خطوات تجهيز الغاز الطبيعي
بالرغم من أنه يتم عمل تجهيز أولي للغاز في أو بجوار الآبار، وهو ما يسمى بالتجهيز الحقلي، غير أن التجهيز الكامل للغاز الطبيعي لا يتم إلا في محطات التجهيز.
وتتمثل الممارسات الفعلية لتجهيز الغاز الطبيعي، وفقاً لما أوردته جمعية تجهيز الغاز الطبيعي Naturals Supply Association The في الخطوات الأربع التالية: الخطوة الاولى : استبعاد الزيت وسائل الغاز المتكثف Oil and Condensate .Removal
الخطوة الثانية: استبعاد المياه Water Removal
الخطوة الثالثة: استبعاد الكبريت وثاني أكسيد الكربون Sulfur and Carbon Dioxide Removal
الخطوة الرابعة: فصل سوائل الغاز الطبيعي Separation of Natural Gas .Liquids
ويلاحظ أنه بانتهاء الخطوات الأربع السابقة لتجهيز الغاز الطبيعي يتم الحصول على غاز الميثان، مع كمية بسيطة جداً من الهيدروكربونات الخفيفة الأخرى. ثم يتم نقله إلى المستهلكين عبر أنابيب نقل الغاز إن كانت وحدة التجهيز قريبة من المستهلكين، ما لم فيتم تسييله إلى ما يعرف بالغاز الطبيعي المسال LNG ونقله عبر سفن خاصة إلى موانئ المستهلكين.
الخطوة الأولى: استبعاد الزيت وسائل الغاز المتكثف Removal Oil and Condensate
يتم استبعاد الزيت المذاب في الغاز، وسائل الغاز المتكثف، من خلال معدات وتجهيزات خاصة يتم تركيبها بجوار الآبار ويحتاج كل نوع من أنواع الغاز الطبيعي الخام إلى تجهيزات وإلى معدات تختلف في جوانب معينة عن غيرها من أجل الوصول إلى الغاز الطبيعي الذي يلبي متطلبات تسويقة إلى المستخدم النهائي وفقاً للمعايير الدولية المتفق عليها.
الخطوة الثانية : استبعاد المياه Water Removal
بالإضافة إلى استبعاد الزيت وسائل الغاز المتكثف فإن الأمر يتطلب أيضاً استبعاد الماء وبخار الماء من الغاز الطبيعي تمهيداً لتجهيزه وجعله متفقاً مع متطلبات الجودة الخاصة بنقل الغاز وتسويقة إلى المستخدم النهائي. ويتم استبعاد الماء عبر أجهزة فصل خاصة عادة ما تكون بجوار الآبار. أما بالنسبة لبخار الماء المذاب في الغاز الطبيعي فإنه يحتاج إلى تجهيزات ومعالجة معقدة حتى يتم استبعاده، وهو ما يتم من خلال عملية تجفيف dehydrating الغاز الطبيعي، والتي تتم باتباع إحدى الطريقتين التاليتين:
التجفيف عبر الامتصاص:
يتم في ظل هذه الطريقة امتصاص بخار الماء من الغاز الطبيعي من خلال إضافة محلول مادة الجليكول Glycol التي تعمل على امتصاص الماء من الغاز المبلل wet Gas، وتجفيف الغاز الطبيعي من الماء، وذلك من خلال معدات وتجهيزات خاصة بعملية التجفيف.
التجفيف عبر الأبراج
وهذه الطريقة هي أكثر فعالية من الطريقة السابقة في عملية تجفيف الغاز، حيث يتم تمرير الغاز المبلل عبر أبراج خاصة تعمل على امتصاص الماء وتجفيف الغاز الطبيعي منه.
