:جزوه درس گاز فرآيندهاي

:گردآوري

دكتر آرين يونسي

٢

از آن مبه نام ايزد متعال كه همه چيز . اوست

٣

فهرست عناوين

8 ........................................................................................................................... صنعت نفت از گذشته تا حال: فصل اول 9 ......................................................................................................... رانيچه صنعت گاز در اخيتار

10 ............................................................................................................... بر اكتشاف گاز يمرور 13 ...................................................................................................................................... يعيبا گاز طب ييآشنا: فصل سوم

13 ...................................................................................................................................................... منشاء گاز طبيعي 1- 3 13 .......................................................................................................................................... مشخصات گاز طبيعي 1-1- 3 15 ................................................................................................................................ يگاز جهت فرآور يآماده ساز 2- 3 16 ............................................................................................................................................ يگرانش يجداسازها 2-1- 3 18 ......................................................................................................................................... يايينرسيا يجداسازها 2-2- 3 19 ................................................................................................................................ ياز مركز زيگر يازهاجداس 2-3- 3 20 ............................................................................................................................................. يسه فاز يجداساز 2-4- 3 20 ........................................................................................................................ يعمود يسه فاز يجداسازها 2-4-1- 3 21 ........................................................................................................................... يفاز 3 يكره ا يجداسازها 2-4-2- 3 22 ................................................................................................................ يلتريف يكيالكترواستات يجداسازها 2-4-4- 3 24 .................................................................................................................. يبا روش نشست صوت يجداساز 2-4-5- 3 25 .................................................................................................................................................... انتخاب جداسازها 3- 3 26 ........................................................................................................................ موثر بر كار جداسازها يفاكتورها 3-2- 3

26 ........................................................................................................................................................................ فشار) الف 26 ............................................................................................................................................................................. دما) ب 27 ................................................................................................................................................................ گاز يمحتوا) ج 27 ......................................................................................................................................... ياسازچند مرحله بودن جد) د 27 .................................................................................................................................... جداسازها يطراح ايمحاسبه 4- 3 27 ................................................................................................................. جداسازها يطراح يروش كوتاه و كل 4-1- 3

31 ............................................................................................................................... گاز از مواد زائد هيتصف: فصل چهارم 31 .............................................................................................................................................. مواد زائد اتيخصوص 1- 4

٤

34 ............................................................................................. جذب كننده ها اتيگاز و خصوص هيتصف يروش ها 2- 4 35 ......................................................................................................................................... يونيابسورپس يروشها 2-1- 4 35 ..................................................................................................................................... يونيادسورپس يروش ها 2-2- 4 36 ................................................................................................... هيجذب كننده ها و روش تصف حيتخاب صحان 2-3- 4 38 .............................................................................................................. )يكميسورپشن( ييايميش هيتصف يندهايفرآ 3- 4 MEA .............................................................................................. 40 نيگاز با محلول منواتانول آم هيتصف نديفرآ 3-1- 4 DEA ............................................................................................. 42 نياتانول آم يگاز با محلول د هيتصف نديفرآ 3-2- 4 43 ............................................................................. )نياكونوم آم( نيآم كوليگل يگاز با محلول د هيتصف نديفرآ 3-3- 4 MDEA( ............................................................ 46 نديفرآ( نياتانول آم يد ليمت يگاز با محلول آب هيتصف نديفرآ 3-4- 4 47 .......................................................................................... ينيگاز آم هيتصف يدر كار واحدها يمشكالت اساس 3-4- 4 47 .................................................................................................................... ها نيساختار آم) هيتجز( بيتخر 3-4-1- 4 Gum( ........................................................................................................................................ 50(صمغ ديتول 3-4-2- 4 50 ........................................................................................................................................ دستگاه ها يخوردگ 3-4-3- 4 53 ............................................................................................................گاز هيتصف يمبارزه با كف در واحدها 3-4-4- 4 53 ................................................................................ يبجان يشده از واكنش ها ديها از مواد تول نيآم هيتصف 3-4-5- 4 57 .......................................................................................... ييايفلزات قل يگاز با محلول نمك ها هيتصف نديفرآ 3-5- 4 58 ................................................................... يبيو ترك يكيزيف يترش با استفاده از جذب كننده ها يگازها هيتصف 4- 4 58 .......................................................................... يكيزيف يترش با استفاده از جذب كننده ها يگازها هيتصف 4-1-1- 4 61 ....................................................................................................................... سلكسول نديگاز در فرآ هيتصف 4-1-2- 4 67 ....................................................................................... كوليگاز توسط محلول گل يريو آبگ هيتصف نديفرآ 4-1-3- 4 70 .............................................................. )زوليپور نديفرآ( دونيروليگاز با استفاده از محلول پ هيتصف نديفرآ 4-1-4- 4 71 ....................................................................................... يبيترش با استفاده از روش جذب ترك يگازها هيتصف 4-2- 4 75 .............................................................................................. )ها وليت(از مركاپتان ها يگاز عاناتيگاز و م هيتصف 5- 4 75 .............................................................................. ييايفلزات قل يگازها با استفاده از محلول آب ييمركاپتان زدا 5-1- 4

75 ............................................................................................................................................. :از گاز ييمركاپتان زدا) الف LPG: ............................................................................................................................................ 77از ييكاپتان زدامر) ب 79 ................................................................................................................................ يگاز عاناتياز م ييمركاپتان زدا) ج 79 ................................................................ )استاسولوان نديفرآ(فسفات ليبوت ياز گاز توسط تر ييمركاپتان زدا 5-2- 4 LTA( ........................................................................ 81( نيياز گاز با استفاده از ابسورپشن دما پا ييمركاپتان زدا 5-3- 4

٥

83 ................................................................................................. يادسورپشن ياز گاز با روش ها ييمركاپتان زدا 5-4- 4 87 .................................................................................................................. ييمركاپتان زدا يستيكاتال يروش ها 5-5- 4 88 ................................. )يدروژنيبهبود ه ايو يدروژنيه هيتصف( يگاز عاناتيم هيتصف يونيدروژناسيروش ه 5-5-1- 4

DMC-1 ................................................................................................................................................................ 91 نديفرآ DMC-M1 ............................................................................................................................................................ 92 نديفرآ DMC-2 ................................................................................................................................................................ 93 نديفرآ DMC-3 ....................................................................................................................................... 94 ييمركاپتان زدا نديفرآ 96 ........................................................................................................................... بودار كننده ها ايادورانت ها ديتول 4- 5

98 ................................................................................................................................................... گوگرد ديتول فصل پنجم 100 ...................................................................................................................... )كالوس نديفرآ(گوگرد ديواحد تول 1- 5 Clinsulf - SSP( ............................................................................ 103( يسالف اس اس پ نيگوگرد كل ديواحد تول 2- 5 104 ...................................................................................................... گوگرد ديتول يواحدها ييانتها يگازها هيتصف 3- 5 104 ............................................................................................................................................... استراتفورد نديفرآ 3-1- 5 105 ................................................................................................................................................... سولفرن نديفرآ 3-2- 5 107 ........................................................................................................... "اسكات" ييانتها يگازها هيتصف نديفرآ 3-3- 5 IFP( ........................................................................................................... 108(نفت فرانسه يتويانست يهانديفرآ 3-4- 5 BSRP( ................................................................................................. 108(ون يب ييانتها يگازها هيتصف نديفرآ 3-5- 5 110 ................................................................................................................ وكاپي ييانتها يگازها هيتصف نديفرآ 3-6- 5 111 ................................................................................................................ نيسالف ييانتها يگازها هيتصف نديفرآ 3-7- 5

114 ........................................................................................................... از گاز قيعم) خشك كردن( يريفصل ششم آبگ 114 ........................................................................................................................................... يكل ميو مفاه تيوضع 1- 6 114 ................................................................................................................. سرد كردن گاز لهياز گاز به وس يريآبگ 2- 6 114 ........................................................................................................................ ياز گاز با روش ابسورپشن يريآبگ 3- 6 115 ........................................................................................................................... از گاز يريآبگ يروش ادسورپشن 4- 6 117 .................................................................................................................................... يگاز يها دراتيه ليتشك 5- 6

121 ........................................................................................................... نييپا ياگازها و تراكم در دم شيفصل هفتم پاال 121 ........................................................................ نييپا يگاز و تراكم آنها در دما شيدر مورد پاال يسواالت عموم 1- 7 122 ......................................................................................................... نييپا يدر دما شيپاال يگاز برا يآماده ساز 2- 7 124 ......................................................................... )ثابت يانتالپ( يزوانتالپيبا استفاده از انبساط گاز در ا LTSواحد 3- 7

