تحليـة الغازات الطبيعية (ج2) Natural Gas Engineering

الفصل بالامتصاص:

الامتصاص Absorption: هو عملية فصل غاز أو خليط من الغازات عن طريق إذابة هذه المكونات في مذيب سائل، وتقوم هذه العملية على مبدأ انتقال الغاز أو غازات بين طورين متلامسين إحداهما هو خليط الغازات المذابة والآخر هو طور المذيب السائل، ويمكن استرجاع المذيب بعد ذلك بعملية عكسية تسمى النزعDesorption or Stripping .

1-امتصاص فيزيائي: يتم باستخدام سوائل مذيبات عضوية مثلSelexol, Sulphinol, Purisol, Fluor وغيرها. ويستخدم في تحلية الغاز الطبيعي من الغازات الحامضية مثل (CO₂,H₂S) وكذلك تستعمل مادة النفتا لفصل الغازات النفطية السائلة مثل (البروبان، البوتان .... الخ) من الغازات المطروحة من الوحدات التشغيلية في قسم الزيوت الخفيفة، أي في عملية تصنيع الغاز السائل في المصافي.

2-امتصاص كيميائي: وتتم باستخدام سوائل مذيبة، حيث يحدث تفاعل كيميائي بين المذيب والمادة المذابة، وكفاءة العملية تعتمد على سرعة التفاعل العكسي لتحرير الغازات المذابة. مثلاً استعمال الصودا الكاوية لتحلية الغازات والغاز السائل للتخلص من غاز كبريتيد الهيدروجين والمركبات الخفيفة.                                                         

 يؤثر في الامتصاص الفيزيائي قوى ارتباط فيزيائية فقط أما في الامتصاص الكيميائي يحدث ارتباط كيميائي بين الغاز المتنقل والمذيب. وتكون الطاقة المتحررة عن الامتصاص الكيميائي أكبر منها في الامتصاص الفيزيائي عادة بسبب حرارة التفاعل.

-7-3اختيار مذيب للامتصاص:

عندما يكون الغرض الأساسي من الامتصاص هو إنتاج محلول معين مثل حامض النتريك فإن المذيب هنا هو الماء ولا يمكن تبديله، أما إذا كان الغرض الأساسي هو إزالة مكون معين من مزيج غازي فيكون الاختيار ممكناً في هذه الحالة.

ويجب أن يكون للمذيب الخواص التالية: 

1. القابلية على امتصاص الغاز: أي أن يكون للمذيب قدرة عالية على امتصاص الغاز مما يزيد من معدل الامتصاص ويقلل من كمية المذيب المطلوبة، وعندما تكون الطبيعة الكيميائية بين المذيب والمذاب المراد امتصاصه متشابهة سوف يعطي المذيب إذابة جيدة.
2. التطاير: يجب أن يكون للمذيب ضغط بخاري منخفض (تطايرية منخفضة) وذلك لأن الغاز المغادر لعميلة الامتصاص يكون مشبعاً بالمذيب ويمكن أن يفقد كمية من المذيب.
3. التآكل: يجب أن لا يسبب المذيب التآكل لمواد التي صنع منها البرج وفي حالة كان المذيب ذات طبيعة تُسبب التآكل يجب صنع البرج من مواد مقاومة للتآكل.
4. الكلفة: يجب أن يكون المذيب رخيص الثمن ومتوفر.
5. اللزوجة: تُفضل اللزوجة المنخفضة لأسباب منها إن معدل الامتصاص يكون سريعاً، تحسين حالات الفيضانFlooding   في برج الامتصاص، انخفاض الحمل Load على المضخات وخواص انتقال الحرارة الجيدة.
6. يجب أن يكون غير سام، غير قابل للاشتعال، ومستقر كيميائياً (لا يتحلل بالحرارة ولا يتأثر بمكونات خليط الغازي)، درجة تجمده منخفضة.