الخطوة الثالثة: استبعاد الكبريت وثاني أكسيد الكربون Sulfur and Carbon Dioxide Removal
بالإضافة إلى استبعاد الماء والزيت فإن استبعاد الكبريت وثاني أكسيد الكربون تعد من أهم ما تقوم به عملية تجهيز الغاز الطبيعي. ويسمى الغاز الذي يحتوي على الكبريت بالغاز اللاذع Sour gas وهو غاز غير مرغوب فيه ما لم يتم استبعاد مادة الكبريت منه ، باعتبارها مادة ضارة عند استنشاقها. ومن جهة أخرى، فان الكبريت، ويسمى أيضاً بسلفات الهيدروجين hydrogen sulfide، الذي يتم استبعاده من الغاز الطبيعي يتم تسويقه كمنتج قائم بذاته. وتسمى عملية استبعاد الكبريت من الغاز الطبيعي بتحلية الغاز sweetening the gas ، وبالتالي يسمى الغاز الخالي من الكبريت بالغاز الحلو sweet gas .
إن إجراءات تحلية الغاز أي استبعاد الكبريت من الغاز الطبيعي، هي شبيهة بالإجراءات التي تم اتباعها في عمليات التجفيف لاستبعاد بخار الماء وفي امتصاص سوائل الغاز الطبيعي وإحدى أهم طرق استبعاد الكبريت هي باستخدام محاليل الأماين amine، solutions حيث تقوم هذه المحاليل عبر أبراج وتجهيزات معينة بامتصاص الكبريت.
الخطوة الرابعة: فصل سوائل الغاز الطبيعي Liquids Separation of Natural Gas
يحتوي الغاز الطبيعي المستخرج من الآبار على العديد من السوائل التي تسمى بسوائل الغاز الطبيعي NGLS، وعملية فصل تلك السوائل عن الغاز الطبيعي تؤدي إلى الحصول على غاز طبيعي نقي وصافي وهو غاز الميثان، بالإضافة إلى الحصول على هيدروكربونات ذات قيمه اقتصادية كبيرة، وهي سوائل الغاز الطبيعي.
وتتم عملية الفصل على مرحلتين أساسيتين الأولى وهي أن يتم فصل السوائل عن الغاز الطبيعي، والثانية وهي فصل سوائل الغاز الطبيعي عن بعضها البعض من خلال ما يسمى بتجزئة سوائل الغاز الطبيعي والمرحلتان ستناقش فيما يلي:
المرحلة الأولى - فصل السوائل عن الغاز الطبيعي NGL Extraction:
يتم فصل أو استخلاص سوائل الغاز الطبيعي NGL Extraction من تيار (زخات) الغاز الطبيعي إما بطريقة الامتصاص أو بطريقة التبريد Cryogenic، وذلك على النحو التالي:
طريقة الامتصاص The Absorption Method
إن طريقة الامتصاص لاستبعاد سوائل الغاز الطبيعي هي شبيهة تماماً بطريقة الامتصاص من أجل التجفيف لاستبعاد بخار الماء السابق مناقشتها. غير أنه يتم من أجل امتصاص سوائل الغاز استخدام زيت خفيف مثل (الجازولين والكيروسين) كأداة امتصاص، في حين أنه يتم استخدام مادة الجليكول Glycol من أجل امتصاص بخار الماء.
وفي ظل هذه الطريقة يوضع الزيت الماص في أبراج خاصة بحيث أنه بمجرد مرور تيار الغاز بالبرج يقوم ذلك الزيت بامتصاص كميات كبيرة من سوائل الغاز الطبيعي والحصول على ما يسمى بالزيت المخصب rich oil والذي أصبح يتكون من خليط من مختلف السوائل المتمثلة في الزيت والبروبان والبيوتان والبنتان، وغير ذلك من الهيدروكربونات الثقيلة ومن ثم تتم معالجة هذا الزيت المخصب عبر درجات الحرارة بما يكفل الحصول على مختلف سوائل الغاز الطبيعي. وهذه الطريقة كانت شائعة الاستخدام خلال الستينات من القرن الماضي.
طريقة التبريد Cryogenic:
تتبع هذه الطريقة تكنيكاً يقوم على استخدم درجة حرارة منخفضة جداً لاستخلاص الغاز الطبيعي من تيار الغاز الطبيعي الخام.