٦

127 ...................................................................................................................................................... انتخاب فشار 7-1- 3 128 ......................................................................................................................................................... انتخاب دما 7-2- 3 129 ....................................................................................................................................................... گاز يمحتوا 7-3- 3 129 ........................................................................................................................ يانتخاب تعداد مراحل جداساز 7-4- 3 129 ......................................................................................................... يمصنوع يبا عامل انتقال سرما LTC نديفرآ 4- 7 oC .................................................................................................................. 133 - 37 زوترميبا ا ييسرمازا كليس 4-1- 7 oC............................................................................................................... 133 - 5/20 زوترميبا ا ييسرمازا كليس 4-2- 7 137 .......................................................................... )ثابت يبا انتروپ( يكيزوانتروپيا ييسرمازا كليبا س LTC نديفرآ 5- 7

142 .......................................... يابسورپشن يندهاياز گاز با استفاده از فرا نيسنگ يها دروكربنيه يجداسازفصل هشتم 142 .......................................................................................................................................................... يكل تيوضع 1- 8 142 .................................................. يابسورپشن يواحدها يفن يطرح هاابسوربنت ها و تيفيك ياصل اتيخصوص 2- 8 142 ................................................................................................................................ ابسوربنت تيفيو ك طيشرا 2-1- 8 143 ...................................................................................................................................... ابسوربنت تيفيحفظ ك 2-2- 8 149 ............................................................................................................. يابسورپشن يواحدها يكار ميانتخاب رژ 3- 8 149 ......................................................................................................................................... جذب نديفرآ زميمكان 3-1- 8 152 ................................................................................................................ يابسورپشن يمختلف واحدها يمدل ها 4- 8 152 .............................................................................................................................. يدو ستون يواحد ابسورپشن 4-1- 8 152 ....................................................................................... سبك يها دروكربنياز ه يقسمت ريابسورپشن با تبخ 4-2- 8 154 ............................................................................................. نشده عيما يابسورپشن با بازگردان گازها ستميس 4-3- 8 156 .................................................................................................................................... يابسورپشن دو مرحله ا 4-4- 8 158 ........................................................................................................... قيابسوربنت رق هيابسورپشن با اشباع اول 4-5- 8

160 ............................................................................................ يگاز عاناتيگاز و م شيپاال يمجزا يندهايفصل نهم فرآ 160 ......................................................................................................................... شده هياز گاز تصف ميهل يجداساز 1- 9 160 ...................................................................................................................................................... يكل تيوضع 1-1- 9 161 .......................................................................................................... يعياز گاز طب ميهل يجداساز يروش ها 1-2- 9

١٦٢ ............................................................................................... :ميهل يجداساز يروش ابسورپشن ١٦٢ .................................................................. :دراتيه لياز گاز با استفاده از روش تشك ميهل يجداساز

١٦٣ .................................................................................................... :ميهل يجداساز ييروش غشا LPG( .......................................................................................................................................... 163(گاز يبرش بند 2- 9

٧

163 ...................................................................................................................................................... يكل تيوضع 2-1- 9 163 .................................................................................................... فشار يجيتدر ليگاز با تقل يواحد برش بند 2-2- 9

165 ................................................................................................................................................................................ منابع

٨

صنعت نفت از گذشته تا حال: فصل اول

ز روزنه هاي موجود زماني كه گاز به صورت طبيعي ا. تاريخچه استفاده از گاز طبيعي به ساليان دور بر مي گردداين موضوع باعث شده بود . به سطح زمين راه مي يافت و در اثر حوادث طبيعي و يا عبور كاروان ها، آتش مي گرفت

اما از شواهد تاريخي مي توان به اين واقعيت پي . لقي كرده و از آن دوري كنندتكه طبق خرافات اين مناطق را شيطاني به عنوان مثال وجود بقاياي . خيلي قبل و در آتشكده هاي زرتشتي از گاز استفاده مي كردندبرد كه ايرانيان از زمان هاي

آتشكده ها و معابد نظير آتش جاوداني نزديك كركوك كه به مشعل بخت النصر مشهور بود، در نزديكي مخزن گاز ي از آتشكده آذرگشسب در همچنين معابد زرتشتيان در نزديكي مسجد سليمان و روايات تاريخ. طبيعي قرار داشت

ايرانيان باستان بنا به اقتضاي فرهنگ مذهبي خويش وجود آتش را گرامي . آذربايجان، همگي گواه همين مدعاستدر فالت مركزي و جنوبي ايران و در مناطقي كه جنگلهاي انبوه وجود . و در جهت پايداري آن مي كوشيدند. مي داشتند

چوبهاي جنگلي استفاده مي بردند و طبيعت اين ءش مقدس از امكانات ديگري به جزداشت براي روشن نگاه داشتن آت متاسفانه در زمان حمله اسكندر مقدوني بسياري از. 1مناطق با ذخاير فراوان زير زمين اين تالش را آسان مي نمود

ز همراه با استفاده از نوعي متون تاريخي ما از بين رفت و دقيقا مشخص نيست كه استفاده از گا آتشكده ها و همچنين .به صورت اوليهتكنولوژي بوده و يا

در اروپا يك مخترع اسكاتلندي به نام ويليام مرداك نخستين كسي بود كه دريافت از گاز به عنوان يك منبع و هم آنكه زيرا هم امكان انتقال آن از طريق لوله كشي وجود داشت. انرژي مي توان آسان تر از زغال سنگ استفاده كرد

ويليام مرداك توانست با استفاده از انرژي گاز، روشنايي خانه خود را تأمين كند 1772در سال . به راحتي قابل كنترل بودفردي به نام فيليپ لبون نخستين آزمايش خود را به روي گازي آغاز كرد كه در اثر حرارت دادن خاك 1779 و در سال

با اين وصف دولت فرانسه . وي روش تقطير گاز حاصل از چوب را به ثبت رساند .اره و زغال سنگ به دست مي آمد 1807از پذيرش نظريه و ديدگاه فيليپ لبون در استفاده از گسترش نظام روشنايي گازي امتناع كرد تا اينكه در سال

در اوايل كار براي . وينسور براي اولين بار روش ايجاد روشنايي گازي در خيابان هاي لندن را به نمايش گذاشتي جايگزين يهاي جنگي نيروي دريا گازرساني از لوله هاي چوبي استفاده مي شد و به مرور لوله هايي مانند لوله توپ

هزار مصرف 50كيلومتر لوله كشي وجود داشت، كه گاز مورد نياز حدود 482در لندن حدود 1819در سال . آنها شد .همين سالها فعاليت هاي مختلف براي استفاده از گاز در صنعت آغاز مي شود در. كننده گازي را تأمين مي كرد

براي روشنايي شهر فردوني ايالت 1821اولين بار در سال به صورت تجاري گاز طبيعي از طبق اسناد و شواهد، ردم را تامين انرژي مورد نياز م% 99وهيزم % 1در اين زمان زغال سنگ .نيويورك در آمريكاي شمالي استفاده شد

به . شدمي استفاده صورت پراكندهگاز به خاطر عدم وجود زيرساخت هاي الزم به ميالدي، از 19در ادامه قرن . مي كرد

برگرفته از منابع سايت رسمي شركت محترم ملي گاز ايران ١

٩

اولين خط 1883در سال . ميليارد متر مكعب گاز در آمريكا استخراج شده بود 1ميالدي فقط 1900عنوان مثال تا سال بورگ ساخته شد و هر چند استفاده از نفت و گاز به عنوان مواد تامين كننده انرژي هنوز انتقال لوله اي گاز در شهر پيتز

1930تا سال . از نياز آن روز مردم آمريكا را تامين مي كرد اما ساخت اين خط لوله باعث افزايش استفاده از آنها شد% 1 چند مختلف آمريكا هايشهر در سسپصنعت گاز به شكل چند رشته خط انتقالي گاز غير مرتبط خالصه مي شد

. راه افتادن جنگ قيمت ها فقط يكي از آنها باقي ماند گازي تشكيل شد كه شركت

استخراج و استفاده از گاز طبيعي به عنوان سوخت به شكل امروزي به اوايل قرن بيستم ميالدي بر زمانبنابراين از استخراج جهاني گاز را % 90ميالدي 1930ايفا كرد و تا سال گردد كه آمريكا در اين زمينه نقش تعيين كننده اي را مي

1046اين زمان در انگلستان هم كارهايي در اين زمينه انجام گرفته بود به عنوان مثال تاالبته . به خود اختصاص داده بودازي محدودي در ژاپن هم كه منابع گ. دولتي بودند تاسيس شده بود يگريشركت گازي كه بخشي خصوصي و بخش د

در روسيه كه اآلن به همراه . بودند كه گاز را به صورت جداگانه استخراج و يا سنتز مي كردندشركت مختلف 245دارد آمريكا در صف اولين توليد كننده هاي گاز قرار دارند با وجود دانشمندان معروفي چون مندليف كه از بنيانگذاران اين

اين صنعت تنها بعد از جنگ جهاني دوم ،2يعي در اين زمينه انجام داده بودندصنعت محسوب مي شوند و تحقيقات وس . رونق پيدا كرد

