رایج ترین موارد استفاده از نیتروژن در صنعت نفت و گاز
گاز نیتروژن چیست؟
نیتروژن عنصری است که به وفور در طبیعت یافت می شود و حدود 78 درصد هوا را از نظر ترکیب حجمی یا 75 درصد هوا را از نظر وزنی تشکیل می‌دهد. این گاز بی بو، بی رنگ و بی مزه با خواص بی اثر است.
کاربردهای صنعتی نیتروژن متنوع است. با این حال، تمرکز ما در این مقاله بر روی صنعت نفت و گاز خواهد بود.
گاز نیتروژن برای چه مواردی استفاده می‌شود؟
تراکم پذیری بالا، خواص بی اثر، و قابل اختلاط با آب است که آن را برای طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی مناسب می‌کند. به عنوان مثال، شرکت‌های داروسازی از نیتروژن با خلوص بالا برای سنتز و حفظ ترکیبات شیمیایی مورد استفاده برای تولید دارو استفاده می کنند.
شرکت‌های فرآوری مواد غذایی از نیتروژن در بسته بندی مواد غذایی فاسد شدنی برای افزایش ماندگاری استفاده می کنند. سازندگان فلزات از N2 برای جلوگیری از اکسیداسیون در طول تشکیل فلزات جدید استفاده می‌کنند. صنایع درگیر در تولید پلیمر از گاز نیتروژن برای سخت شدن موادی مانند پلاستیک و لاستیک استفاده می کنند. اینها تنها چند کاربرد صنعتی نیتروژن هستند.
گاز نیتروژن در صنایع بالادستی نفت و گاز برای تحریک تولید در میادین قهوه‌ای یا مخازن با نفوذ پذیری کم بسیار مفید است. به دلیل خواص نسبتاً بی اثر، برخلاف CO2 و گاز متان باعث احتراق پایین چاله نمی‌شود.
استفاده از نیتروژن در صنعت نفت و گاز
کاربردهای صنعتی نیتروژن در کاربردهای خشکی و فراساحلی شامل موارد زیر است:
- تزریق نیتروژن
- خشک کردن خط لوله
- پاکسازی نیتروژن
- تست فشار
- پوشش نیتروژن
تزریق نیتروژن در چاه‌های نفت و گاز
به طور معمول، فشار تشکیل یک چاه نفت و گاز پس از ادامه تولید برای مدت زمان طولانی کاهش می یابد. در مرحله بازیابی اولیه، این فشار در کنار عملیات پمپاژ برای جریان دادن هیدروکربن ها به سطح استفاده می شود. در این مرحله، تنها 10 تا 15 درصد از روغن اولیه در محل (OIIP) بازیافت می شود.
پس از مدتی، تکنیک‌های بازیابی ثانویه مانند بالابر گاز (در درپوش گاز) و سیلاب (در مناطق تولید) برای تحریک تولید با جارو کردن نفت و گاز بیشتر به سمت لوله‌های تولید و بازیابی 20 تا 40 درصد دیگر استفاده می‌شود.
هنگامی که روش‌های بازیابی ثانویه برای حفظ تولید ناکافی می‌شوند، می‌توان از روش‌های بازیابی نفت پیشرفته (EOR) استفاده کرد. گاز نیتروژن می‌تواند تولید موجود را در زمانی که به مخزنی با فشار تخلیه شده یا نفوذ پذیری کم تزریق می‌کند، حفظ یا افزایش دهد. همچنین می توان از CO2 و متان استفاده کرد، اما نیتروژن مقرون به صرفه تر است زیرا می تواند بر اساس تقاضا تولید شود و نیازی به لوله کشی گسترده برای تزریق ندارد. EOR با استفاده از تزریق نیتروژن می تواند به اپراتورها کمک کند تا 60٪ از OIIP را بازیابی کنند.
