدروژن به دلیل تمایل واكنش دهندگی بالا به همراه چگالی انرژی بالا به عنوان سوخت ایده آل در پیل سوختی مورد استفاده قرار می گیرد. هیدروژن را می توان از تبدیل هیدروكربن ها از طریق واكنش كاتالیستی، تولید و به صورتهای گوناگون ذخیره سازی كرد. بطوركلی در سوخت های هیدروكربوری، هیدروژن توسط یك دستگاه اصلاحگر سوخت (Fuel Reformer)، از آنها جدا شده و بكار گرفته می شود. پیل های سوختی در كاهش آلودگی محیط زیست نقش بسزائی داشته و بخاطر عدم بكارگیری قطعات مكانیكی زیاد، ایجاد آلودگی صوتی نیز نمی نماید. علاوه بر آن سیستم پیل سوختی از كارائی نسبتاً بالائی نسبت به موتورهای احتراق درونسوز برخوردار است. هیدروژن الكترون خودرا در آند از دست داده و بصورت پروتون از طریق الكترولیت به سمت كاتد حركت می كند. الكترون نیز از طریق مدار خارجی به سوی كاتد هدایت می شود. اكسیژن با دریافت الكترون و پروتون به آب تبدیل می شود. حركت الكترون از آند به كاتد جریان برق را به وجود می آورد كه قابل استفاده در وسایل برقی است. آب حاصل در كاتد می تواند مورد استفاده مجدد قرار گیرد. با توجه به اینكه گازهای ارسالی به مشعل در بیشتر موارد حاوی مقدار زیادی تركیبات گازی هیدرو كربنی است، از طریق بازیافت هیدروژن موجود دراین تركیبات و ارسال آن به آند خوراك اولیه پیل سوختی تامین و بدین ترتیب از گازهای ارسالی برای احتراق به مشعل برق، آب و حرارت تولید می شود، شكل 5 شمایی از یك پیل سوختی كه شامل دستگاه اصلاحگر به منظور بازیافت گاز هیدروژن از جریان گازی هیدروكربنی می باشد را نشان می دهد. (1و12و13)

7-2-2- استفاده در شیرین سازی آب دریا

پیش از اینكه به كاربرد و استفاده گازهای ارسالی به مشعل در شیرین سازی آب دریا پرداخته شود، فرآیند مورد نظر با استفاده از روش تقطیر موثر چندگانه (MED) تشریح میشود. مطابق شكل 6 این فرآیند شامل چند مرحله می باشد كه در هرمرحله آب دریا برروی لوله های مارپیچ حاوی بخار داغ پاشیده می شود. بر اثر تبادل حرارتی بین بخار داغ و آب دریا، بخار جاری در لوله ها مایع شده و از انتهای ظرف وارد مسیر آب تقطیر شده و یا نمكزدایی شده می شود. بخشی از آب دریا تبخیر و مابقی نسبت به نمك محلول تغلیظ می شود. آب نمك تغلیظ شده از انتهای ظرف تخلیه می گردد. بخش تبخیر شده كه به مراتب دما و فشار كمتری نسبت به بخار موجود در لوله دارد به سمت بالای ظرف منتقل و سپس وارد لوله های مارپیچ مرحله بعدی می شود و فرآیند مرحله اول در این مرحله نیز تكرار می شود با این تفاوت كه در هرمرحله تقطیر تحت دما وفشار كمتری انجام می شود. بخار حاصل از قسمت نهایی این سیستم برای فشارافزایی وارد كمپرسور بخار حرارتی (TVC) شده و بطورمجدد چرخه تولید آب نمكزدایی شده از آب دریا ادامه می یابد.

از آنجائیكه برای تولید بخار در مرحله نخست احتیاج به یك بویلر با جریانی از سوخت كم فشار می باشد، گازهای ارسالی به مشعل می تواند به عنوان سوخت بویلر استفاده شود. گرمای حاصل از احتراق این گازها انرژی لازم برای تبخیر آب و تولید بخار ورودی به كمپرسورهای بخارحرارتی را تامین خواهد نمود.(14و15)