صنعت گاز در ايران چهتاريخهر چند ايرانيان در استفاده از گاز و ديگر مشتقات نفتي بر ديگر اقوام جهان پيشي داشته اند اما نخستين اسناد

هنگامي كه . زمان قاجاريه و سلطنت ناصرالدين شاه مربوط مي شود از گاز در ايران به اصوليتاريخي استفاده هاي گازي كه روشني بخش معابر بودند، تعجب وي ميالدي به لندن سفر كرده بود، چراغ 1873ناصرالدين شاه در سال

1908سال از. را برانگيخت و پس از بازگشت به ايران دستور احداث و استفاده از كارخانه چراغ گاز را صادر كردميالدي كه نخستين چاه نفت ايران در مسجد سليمان به نفت رسيد، به علت بعد مسافت بين منابع توليد و نقاط مصرف

حجم زيادي از گازهاي و باال بودن هزينه سرمايه گذاري و پايين بودن مصرف كه تنها محدود به مناطق جنوب مي شد، و به بهره برداري كشف، استخراجمنابع نفت يكي پس از ديگري ا كه سوخته و به هدر مي رفت اما تدريج ،همراه

مي رسيد، استفاده از گاز طبيعي براي تأمين سوخت و مصارف منازل سازماني در مناطق نفت خيز از جمله مسجد اليش نفت خام هاي اصلي توليد، انتقال و پا سليمان، آغاجاري، هفتگل و آبادان مورد توجه قرار گرفت و در كنار فعاليت

هاي عامل انجام هاي محدودي براي تهيه و به عمل آوردن گاز طبيعي توسط شركت در نواحي جنوبي ايران، فعاليت . مي شد

اين قانون به . هاي ايده آل را با احتساب نسبت دما با حالت گاز در زمان تحقيق بر گاز طبيعي كشف كردمندليف در روسيه فرمول حالت عمومي گاز 1874در سال ٢

.مندليف معروف است –قانون كالپيرون

١٠

.در ايران، در ابتدا فقط نفت استخراج مي شد، در حالي كه همراه آن مقدار زيادي گاز هم توليد مي گرديددر اوايل . گازهاي توليد شده به همراه نفت عمدتا سوزانده مي شد 1960ا دهه ت 1910از همانطور كه قبال هم اشاره شد

طي قراردادي در مقابل احداث كارخانه ذوب آهن توسط روسيه در ايران، گازهاي همراه نفت استخراج ميالدي 60 دههاما . استفاده اي نمي شد از آنسال اين گازها مي سوخت و 50در واقع، به مدت . شده با خط لوله به روسيه منتقل شد

پس از آن و همزمان با صادرات به روسيه، براي اولين بار، گازهاي توليدي همراه نفت، در شيراز مورد استفاده قرار در واقع، كارخانه سيمان شيراز اولين كارخانه اي بود كه گازي شد و به تدريج گازكشي به ساير شهرهاي ايران . گرفت

سال مي سوخت و هدر مي رفت، وارد شبكه گاز رساني كشور و خانه هاي 50، گازي كه بدين ترتيب. شكل گرفت اين وضعيت تا زماني كه ميادين مستقل گازي كشف نشده بودند و گاز تنها از ميادين نفتي استخراج . مردم گرديد

تفكيك مسئوليت ها در مورد با كشف ميادين مستقل گازي نظير كنگان و پارس، ضروري بود تا اين . مي شد، طبيعي بودبه عبارت ديگر، بايد شركت ملي نفت مسئول توليد، . ملي گاز انجام شود تاستخراج گاز بين شركت ملي نفت و شرك

سال 40در حدود .استخراج، تجارت و صادرات نفت و شركت ملي گاز، مسئول توليد، تجارت و صادرات گاز باشدموجبات فني و اقتصادي را براي مهار كردن گازهاي همراه و جمع آوري و هاي شركت ملي نفت ايران سياست ،قبل

پس از مطرح شدن بحث فروش گاز به خارج، مطالعات گسترده اي انجام شد . پااليش، انتقال و فروش آنها فراهم آوردبايست كليه امور به سبب آنكه ضرورتا مي . اجرا و بهره برداري شد IGATIو پروژه خط لوله سراسري اول موسوم به

توافق اساسبر از طرفيمرتبط به گاز در يك سازمان متشكل مي شد تا پاسخگوي مسئوليت ها و اهداف آينده باشد و در زمينه توسعه همكاري هاي اقتصادي منجر به امضاء پروتكلي در دي 1344بين ايران و شوروي سابق در سال كلي

تصويب 1344مطرح و تأسيس شركت ملي گاز ايران در اسفند ماه ايران زصدور گاساز زمينه كه ماه همان سال شد .شد

مروري بر اكتشاف گازبنابراين بررسي اين است وابسته ي اليه هاي دروني زمينياز آنجايي كه تجمع گاز مستقيما به ساختار جغرافيا

. باشد ، اساس تمام روش هاي اكتشاف گاز ميزمين شناسي منطقهساختار و تهيه نقشه .جستجو و اكتشاف. مرحله رسم مي شود 2نقشه زمين شناسي معموال در

مرحله جستجو به مجموعه روش هاي مرتبط با جمع آوري اطالعات و بررسي اليه هاي تخريب نشده درون جرم ) روش لرزه سنجي(، سرعت پراكندگي ارتعاشات اندازه گيري خواص فيزيكي طاقديس ها. مي شود اتالقزمين

حجمي، خواص مغناطيسي، هدايت الكتريكي و همچنين بررسي خواص شيميايي آب هاي زيرزميني اليه هاي سطحي در اين بين روش لرزه نگاري و بررسي مناطق داراي ميدان مغناطيسي غير طبيعي . روش ها مي باشنداين از دسته

.نگاري نشان داده شده استطرح عمومي روش لرزه 1-1در شكل . متداول ترند) روش مغناطيس سنجي(

١١

در روش مغناطيس سنجي با استفاده از هواپيما و يا قمرهاي مصنوعي مخصوص، وضعيت مغناطيسي اندازه گيري شده و بدين ترتيب وجود اليه هاي رسوبي و يا آذرين، شكل تماس اليه هاي رسوبي و سكوي بلورين و

.ضخامت كلي طبقات رسوبي تخمين زده مي شودبه ما داده و فقط مي توان براي تكميل اطالعات موجود كمياطالعات ،ديگري كه در باال ذكر شد روش هايفقط مي توانند نشان دهنده احتمال ي و ژئوفيزيكزمين شناس متخصصين در حقيقت نتيجه كار. از آنها استفاده كرد

نوع تقسيم بندي 2حفاري بر . ذير مي باشدوجود گاز در يك ناحيه باشد و تاييد اين مطلب فقط پس از حفاري امكان پ .حفاري اكتشافي و حفاري توليدي. مي شود

طرح عمومي روش لرزه نگاري – 1- 1كل ش

خطوط ارتباطي - 5سيم هاي زميني، - 4لرزه نگار، - 3دستگاه انفجار، - 2مواد منفجره، - 1حفاري ضربه اي و حفاري . كنند گروه دسته بندي مي 2برحسب نوع سيستم به كار رفته نيز حفاري را به

.روش هاي حفاري ضربه اي و دوراني نشان داده شده اند 2-1در شكل . دوراني

١٢

A

B

روش هاي مختلف حفاري -2- 1شكل A – لوله محافظ، -3رشته لوله ها، - 2مته، -1: روش ضربه اي لوله تزريق، -8قره، قر -7قالب، -6صفحه دوار، -5انتهاي چاه، -4 دكل، -12موتور، -11محفظه رسوب گل، -10پمپ تزريق، -9 جداره بتن ريزي شده -13

B قسمت چرخشي و ثابت، -3محافظ، - 2محور، -1: روش دوراني ستون لوله هاي حفاري - 6مته، -5گيرنده مته، -4

بيشترين حجم ذخيره . و درياها پراكنده هستند مخازن گازي در تمامي مناطق كره زمين از خشكي تا درياچه ها

. كشف شده اندگاز در محدوده كشورهاي روسيه، عربستان سعودي، آمريكا، ايران، عراق مكزيك و چند كشور ديگر در ايران بيشترين مناطق . ميليارد تن برآورد شده است 136ميالدي به ميزان 1999ذخيره جهاني گاز در سال

. مال شرقي، جنوب و جنوب غربي مشاهده شده استش شمال، گازي در

١٣

آشنايي با گاز طبيعي: فصل سوم منشاء گاز طبيعي 3-1

نظريات متعددي در زمينه منشاء نفت و گاز وجود دارد ولي آخرين و علمي ترين آنها كه هم اكنون مورد تاييد ق اين نظريه، بقاياي گياهان و جانوراني كه اجساد طب. نام دارد "منشا آلي"اكثر قريب به اتفاق دانشمندان است، نظريه