     أما قابلية ذوبان الغاز أو الغازات المراد فصلها بعملية الامتصاص فتعتمد على:

1. درجة حرارة الامتصاص: حيث إن قابلية الامتصاص تقل بارتفاع درجة الحرارة لذلك يجب أن تكون درجة الحرارة عبر برج الامتصاص ثابتة.
2. الضغط: كلما زاد الضغط داخل البرج الامتصاص زادت عملية الإذابة وكلما كان الضغط الجزيئي للغاز المذاب أعلى كانت عملية الامتصاص أكثر                                                                         

-8-3امتصاص غازات الحامضية من الغاز الطبيعي:

يتم تنقية الغاز الطبيعي الخام من كبريت الهيدروجين بعدة طرق، أهمها:

1-8-3-الامتصاص بواسطة كربونات البوتاسيوم الساخنة:

 يمكن استخدام كربونات البوتاسيوم الساخنة لإزالة الغازات الحامضية (وخصوصاً عند وجود كميات كبيرة من ثنائي أكسيد الكربون) من خليط الغازات ومن ثم نزعها بتقليل الضغط دون الحاجة إلى التسخين لدرجات حرارة عالية، والتفاعلات التي تحدث بين كربونات البوتاسيوم الساخنة والغازات الحامضية هي كما يلي:

تحدث التفاعلات أعلاه على مرحلتين ففي المرحلة الأولى يتم التحلل المائي لكربونات البوتاسيوم كما يلي:

أما بالنسبة إلى كبريتيد الهيدروجين يكون التحلل المائي المرحلة الأولى ثم يتفاعل مع هيدروكسيد البوتاسيوم كما في المعادلات التالية:

 تتشابه وحدتي الأمين وكربونات البوتاسيوم الساخنة إلا أن الفرق هو عدم وجود المبادلات الحرارية على مجرى كل من محلولي كربونات البوتاسيوم الغني والفقير

هناك بعض العيوب لهذه الطريقة وهي:

• في حالة عدم وجود ثاني أكسيد الكربون فإنه من الصعوبة إعادة نشاط سيسلفات البوتاسيوم لهذا لا تستخدم كربونات البوتاسيوم الساخنة لتحلية الغاز الحاوي على كمية قليلة من ثاني أكسيد الكربون.
• يمتص كمية قليل من كبريتيد الهيدروجين لذلك تعتبر محاليل الأمين أفضل استعمالاً منه.

إن هذه الطريقة اقتصادية وملائمة بالنسبة لكميات والتراكيز العالية من الغاز الحامضي المراد إزالته. وعند إجراء موازنة اقتصادية بين هذه الطريقة وطريقة محلول الأمين نجد أن مجموع نفقات الاستثمار لهذه الطريقة أقل بكثير من طريقة محلول الأمين.

-2-8-3 الامتصاص بواسطة كربونات الصوديوم:

من أبسط الطرائق المستعملة، تستخدم في حال احتواء الغاز الطبيعي على ما بين 2-3% وزناً من كبريتيد الهيدروجين.

وفي هذه الطريقة يستخدم محلول مخفف من كربونات الصوديوم لامتصاص كبريتيد الهيدروجين وذلك بعدد من العمليات المطورة من قبل العالم Koppers:

من مساوئ هذه الطريقة أن كبريتيد الهيدروجين لايزال بصورة تامة وأيضاً يستلزم تبديل المحلول بشكل مستمر وعلى فترات.

-3-8-3الامتصاص بواسطة فوسفات البوتاسيوم:

تستخدم هذه الطريقة محلول فوسفات البوتاسيوم من المحلول المائي بتركيز 40 % والتفاعل الجاري في هذه الطريقة هو:

من مساوئ هذه الطريقة إنها تستهلك كمية كبيرة إلى حد ما من البخار عند نزع كبريتيد الهيدروجين، بينما طريقة محاليل الأمين تستخدم أقل.

-4-8-3الامتصاص بواسطة الماء:

تعتبر طريقة الامتصاص بالماء عملية غير اقتصادية وذات مردود رديء وتتطلب أبراج امتصاص ذات كفاءة عالية وكبيرة.

5-8-3-الامتصاص بواسطة محلول السلفينول:

تستخدم هذه الطريقة مذيب السلفينول وهو خليط من سلفولان (ثنائي أكسيد رابع هيدروثايومين) والكانول أمين، والمعامل التي تستعمل هذه الطريقة تستخدم محلول يتكون من 15% ماء و40% سلفولان  45% من ثنائي إيزو بروبيل الأمين.

-6-8-3الامتصاص بواسطة محلول إيتانول الأمين:

تعتبر هذه الطريقة من الطرق الكيميائية حيث يتم إزالة كبريتيد الهيدروجين بتفاعله مع محاليل إيتانول الأمين في درجة حرارة منخفضة نسبياً حيث يكون التفاعل عكسياً.

يكون تركيز الأمينات المستخدمة (10-30) % وهذه الأمينات تشمل أمين إيتانول الأحادي والثنائي و