تصفیه گاز شهری با فناوری غشایی

گفت وگو با قادرخان بابایی, مسئول طرح کامپوزیت در پژوهشگاه صنعت نفت

گاز به عنوان یکی از اصلی‌ترین منابع انرژی گرمایشی مورد توجه بسیاری است. گذشته از این، استفاده از اجاق گاز برای پخت و پز نیز چند دهه‌ای است به یکی از ضروریات زندگی ایرانیان تبدیل شده است. گرچه سهولت در آشپزی و توسعه و بهبود سیستم‌های گرمایشی امروزی از مهم‌ترین مزایای دسترسی به گاز شهری است، اما این نباید مانع توجه به نیمه تاریک این نعمت بی‌همتا شود. آزمایش‌های متعددی انجام شده که نشان می‌دهد اگر فردی برای مدت زمان طولانی و به طور دائمی در معرض انتشار آلاینده‌های ناشی از سوخت گاز شهری قرار گیرد، دچار خفگی می‌شود. بنابراین ضروری است در استفاده از گاز شهری احتیاط شود. بسیاری از مردم بدون این که از این خطرات مطلع باشند هر روز از گاز طبیعی برای پخت و پز و تامین سوخت مورد نیاز سیستم‌های گرمایشی خود استفاده می‌کنند غافل از این که اگر برای مدت زمان طولانی در معرض انتشار آلاینده‌های ناشی از احتراق گاز قرار گیرند بدون تردید از عوارض و پیامدهای ناشی از مسمومیت گاز طبیعی در امان نمی‌مانند. امروزه در اغلب کشورها از روش‌های مختلفی برای تصفیه گاز طبیعی استفاده می‌شود تا پیامدهای ناشی از آن به حداقل ممکن رسانده شود. یکی از روش‌های جدید در این زمینه استفاده از فناوری غشای پلیمری است که در مقایسه با روش‌های متداول مزایای بیشتری دارد. به همین مناسبت با مهندس قادر خان‌بابایی، مسئول طرح کامپوزیت در پژوهشگاه صنعت نفت درباره ضرورت تصفیه گاز طبیعی و طرح جدید این پژوهشگاه در این زمینه گفت‌وگویی انجام داده‌ایم.

اساسا چه ضرورتی برای تصفیه گاز طبیعی وجود دارد؟

گازی که در خط لوله گاز جریان دارد، گاز شهری نامیده می‌شود که در واقع گاز طبیعی تصفیه‌شده است. حدود ۸۰ درصد گاز طبیعی را که از چاه گاز یا همراه نفت از چاه‌های نفتی استخراج می‌شود، متان تشکیل می‌دهد. همراه متان ناخالصی‌های دیگری نیز وجود دارد که موجب خوردگی خط لوله و افت خواص حرارتی گاز می‌شود. علاوه بر این، در گاز طبیعی ترکیبات سنگینی وجود دارد که در نتیجه میعان موجب تغییر جریان کل گاز خواهد شد. بنابراین ضروری است این ترکیبات از گاز طبیعی جدا شود تا گاز طبیعی به گاز شهری تبدیل شود. گاز شهری استاندارد مشخصی دارد. به عبارتی بر اساس این استاندارد باید میزان آلاینده‌های آن در محدوده مشخصی قرار گیرد. علاوه بر این، عدم تصفیه گاز طبیعی می‌تواند سلامت مصرف‌کنندگان را نیز در معرض خطر قرار دهد. تصفیه گاز شامل حذف ناخالصی‌ها از گاز طبیعی است.

آیا عدم تصفیه گاز طبیعی می‌تواند از نظر زیست‌محیطی نیز پیامدهایی را به همراه داشته باشد؟

سولفید هیدروژن و دی‌اکسیدکربن از آلاینده‌های زیست‌محیطی است. اگر در چاه گاز ۱۰ درصد دی‌اکسید کربن داشته باشیم که تصفیه نشود و وارد خط لوله شود، این گاز همراه متان نمی‌سوزد و وارد محیط می‌شود که می‌تواند منبع آلاینده زیست‌محیطی بسیار مهمی باشد. بنابراین حذف این ترکیبات از نظر زیست‌محیطی نیز مزایای بسیاری را به همراه دارد. در تکنولوژی‌هایی که برای تصفیه گاز طبیعی کاربرد دارد از حلال‌هایی برای جداسازی ترکیبات و گازهای اسیدی استفاده می‌شود که خود این حلال‌ها آلاینده محیط‌زیست است. در فرآیندهای شیمیایی تصفیه گاز طبیعی حلالی که برای جذب گازهای اسیدی مورد استفاده قرار می‌گیرد مستقیما وارد محیط‌زیست شده و به آن آسیب می‌رساند، اما در فرآیند جدیدی که ارائه شده، تصفیه گاز طبیعی با فرآیند غشایی صورت می‌گیرد و در آن از حلال استفاده نمی‌شود. این فناوری، دوستدار محیط‌زیست است و هیچ پیامدی در تهدید محیط‌زیست ایجاد نمی‌کند. علاوه بر این، مصرف انرژی کمتری دارد و به علت این که این سیستم ابعاد کوچک‌تری دارد به آسانی قابل حمل و جابه‌جایی است و حتی در مناطق صعب‌العبور هم می‌توان از این روش برای تصفیه گاز طبیعی استفاده کرد.