آنها طي ميليون ها سال به قسمت هاي زيرين درياچه ها و اقيانوس هاي قديمي رانده شده بودند بتدريج تجزيه و به صورت عناصر آلي درآمده وبراثر فشار و گرماي دروني زمين به نفت و گاز تبديل و در مخازن زيرزميني و در عمق سه

.ا چند هزار متري و با فشار حدود چند صد اتمسفر ذخيره گرديده استت

مشخصات گاز طبيعي 3-1-1

. مي دهدمتان تشكيل رااز گازهاي مختلف كه بخش اعظم آن است گاز طبيعي مخلوطيهاي دروازه در ايستگاه براي تشخيص نشت گاز،. گاز طبيعي گازي است بي رنگ، بي بو و سبك تر از هوا

گاز . اضافه مي كنند تا ايمني مصرف كنندگان گاز طبيعي تامين گردد) اُدورانت(دي شهرها به آن مواد بودار كننده ورو تشكيل CH4آن را گاز متان % 98طبيعي مورد استفاده در استان خراسان از مخازن گازي سرخس تامين مي گردد و

.ادل ارزش حرارتي يك ليتر نفت سفيد مي باشدمع ارزش حرارتي هر متر مكعب گاز طبيعي تقريبا. مي دهد ، )N2(، ازت )C4H10(، بوتان)C3H8(، پروپان)C2H6(همراه، اتان گازهاي به غير از متان در گاز طبيعي و

، تركيبات گوگرددار آلي )CS2(، دي سولفيد كربن )H2S( سولفيد هيدروژن، )He(هليوم ،)CO2(دي اكسيد كربن به عالوه هنگام استخراج . وجود دارند) ميعانات گازي(با نقطه جوش باال مايع و هيدروكربن هاي) بيشتر مركاپتان ها(

ذرات شن و ماسه ، اينهيبيتورهاي ضد خوردگي، اسيد كلريدريك و مقداري گل حفاري نيز : گاز از چاه موادي همچون .همراه گاز استخراج مي شوند

مختلف گازي بيشتر به ناخالصي معروفند در گاز ميدان هاي الزم به يادآوري است كه درصد مواد فوق كههر كدام از اين مواد در صورتيكه. به عالوه اصطالح ناخالصي به منظور استفاده نهايي گاز بيان مي شود. متفاوت است

مسير . ا استخراج و به نحو مقتضي استفاده مي كنند ،داراي ارزش صنعتي و اقتصادي زيادي است كه طي پااليش گازفرآيند هم مي شود ولي 20اين مسير در مورد بعضي گازها شامل .پااليش گاز با توجه به تركيبات هر گاز متفاوت است

.ذيل به معمولي ترين آنها اشاره مي شود نموداردر

١٤

صنعت گاز از اكتشاف تا مصرف 1- 3شكل

3معموال آنها را به . از هم متمايز هستندآنها گاز به تركيبهمانطور كه قبال هم اشاره شد مخازن گازي نسبت .گروه اصلي دسته بندي مي كنند

. گاز آن را متان تشكيل مي دهد تركيباتمخازن گازي كه بيشترين درصد - 1. ناميده مي شوند "مخازن ميعاني"اين مخازن، . هيدروكربن هاي مختلف مي باشد حاويمخازن گازي كه - 2

حاوي متان، اتان، پروپان، بوتان و ميعانات گازي حاوي برش هاييزن، گازدر زمان استخراج از اين مخا .مازوت بدست مي آيد ي همبنزيني و كروزن و در موارد

كه مي باشند،، مركاپتان ها وغيره سولفيد هيدروژنمخازني كه گاز آن حاوي تركيبات گوگرددار مثل - 3 .مي توانند هم ميعاني و هم گازي خالص باشند

گاز كم . تقسيم بندي مي شوند "ترش"و "گوگردي"، "كم گوگردي"مقدار گوگرد، گاز به نام هاي بهنسبت ميلي گرم در متر مكعب و مركاپتان ها از 20مي شود كه مقدار سولفيد هيدروژن آن بيشتر از اتالقگوگردي به گازي

شيرين سازي ندارند و مستقيما به لوله هاي اين گازها احتياجي به تصفيه و. ميلي گرم در متر مكعب تجاوز نكنند 36 . انتقال گاز فرستاده شده و به مصرف كننده مي رسند

معموال . باشد كمترحجمي % 5/0گازهاي گوگردي به گازهايي گفته مي شوند كه مقدار سولفيد هيدروژن آن از ن سازي به همراه گوگرد از آن جدا در اين گازها مقدار قابل توجهي دي اكسيد كربن وجود دارد كه در فرآيند شيري

.مي شونددر بعضي گازها . حجمي باشد% 5/0آن بيشتر از سولفيد هيدروژنگاز ترش به گازي اتالق مي شود كه مقدار

به غير از تركيبات گوگرددار در اين گازها دي اكسيد كربن، ازت، . حجمي است% 20آنها بالغ بر سولفيد هيدروژنمقدار . نيز وجود دارندهليوم و آب

١٥

از آنجا كه مسير صحيح و . گاز، روند فرآوري آن مشخص و طراحي مي گردد محتوايدر حقيقت با توجه به انتخاب درست فرآيندها و اصول فني مهندسي و اقتصادي، باعث بدست آوردن فرآورده هاي با كيفيت و ارزان مي شود

در نظر . فرآوري گاز مي باشد وليت پذيرترين و سنگين ترين كار دربنابراين اين بخش از كار، يكي از سخت ترين، مسئداشته باشيد كه فقط با رعايت اصول به ظاهر ساده ولي حياتي و سپس با انتخاب مسير درست با فرآيند مناسب و

اي باعث صرف هزينه هاقتصادي مي توان به نتيجه مطلوب رسيد و كوچك ترين اشتباه در يكي از مراحل ياد شده .هزينه و وقت نيز جبران ناماليمات را نمي كند مي شود و حتي در بعضي موارد صرف اضافي و اتالف وقت

تا زماني كه به مصرف كننده برسد نمايش داده يعني اكتشاف مسير كلي فرآوري گاز از ابتدا 1- 3در ذيل شكل .ها و اصول انتخاب خواهيم پرداختشده و در ادامه به بررسي هر قسمت پرداخته و در حين بررسي به روش

را در ادامه نيز باقي موارد . تاكنون در مورد نحوه جستجو، حفاري و استخراج به طور مختصر صحبت شد .مفصال بررسي مي كنيم

و مركاپتان ها 20mg./m3مقدار سولفيد هيدروژن آنها كمتر از (همانطور كه قبال اشاره شد، گازهاي كم گوگردي جداسازي برش فرستاده شده و در ادامه به واحد آبگيري احتياجي به فرآوري نداشته به بخش) mg./m3 36كمتر از

پروپان و باالتر رفته از آنجا در صورت وجود هليوم، وارد واحد جداسازي هليوم شده سپس به لوله هاي انتقال فرستاده .مي شود

ين گازها را ميعانات گازي تشكيل مي دهند كه فرآيند بيشتر ا. بيشترين مشكل را گازهاي ترش ايجاد مي كنندبراي اين ميعانات ابتدا در واحد تقطير به برش هاي جداگانه تقسيم . مرحله انجام مي پذيرد 2شيرين سازي در آنها در

كنند و برش مي شوند، سپس آبگيري شده برش هاي گازي آن به واحد شيرين سازي و از آنجا مسير عمومي را طي مي. مي باشد فرستاده مي شوند 3بنزيني آن به واحد تصفيه گوگردي كه معموال و طبق رويه عمومي واحد تصفيه هيدروژني

. رفته تا برش بنزيني آن براي استفاده آماده شود 4يشناز اين واحد به واحد رفرمينگ يا آروماتيز آماده سازي گاز جهت فرآوري 3-2در . است شن و ماسهو ذرات كوچك ) ميعانات و آب(اراي قطرات مايع گاز طبيعي هنگام خروج از چاه، د

.حقيقت گاز سيستم پراكندگي محسوب مي شود با فاز پراگندگي مايع و جامد . منظور از آماده سازي گاز در پااليش، جداسازي فازهاي پراكندگي با استفاده از جداسازهاي مختلف مي باشد

و ادامه مسير در در جريان) حالت پراكندگي(زه قطره رطوبتي و ذرات جامد ويژگي اين مرحله در تغيير انداميانگين معمولي آن (ميكرون 1000تا 100چنانچه در محدوده ورودي، اندازه قطره در جريان، از .جداسازي مي باشد

حله جداسازي بايد فقط بعد از اولين مر. نوسان دارد و ممكن است كه ايجاد فيلم مايع كند) ميكرون 800الي 700از

٣ HDS (Hydrodesulfurization). ٤ Aromatization.

١٦

ميكرون 50- 30تا 1دومين مرحله در گاز قطراتي با قطر پس از پايانميكرون باقي بمانند و 150الي 30مايعاتي با قطر .كه اين اندازه بستگي به نوع جداساز دارد .وجود دارند