8-2-2- استفاده از سیستم mini- LNG

یكی از بهترین پیشنهادات به منظور بازیافت گازفلر، استفاده از سیستم mini -LNG میباشد. در این سیستم گازمشعل بعد از افت فشار به درون مخازن ذخیره هدایت می شود. در این مرحله پس از حذف گا زهای همراه آلاینده، با استفاده از سیستم های كوچك پالایش و مایع سازی گاز LNG، گاز مشعل آماده فروش بوده و با استفاده از کامیون یا کشتی به بازار مصرف حمل میگردد.(1)

9-2-2- سیستم اژکتور

در برخی از صنایع احتیاج به جریان گاز با فشار متوسط می باشد، برای دستیابی به این جریان می توان از یك اژكتور مطابق شكل 7 استفاده نمود. اژكتور دارای دو جریان ورودی می باشد: جریان گاز با فشار بالا بعنوان محرك 14 كه بطور مستقیم وارد بخش نازل اژكتور می شود و جریان با فشار پایین كه در راستای عمود بر جریان محرك وارد اژكتور می گردد. پس از ورود دو جریان با فشارهای بالا و پایین باهم مخلوط شده و جریان گاز خروجی با فشار متوسط ایجاد می شود.

مطابق شكل 8 از گازهای ارسالی به مشعل می توان به عنوان جریان گاز با فشار پایین استفاده نمود (16)

10-2-2- سیستم كمپرسور با حلقه مایع

مطابق شكل 9و 10 یكی دیگر از روشهای بازیافت گازهای ارسالی به مشعل استفاده این جریان گازی در كمپرسورهای با جریان مایع می باشد.

كمپرسور سیستمی است برای افزایش فشار گاز، كه همراه با افزایش دما نیز می باشد. بطوریكه در بیشتر موارد ناگزیر از خنك كننده ها برای كاهش دمای گاز استفاده می شود. كمپرسورهای با جریان مایع این قابلیت را دارا هستند كه همراه افزایش فشار گاز دمای آن نیز بر اثر جریان مایع پایین نگه داشته می شود و نیازی به سیتمهای خنك كننده اضافی نخواهد بود. حال این جریان گاز می تواند گازهای ارسالی به مشعل باشد و اگر این گازها دارای تركیبات گوگرد (H₂S) بوده و به اصطلاح گاز ترش باشد، از جریان مایع با تركیب آمین در كمپرسور استفاده می شود تا علاوه بر پایین نگاه داشتن دمای گاز، ترشی و تركیبات گوگردی آن نیز توسط جریان مایع آمین زدوده شود.(5و17و18)

3- نتیجه گیری

با توجه به تاثیر آلایندگی گازهای دودكش مشعل براثراحتراق گازهای ارسالی به آن، به منظور كاهش آلایندگی و انتشار آن در محیط زیست در مرحله نخست باید عامل آلاینده حذف شود. ازآنجاییكه عامل آلایندگی، گازهای ارسالی به مشعل می باشد، روشهای جلوگیری از ارسال این گازها به مشعل و یا كاهش حجم ارسالی این گازها در اولویت قراردارند. كاربرد سیستم یكپارچه حفاظتی هرچند در نگاه نخست پیچیده و هزینه ساز می باشد اما با توجه به نتایج مطلوب حاصل از استفاده آن در محیط زیست و جلوگیری از اتلاف انرژی در دراز مدت مقرون به صرفه و اقتصادی خواهد بود. در مرحله دوم می توان از گازهای ارسالی به مشعل در موارد كاربردی صنعتی و حتی تولید انرژی با توجه به میزان و تركیبات آن استفاده نمود. در این مرحله روش منتخب علاوه بر میزان و تركیب گازهای ارسالی مشعل، به نوع واحد و موقعیت جغرافیایی آن نیز وابسته خواهد بود، عواملی كه علاوه بر امكان سنجی صنعتی و عملیاتی بر روی امكان سنجی اقتصادی روش بازیافت گازهای ارسالی به مشعل به عنوان روش منتخب تاثیر خواهد گذاشت. بنابر این با یك مطالعه اولیه در باره واحد صنعتی واجد مشعلهای آلاینده و تركیب و میزان گازهای ارسالی به مشعل و موقعیت جغرافیایی و استراتژیكی واحد مورد مطالعه می توان از یك یا چند روش كه در بخشهای مختلف این مقاله ارائه شده است بعنوان روش كاهش آلایندگی مشعل و یا حتی بازیافت انرژی ناشی از احتراق این گازها در مشعل استفاده و مطالعات امكان پذیری صورت داد.
جلوگیری، كاهش وبازیافت گاز های ارسالی به مشعل را می توان در قالب مقوله مدیریت پسماند بررسی و مطالعه نمود. در این راستا به علاقمندان و پژوهش گران توصیه میشود كه روش معروف و معتبری را كه به اختصار در ذیل معرفی شده برای بررسی و پژوهش های عمیقتر ، به كار گیرند.
كاهش: جلوگیری یا كاهش گازهای ارسالی به مشعل از طریق حذف، كاهش یا اصلاح روشهای عملیاتی.
استفاده مجدد: استفاده از مواد یا محصولاتی كه به شكل موجود قابل استفاده و كاربرد هستند.
بازیافت: تبدیل گازهای ارسالی به مشعل به مواد قابل استفاده یا تولید انرژی از این گازها
تصفیه: تخریب، سم زدایی و خنثی سازی مواد باقیمانده
دفع مسئولانه: استفاده از روشهای نسبی دفع گاز های ارسالی به مشعل (مثل تزریق به مخزن) كه اثر تخریبی بر محیط ندارند.

