آنالیز گاز طبیعی | آنالیز نچرال گس (Natural Gas) - سپهرگاز کاویان

گاز طبیعی یا Natural Gas یکی از مهم‌ترین منابع انرژی جهان است که در صنایع مختلف از جمله تولید برق، گرمایش، پتروشیمی و سوخت‌های حمل و نقل کاربرد دارد. گاز طبیعی عمدتاً شامل متان (CH₄) به همراه مقادیر کمتری از اتان (C₂H₆)، پروپان (C₃H₈)، بوتان (C₄H₁₀) و سایر هیدروکربن‌ها است. علاوه بر هیدروکربن‌ها، گاز طبیعی ممکن است حاوی ناخالصی‌هایی مانند دی‌اکسید کربن (CO₂)، نیتروژن (N₂)، هیدروژن سولفید (H₂S) و آب باشد که کیفیت و ارزش حرارتی آن را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

آنالیز دقیق گاز طبیعی برای تعیین ترکیب شیمیایی، خلوص و مشخصات فیزیکی آن اهمیت حیاتی دارد. این آنالیز به اپراتورها، پالایشگاه‌ها و شرکت‌های انرژی کمک می‌کند تا بهره‌وری، ایمنی و ارزش اقتصادی گاز را بهینه کنند.

اهمیت آنالیز گاز طبیعی

آنالیز Natural Gas به دلایل زیر ضروری است:

کنترل کیفیت: شناسایی ناخالصی‌ها و تعیین درصد ترکیبات هیدروکربنی به پالایشگاه‌ها و شرکت‌های توزیع گاز کمک می‌کند تا کیفیت سوخت را تضمین کنند.

ارزیابی ارزش حرارتی: ترکیب هیدروکربن‌ها و ناخالصی‌ها مستقیماً بر میزان انرژی قابل استخراج از گاز تأثیر دارد. محاسبه گرمایی یا Heating Value به کمک آنالیز گاز طبیعی انجام می‌شود.

ایمنی: حضور H₂S یا CO₂ می‌تواند خطرات خوردگی و انفجار ایجاد کند. آنالیز به شناسایی و مدیریت این ریسک‌ها کمک می‌کند.

مطابقت با استانداردها: گاز طبیعی باید با استانداردهای ملی و بین‌المللی مانند ASTM D1945، ISO 6974 و GPA 2172 مطابقت داشته باشد.

روش‌های آنالیز Natural Gas

آنالیز گاز طبیعی شامل روش‌های آزمایشگاهی و میدانی است. هر روش برای هدف خاصی طراحی شده و مزایا و محدودیت‌های خود را دارد.

1. کروماتوگرافی گازی (Gas Chromatography | GC)

کروماتوگرافی گازی رایج‌ترین و دقیق‌ترین روش برای آنالیز هیدروکربن‌ها و گازهای غیر هیدروکربنی درNatural Gas است. این روش بر پایه جداسازی مولکول‌ها در ستون کروماتوگرافی با استفاده از گاز حامل عمل می‌کند.

مزایا:

دقت بالا در تعیین ترکیب هیدروکربن‌ها از C1 تا C6 و بالاتر

قابلیت شناسایی ناخالصی‌ها مانند CO₂، N₂ و H₂S

امکان محاسبه درصد حجمی هر جزء

مراحل انجام GC:

نمونه‌برداری از جریان گاز

تزریق نمونه به دستگاه GC

جداسازی مولکول‌ها در ستون

تشخیص توسط Detector (FID یا TCD)

ثبت داده‌ها و تحلیل ترکیب

2. طیف‌سنجی جرمی (Mass Spectrometry | MS)

طیف‌سنجی جرمی معمولاً در ترکیب با کروماتوگرافی گازی (GC-MS) استفاده می‌شود و امکان شناسایی دقیق‌تر ترکیبات پیچیده و نادر را فراهم می‌کند.

مزایا:

شناسایی ترکیبات با جرم مولکولی مشخص

توانایی تشخیص مقادیر بسیار کم ناخالصی‌ها

مناسب برای تحقیقات و پالایشگاه‌های پیشرفته

3. آنالیز میدانی (Field Analysis)

آنالیز میدانی به کمک تجهیزات پرتابل انجام می‌شود و معمولاً برای بررسی سریع کیفیت گاز و تشخیص ناخالصی‌ها به کار می‌رود. تجهیزات میدانی شامل دتکتورهای H₂S، CO₂ و N₂ هستند.

مزایا:

پاسخ سریع در محل استخراج

کاهش هزینه حمل نمونه به آزمایشگاه

محدودیت‌ها:

دقت کمتر نسبت به GC و GC-MS

محدودیت در شناسایی ترکیبات پیچیده

4. اندازه‌گیری ارزش حرارتی (Calorimetry)

ارزش حرارتی یا Heating Value گاز طبیعی با استفاده از کالریمتر یا از طریق محاسبات ترکیبی بر اساس درصد حجمی هیدروکربن‌ها تعیین می‌شود. این پارامتر برای ارزیابی اقتصادی گاز بسیار حیاتی است.