ميلي گرم در متر 350بايد از هنگام خروج گاز از مرحله آماده سازي اوليه، مجموع مقدار فاز پراكندگي مايع ن .مكعب گاز بيشتر باشد

و تركيب و ) افكت(، از دستگاه هاي جداساز با اثر مطابق درخواست ميزان تصفيه و تركيب پراكندگي گازيا پرشده، گريز مركز ) ياياينرسي(لختي به گرانشي، عملكردشانطبق نحوه جداسازها. ساختمان مختلف استفاده مي كنند

در بيشتر مواقع براي اثر بهتر در ساختمان جداساز چند نوع از آنها را به هم متصل و يا ادغام . ي تقسيم مي شوندو فيلتر .مي كنند

جداسازهاي گرانشي 3-2-1ا، بخش مشترك آنه). 3-3و 2-3شكل (كروي مي باشند جداسازهاي گرانشي داراي انواع افقي، عمودي و

سرعت ته است كه در آن جداسازي ذرات پراكندگي تحت تاثير نيروي جاذبه و ته نشيني) يا مخزن(وجود قسمت .صورت مي گيرد )1-3 فرمول( نشيني ذرات جامد در گاز

A

B جداساز افقي2-3شكل

A- جداساز افقي گاز: و هدايت ) گرانشي(بخش ته نشين كننده - 2ورودي، -3و1

مايع جمع كن، - 4، )اينرسيي(كننده خروجي - IIIورودي و خروجي گاز، -IIو I: جريان ها .ميعانات

B- جداساز افقي ميعانات گازي: بخش ته -3بخش اصلي جداساز، - 2جداره جداساز، - 1

-7ناودان، -6انژكتور، - 5قطره جمع كن، -4نشين كننده، .بخش جمع آوري نفت - 8تنظيم كننده ارتفاع آب،

١٧

A B

پرشده - Bغربالي، -A)عمودي(جداساز قائم 3-3شكل ، )تصفيه عميق(ناودان با بخش جداكننده مايع -5اي حول كالهك، حلقه كركره -4بخش جداسازي اوليه، -3مايع جمع كن، -2جداره، -1

غربال كلوخه كن -7غربال كالهكي، -6

:در گاز از فرمول ذيل بدست مي آيد )يا مايع( ذرات جامد سرعت ته نشيني

( ). / ( . )(4 / 3)sol sol sol gas gasgW d )3 -1(

:در اينجاWsol - سرعت ته نشيني ذرات جامد، d sol- قطر ذره جامد، ρsol وρgas - به ترتيب جرم حجمي جامد و گاز، ξ - ضريب مقاومت گاز مي باشند. و قبل از خروجي گاز، يك سري 1موج گير اتغير از بخش ته نشيني، معموال در ورودي يك سري صفح به

تحت تاثير ضرب خوردگي در اثر برخورد، چرخش ( جهت به تله انداختن مايعات كوچك از گاز 3توري مانند پكيج .نيز وجود دارد )كاك با سطح توريحاصط.ناگهاني گاز،

اين نوع جداسازها، معموال . ي براي جمع آوري ذرات مايع و جامد در نظر مي گيرنددر پايين جداساز، قسمتساختار دقيق اين جداسازها را با . كه ذرات مايع و جامد بزرگتري وجود دارنداستفاده مي شوند براي مرحله اول تصفيه

. راحي مي كنندعمق تصفيه و غيره ط چون، وجود ذرات مكانيكي، ظرفيت توليد گاز، عواملياحتساب

١٨

ي ايجداسازهاي اينرسي 3-2-2اساس . و كركره اي مي شود پرشدهنوع 2از نظر ساختاري داراي انواع مختلف مي باشد اما بيشترين استفاده از

سطح محسوس تماس در . كار آن بر پايه برخورد غير منتظره گاز با جسم سخت و چرخش ناگهاني و متعدد مي باشد .متر مربع در متر مكعب متغير است 500الي 10از اين جداسازها،

درصد رطوبت گيري اين جداسازها به . مثل حلقه راشيگ، و سوزني استفاده مي شوداجزايي از پرشده در نمونه كه به صورت افقي با قدم كوتاه ي با صفحات موج دار فوالدييها پكيجدر نمونه هاي كركره اي از . هم مي رسد% 99

ميكرون و قادر 20 از اين كركره ها قادر به تله انداختن قطرات بزرگ تر. استفاده مي شود م قرار گرفته اند،نسبت به ه .ميليون متر مكعب گاز در شبانه روز مي باشد 6ه يبه تصف

.دار را مشاهده مي نمايد ي كركرهايتصوير جداساز اينرسي 4-3در شكل

جداساز اينرسيي كركره اي 4-3شكل

خروجي تله جامد و مايع - 5خروجي گاز تصفيه شده، -4كركره، -3حلزوني، -2محفظه جداسازي اوليه، -1در سرعت .ايع در مقابل جريان گاز مي باشديكي از ويژگي هاي اين جداسازها ايجاد فيلم از مواد جامد و م

كاك جلوي جريان اين فيلم را حطسرعت گاز به خاطر نيروي اص جريان بخصوصي، مي تواند لحظه اي ايجاد شود كه. لحظه اي ايجاد مي شود كه اصطالحا به آن غرق شدن مي گويند دستگاهبدين ترتيب در حركت مايع و كار . بگيرد

.تعيين مي شود 2- 3مي نامند و از فرمول "سرعت بحراني"سرعتي از گاز كه چنين پديده اي ايجاد مي شود را 24 10 ( ) /liq gas gasK gcritW )3-2(

:كه در آنliq gas ،جرم حجمي گاز و مايعkg/m3 ؛

- ،كشش سطحيn/m؛ g- ،شتاب سقوط آزادm/C2؛ K - ثابت جداساز ، براي جداساز عمودي 60/0، براي جداساز افقي غربالي برابر 45/0برابر K براي جداساز كركره اي عمودي -

.مي باشد 90/0غربالي برابر

١٩

بهينهو سرعت نظر مي گيرند سرعت بحراني 85/0-8/0) يا حداكثر(معموال سرعت كاري در جداساز را برابر .سرعت بحراني محسوب مي شود 85/0 – 5/0بين

ساختماني مشابه كركره اي مي باشند با اين تفاوت كه به جاي كركره از يك جداسازهاي غربالي هم از نظر 10الي 5ي قطره گير، قطراتي از ها جدر اين پكي. ميلي متر استفاده مي كنند 150توري دار با ضخامت جسري پكي

باشد و سرعت بحراني در بنابراين تاثير آن بهتر از نمونه كركره اي مي . ميكرون و بزرگ تر از آن جمع آوري مي شوندمعموال اين جداساز ها را در آخرين مرحله تصفيه استفاده كرده و در ساختار جداسازها . برابر بيشتر است 0/2 – 5/1آن

.قرار مي دهند) از نظر جريان خروجي(در انتهاي دستگاه يجداسازهاي گريز از مركز 3-2-3

در . جداسازي مايعات و ذرات جامد از گاز استفاده مي شوددر اين جداسازها از نيروي گريز از مركز براي در اين حالت هر چه سرعت جريان گاز باالتر و زاويه پيچ كمتر باشد . حقيقت گاز از يك مسير چرخشي عبور مي كند

.اثر بيشتري در جداسازي دارديكي . ع چرخش متفاوتنددر صنعت از دو نوع مختلف از اين جداساها استفاده مي كنند كه با هم فقط در نو

.نمونه هايي از اين جداسازها به نمايش گذاشته شده اند 5- 3در شكل . سيكلوني يا حلزوني و ديگري جريان مستقيم

مخصوص ميعانات گازي Сبراي گاز، Bو A: جداسازهاي گريز از مركزي 5- 3شكل

محفظه جمع آوري ميعانات گازي و آب، -6و 5يعانات، محفظه جمع آوري م - 4همزن، - 3 لوله چرخشي دروني، - 2جداره، - 1 .تنظيم كننده - 8سيني بازگردان، - 7

.و آب خروجي ميعانات گازي -Vو IVخروجي ميعانات، -IIIورودي و خروجي گاز، - IIو I: جريان هافاز ،گاز يعني زماني كه مايع محيط پراكندگي و. مختص جداسازي گاز از نفت مي باشد Cبخش 5-3در شكل

.پراگندگي محسوب مي شوند يه اوليه گاز قرار فدارند و در ابتداي مسير براي تص% 99الي 90اثري برابر يگريز از مركز جداساز هاي

.مي گيرند

٢٠

جداسازي سه فازي 3-2-4در . داز چاه به همراه گاز، مواد هيدروكربني و آب خارج مي شوهمانطور كه قبال اشاره شد، در اغلب موارد

فيلتري و كره اي شكل اين جداسازها ، عمودينمونه هاي .فازي استفاده نمود 3اين مواقع مي توان از جداسازهاي .بيشترين استقبال را در صنعت داشته اند جداسازهاي سه فازي عمودي 3-2-4-1