فهرست مراجع

[1] مهندس محسن فراكش، “ثروتی كه می سوزد” نشریه علمی، آموزشی و پژوهشی صنعت نفت، گاز و پتروشیمی- سفیر امید-سال اول شماره 4-صفحات 42-49
[2] “نفت و توسعه”، روابط عمومی وزارت نفت، 1382

[3] Rahimpour and Jokar,” Feasibility of flare gas reformation to practical energy in
Farashband gas refinery: No gas flaring” J. hazard mater. 2012
[4] Rahimpour and etal.,”Conversion of refinery natural purge gases to liquid hydrocarbon
loop with hydrogen –perm selective membranes: an alternative flaring”, J. natural gas science
and engineering. Volume 3, Issue 3, July 2011, Pages 461–475

[5]چاوش باشی و همكاران، “مطالعه امكان سنجی سیستم بازیابی گازهای ارسالی به فلر پتروشیمی تبریز و كاهش عملیات فلرینگ تحت مكانیزم CDM شرکت ملی صنایع پتروشیمی – شرکت سهامی پتروشیمی تبریز
[6] قاسمیه و همكاران، “بررسی روشهای كاهش سوزاندن گازهای قابل بازیافت در ایران”شركت مهندسین مشاور موننكو ایران

[۷] Mokveld Valves B.V.
[۸] Dr. Angela E. Summers,”Using Instrumented Systems For Overpressure Protection”, PESIS-TECH Solutions, LLC, Houston, TX Prepared for Presentation at the 34th Annual Loss Prevention Symposium, March 6-8, 2000 Overpressure Protection Alternative Session, Published in part in InTech, January 2000 Published in Chemical Engineering Progress, November 2000 Recipient of Bill Doyle Award for Best Paper Loss Prevention Symposium 2000
[۹] M.R. Rahimpoura, Z. Jamshidnejad, S.M. Jokar, G. Karimi, A. Ghorbani,”A comparative study of three different methods for flare gas Asalooye Gas Refinery”, Journal of Natural Gas Science and Engineering Volume 4, January 2012, Pages 17–28

[10] بهتاش كرمی و اسدالله ملك زاده، “بازیافت گازهای فلر با تكنولوژی GTL”، چهاردهمین کنگره ملی مهندسی شیمی ایران، تهران، دانشگاه شریف 1391

[۱۱] M.R. Rahimpour, A. Ghorbani, A. Asiaee, A. Shariati,” Conversion of refinery natural purge gases to liquid hydrocarbons loop with hydrogen-permselective membranes: An alternative flaring”, Journal of Natural Gas Science and Engineering Volume 3, Issue 3, July 2011, Pages 461–475

[12] اسماعیل ساعی ور ایرانی زاد “هیدروژن، پیل های سوختی و محیط زیست” دانشگاه تربیت مدرس و سازمان انرژی اتمی ایران و عضو كمیته فنی تكنولوژیهای انرژی.
[13] كمیته راهبری پیل سوختی

[۱٤] Multiple Effect Distillation Process, Veolia Water Solutions & Technologies, SIDEM, ۲۰۱۳
[۱٥] Multi Effect Distillation, IDE Technologies, 2011
[۱٦] Transvac Systems, Trasvac Ejector Technology, Trasvac CO.
[۱۷] Flare Gas Recovery Systems, NASH, A Gardner Denver Product.
[۱۸] Garo, Design and Manufacture Liquid Ring Compressor Systems.

