ما هي المكثفات الغازية؟

المكثفات الغازية عبارة عن خليط من الهيدروكربونات السائلة التي يتم تكثيفها وإنتاجها من الغاز الطبيعي تحت ظروف معينة. وتعرف هذه العملية بالتكثيف الرجعي وتحدث عندما ينخفض ​​ضغط الغاز عن ضغط التكثيف، وهو عكس عملية التكثيف العادية التي تحدث عندما يرتفع الضغط.

المكثفات الغازية

المكثفات الغازية، أو ما يُعرف بمتكثف الغاز الطبيعي، هي خليط منخفض الكثافة من عدة سوائل هيدروكربونية توجد على شكل غازات في الغاز الطبيعي الخام المستخلص من حقول الغاز الطبيعي تتكثف هذه المواد من الغاز الخام عندما تنخفض حرارته تحت نقطة الندى الهيدروكربونية لذلك الغاز، وغالبًا ما يُشار إليها باسم “المتكثف” أو “متكثف الغاز”.

ما هو المكثفات؟

عادة ما يكون الغاز الطبيعي المسال عديم اللون والرائحة في الظروف المحيطة. ونظرًا لأن مكثفات المزرعة أو الإيجار قد تحتوي على غازات سامة، يجب توخي الحذر لتجنب حتى بضع أنفاس بالقرب من صهاريج التخزين وفتحات التهوية.

يمثل النفط الخام والغاز الطبيعي درجات وكثافات متفاوتة من الهيدروكربونات السائلة. يمكن اعتبار الغاز الطبيعي المسال نفطًا خفيفًا جدًا. ومع ذلك، نظرًا لأنه يحتوي على وحدة حرارية بريطانية أعلى من النفط الخام، فهو شديد التقلب، مما يجعله أكثر خطورة عند النقل.

مكونات المكثفات الغازية

تتألف المكثفات الغازية من مكونات متعددة، وتشمل:

• كبريتيد الهيدروجين (H2S).
• ثيولات، وتُعرف أيضًا بالمركبتانات.
• ثاني أكسيد الكربون (CO2).
• ألكانات غير متفرعة تحتوي على 2 إلى 12 ذرة كربون.
• هكسان حلقي وأحيانًا ألكانات حلقية أخرى.
• مركبات عطرية مثل البنزين والتولوين والزايلين والإيثيل بنزين.

تتكون مكثفات الغاز بشكل رئيسي من مكونات هيدروكربونية ثقيلة ومتوسطة، مثل جزيئات البنزين (C5+) والكيروسين (C8+)، كما تحتوي على مكونات خفيفة مذابة في السائل1. تشبه خصائص مكثفات الغاز النفط الخفيف جدًا، ويمكن أن تكون مستقرة أو غير مستقرة، اعتمادًا على محتوى المكونات الخفيفة.

أنواع المكثفات الغازية

تتوفر مكثفات الغاز بأنواع مختلفة، ولكل نوع خصائصه وتطبيقاته المميزة. وتشمل الأنواع الرئيسية:

مكثفات التبريد: تعمل هذه المكثفات على تبريد الغاز حتى يتكثف. وتُستخدم بشكل شائع في معالجة الغاز الطبيعي وإنتاج المواد الكيميائية.
مكثفات الضغط: تعمل هذه المكثفات على ضغط الغاز حتى يتكثف. وتُستخدم بشكل شائع في تسييل الغاز الطبيعي وتخزينه ونقله.
مكثفات الامتصاص: تعمل هذه المكثفات على امتصاص مكونات الغاز غير المرغوب فيها في سائل. وتُستخدم بشكل شائع في إزالة الملوثات من الغاز الطبيعي.

اختيار مكثف الغاز المناسب

يعتمد اختيار مكثف الغاز المناسب على العديد من العوامل، بما في ذلك:

نوع الغاز: يجب أن يكون المكثف مصممًا لنوع الغاز المراد معالجته.
معدل تدفق الغاز: يجب أن يكون المكثف قادرًا على التعامل مع معدل تدفق الغاز المطلوب.
ضغط الغاز: يجب أن يكون المكثف قادرًا على التعامل مع ضغط الغاز المطلوب.
درجة حرارة الغاز: يجب أن يكون المكثف قادرًا على التعامل مع درجة حرارة الغاز المطلوبة.
الميزانية: تختلف تكلفة مكثفات الغاز اختلافًا كبيرًا، يجب مراعاة التكلفة عند اختيار المكثف المناسب.

تطبيق مكثفات الغاز

تُعد مكثفات الغاز مكونات أساسية في العديد من الصناعات، حيث تلعب دورًا حيويًا في استخراج ومعالجة ونقل وتخزين الغازات الطبيعية. وتتميز هذه المكثفات بقدرتها على تحويل الغازات إلى سوائل، مما يُتيح العديد من الفوائد والتطبيقات الهامة.

في صناعة النفط والغاز

استخراج الغاز الطبيعي: تُستخدم مكثفات الغاز لفصل السوائل الهيدروكربونية (مثل البروبان والبيوتان) عن الغاز الطبيعي الخام. وتُعد هذه العملية ضرورية للحصول على منتجات قابلة للاستخدام والتسويق.
معالجة الغاز الطبيعي: تُستخدم مكثفات الغاز لإزالة الملوثات مثل الماء وبخار الماء من الغاز الطبيعي. يُساهم ذلك في تحسين جودة الغاز وجعله أكثر ملاءمة للاستخدام في مختلف التطبيقات.
تخزين ونقل الغاز الطبيعي: تُستخدم مكثفات الغاز لتسييل الغاز الطبيعي عن طريق تبريده وضغطه. يُتيح ذلك تخزين الغاز ونقله بسهولة أكبر، ممّا يُقلل من التكاليف ويُحسّن من كفاءة العمليات.