در . اده مي شوددر مواقعي كه آب به صورت ديسپرسي در فاز گازي موجود باشد از جداسازهاي عمودي استف .سه نمونه از اين جداسازها به نمايش گداشته شده اند 6- 3شكل

فازي عمودي 3جداسازهاي 6-3شكل

هايي كه متصل به شناورهاي مخصوصي مي باشند تنظيم ارتفاع آب و نفت در اين جداسازها توسط سوپاپ .فاز آب و نفت شناور شوند وزن شناورها بايد طوري انتخاب شود كه در مرز جداسازي. مي شوند

، محدوده شناوري در مرز aاز آنجايي كه اختالف جرم حجمي آب و نفت زياد نيست پس در جداسازهاي نوع بنابراين . بخصوص بيشترين مشكل را بخشي از آب كه در فاز نفتي گير كرده اند ايجاد مي كنند. جداسازي فاز كم است

اين جداسازها . و بدين ترتيب جداسازي آب و نفت به خوبي صورت نمي گيردشناور مدام و به شدت تكان مي خورد به خوبي اين كار را انجام مي دهد كه ارزان هستند و پايين ترين قسمت آن مخصوص جمع آوري اجسام جامد است

اودان ارتفاع، براي بهتر نمودار شدن مرز جداكننده فاز آب و نفت، ن، در قسمت تنظيم bدر جداسازهاي نوع داشته cمخصوصي تعبيه شده است، اين خود باعث مي شود كه محدوده جدا كننده داراي فضاي كمتري نسبت به نوع

همين طور ساختار داخلي آن طوري .شرايط جداسازي فاز گازي را مختل مي كندهم در ضمن ساختار دروني آن . باشد .دهدطراحي شده است كه جداسازي گاز را نيز بهتر انجام مي

٢١

به عالوه در اين جداسازها . ، آب و نفت در اتاقك هاي جداگانه اي جمع آوري مي شوندcدر جداسازهاي نوع .استفاده مي شود براي بهتر شدن جداسازي آب ونفت، از ناودان هاي مخصوص

فازي 3 ويجداسازهاي كر 3-2-4-2جداسازها هر چند قسمت ناودان وجود ندارد در اين . مي باشد cو bساختار دروني اين جداسازها مشابه نوع

.ولي جداسازي در آنها راحت تر از مشابه عمودي انجام مي شود كه اين موضوع را مي توان از محاسن آنها تلقي كرد .اين جداسازها نشان داده شده اند 7-3در شكل

فازي 3ي شكل وجداسازهاي كر 7-3شكل

جداسازهاي فيلتركننده 3-2-4-3ا در اكثر موارد در آخرين مرحله جداسازي از جداسازهاي فيلتر كننده استفاده مي كنند كه قادر است تقريب

8- 3كه بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد در شكل هايكي از انواع اين جداساز. ميكرون را جدا كند 10تا 5/0ذراتي از .نمايش داده شده است

)جداساز گاز، آب، هيدروكربن(گاز جداساز فيلتري تصفيه عميق 8-3شكل

خروجي گاز، -5ماده فيلتر نشده، - 4ديواره پله اي، -3فيلتر، -2، )بازگردان(ورودي -1 .خروجي آب - IVخروجي هيدروكربن ها، - IIIخروجي گاز تصفيه شده، - IIورودي گاز با ناخالصي، - I: جريان ها

فيلتر آن از فيبرهاي . خروجي مي باشد 3ورودي و 1تلف ناحيه با محتواي گاز مخ 3اين جداساز داراي شيشه اي باريكي كه بر روي هم قرار گرفته اند ساخته شده كه هنگام عبور جريان آب بر روي آن قرار گرفته با هم در

را به نسبت ميلي متر در نظر مي گيرند و طول آن 100تا 50قطر اين قسمت را معموال از . آميخته و به پايين مي غلتند .مرتبه بزرگتر فرض مي كنند 15الي 12قطر،

٢٢

تعداد معمول اين . تعداد مورد نياز از اين عناصر را برحسب مساحت فيلتر و مقدار جريان گاز محاسبه مي كنند .عدد مي باشد 50الي 30عناصر

جداسازهاي الكترواستاتيكي فيلتري 3-2-4-4نشست ذرات مايع و جامد در سيستم . الكترواستاتيكي مي باشديلتر فيكي از انواع روش هاي جداسازي، روش

اساس اين روش، يونيزاسيون . پراكندگي در ميدان الكتريكي، اجازه تصفيه موثر گاز از ذرات خيلي كوچك را مي دهدلكترود كه ايجاد از بين دو ا) الكترون ها و يون ها(اگر گاز داراي بارهاي آزاد . گاز توسط بارهاي الكتريكي مي باشد

سرعت كه ميدان الكتريكي متوالي مي كنند عبور داده شوند، بارهاي آزاد در مدارهاي ميدان به حركت در مي آينددر هنگام افزايش اختالف پتانسيل تا ده ها كيلوولت، . تعيين مي كند آن حركت و سينتيك انرژي آن را شدت ميدان

اد، براي برخورد با مولكول هاي گاز خنثي نيز كافي مي باشند و آنها را به يون سينتيك انرژي الكترون ها و يون هاي آزدر نتيجه . ، گازهاي ديگر را باردار مي كننداين ذرات باردار تازه متولد شده نيز . ها و الكترون هاي آزاد تبديل مي كنند

يونيزاسيون ضربه "ن گاز به اين روش را، يونيزاسيو. تشكيل يون ها، تمام گاز به شكل بهمن گونه اي يونيزه مي شوند. در ادامه، افزايش شدت ميدان باعث بوجود آمدن توقف الكتريكي و يا اتصال كوتاه الكترودها مي شود. مي گويند "اي

به عنوان مثال، يك الكترود را به صورت سيم . الكترود غير هم جنس استفاده مي كنند 2براي جلوگيري از اين امر از و يا به صورت صفحات الكتريكي به صورت لوله اي كه الكترود اول را احاطه كرده ، ياو الكترود ديگر را باريك،

.الكترودها را مشاهده مي كنيداشكالي از اين 9-3در شكل .مي سازندنزديك الكترود اول

صفحه اي - bلوله اي، - aاشكال الكترودها 9-3شكل

كترودهاي رسوب گيرال - 2الكترودهاي تاجدار، -1شترين شدت ميدان در اطراف سيم است و هر چه به طرف لوله نزديكتر شود از شدت آن يدر اين حالت، ب

الكترود، در شدت جرياني كه 2بين . كاسته مي شود و شرايط براي توقف و يا اتصال كوتاه الكتريكي از بين مي روداثر (وجود مي آيد و تاجي نوراني در اطراف سيم بوجود مي آيد باعث يونيزه شدن تمام گاز شود، تاج الكتريكي ب

قرار مي گيرند از خود نور ساطع و يا الكتريكي تمام اجسامي كه در يك ميدان شديد مغناطيسي - . م 1949كريليان ودها را تاجدار بنابراين اين الكتر ).هر چه جسم انرژي بيشتري داشته باشد، نور متصاعد شده از آن بيشتر است. دنمي كن

٢٣

تصويري از اثر كريليان در اطراف 10-3در شكل . را رسوب گير مي نامند) لوله و يا صفحه(شده و الكترودهاي مقابل . سكه را مشاهده مي نماييد 2

سكه 2ايجاد تاج الكتريكي اطراف 10- 3شكل

الكتريكي متصل مي كنند و قطب منفي جريانو سيم هاي تاجدار را به قطب مثبتصفحات رسوب گير را به .بدون هيچ مشكلي مهيا مي كنندرا بدين صورت استفاده از شدت ميدان شديدتر

از در برخورد با آن حركت كرده والكترود تاجدار به طرف كه در اطراف تاج بوجود آمده اند مثبت يون هايحركت كرده، در مسير حركت از طرف الكترود تاجدار هاي آزاد منفي و يون يون هاي. مي شوندبار الكتريكي خالي

در و به طرف صفحات رسوب گير مي برد كرده خود بار هم خود با ذرات جامد و مايع برخورد نموده و آنها را نيزدر ت پراكندگي كه با يون هاي مثبت البته مقدار خيلي كمي از ذرا .ب گير نشست مي كنندونتيجه ذرات پراكنده در رس

در شكل .سيم هاي تاجدار رسوب مي كنندبرخورد مي كنند، در ) در ناحيه اي كمتر از فضاي بين الكتروني(ناحيه تاج .از اين فيلترها را مشاهده مي كنيد نمونه 2، 11- 3

صفحه اي - bلوله اي، - aفيلترهاي الكتريكي، 11- 3شكل

اتاقك عايق - 5دستگاه گردگيري، - 4قاب، -3صحفات رسوب گير، -2ار، الكترود تاجد - 1ذرات غبار ) پيوستگي(توان تصفيه گاز در اين فيلترهاي الكتريكي، بيشتر به خواص رسانايي و چسبندگي