نمونه‌برداری از Natural Gas

نمونه‌برداری صحیح، مرحله کلیدی در آنالیز گاز طبیعی است. نمونه‌های نامناسب می‌توانند منجر به نتایج نادرست و تصمیم‌گیری اشتباه شوند.

نکات مهم نمونه‌برداری:

استفاده از سیلندرهای استاندارد: معمولاً از سیلندرهای فولادی یا آلومینیومی با شیرهای مقاوم به فشار استفاده می‌شود.

حذف رطوبت و ناخالصی‌ها: قبل از ورود به سیلندر، رطوبت و ذرات معلق باید حذف شوند تا از تخریب ستون GC جلوگیری شود.

حجم کافی نمونه: حجم باید برای انجام تمام آنالیزهای مورد نیاز کافی باشد.

برچسب‌گذاری دقیق: شامل محل نمونه‌برداری، زمان و فشار گاز.

ترکیبات Natural Gas

1. هیدروکربن‌ها

متان (CH₄): بیشترین درصد گاز طبیعی و منبع اصلی انرژی

اتان (C₂H₆) و پروپان (C₃H₈): به عنوان سوخت و خوراک پتروشیمی

بوتان و هیدروکربن‌های سنگین‌تر: معمولاً برای LPG و پالایش

2. ناخالصی‌ها

دی‌اکسید کربن (CO₂): کاهش ارزش حرارتی و ایجاد خوردگی

هیدروژن سولفید (H₂S): سمی و خورنده

نیتروژن (N₂): کاهش ارزش حرارتی

آب و ذرات معلق: می‌توانند تجهیزات را آسیب بزنند

استانداردهای آنالیز گاز طبیعی

برای تضمین دقت و قابلیت اعتماد، آنالیزNatural Gas باید مطابق با استانداردهای معتبر انجام شود:

ASTM D1945: تعیین ترکیب هیدروکربن‌ها در گاز طبیعی

ISO 6974: تجزیه گاز طبیعی با استفاده از GC

GPA 2172: مشخصات نمونه‌برداری و تحلیل هیدروکربن‌ها

پیروی از این استانداردها تضمین می‌کند که نتایج آنالیز در صنایع مختلف قابل مقایسه و قابل قبول باشد.

کاربردهای آنالیز گاز طبیعی

آنالیز دقیق گاز طبیعی کاربردهای متعددی دارد که در زیر به مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم:

پالایش و فرآورش: تعیین نیاز به حذف ناخالصی‌ها، شیرین‌سازی و خشک‌سازی گاز

صنعت برق: محاسبه ارزش حرارتی گاز برای توربین‌ها و نیروگاه‌ها

صنعت پتروشیمی: انتخاب خوراک مناسب برای تولید اتان، پروپان و سایر مشتقات

ایمنی و محیط زیست: شناسایی گازهای سمی و جلوگیری از نشت‌ها

چالش‌ها در آنالیز گاز طبیعی

تغییر ترکیب در طول مسیر: گاز ممکن است در خطوط انتقال دچار تغییر ترکیب شود.

نمونه‌برداری نادرست: کوچک‌ترین اشتباه در حجم، فشار یا رطوبت نمونه می‌تواند نتایج را تحت تأثیر قرار دهد.

ناخالصی‌های پیچیده: برخی ناخالصی‌ها مانند مرکاپتان‌ها و هیدروکربن‌های سنگین شناسایی دشوار است.

پیشرفت‌های فناوری در آنالیز Natural Gas

در سال‌های اخیر، فناوری‌های نوین امکان آنالیز دقیق‌تر و سریع‌تر گاز طبیعی را فراهم کرده‌اند:

GC-MS پیشرفته: شناسایی ترکیبات نادر و پیچیده

آنالیز آنلاین: سیستم‌های آنلاین GC و FTIR امکان مانیتورینگ پیوسته جریان گاز را فراهم می‌کنند

دتکتورهای سنجش سریع H₂S و CO₂: کاهش زمان پاسخ و افزایش ایمنی

آنالیز گاز طبیعی یک فرآیند حیاتی در صنایع انرژی و پتروشیمی است. این آنالیز شامل تعیین ترکیب هیدروکربن‌ها، شناسایی ناخالصی‌ها و محاسبه ارزش حرارتی می‌شود. با استفاده از روش‌های کروماتوگرافی گازی، طیف‌سنجی جرمی، کالریمتری و آنالیز میدانی می‌توان نتایج دقیق و قابل اعتماد به دست آورد. رعایت استانداردهای بین‌المللی و نمونه‌برداری صحیح، تضمین‌کننده صحت آنالیز است. پیشرفت‌های فناوری نیز باعث شده‌اند که آنالیز گاز طبیعی سریع‌تر، دقیق‌تر و ایمن‌تر انجام شود.

در نهایت، آنالیز Natural Gasنه تنها کیفیت و ایمنی منابع انرژی را تضمین می‌کند بلکه ارزش اقتصادی گاز را نیز به حداکثر می‌رساند و به تصمیم‌گیری هوشمندانه در صنایع مختلف کمک می‌کند.