وتقوم فكرة هذه الطريقة على تكثيف سوائل الغاز الطبيعي من الغاز الطبيعي المتدفق الى وحدة استخلاص السوائل، وذلك على مرحلتين متتاليتين، يتم في الأولى تبريد تيار الغاز الطبيعي إلى حوالى - 120- درجة فهرنهايت تحت الصفر، وفي الثانية يتم عبر معدات خاصة تمديد (زيادة حجم) Expansion الغاز بصورة سريعة جداً. مع الاستمرار في تبريد الغاز ايضاً، وهو ما يؤدي إلى تكثف الإيثان والبروبان والهيدروكربونات الأخرى الموجودة في الغاز الطبيعي وتحويلها إلى سوائل، مع الاحتفاظ بغاز الميثان المنتج الرئيسي، في صورته الغازية.
وتعتبر هذه الطريقة أكثر كفاءة من الطريقة السابقة في عملية استخلاص سوائل الغاز الطبيعي، والتي تستخلص 95% من الإيثان و 100% من المكونات الثقيلة، المتمثلة في البروبان والبيوتان والجازولين الطبيعي. ليس هذا فحسب، بل بينما نجد أن طريقة الامتصاص تكون قادرة على استخراج تقريباً - معظم سوائل الغاز الطبيعي الثقيلة، إلا أنها غير قادرة على استخراج الهيدروكربونات الخفيفة مثل الإيثان نظراً لصعوبة استخراجه، وهو ما يتم عبر طريقة التبريد.
المرحلة الثانية: فصل سوائل الغاز الطبيعي عن بعضها البعض Fractionation
عند فصل سوائل الغاز الطبيعي وفقاً لأي من الطرق السابقة، فانها تتجمع في صورة مخلوط واحد. وبالتالي فإن الأمر يتطلب فصل تلك السوائل كل على حدة من ذلك المخلوط، وهو ما يتم من خلال ما يعرف بتجزئة سوائل الغاز الطبيعي Natural Gas Liquid Fractionation من خلال التدفئة والتبريد لخليط سوائل الغاز الطبيعي NGLS في أبراج التقطير Distillation Towers التي تتيح استخلاص المكونات على مستوى الارتفاعات المختلفة للبرج. ويتم ذلك عند درجات غليان مختلفة حسب نوع السوائل التي يتكون منها ذلك المخلوط، حيث يتم البدء بفصل سوائل الغاز الطبيعي الخفيفة ثم الثقيلة، فيتم الحصول على الإيثان أولاً ثم البروبان ثم البيوتان، وهكذا يتم الحصول على بقية المكونات.
وتتم عملية تجزئة مخلوط سوائل الغاز الطبيعي NGLS إلى مكوناته الجزئية إما:
1- في موقع الاستخراج.
2- أو قد يتم إرسال السوائل كوحدة واحدة (كمخلوط واحد) إلى أماكن البيع، والتي عادة ما تكون قريبة من المستهلك، حيث تتم هنالك عملية التجزئة.
ففي الحالة الأولى، تقوم وحدة التجزئة أو التفكيك، الموجودة في مكان الإنتاج، باستقبال سوائل الغاز الطبيعي من محطات التجهيز، وتقوم بتجزئتة أو تفكيكــه إلـى عدة منتجات. ومن ثم يتم نقل سوائل الغاز الطبيعي، كل على حدة، من وحدة تجزئة الغاز إلى النقطة التي يتم عندها استخدام مختلف المنتجات. ولا شك أن هذه الطريقة غير اقتصادية.
أما في ظل الحالة الثانية، فيتم النقل من أماكن الإنتاج، كوحدة واحدة، لمختلف السوائل، ثم في أماكن الاستخدام تتم التجزئة والفصل بدلاً من استخدام عدة أنابيب، أو تجهيزات شحن عديدة لنقل كل نوع من أنواع السوائل المستخلصة على حدة.