ار به الكترود برخورد كرده و ب د،نباش خوب و نيروي پيوستگي كمهر چه ذرات جامد، هادي الكتريكي . بستگي دارد

٢٤

بر عكس، اگر ذرات داراي رسانايي بد و . خود را تخليه مي كنند و دوباره وارد جريان شده و توان تصفيه را كم مي كنندنيروي پيوستگي بااليي باشند، در اين صورت در اطراف الكترود، اليه ضخيمي از ذرات با بار منفي چسبيده و ضد ميدان

در روزنه هاي آن مي تواند تا حد بحراني برسد و باعث جريان م، شدتدر اليه هاي ضخي. الكتريكي عمل مي كنندبراي . اين پديده نيز باعث افت توان تصفيه مي شود). تاج معكوس(صفحات رسوب گير شود بوجود آمدن تاج در

.وب پاك شوندسجلوگيري از اين پديده بايد اين صفحات مرتبا از راز نوع لوله اي آن مي باشد و جداسازي ذرات غبار در )و جور تر جمع(فشرده تر صفحه اي الكتروفيلترهاي

اي، توان ايجاد شدت جريان بيشتري را دارند در نتيجه در آنها مقدار الكتروفيلترهاي لوله. آنها بهتر صورت مي گيرد .بهتر تصفيه مي كنند بعالوه سيستم هاي پراكندگي پايدارتر و همچنين مه مانند را. بيشتري گاز را مي توان تصفيه كرد، ولي مصرف انرژي الكتريكي )كيلوولت 75-40(برق مستقيم بااليي كار مي كنند ولتاژهر چند الكتروفيلترها با

مقاومت هيدروليكي در آنها كمتر ،مي باشدمترمكعب گاز 1000 تصفيه كيلووات در ساعت براي 3/0- 2/0آنها معموال .مي باشد% 99 – 95توان تصفيه گاز از ذرات جامد در آنها و پاسكال 200 – 150از جداسازهاي ديگر و برابر ، )شيميايي، دما، رطوبت تركيبات(خواص گاز : الكتروفيلترها، به عواملي مثل توان تصفيهدر شرايط عادي در . ارد، غلظت غبارها، سرعت گاز و غيره بستگي د)خواص الكتريكي، شيميايي و پراكندگي(خواص ذرات جامد غبار

حقيقت اين پديده ها به قدري زيادند كه با روش هاي تئوري نمي توان توان تصفيه را بدست آورد و فقط از راه هاي .تجربي حاصل مي شوند

جداسازي با روش نشست صوتي 3-2-4-5در اين روش از امواج ماوراي . يكي از روش هاي متعدد جداسازي، استفاده از روش نشست صوتي مي باشد

هزار هرتز هستند كه گوش نسبت به آنها 20امواج ماوراي صوت، امواجي با فركانس بزرگتر از . صوت استفاده مي شوداين اثرات از برخورد موج با هوا ، مايعات . توان به وجود آنها پي برد حساس نيست ولي با آثاري كه اين امواج دارند مي

داراي خواص فيزيكي زيادي صوت فوقامواج ما. شوند آيد، ايجاد مي ميو تغييراتي كه در آنها و موارد ديگر بوجود .صوت استفاده كرد فوقتوان در توجيه آثار شيميايي و بيولوژيكي امواج ما كه از اين خواص مي هستند

مقدار يابند، فشار در يك نقطه معين محيط نسبت به پراكندگي اي كه امواج ماوراي صوت انتشار مي در محيط). نتيجه ارتعاش طولي(شود، يا به عبارت ديگر در دو طرف حد وسط آن نوسان مي يابد ط آن متناوباً كم و زياد ميمتوس

در . در نتيجه تغيير فشار، حالت پايداري سيستم پراكندگي از بين رفته و مواد در اليه هاي جداگانه اي تجمع مي كنندزياد اين روش به خاطر استفاده از نيروي . اساز خارج مي شوندب كرده و از جداين حالت، ذرات مايع و جامد رسو

.الكتريكي هنوز جايگاه مناسبي در صنعت پيدا نكرده است

٢٥

انتخاب جداسازها 3-3 انتخاب نوع جداساز 3-3-1

به عنوان .انتخاب شود بايد با توجه به اين عوامل جداساز كه اسازها موثرندجد نوع انتخاب درعوامل مختلفي مي توان ،در آنها بنابراين براي تعيين ارتفاع آب ،ارتفاع آب حساس نيستندمثال، جداسازهاي عمودي نسبت به نوسانات

ساختار داخلي ،نسبت به فضاي اشغالي مي توانند راندمان بيشتري داشته باشند. از ساختارهاي ساده و ارزان استفاده كرداز طرف ديگر جداسازهاي افقي . هستند مناسب ترند ايي كه داراي ذرات جامده از گازهساده تري دارند و براي آن دست

دليل اين امر را مي توان در . با ابعاد يكسان نسبت به نوع عمودي خود، قادر به جداسازي مقدار گاز بيشتري مي باشندد آن فرصت رسوب را اين موضوع دانست كه در نوع عمودي سرعت گاز بايد به طوري باشد كه مايعات و اجسام جام

حجم آن تجاوز 3/1بعالوه ارتفاع مايعات آن نبايد از . پس سرعت گاز بايد كمتر از سرعت رسوب باشد داشته باشنددر . ارتفاع جداساز به خاطر افزودن ساختارهاي دروني آن است. و اال در كار جداسازي مشكل ايجاد مي شودكند

در . گاز اثري ندارد يبازده ، درافزايش بيشتر ارتفاع. متر تجاوز نمي كند 3از جداسازهاي عمودي مدرن ارتفاع دستگاه مي توان از سرعت بيشتري استفاده نمود و ارتفاع مايعات مي تواند تا نيمي از حجم جداساز صورتي كه در نوع عمودي اين امر تا . ته نشين مي شونددر اين نوع جداسازها قطرات درشت تر در ورودي جداساز .را بدون هيچ مشكلي پر كنند

زمان خروج گاز ادامه دارد و هرچه در طول جداساز پيش رويم اندازه ذرات كوچك تر شده و مقدار آن در گاز نيز در خروجي، گاز با جريان ورودي برخوردي ندارد بنابراين احتمال وجود ناخالصي در گاز نيز وجود . كاهش مي يابد

بنابراين افزايش سرعت گاز در .زمان كمتري براي جداسازي نياز است پس فاز زياد است طول مرز جداسازي دو. ندارد .پس افزايش طول باعث افزايش بازده گاز مي شود. امر جداسازي اختاللي ايجاد نمي كند

كه به واحد بازدهي گاز كمترين مقدار در بين جداسازهاست نسبت ، سرمايه گذاري اوليهويدر جداسازهاي كرمي از اين جداسازها زماني كه چاه دبي كم و ثابت دارد استفاده . محسوب مي شود جداساها نوع ن مزيت اساسي ايناي

بخصوص . و فضاي زيادي را اشغال نمي كنند آسانتميز كردن آنها نيز ،مونتاژ و جايجايي آنها راحت است كنند چون .مونتاژ كردمرحله اي، مي توان يكي را بر روي ديگري 2در جداسازي

٢٦

.مواردي كه مي توان در انتخاب جداسازها در نظر گرفت نشان داده شده است 1-3در جدول

جداسازها

5 K

/q ga

s

اد زيليد تو

مانر ز

ن دبود

ي صاد

اقتاز گ

q ga

s

ي باال

ار فش

مانر ز

ن دبود

ي صاد

اقتاز گ

امدت ج

ذراود

وجت

صوردر

فتود ن

وجان

زمدر

ال وه با

وزيتسك

وي

باالاد جم

ي اندما

دارض

ن نبرياج

ب ع آ

رتفام ا

نظيت

دن بوجور

و مع

جداي

گهو ن

ير تعم

ژ، ونتا

م

6 A

/ q ga

s

1 2 3 1 2 2 3 2 3 2 3 عمودي :افقي

دو محفظه اي سه محفظه اي

2 2

1 1

1 1

3 3

1 1

1 3

3 1

4 2

2 2

1 1

4 3

2 1 1 3 4 4 3 1 2 3 1 كره اي هر چه عدد كمتر باشد بهتر استدر جدول فوق

فاكتورهاي موثر بر كار جداسازها 3-3-2گاز و چند مرحله اي بودن تركيبدر اين بين، فشار، دما، . فاكتورهاي مختلفي بر كار جداسازها موثرند

.جداسازي بيشترين تاثير را دارند فشار) الف

بيشترين تراكم در بين هيدروكربن . نسيشن بيشتر مي شوداكندبراين با افزايش فشار، تراكم مواد زيادتر شده، بنااين موضوع را مي توان در . ها در متان مشاهده شده و با افزايش جرم مولكولي هيدروكربن ها اين مقدار كاهش مي يابد

