ذخیره سازی و حمل و نقل گاز طبیعی

[faridbensaeed]

ذخیره سازی و حمل و نقل گاز طبیعی :
در هر زمانی که ممکن باشد ، گاز طبیعی در مخازن گازی تخلیه کننده ذخیره می شود و از طریق یک شبکه گسترده لوله ای در سر تا سر دنیا برای مصارف صنعتی و خانگي حمل و نقل منتقل می شود . از سال 1946 ، صنعت گاز قادر به توسعه ذخیره سازی زیر زمیني در سازه هایی به غیر از میادین گازی تخلیه شده است . مخازن ذخیره سازی آبخیز و غارهای نمک در پاسخ به بازارهای نزدیک به منطقه ذخیره سازی، تبدیل به امکانات و تسهیلات ذخیره سازی گاز شدند که در آنجا ذخیره سازی در میدان گازی تخلیه شده در دسترس نبود . ذخیره سازی گاز طبیعی آبگونه شده (LNG ) یک وسیله ذخیره سازی انعطاف پذیری محسوب می شود که از آن می توان برای انتقال مقادیر بزرگ گاز طبیعی از قاره ای به قاره دیگر استفاده کرد ولی هزینه عملیاتی و شرایط سخت و خنک سازی آن باعث محدودیت کاربردهای آن می شوند . مدتی هم است که از گاز طبیعی فشرده شده ( CNG ) برای ذخیره سازی گاز طبیعی به عنوان یک سوخت جایگزین برای وسایل نقلیه استفاده می شود که در این نوع گاز ، گاز طبیعی باید متوالیاً از3000 تا Psi 3600 فشرده بشود تا به ( vol/vol ) 6/295 – 8/259 ( متر مکعب استاندارد گاز در هر متر مکعب فضای مخزن ) ظرفیت ذخیره سازی برسد .
ذخیره سازی گاز طبیعی ، یک بخش مکمل برای زیر ساخت های لوله ای محسوب می شود . رها سازی گاز طبیعی در شبکه لوله ای، محدود به محدودیتهای فشاری و سرعتهای جریان گاز است . مصرف گاز طبیعی بشدت بصورت فصلانه ، روزانه و یا حتی ساعتی تغییر می کند . بنابراین دفعات ارسال گاز طبیعی از سایت های خیلی دور نمی تواند قادر به عرضه و رها سازی مقادیر خیلی زیاد گاز در داخل محدودیتهای فشاری و سرعت جریان حجمی لوله باشند . برای حذف مشکل در نواحی پر جمعیت دور از منبع گاز ، ابزار ذخیره سازی جدیدی لازم می شوند .
نیاز و تقاضای گاز طبیعی روز به روز در حال افزایش است . یکی از دلایل افزایش این است که بخاطر افزایش فشار در جهت کنترل آلودگی و حفاظت از محیط زیست ، دستگاههای تولید گاز طبیعی جایگزین دستگاههای تولید برق و زغال سنگ می شوند .
جستجوی متدهای جدید ذخیره سازی گاز طبیعی :
ابزار قطعی ذخیره سازی on-site ( در محل ) گاز طبیعی به روند توسعه و پیشرفت خود در آینده ی نزدیک ادامه خواهند داد ولی این ذخیره سازی همچنان قادر به پاسخگویی مشکلات در شهر های بزرگ نخواهد بود ، مگر اینکه جایگزین ها و ابزار های جدید اقتصادی مناسب و ساده ای برای ذخیره سازی گاز طبیعی معرفی بشوند . در این پروسه مصرفی ، ابزار های ذخیره سازی پرظرفیت موجود در روی زمین از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند .
مصارف و کاربرد های پروسه ذخیره سازی هیدرات :
اگر از نظر تجاری متدی برای ذخیره سازی گاز در هیدراتها وجود داشت ، آن متد مصارف زیادی را به دنبال خواهد داشت . وجود امکانات و تسهیلات ذخیره سازی هیدراتی گاز طبیعی برای برطرف کردن نیازهای سوختی در مناطقی مفید خواهد بود که ذخیره سازی زیر زمینی گاز عملی و امکان پذیر نباشد . ذخیره سازی در محل گاز طبیعی در هیدراتها می تواند مورد مصرف دستگاههای برقی یا سایر سیستمهای صنعتی قرار بگیرد . از چنین متدی می توان در نواحی دور دستی که امکان زیر ساخت های لوله کشی در آنها وجود ندارد ، استفاده کرد . گاز طبیعی تولید شده در طی فرایند تولید نفت در اعماق اقیانوس را می توان ذخیره کرد و آن را به هیدراتهای موجود در ساحل منتقل کرد . ذخیره سازی گاز طبیعی در هیدرات ( On-board ) برای وسایل نقلیه برقی – گاز طبیعی نیز امکان پذیر است و آن می تواند جایگزینی برای گازوئیل یا بنزین و سوختهای دیزلی محسوب بشود .
بخاطر افزايش تقاضاي گاز طبيعي در جهان نياز به انتقال آن از ميدان هاي گازي تا محل هاي مصرف بيش از پيش احساس مي شود. امروزه اين انتقال با هزينه فراوان بوسيله خط لوله يا فرايند گران و داراي ريسك LNG انجام مي گيرد. براي كاهش ريسك و قيمت انتقال گاز استفاده از هيدرات گاز طبيعي پيشنهاد شده است. در اين مقاله تحقيقات صورت گرفته براي توسعه تكنولوژي هيدرات گازي براي ذخيره سازي و انتقال مرور شده است. نتايج اين تحقيقات نشان داده است كه در آينده نه چندان دور فرايند هيدرات گازي مي تواند به عنوان روشي براي ذخيره سازي و انتقال گاز مورد استفاده قرار گيرد. هر چند كه به دليل مشكلاتي در توليد هيدرات گازي، اين فرايند هنوز صنعتي نشده است.گاز طبيعي كه به طور عمده از متان تشكيل شده، يك سوخت ارزشمند با مزيت هاي فراوان نسبت به بنزين است كه از آن جمله مي توان به ذخاير بزرگ گاز در دنيا ، قيمت پايين، خصوصيات يك سوخت پاك (انتشار بسيار كم آلاينده ها، كم بودن انتشار گازهاي گلخانه اي، انتشار كمتر تركيبات هيدروكربني، منواكسيد كربن، اكسيد نيتروژن و عدم انتشار ذرات جامد) بيشتر بودن انرژي حاصل از احتراق آن در واحد جرم نسبت به بنزين اشاره كرد.