برای انجام تزریق نیتروژن، گاز نیتروژن تحت فشار به یک مخزن تزریق می شود و جریان هیدروکربن ها را از مناطق صعب العبور تحریک می کند. گاز نیتروژن با حداقل فشار قابل اختلاط خاص برای عملیات استفاده می شود. در فشارهای بسیار زیاد (تا 15000 psi)، N2 یک حلزون امتزاج پذیر با یک محرک تبخیرکننده قوی تشکیل می دهد که فاکتور بازیابی هیدروکربن را بهبود می بخشد.
خشک کردن خط لوله
خشک کردن خط لوله یک کاربرد گاز نیتروژن است که برای جابجایی آلاینده هایی مانند ذرات معلق در هوا یا خشک کردن خطوط لوله پس از آزمایش هیدروژنی استفاده می شود که معمولاً برای راه اندازی خط لوله مورد نیاز است.
پاکسازی نیتروژن
پاکسازی نیتروژن فرآیند جابجایی گازها و مه های خطرناک از سیستم های فرآیندی، برای جلوگیری از واکنش های شیمیایی ناخواسته با هیدروکربن های فرار و کاهش سطح اکسیژن در محیط های مستعد انفجار است.
تست فشار
اپراتورهای میدان نفتی از نیتروژن در طول آزمایش فشار پنوماتیک تجهیزات ایمنی مانند جلوگیری از انفجار (BOPs)، درختان کریسمس (تولید) و مخازن تحت فشار استفاده می کنند.
پوشش نیتروژن
پوشش نیتروژن یا پوشش مخزن استفاده از نیتروژن در مخازن ذخیره سازی برای جلوگیری از واکنش های شیمیایی فرار بین مواد شیمیایی یا هیدروکربن های فرار با جابجایی اکسیژن موجود است.
تولید نیتروژن در محل در مقابل تحویل سیلندر فشرده
دو روش اصلی برای استفاده صنعتی از نیتروژن وجود دارد:
- تولید کنندگان گاز نیتروژن در کارخانه های خود نیتروژن تولید می کنند، گاز را در سیلندرها فشرده می کنند و برای فروش به مکان های مشتری ارسال می کنند.
- کاربران صنعتی نیتروژن را در محل از هوای اتمسفر تولید می کنند.
برای شرکت هایی که برای فرآیندهای خود نیاز به مقدار زیادی نیتروژن دارند، تولید در محل مقرون به صرفه ترین گزینه است.
تولید نیتروژن در محل مزایای متعددی نسبت به استفاده از سیلندرها دارد از جمله:
ایمنی و قابلیت اطمینان: ژنراتورهای نیتروژن در محل، سیستم‌های مدولار و کانتینری هستند که به تعمیر و نگهداری نادر نیاز دارند. برخلاف سیلندرها، کمتر در معرض نشتی و آسیب هستند.
عرضه نامحدود: برخلاف سیلندرهایی که حجم محدودی دارند، سیستم های تولید نیتروژن در محل می توانند عرضه ثابتی از محصول را تولید کنند.
صرفه جویی در هزینه: مولدهای نیتروژن اپراتورها را از هزینه های لجستیکی بیش از حدی که در حمل و نقل سیلندرهای حجیم به و از سایت مربوط می شود، نجات می دهند.
برای تولید یک منبع ثابت نیتروژن از هوای اتمسفر، یک مولد نیتروژن مورد نیاز است.
مولد نیتروژن چیست؟
مولد نیتروژن قطعه ای از تجهیزات است که قادر به تولید نیتروژن صنعتی با خلوص بالا از هوای اتمسفر است. ژنراتورهای نیتروژن می توانند از نوع جذب نوسان فشار (PSA) یا از نوع غشایی باشند.
ژنراتورهای نیتروژن PSA اجزای منفرد هوا را بر اساس ویژگی‌های مولکولی و میل ترکیبی آن‌ها به محیط‌های جاذب مانند زئولیت یا کربن فعال دانه‌ای (GAC) جدا می‌کنند، در حالی که ژنراتورهای غشایی با جدا کردن N2 خالص از هوای اتمسفر با استفاده از یک غشای نیمه تراوا کار می‌کنند.