گاز طبیعی شامل هیدرورکربن های مختلفی است، متان 85 تا 95 درصد گاز طبیعی را تشکیل می دهد. البته با توجه به مشخصات فنی میدان گازی (Non-Associated Gas) و نفتی-گازی (Associated Gas)، سایر ترکیبات هیدروکربوری از جمله اتان، پروپان، بوتان، پنتان، هگزان و حتی سایر ترکیبات سنگین تر که به عنوان NGL نیز شناخته می شوند، در گاز استحصالی میادین وجود دارد. به طور معمول گاز طبیعی دارای عناصر غیرآلی همچون نیتروژن، هلیم، کربن دی اکساید و هیدروژن سولفاید نیز می باشد که نیاز است قبل از انتقال به مبادی مصرف در مجتمع های پالایشگاهی مورد تصفیه و فراورش قرار گیرد.
ایران عزیز با داشتن ۳۵ تریلیون مترمکعب ذخایر گازی، در رتبه اول در بین کشورهای دنیا قرار دارد. روسیه و قطر به ترتیب با ۳۲.۶ و ۲۴.۵ تریلیون مترمکعب در رتبه های دوم و سوم قرار گرفته اند. ترکمنستان با ۱۷.۵، ایالت متحده آمریکا با ۹.۸ تریلیون مترمکعب، عربستان صعودی با ۸.۲ و امارات متحده عربی نیز با ۶.۱ تریلیون مترمکعب در رتبه های چهارم تا هفتم از حیث ذخایر گازی در بین کشورهای دنیا قرار دارند. کشورهایی همچون ونزوئلا، نیجریه و الجزایر نیز به ترتیب با ۵.۶، ۵.۱ و ۴.۵ تریلیون مترمکعب ذخایر در رتبه های بعدی قرار دارند.
منطقه خاورمیانه سهم ۴۳ درصدی را در حجم ذخایر گاز طبیعی دنیا دارا می باشد. اروپای شرقی و مرکزی نیز با داشتن ۲۹ درصد سهم در ذخایر گازی دنیا در جایگاه دوم قرار دارد. آسیا پاسیفیک، آفریقا هر کدام با ۸ درصد، آمریکای شمالی با ۶ درصد، آمریکای جنوبی نیز با ۴ درصد سهم در ذخایر گازی دنیا در رتبه های بعدی قرار دارند. اتحادیه اروپا نیز تنها ۲ درصد از سهم ذخایر گازی دنیا را به خود اختصاص داده است.
با مقایسه سهم ذخایر با میزان مصرف گاز طبیعی در هر یک از مناطق دنیا می توان نتیجه گرفت که آمریکای شمالی با ۲۸ درصد، آسیا پاسیفیک با ۲۰ درصد، اتحادیه اروپا و خاورمیانه نیز هر کدام با ۱۴ درصد سهم عمده ای را در بخش مصرف گاز طبیعی دنیا دارا می باشند. در واقع عدم همپوشانی مناطق پرمصرف (پرجمعیت) با مناطق دارای ذخایر گاز طبیعی باعث شده است که کشورهای مختلف به منظور تامین این منبع ارزشمند و پاک انرژی، به دنبال ایجاد ائتلاف و البته روش های بهینه جهت تجارت این ماده باشند از جمله روش های انتقال این منبع انرژی می توان به موارد زیر اشاره نمود:

متان

• خط لوله انتقال گاز
• سردسازی و کاهش حجم گاز طبیعی (LNG)
• تبدیل گاز طبیعی به فراروده های هیدروکربوری مایع در فرایند GTL و صادرات محصولات
• تبدیل گاز طبیعی به محصولات پایه پتروشیمیایی از جمله متانول و آمونیاک و صادرات محصولات