در حال حاضر از چه روش‌هایی برای تصفیه گاز طبیعی استفاده می‌شود؟

در حال حاضر عمدتا برای جداسازی آلاینده‌ها از حلال‌ها یا به عبارتی سیستم جذب یا از روش سردکردن استفاده می‌شود. هر دو این روش‌ها مستلزم صرف انرژی بسیار زیاد و بهره‌گیری از تجهیزات خاصی است. استفاده از حلال‌ها نیز موجب آلودگی محیط‌زیست می‌شود، اما استفاده از روش جدید ارائه‌شده نه‌تنها چنین مشکلاتی را به همراه ندارد، بلکه می‌تواند هزینه‌ها را نیز به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

آیا فناوری غشایی علاوه بر این از نظر کارایی نیز در مقایسه با روش‌های قبلی عملکرد مناسب‌تری دارد؟

خان‌بابایی: گاز شهری استاندارد مشخصی دارد. بر اساس این استاندارد باید میزان آلاینده‌ها و ترکیبات سنگین موجود در آن در محدوده مشخصی قرار گیرد. عدم تصفیه گاز طبیعی می‌تواند سلامت مصرف‌کنندگان را نیز در معرض خطر قرار دهد

مقایسه این روش‌ها از نظر کارایی به حجم گازی که قرار است تصفیه شود، بستگی دارد. فناوری غشایی، فناوری جدیدی است و در سطح دنیا نیز برای تصفیه گاز در حجم کم کاربرد دارد. درحال حاضر، این فناوری در چاه‌هایی که در آنها جریان گاز با دبی بالا وارد پالایشگا‌ه‌ها می‌شود، نمی‌تواند جایگزین مناسبی برای روش‌های قبلی تصفیه گاز باشد، اما اگر در یک منطقه صعب‌العبور چاهی با جریان گاز محدود داشته باشیم و امکان انتقال گاز به پالایشگاه از طریق خط لوله از نظر اقتصادی به صرفه نباشد، فناوری غشایی قابل رقابت است. در مناطق صعب‌العبور یا مناطقی که در دسترسی به خطوط لوله با محدودیت مواجه هستند بهترین انتخاب فناوری غشایی است.

اساس عملکرد فناوری غشایی چیست؟

زیرساخت لازم برای این فناوری، غشاهای پلیمری و فیلم‌های پلیمری است که بعضی از گازها را به صورت انتخابی از خود عبور می‌دهد. در این فناوری، غشای پلیمری ناخالصی‌ها را از جریان اصلی جدا می‌کند. که بیش از ۸۰ درصد آن را متان تشکیل می‌دهد و تنها ۴ تا ۵ درصد آن گازهای اسیدی و هیدروکربورهای سنگین است. این غشا گازهای ناخالص را عبور می‌دهد. مزیت آن در مقایسه با غشاهایی که جریان خالص را عبور می‌دهد، این است که عبور جریان از غشا موجب افت فشار می‌شود اما این غشا ناخالصی‌ها را از خود عبور می‌دهد و بنابراین جریان بدون افت فشار باقی‌می‌ماند و می‌تواند به لوله منتقل شود. تصفیه به روش غشایی می‌تواند سر چاه انجام شود. در این صورت، خط لوله آسیب نمی‌بیند و گاز شهری به استاندارد‌های تعیین‌شده می‌رسد.

خوردگی خطوط لوله که در صحبت‌هایتان به عنوان یکی از علل ضرورت تصفیه گاز طبیعی از آن نام بردید چه پیامدهایی را به همراه دارد؟

یکی از هزینه‌های بالا در صنعت نفت خوردگی‌بیرونی و داخلی خطوط لوله است. خوردگی‌بیرونی‌، ناشی از خاک و عوامل محیطی است و خوردگی داخلی به سیالی که در خط لوله حرکت می‌کند بستگی دارد. اگر گاز اسیدی از لوله عبور کند و در تماس با رطوبت قرار گیرد، اسید بشدت لوله را تخریب می‌کند. به همین علت در خطوط انتقال گاز ترش یا همان گاز تصفیه‌نشده تمهیداتی اندیشیده می‌شود. یا داخل خط لوله پوشش داده می‌شود یا از ممانعت‌کننده‌های خوردگی استفاده می‌شود. اگر گاز قبل از ورود به خط لوله تصفیه شود نیازی نیست از این راهکارها استفاده شود و بخش قابل توجهی از هزینه‌ها کاهش می‌یابد.

چه محدودیت‌هایی برای اجرایی‌شدن این طرح وجود دارد و آن را چگونه ارزیابی می‌کنید؟

در حال حاضر فناوری غشایی در مراحل آزمایش است و تنها محدودیت موجود این است که برای ورود به مراحل شبه‌پایلوت و میدانی با حمایت‌های مالی و صنعتی وجود داشته باشد. در این باره در پژوهشگاه صنعت نفت تحقیقاتی انجام شده که قرار است در قالب یک بسته برای تصفیه گاز طبیعی ارائه شود. مناطق نفت‌خیز جنوبی برای استفاده از بسته‌های غشایی پلیمری در میادین تحت مدیریت شرکت نفت اعلام آمادگی کرده‌اند. در زمینه شیرین‌سازی با مناطق نفت‌خیز جنوبی هماهنگی‌های لازم انجام شده تا مراحل آزمایشی آغاز شود.

فرانک فراهانی‌جم