متاسفانه ميادين گاز طبيعي معمولاً در نقاطي واقع شده اند كه كمتر مي توانند مورد استفاده قرار گيرند. بيشتر ميادين گازي دور افتاده اند و در نزديكي آنها بازاري براي مصرف وجود ندارد و بخاطر موقعيت آن استفاده از خط لوله امكان پذير نيست، به همين دليل چند روش ديگر علاوه بر خط لوله براي انتقال گاز طبيعي در نظر گرفته شده است. اين روش ها عبارتند از: گاز طبيعي مايع شده (LNG)، گاز طبيعي مايع شده تحت فشار (PLNG) ، تبديل گاز به مايعات با ارزش (GTL) ، تبديل گاز به الكتريسيته و انتقال آن (GTW) ، گاز طبيعي فشرده شده (CNG) ، گاز طبيعي جذب شده (ANG) و بالاخره هيدرات گازي (NGH) .
هر يك از روش هاي مذكور داراي مزايا و معايبي هستند. استفاده از خط لوله سال هاي زيادي است كه مورد استفاده قرار مي گيرد اما براي مسافت هاي بيشتر از2500 كيلومتر اقتصادي به نظر نمي رسد و هزينه بسياري صرف عايق كاري لوله ها مي شود. روش LNG قابليت حمل600 حجم گاز در يك حجم از خود را دارا مي باشد اما براي توليد و انتقال آن بايد به دماي160 درجه سانتيگراد زير صفر برسيم كه احتياج به ملاحظات ايمني دارد.
روش CNG احتياج به فشار200 اتمسفر دارد و براي انتقال آن بايد از مخازن با ضخامت بالا استفاده شود كه تاكنون تنها مخازن كوچك براي حمل CNG مورد استفاده قرار گرفته اند تكنيك CNG معمولاً جهت مسافت هاي كم تا متوسط مناسب بوده داراي راندمان حجمي پايين است. روش ANG در صورت استفاده از جاذبي با مقادير جذب و دفع مناسب، بدليل فشار
ذخيره سازي پايين تر، جايگزين بسيار مناسبي براي CNG جهت استفاده در اتومبيل ها مي باشد. روش GTL نيز كه طي فرايند فيشر تروپش گاز طبيعي را به هيدروكربن هاي با ارزش تبديل مي كند اكنون در مرحله تحقيقات قرار دارد. شكل(1) محدوده مناسب براي هر روش ذخيره سازي براساس مسافت و ظرفيت حمل و نقل آورده شده است.
تبديل گاز طبيعي به هيدرات جامد و انتقال آن از اوايل دهه90 ميلادي مورد توجه قرار گرفت. تعداد زيادي ميادين كوچك و متوسط گاز طبيعي در جهان وجود دارد كه روش هاي معمول مانند LNG براي آنها توجيه اقتصادي ندارد. در آينده كه ذخاير بزرگ گاز طبيعي پايان يافتند. مسلماً بايد به دنبال روش هايي براي برداشت از اين ميدان هاي كوچك بود. هيدرات گاز طبيعي گزينه اي مناسب براي انتقال گاز است.