اده در اين فشار مدر اين صورت افزايش فشار باعث افزايش دما شده تا حدي كه . توضيح داد "تنزلي هايبخار"تشكيل بنابراين افزايش فشار تا زماني كه باعث افزايش غير معمول نشود باعث . به نقطه جوش خود مي رسد و تبخير مي شود

.جداسازي بيشتر مي شود دما) ب

همچنين .به مايع كمتر مي شود C6و C5هر چه دما كمتر شود، تبديل برش تحقيقات نشان داده است كه همچنين نتيجه اين تحقيقات نشان داده شده است كه . درجه سانتي گراد اتفاق مي افتد 10ر دماي د C7بيشترين حجم

بنابراين اگر هدف اوليه از . سانتي گراد اتفاق مي افتددرجه - 10بيشترين حجم جداسازي ميعانات تثبيت شده تا دماي .مي باشد -10الي -1راي اين مورد، دماي جداسازي، بدست آوردن ميعانات تثبيت شده باشد، اينتروال ايده آل ب

٥ K/q gas – گاز سرمايه گذاري اوليه تقسيم بر واحد توليد ٦ A/q gas قسيم بر واحد توليد گازمساحت الزم ت

٢٧

گاز تركيب) جدر اين زمينه ميعانات هيدروكربني نقش زيادي را ايفاء . يكي از عوامل موثر در جداسازي، محتواي گاز مي باشد

تر ي كه در اين ميعانات به دام افتاده اند كندز، خروج ذرات گاتر باشدباالاين ميعانات ويسكوزيتههرچه . مي كننددر اين صورت بايد سرعت ورودي كمتر شود تا . بنابراين كار جداساز به كندي پيش مي رود. صورت مي گيرد

.جداسازي در فرصت بيشتري انجام شود چند مرحله بودن جداسازي) د

بيشترين و تثبيت شده ترين ميعانات را نسبت به جداسازي ) چند مرحله اي(مسلما جداسازي ديفرنسيالي در جداسازي ديفرنسيالي، افت فشار در جداسازها به مرور صورت . به ما مي دهد) يا تك مرحله اي( برخوردي

ابتدا ذرات سنگين تر و در مراحل بعدي ذرات ،)يا روان تري(در شرايط ماليم تري مي گيرد كه اين امر باعث مي شود موضوع در زماني است كه محيط پراكندگي ما گاز و در اينجا الزم به ذكر است كه اين. تر از گاز جدا شوند سبكمايع

در حالتي هم كه محيط پراكندگي مايع و فاز پراكندگي گاز باشد، در جداسازي ديفرانسيلي، . فاز پراكندگي مايع باشدافت سريع فشار، امكان ردر جداسازي برخوردي در اث. ابتدا ذرات گاز سبك تر و سپس ذرات سنگين تر جدا مي شوند

ها نجاد خالء لحظه اي در دستگاه وجود دارد كه اين موضوع باعث رسيدن ميعانات سبك به نقطه جوش خود و ادقام آاي .با گاز شود

محاسبه يا طراحي جداسازها 3-4هاي متعددي در مورد طراحي با توجه به ساختارهاي دروني مختلفي كه در جداسازها وجود دارد، روش

هاي روش) و غيره ويافقي، عمودي، يا كر(براي محاسبه و يا طراحي يك نوع جداساز حتي . جداسازها وجود داردبنابراين در ذيل روشي . مختلفي را پيشنهاد مي كنند كه پرداختن به همه آنها در اين فرصت كوتاه امكان پذير نيست

توجه به ساخت جداسازهاي پيشنهاد مي شود كه اصول كلي طراحي همه جداسازها را در بر مي گيرد و در پايان بااين روش به انتخاب يكي از اين جداسازها منجر مي شود و در مختلف در كارخانه هاي متعددي كه موجود مي باشد،

آنجا با توجه به مسائل مختلفي همچون، سرمايه گذاري اوليه، فضاي اختصاصي و غيره مي توان، نوع افقي، عمودي و .هاي موجود انتخاب نمود شكل آن را از كاتالوگ وييا كر

طراحي جداسازها به روش كوتاه 3-4-1بايد بدانيم كه اساس طراحي همه جداسازها در انتخاب صحيح دما و فشار براي رسيدن به ثابت تعادلي مناسب

هر براي اين عمل بايد محتواي فازي مايع و گاز براي .، ثبت صحيح باالنس جرمي فاز مايع و گاز مي باشددر سيستم :محاسبه شود 3-3تركيب جداگانه از فرمول

' (1 ') 1/i

iay

e e k

)3 -3(

:در اين فرمولyi – يدر فاز گاز جزء تركيبغلظت مولكولي،

٢٨

ai - در كل مخلوط غلظت مولكولي جزء تركيب e'- ،جزء مولي تقطير ki- اشدمي ب تركيب ثابت تعادلي جزء.

و يا نرم افزارهاي كتاب هاي مرجع از نسبت دما و فشار ثابت تعادلي هر جزء تركيب از نمودارهاي گرافيكي .بدست مي آيد و جدول ذيل با توجه به تركيبات موجود تكميل مي شود موجود

+Н2 С1 С2 С3 i-С4 n-C4 H2S C5 شرايط جداسازيP = , МПа t = ,°C

دلي تركيبات موجودجدول ثابت تعابراي محاسبه اين قسمت با استفاده از روش انتخابي، مقدار و . هر جزء تركيب را محاسبه مي كنيم غلظت

اوليه كه وارد فاز گازي ) يا مايعانات(جزء تركيب گاز . محتواي فاز گازي و مايع خارج شده از جداساز را پيدا مي كنيم .شود 1غلظت مولكولي، برابر شده اند زماني صحيح مي باشد كه مجموع

:طبق يافته هاي موجود جدول باالنس جرمي جداساز را مشابه جدول ذيل تكميل مي كنيم

تركيبات خروجي ورودي

فاز گازي فاز مايع تركيب وروديوزني% Kg/h %حجمي m3/h %وزني Kg/h حجمي% m3/h %وزني Kg/h %حجمي m3/h

СН4 С2Н6 С3Н8 iС4Н10 nC4H10

Co2 H2S

C5H12+ Σ 100 100 100 100 100 100

٢٩

:سپس بر اساس اطالعات بدست آمده، محتواي جريان خارج شونده از جداساز را در جدول ذيل قرار مي دهيم Kg/h m3/h ع تركيبنو فاز

مايع ميعانات تثيت شده - 1 گاز محلول در مايع - 2

Σ

گاز گاز - 1

ميعانات محلول در گاز - 2

Σ :حالت پيش مي آيد 2در اينجا

:بدست مي آوريم 4-3از فرمول m3حجم جداساز را بر حسب در ميعانات گازي - 13liqG tV

C

)3 -4(، :در اين فرمول

Gliq- ،حجم توليد، متر مكعب بر ساعت t3- و براي ميعانات با ويسكوزيته باال، دقيقه 5الي 1 براي ميعانات با ويسكوزيته پايينمعموال (زمان توقف مايع در جداساز، ثانيه ،).فقط از راه تجربي بدست مي آيد زمان دقيق. محسوب مي كنند دقيقه 20الي 5C- فرض شود 3/0و براي نوع عمودي، حداكثر 5/0الي 4/0براي نوع افقي از (حد ارتفاع ميعانات در جداساز(، ρ- ميانگين جرم حجمي تركيب، كيلوگرم در متر مكعب. گاز بر حسب متر مربع از دستگاه را از طريق حجم ثانيه اي حقيقي) زنده قطر(كاري قطربراي گاز طبيعي، - 2

:بدست مي آوريم 5-3فرمول S=V/wφ )3-5(،

:در اين فرمولv- ،حجم ثانيه اي گاز، متر مكعب در ثانيه w- ،سرعت گاز در جداساز، متر بر ثانيه φ – فرض شود 3/0و براي نوع عمودي، حداكثر 5/0الي 4/0براي نوع افقي از (حد ارتفاع مايع در جداساز.(

:بدست مي آيد 6- 3دستگاه از فرمول قطرS = πd 2/4 S → d = (4S/π)0.5 )3-6(،

بعد از محاسبه حجم، از كاتالوگ هاي موجود با توجه به نوع جداساز محاسبه شده، جداساز مطلوب را انتخاب در كنار نام جداساز مشخصات فني آنها مثل فشار، دما، قطر ديواره وغيره نيز در اين كاتالوگ ها .ي كنيمم

.موجود مي باشد دروني معموال قطر. بعد از انتخاب جداساز از فرمول هاي ذيل براي محاسبه مقاومت ديواره استفاده مي كنيم

.لوگ ها مشخص مي كنندو بر حسب ميلي متر در كاتا Dدستگاه را با عالمت

٣٠

:بدست مي آيد 7-3قطر كل دستگاه از فرمول cSS P )3-7(

:در اين فرمولSP - محاسبه مي شود 8-6كه از رابطه ، برحسب ميلي مترقطر ديواره برآورد شده:

PPDSP

2

)3 -8 (

:در اين فرمول P - ،فشار، مگاپاسكال