ذخیره سازی گاز به روش SNG
مقدمه
با توجه به اینکه ایران دارای ذخایر عظیم گازی همچون متان (گاز طبیعی)، پروپان و بوتان (گاز مایع) و... می باشد، لذا بسیاری از کارخانه های صنعتی اعم از فولادی، نیروگاهی و غیره به گونه ای طراحی شده اند که سوخت اول و اصلی واحدهای صنعتی مذکور گاز طبیعی می باشد. همچنین گاز طبیعی در حجم قابل ملاحظه ای به عنوان سوخت دوم خوردو (گاز طبیعی فشرده یا [1]CNG) و سوخت مورد نیاز واحدهای مسکونی نیز استفاده می شود. پالایشگاه ها و پتروشیمی های زیادی در کشور احداث گردیده که نه تنها حجم گاز طبیعی تولیدی آنها نیاز مصرف واحدهای صنعتی و مسکونی فوق الذکر را تامین می نماید بلکه ظرفیت صادرات به سایر کشورها را فراهم نموده اند. با این وجود، با برودت هوا و کاهش دما در فصل زمستان میزان مصرف گاز طبیعی خصوصا در بخش مسکونی آن چنان افزایش می یابد که از حجم تولید روزانه گاز کشور فراتر رفته و موجب ایجاد یک ناترازی در میزان تولید و مصرف می شود به نحوی که در سالهای اخیر به منظور تامین گاز مورد نیاز بخش مسکونی، گاز کارخانجات و صنایع را محدود نموده و بعضا منجر به توقف خط تولید آنها شده است. لذا همواره واحدهای تجاری، کارخانجات و صنایع به دنبال جایگزینی مناسب برای گاز طبیعی بوده تا بتوانند از حداکثر ظرفیت خط تولید خود در زمان اوج مصرف (فصل زمستان) استفاده نموده و از توقف تولید و تحمیل ضررهای مالی متاثر از آن جلوگیری نمایند.
شرکت کنسرسیوم صنعت نفت و گاز آکام به عنوان مجری طرح های گاز رسانی و ذخیره سازی گاز به روش های CNG و [2]SNG و با تکیه بر دانش و تجربه متخصصین خود مفتخر است که با انجام طرح های گاز رسانی و ذخیره سازی گاز به روش CNG در اقصا نقاط کشور توانسته است حجم کوچکی از این مشکلات را در سالهای اخیر بر طرف نماید. لذا به منظور آشنایی بیشتر مخاطبین با توانایی های این شرکت و ارائه راهکار ها به کارخانجات و صنایع، در بخش بعدی به تشریح طرح SNG به عنوان سیستم جایگزین گاز طبیعی پرداخته می شود.
تعریف سیستم SNG (LPG + Air)
SNG یا گاز طبیعی مصنوعی (سنتز شده) در واقع مخلوط گازی حاصل از ترکیب LPG و هوا می باشد که با عناوینی چون Substitution Natural Gas، Propane – Air و LPG-Air نیز شناخته می شود. از سیستم SNG در صنایع به منظور اوج سایی[3] در برهه های زمانی اوج مصرف (فصل زمستان) استفاده می شود. همچنین از سیستم SNG می توان به عنوان سیستم پشتیبان آماده به کار[4] در زمان افت های ناگهانی فشار در خط تولید کارخانجات نیز استفاده نمود.
مایع سوختنی در سیستم SNG گاز مایع یا LPG می باشد. گاز مایع و گاز طبیعی (متان) ترکیب شیمیایی و به تبع آن ارزش حرارتی متفاوتی دارند. ارزش حرارتی گاز طبیعی و گاز LPG به ترتیب MJ/m3 35.60 و Mj/Kg46 می باشد. لذا در صورتی که از گاز LPG به طور مستقیم به عنوان جایگزین گاز طبیعی استفاده شود، ضروری است که تمامی مشعلهای تجیزات گاز سوز عوض شود که این کار باعث صرف هزینه، زمان و توقف تولید جهت تعویض ادوات مذکور می گردد. لکن در طرح SNG، گاز LPG با هوا به نسبت مشخص ترکیب شده تا مشخصه حرارتی (شاخص Wobbe[5]) گاز LPG با مشخصه حرارتی گاز طبیعی یکسان گردد و بدون نیاز به تغییر مشعل های تجهیزات از مخلوط گازی LPG – هوا به عنوان جایگزین گاز طبیعی استفاده نمود.