در اولین گام و اولویت نیاز است با یک نگاه سیستمی (جامع بینی و آینده بینی) بین نخبگان فکری و اجرایی کشور تفاهم و اجماعی جهت اجرایی کردن اسناد بالادستی حوزه انرژی کشور از جمله سند ملی راهبرد انرژی صورت گیرد. بعد از آن می توان طی یک برنامه ریزی زمان بندی شده و البته عملیاتی اقدامات لازم را به منظور مدیریت تولید، تبدیل و فروش گاز طبیعی در بخش های مختلف مصرف را تدوین نمود.
به نظر می رسد، با وارد مدار شدن کلیه فازهای پارس جنوبی و افزایش در تولید گاز طبیعی نیاز باشد که برنامه ریزی دقیقی به منظور انتخاب راهبردهای مناسب جهت استفاده بهینه از این منابع خدادادی صورت گیرد در غیر این صورت مشابه سال های گذشته، الگوی مصرف کشور مشخص کننده راهبردهای تولید خواهد بود.

اتان

اتان با دو اتم کربن و 6 اتم هیدرژن بعد از متان جزء هیدروکربن های سبک و البته ارزشمند محسوب می شود. این ماده به طور عمده از سه مسیر گازهای همراه (NGL/Associated Gas)، میادین گازی (Ethan Recovery Plant) و پالایشگاه های نفت خام (Petroleum Refineries) تولید می گردد. دو منطقه آمریکای شمالی (ایالت متحده، کانادا و مکزیک) و خاورمیانه (ایران، عربستان، قطر، کویت، امارات و عراق) بیش از 80 درصد سهم تولید اتان در دنیا را دارا می باشند. خاورمیانه در سال 2012 چیزی در حدود 20 میلیون و 383 هزار تن و آمریکای شمالی نیز 26 میلیون و 900 هزار تن از 57 میلیون و 272 هزار تن تولید اتان در دنیا را به خود اختصاص داده اند.
پیش بینی می گردد در سال 2017 در دنیا 72 میلیون و 462 هزار تن اتان تولید گردد که بیشترین رشد را منطقه آمریکای شمالی دارا می باشد و در سال 2017 تقریبا 50 درصد از اتان تولیدی در دنیا در آمریکای شمالی خواهد بود.
بررسی ها حاکی از آن است که 99 درصد از اتان تولیدی در دنیا در واحدهای کراکینگ با بخار (Steam Cracking) به اتیلن تبدیل می شود. در سال 2014 در دنیا 137 میلیون تن اتیلن تولید شده است که 35 درصد از آن مبتنی بر اتان بوده است و پیش بینی می گردد تا سال 2019 بیش از 39 درصد از اتیلن تولیدی در دنیا از اتان باشد.
ایران با داشتن منابع غنی گازی می تواند به عنوان قطب تولید اتان و تبدیل آن به اتیلن در منطقه و دنیا باشد و البته این مهم نیز با طراحی خط لوله اتیلن غرب و مجتمع های تولیدکننده و مصرف کننده اتیلن قابل دستیابی است. اما باید این نکته را نیز در نظر گرفت که قابلیت تولید محصولات متنوع، با کیفیت و از همه مهمتر با هزینه ی نهایی کمتر؛ شرط لازم جهت ورود به فضای رقابت جهانی است. سوال اصلی این است که آیا طراحی، محصولات تولیدی و جانمایی واحدهای موجود در این طرح مبتنی بر فضای رقابت جهانی بوده است؟

گاز مایع

گاز مایع (LPG) ترکیب دو هیدروکربن سه کربنه (پروپان) و چهار کربنه (نرمال و ایزوبوتان) با نسبت های مختلف است. گاز مایع به عنوان یکی از محصولات اصلی و ارزشمند پالایشگاه های نفت خام و گاز غنی محسوب می شود. این فراورده ی هیدروکربوری ارزشمند دارای کاربردهای مختلفی است از جمله به عنوان سوخت در مصارف خانگی، تجاری و صنعتی، حمل و نقل و همچنین به عنوان خوراک صنعت پتروشیمی در واحدهای کراکر با بخار مورد استفاده قرار می گیرد.

مصارف خانگی (گرمایش و پخت و پز) با 49 درصد سهم قابل توجهی از مصرف گاز مایع را به خود اختصاص داده است. چین، هند و ایالات متحده سه کشور برتر در میزان مصرف LPG در بخش مصارف خانگی می باشند. صنعت پتروشیمی 23.5 درصد از گاز مایع تولیدی در دنیا را به عنوان خوراک مورد استفاده قرار می دهد. سایر مصارف صنعتی، سوخت خودرو و خوراک بنزین نیز هر کدام به ترتیب با 12، 9 و 6 درصد از گاز مایع تولیدی در دنیا را مصرف می نمایند.