في الصناعات الأخرى

إنتاج المواد الكيميائية: تُستخدم مكثفات الغاز في إنتاج مجموعة واسعة من المواد الكيميائية، مثل الإيثيلين والبروبيلين. تُعد هذه المواد الكيميائية ضرورية لتصنيع العديد من المنتجات البلاستيكية والمطاطية والألياف.
التبريد: تُستخدم مكثفات الغاز في أنظمة التبريد، مثل مكيفات الهواء والثلاجات. وتعمل هذه المكثفات على تحويل غاز التبريد إلى سائل، ممّا يُؤدي إلى امتصاص الحرارة وتوفير التبريد.
الطاقة: تُستخدم مكثفات الغاز في محطات الطاقة لتوليد الكهرباء. وتعمل هذه المكثفات على تحويل بخار الماء إلى سائل، ممّا يُمكن من تشغيل التوربينات لإنتاج الطاقة.

فصل المكثفات عن الغاز الطبيعي

يتم فصل المكثفات عن الغاز الطبيعي الخام من خلال عمليات معالجة متخصصة تتضمن تبريد الغاز لدرجة حرارة أقل من نقطة ندى الهيدروكربون، مما يؤدي إلى تكثيف قسم كبير من الهيدروكربونات المتكثفة. يُنقل الخليط الناتج إلى وعاء فصل عالي الضغط لفصل المتكثف عن الغاز والماء، ثم يُضغط الغاز المستخلص ويُعالج لإزالة الشوائب والغازات الحامضية.

كيف يتشكل التكثيف؟

الغاز الطبيعي المسال عبارة عن هيدروكربونات تحدث بشكل طبيعي وهي أخف في التركيب الجزيئي من النفط الخام أو الغاز الطبيعي. وهي موجودة كأبخرة في الغاز الطبيعي. ويمكن إذابتها في النفط الخام أو وجودها بشكل منفصل في مكامن النفط. تتشكل المكثفات عندما ينخفض ​​ضغط بخارها إلى الحد الذي يتكثف فيه الغاز من تيار الغاز إلى سائل يمكن تخزينه في درجة حرارة الغرفة.

هل التكثيف سائل أم غاز؟

يحتوي كل من الغاز الجاف والغاز الرطب على هيدروكربونات سائلة متبخرة، وهي أقل كثافة أو كثافة بكثير من النفط الخام. المكثفات هي الشكل السائل لهذه الهيدروكربونات، والتي حصلت على اسمها من عملية إزالتها من تيار الغاز عن طريق معالجتها في درجات حرارة وضغوط محددة.

يتم استخدام سائل الغاز الطبيعي (NGL) والمكثفات بشكل عام بالتبادل. تحتوي كل من الغاز الطبيعي المسال والمكثفات على تيار هيدروكربوني مختلط يتكون من هيدروكربونات خفيفة مثل الإيثان وهيدروكربونات أثقل مثل البنتان.

ما هو التكثيف الرجعي؟

وفي سياق حقول مكثفات الغاز، يمكن أن يؤدي التكثيف التراجعي إلى تراكم المكثفات في المنطقة القريبة من حفرة البئر، مما يقلل من إنتاجيتها. بعد الوصول إلى التشبع الحرج بالمكثفات، يصبح تدفق الترشيح في المنطقة القريبة من حفرة البئر على مرحلتين، مما يؤدي إلى انخفاض في النفاذية النسبية للغاز، وهي عملية تعرف باسم سدادة المكثفات.

وللتوضيح، يتم تمثيل التكثيف الرجعي في مخطط الطور على أنه انتقال من الحالة الغازية أحادية الطور إلى الحالة البخارية السائلة ثنائية الطور مع انخفاض متساوي الحرارة في الضغط. وهذه ظاهرة مثيرة للاهتمام ومهمة في مجالات الديناميكا الحرارية وهندسة البترول.

مكثفات الغاز الطبيعي

يتم تعليق الغاز الطبيعي المسال كبخار في الغازات الرطبة والجافة. ويظل الغاز الطبيعي المسال الناتج عند رأس البئر على شكل بخار حتى يتم تكثيفه بواسطة حرارة وضغط تيار الغاز.

بمجرد فصله ومعالجته وتنقيته، يكون للغاز الطبيعي المسال نطاق واسع من الاستخدامات، بما في ذلك المواد الأولية البتروكيماوية المستخدمة في إنتاج البلاستيك والتدفئة والبنزين. تعتبر المكثفات أيضًا مادة مخففة مفضلة للخلط مع الزيوت الثقيلة لتحسين تدفق خطوط الأنابيب.

احتياطيات وإنتاج مكثفات الغاز

توجد الاحتياطيات الرئيسية لمكثفات الغاز في حقول مكثفات الغاز ومكثفات الغاز والنفط. وتبقى مشكلة استخراج مكثفات الغاز من المكمن، حيث يبقى معظمها بلا حراك، وعلى الرغم من تطور تقنيات استخراجها، إلا أن ربحيتها لا تزال محل شك.

الأهمية الاقتصادية للمكثفات الغازية

تُعد المكثفات الغازية مصدرًا هامًا للهيدروكربونات السائلة التي يمكن استخدامها في صناعات متعددة، بما في ذلك إنتاج الوقود والمواد الكيميائية. كما أنها تُسهم في تحسين القيمة الاقتصادية لحقول الغاز الطبيعي من خلال استخلاص منتجات ثانوية ذات قيمة عالية.