بعد از كشف خاصيت خود نگهداري هيدرات استفاده از هيدرات جهت ذخيره سازي و انتقال گاز به صورت جدي تر مطرح شد. اين خاصيت به هيدرات اجازه مي دهد كه در فشار پايين تر از فشار تشكيل آن پايدار بماند. بعد از تشكيل هيدرات در فشار بالا آن را تا زير صفر درجه سانتيگراد سرد مي كنند و فشار را به فشار اتمسفر كاهش مي دهند. در اين صورت اگر به آن گرما نرسد (شرايط آدياباتيك) هيدرات تجزيه نمي شود. در واقع جزئي از سطح هيدرات تجزيه مي شود و آب بوجود آمده يخ مي زند و مانند لايه اي محافظتي اطراف آن را مي پوشاند و مانع تجزيه بيشتر آن مي شود.

بطور كلي، روش هاي مختلف ذخيره سازي و انتقال گاز طبيعي بستگي به نوع مخزن گازي (تركيب و حجم گاز)، مسافت آن تا بازارهاي مصرف، ميزان سرمايه گذاري مورد نظر و ساير پارامترهاي عملياتي و تكنولوژيكي داشته و هر كدام از خصوصيات ويژه اي برخوردار مي باشند. از مزاياي روش هيدرات آن است كه نيازمند دماهاي خيلي پايين (نظير دماي LNG) و يا فشارهاي خيلي بالا (نظير فشار CNG) نبوده و در ضمن فرايند توليد آن كوچك مي باشد و مي توان آن را در دريا و در محل چاه بر روي سكو استفاده كرد. در هر حجم از هيدرات در شرايط استاندارد بين150 تا180 حجم گاز وجود دارد و با برآورد اقتصادي صورت گرفته هزينه سيكل هيدرات گازي25 درصد كمتر از LNG بوده است. به دليل مشكلاتي كه فرايند توليد هيدرات گازي دارد، اين فرايند هنوز صنعتي نشده است. از مشكلات اصلي اين فرايند مي توان به پايين بودن تبديل، كم بودن سرعت و مشكل بودن جداسازي آب اضافي اشاره كرد. براي بالا بردن سرعت تشكيل هيدرات و افزايش پايداري آن مواد مختلفي به عنوان تسريع كننده مورد استفاده قرار گرفته اند. به نظر مي رسد كه با غلبه بر مشكلات فرايند توليد هيدرات در آينده مي توان از آن به عنوان رقيبي براي فرايند شناخته شده LNG براي ميادين كوچك و دور افتاده گاز استفاده كرد.