منطقه خاورمیانه و ایالات متحده به ترتیب در رتبه اول و دوم تولید و صادرات گاز مایع در دنیا قرار دارند. ایالات متحده آمریکا در سال 2015 بیش از 20 میلیون تن گاز مایع به کشورها و مناطق مختلف دنیا صادر کرده است که در سال 2018 به 35 میلیون تن افزایش پیدا خواهد کرد. این در حالی است که صادرات خاورمیانه طی سال های گذشته تغییرات زیادی نداشته و در سال 2011، 34 میلیون تن برآورده شده است و پیش بینی می شود که در سال 2020 مجموع صادرات این منطقه به 38 میلیون تن برسد.

میعانات گازی

میعانات گازی (Condensate) به جریان هیدروکربنی مایعی گفته می شود که از پنتان و هیدروکربن های سنگین تر تشکیل شده و دارای مقدار گوگرد پایینی است و تقریبا 60 درصد از آن را نفتا (محصولی میانی با ارزش جهت تولید بنزین و خوراک واحدهای پایه و مادر صنعت پتروشیمی) و 30 درصد را نفتِ گاز تشکیل می دهد. میعانات گازی، یکی از محصولات ارزشمند استخراج شده از مخازن گازی بوده و قیمت آن کمی بالاتر از قیمت نفت خام در بازارهای جهانی است.
در تعاریف موجود به طور معمول میعانات گازی را با توجه به منبع و ترکیب درصد هیدروکربن های مختلف موجود در آن با عبارت های مختلف تعریف می گردد از جمله؛

• Lease Condensate
• Plant Condensate
• Pentanes Plus
• Natural gasoline

همان طور که اشاره شد، منابع مختلفی به منظور تولید میعانات گازی وجود دارد. برش های 5 و 6 کربنه و سنگین تر عمده ترکیب درصد میعانات گازی را تشکیل می دهد. پالایشگاه های گاز و کارخانه جات گاز مایع (NGL) منبع اصلی عرضه ی برش های فوق الذکر هستند. در واقع در میادین گازی در اولین مرحله، ترکیبات سنگین از سبک جدا می شود که ترکیبات سنگین که در فاز مایع نیز می باشند، به عنوان میعانات گازی (Plant Condensate) به بازار مصرف عرضه می شوند. در قیاس با نفت خام تنوع و مقدار ترکیبات آلاینده در میعانات گازی کمتر است (فلزات و ترکیبات نیتراته و گوگردی)، لذا همین موضوع سبب شده است که هزینه ی فراورش میعانات گازی در قیاس با نفت خام کمتر باشد.
در سال 2013 مجموع میعانات عرضه شده در دنیا 7 میلیون و 200 هزار بشکه بوده است که پیش بینی می شود که این عدد تا سال 2020 با نرخ رشد 3.2 درصد به 9 میلیون و 100 هزار بشکه خواهد رسید. 83 درصد از میعانات گازی تولید و عرضه شده در دنیا از نوع Lease Condensate می باشد که از تاسیسات سرچاهی میادین گازی-نفتی استحصال می شود.
دو منطقه ی خاورمیانه و آمریکای شمالی بخش عمده ی تولید میعانات گازی دنیا را بر عهده دارند. مطابق پیش بینی های صورت گرفته نرخ رشد تولید میعانات گازی در سه کشور قطر، عربستان و امارات متحده عربی طی سال های ۲۰۱۳ تا ۲۰۲۰ به ترتیب ۱.۷، ۳.۱ و ۱.۴ درصد در سال است و حجم تولید این کشورها به ترتیب به ۱ میلیون و ۲۰۰ هزار بشکه، ۸۰۰ و ۵۴۵ هزار بشکه در روز خواهد رسید.
در حال حاضر در کشور با احتساب منابع عرضه شده در پالایشگاه های گاز (از جمله عسلویه، ایلام، هاشمی نژاد و سایر واحدها) و کارخانه جات گاز و گاز مایع (NGL) روزانه چیزی در حدود 550 هزار بشکه میعانات گازی تولید و عرضه می شود که بخش عمده ای از آنها به مستقیما صادر می شود. هر چند با توجه به برنامه ریزی های صورت گرفته، طراحی و احداث طرح های جدید پالایشگاهی از جمله پالایشگاه ستاره خلیج فارس و طرح فراگیر سیراف در دستور کار قرار گرفته است و با بهره برداری از این واحدها بخش عمده ای از میعانات گازی تولید شده در داخل کشور به فراورده های میانی و نهایی تبدیل می شوند. پیش بینی می شود تا سال 1400 ظرفیت تولید میعانات گازی در کشور به 1 میلیون و 300 هزار بشکه افزایش پیدا کند. لذا نیاز است یک برنامه ریزی منسجم جهت توسعه صنعت پالایش و پتروشیمی به طور همزمان جهت تولید محصولات با ارزش افزوده بالاتر توسط ذی نفعان مربوطه صورت گیرد.