در چه صنایعی میتوان سیستم SNG را جایگزین گاز طبیعی کرد؟
اجرای طرح SNG در صنایع وابسته به مکانیزم مصرف گاز طبیعی در خط تولید کارخانجات و واحدهای صنعتی می باشد. به طور کلی صنایع از گاز طبیعی عمدتا به دو صورت و به شرح ذیل استفاده می کنند:
- استفاده از گاز طبیعی در سیستم فرآیندی خط تولید مثلا به عنوان گاز احیایی (گازی که باعث حذف اکسیژن از آهن اسفنجی می شود) در کوره های احیای مستقیم به روش میدرکس. توضیح اینکه در این حالت روش SNG کاربرد نداشته و می بایست از روش های گاز رسانی یا ذخیره سازی گاز به روش CNG استفاده نمود. جهت کسب اطلاعات بیشتر مقاله گازرسانی و ذخیره سازی گاز به روش CNG مطالعه یا از قسمت تماس با ما با کارشناسان این شرکت ارتباط حاصل فرمایید.
- از گاز طبیعی به عنوان ماده سوختنی و صرفا به منظور ایجاد حرارت در تجهیزات استفاده می شود به عنوان مثال گاز سوختی کوره های پیش گرم و ذوب فلزات یا تجهیزات گرمایشی مثل بخاری و هیترهای صنعتی و... . توضیح اینکه در این حالت می توان از روش ذخیره سازی SNG یا CNG استفاده نمود.
تجهیزات اصلی یک سیستم SNG چیست؟
در شکل زیر شماتیک جریان فرآیندی (PFS[6]) یک سیستم ذخیره سازی SNG نشان داده شده است.
همان گونه که در تصویر فوق قابل مشاهده است، مهم ترین بخش های یک سیستم ذخیره سازی گاز به روش SNG به شرح ذیل می باشد:
واحد ذخیره سازی گاز مایع
گاز LPG در فشار اتمسفر و در دمای محیط در فاز گازی است. با این وجود این گاز در مخازن در فشار حدودا 17 بار و در دمای محیط به صورت فاز مایع قابل ذخیره سازی می باشد. توضیح اینکه گاز LPG در فاز مایع 270 برابر نسبت به فاز گازی فشرده تر می گردد و در نتیجه ظرفیت بیشتری از گاز LPG را در فاز مایع می توان ذخیره نمود. همان گونه که در بخش مقدمه گفته شد، ایران دارای منابع عظیم گازی می باشد و گاز LPG را به راحتی می توان در فصول گرم سال که تقاضا برای گاز کم می باشد و مازاد ظرفیت تولید وجود دارد از طریق راه آهن یا تانکرهای ویژه حمل گاز مایع تهیه و در مخازن مبادی مصرف ذخیره نمود. از انواع مخازن استوانه ای و کروی در ظرفیت های متفاوت می توان جهت ذخیره سازی LPG استفاده کرد.
واحد بخارگر (تبدیل LPG مایع به فاز گازی)
همان گونه که پیش تر گفته شد به منظور افزایش ظرفیت ذخیره سازی، LPG در فاز مایع در مخازن ذخیره می گردد لذا به منظور ترکیب مناسب با هوا باید در ابتدا در تجهیزی به نام بخارگر تبدیل به فاز گازی می گردد. بخارگر در انواع مختلف از قبیل شعله مستقیم، حمام آبی و نوع الکتریکی یا برقی و در ظرفیت های مختلف تولید می شوند. در تصویر زیر نقشه سیستم داخلی یک نمونه بخارگر از نوع شعله مستقیم نشان داده شده است.
واحد تولید هوای فشرده
این واحد شامل تجهیزاتی مثل پمپها، کمپرسورها و خشک کنها (جهت حذف رطوبت هوا) می باشد که وظیفه تزریق هوای فشرده خشک به سیستم SNG را بر عهده دارد. کارخانجات و صنایعی که واحد تولید هوای فشرده آن ها توان تولید هوای مورد نیاز سیستم SNG را داشته باشد نیازی به احداث واحد جدید نمی باشد و تنها می توان یک انشعاب از سیستم موجود اخذ گردد و به سیستم SNG متصل نمایند.
مخلوطگر
در این تجهیز هوای تولید شده و گاز مایع خروجی از کوره واحد بخارگر با نسبت مشخص (عموما 60 درصد گاز پروپان و 40 درصد هوا) ترکیب می گردد. در تصویر زیر نقشه شماتیک یک نمونه مخلوط گر نشان داده شده است.
مخزن آرامش
مخلوط گازی هوا و گاز خروجی از واحد Vaporizer دارای تلاطم می باشد، لذا به منظور کاهش این تلاطم، مخلوط گازی مذکور وارد مخزن آرامش شده و پس از سپری شدن مدت زمان مشخص، تلاطم گاز از بین رفته و سپس مخلوط گازی به خط لوله واحد صنعتی مورد نظر متصل می گردد.
[1] Compressed Natural Gas
[2] Synthetic Natural Gas
[3] Peak Shaving
[4] Standby Back-up System
[5] Wobbe Index
[6] Process Flow Schematic
[7] Vaporizer
[8] Blender or Mixer
[9] Surge Tank