نفتا

یکی از مهمترین و کلیدی ترین محصولات میانی صنعت پالایش نفت خام، برش نفتا (Naphtha) است. این محصول به عنوان خوراک در واحدهای پتروپالایش از جمله کراکر با بخار، تبدیل کاتالیستی و ایزومریزاسیون مورد استفاده قرار می گیرد. انواع برش نفتا در فرایندهای پالایشگاهی تولید و عرضه می شود.

نفتا شامل هیدروکربن‌های دارای ۵ تا ۱۲ اتم کربن می‌شود که نقطه جوش آنها از ۳۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد متغیر است. یعنی اگر نفت خام را از ۳۰ درجه تا ۲۰۰ درجه سانتی گراد حرارت دهیم و بخش جوشیده را جدا کنیم نفتا به دست خواهد آمد. معمولا ۱۵ تا ۳۰ درصد نفت خام در این حرارت به جوش می‌آید در نتیجه همین میزان از نفت خام را می‌توان به طور مستقیم به نفتا تبدیل کرد. اما نفتا در بازار معمولا در دو نوع نفتای سبک (هیدروکربن‌های ۵ و ۶ کربنی) و نفتای سنگین (هیدروکربن‌های ۶ تا ۱۲ کربنی) عرضه می‌شود
همان¬طور که اشاره شد، نفتا به عنوان یکی از مهمترین خوراک های مورد استفاده در صنعت پتروشیمی است. نفتا در پالایشگاه های نفت خام به طور معمول خوراک واحدهای بنزین سازی (Catalytic Reforming) و ایزمریزاسیون می شود تا با تولید ریفورمیت (Reformate) و ایزومریت (Isomerate) در استخر بنزین ممزوج و به عنوان سوخت عرضه گردد. این نکته را نیز باید اشاره کرد که مجتمع های پتروشیمی در فرایندهای پایه، کراکر با بخار (Steam Cracker) و آروماتیک سازی (Catalytic Reforming) اقدام به تولید الفین های سبک (اتیلن،پروپیلن و بوتادین و بوتیلن ها) و آروماتیک ها (بنزن، تولوئن و زایلن) می نمایند که خوراک این واحدها نیز نفتای سبک و سنگین می باشد.
در حال حاضر 9 مجتمع پالایشی کشور به صورت بالفعل و دو پالایشگاه در حال احداث از جمله ستاره خلیج فارس و سیراف پتانسیل عرضه نفتا را دارا می باشند. شایان ذکر است بسیاری از واحدهای گاز و گاز مایع (NGL) کشور نیز نفتای سبک و سنگین تولید و عرضه می نمایند.
مرکز مطالعات زنجیره ارزش معتقد است با توجه به دسترسی به منابع هیدروکربوری سبک و با کیفیت همچون مایعات گازی (NGL)، میعانات گازی (Condensate) و نفت خام سبک، کشور عزیزمان ایران توانمندی تولید نفتای با کیفیت و رقابتی را جهت ارائه به صنعت پتروشیمی برخوردار می باشد تا به کمک فرایندهای کراکر با بخار و تولید آروماتیک اقدام به تولید محصولات پایه و توسعه زنجیره ارزش این محصولات نماید. از طرف دیگر این موضوع را نیز باید یادآوری نمود که زمانی می توان انتظار توسعه پایدار و رقابتی را برای مجتمع ها و طرح های پتروشیمی دانست که ارتباط بین صنعت پالایش و پتروشیمی به صورت سیستماتیک تعریف و حفظ شود.