شیل گس

 

 

 

افزایش تقاضای انرژی و کاهش پیاپی مواد هیدروکربوری جهان سببشده است کشورهای مختلف جهان از جمله آمریکا در راستای تامین تقاضای انرژی به تولید گاز از منابع نامتعارف از جلمه شیل گس روی آورند. به گزارش نشریه عرب اویل اند گس، آمریکا امروزه به دلیل توسعه ذخایر شیل گس برای حدود ١٠٠ سال خود گاز دارد؛ این ذخایر حدود ١٠ سال است که وجود دارند و برای بیش از یک میلیون آمریکایی اشتغالزایی داشته است و در زمان نیاز اقتصاد این کشور، میلیاردها دلار درآمد برای این کشور به همراه آورد.

در اوایل دهه ١٩٨٠ مدت کمی پس ازآن که استیو جابز نخستین کامپیوتر اپل را در گاراژ خانه پدری خود در کالیفرنیا ساخت، جورج میچل آمریکایی ( George Mitchell) در حال کار روی یک ایده جدید و شکل دادن انقلابی دیگر در ایالت تگزاس آمریکا بود.

میچل، پدر شیل گس، و مهندسانش فناوری را برای کشف شیل گس در سازه بارنت شیل در شمال ایالت تگزاس توسعه دادند؛ آنها تلاشهای خود را در سال ١٩٨١ آغاز کردند و سرانجام در اوایل دهه ١٩٩٠ تلاشهای آنها به نتیجه رسید.

 میچل معتقد بود که می تواند از سنگهای شیل گاز تولید کند؛ اما به طور موقت در این طرح شکست خورد. در آن زمان، مردم می گفتند: میچل در حال تلف کردن زمان و پول خود است، اما میچل و گروهش سرانجام موفق شدند.

آنها با ادغام دو فناوری موجود «شکست هیدرولیکی» و حفاری افقی به استخراج گاز طبیعی به روشی ایمن که صرفه اقتصادی داشت، پرداختند که پس از آن نیز فناوریهای مشابهی برای تولید شیل اویل استفاده شد.

نکته قابل توجه در این باره این است که ایده میچل، سماجت وی و یک سری شرایط ویژه در آمریکا سبب موفقیت وی در برنامه توسعه این نوع ذخایر بود.

همچنین، نظریه های فنی مهندسان، زمین شناسان و متخصصان دیگر بخشها در آمریکا زمینه را برای فرایند توسعه ذخایر شیل گس در این کشور فراهم آورد؛ علاوه بر این، ظرفیت صنایع و زیرساخت های موجود در سرتاسر آمریکا به صنعت گاز این کشور اجازه داد تا ساخت تجهیزات و توسعه شبکه ترانزیت گاز این کشور شتاب یابد.

این داستان واقعی پشت پرده توسعه ذخایر شیل گس است، همه این عناصر دست در دست هم دادند تا این شانس تغییر بازی ابداع شود.

میچل ٢۶ ژوئیه سال ٢٠١٣ در  ٩۴ سالگی در ایالت تگزاس دار فانی را وداع گفت.

شیل گس در کجا کشف شد؟

بنا بر اعلام اداره اطلاعات انرژی آمریکا (یی آی ای)، دهه تولید گاز رسی به تولید از سازه بارنت شیل (Barnett Shale) در ایالت تگزاس آمریکا بر می گردد؛ تجارب و اطلاعات به دست آمده از توسعه ذخایر نامتعارف این منطقه، کارایی و قابلیت بهره وری توسعه گازهای رسی در سراسر این کشور را بهبود داده است.

یک سازه مهم دیگر برای توسعه این نوع ذخایر، مارسلوس شیل (Marcellus Shale) در شرق آمریکاست؛ متخصصان ژئوفیزیک و زمین شناسان با استفاده از فناوری های سطحی و زیرسطحی زمین شناسی و لرزه نگاری، مکانهای مناسب برای تولید به صرفه این نوع گازها را مشخص کرده اند.

  

شیل گس، گازی است که در میان سنگهای سخت محصور شده است و آزادسازی آن به استفاده از فناوری موسوم به «شکست هیدرولیک»، (hydraulic fracturing) نیاز دارد.

فناوری «شکست هیدرولیک»، (hydraulic fracturing) شامل تزریق آب حاوی مواد شیمیایی درون سازه های گاز رسی با فشار بالاست که به گفته منتقدان، این عملیات خطر آلودگی سفره های آبی و بروز زمین لرزه را به همراه دارد.

اختراع های حفاری اخیر مانند فناوری شکست هیدرولیک راه را برای توسعه ذخایر وسیع شیل گس (تولید گاز از سنگهای رسی) باز و این موضوع به افزایش تولید و کاهش وابستگی کشورها به منابع انرژی خارجی کمک می کند.

انقلاب تولید شیل گس (تولید گاز از سنگهای رسی) با استفاده از «شکست هیدرولیک» تاکنون تاثیر زیادتری بر گاز نسبت به نفت داشته، به طوری که افزایش تولید گاز سبب افت قیمتهای این ماده و میعانات گازی مانند پروپان و بوتان شده است.

تولید گاز رسی در آمریکا سبب افت قیمتهای گاز در این کشور و ایجاد شکاف عمیق میان قیمتهای گاز با قیمتهای نفت در آمریکا شده است، ضمن آن که به نظر می رسد انقلاب شیل گس در سراسر جهان در حال گسترش است.

تفاوت تولید گاز رسی با تولید گازهای متعارف

ذخایر متعارف گازی زمانی ایجاد می شوند که گاز طبیعی از یک منبع غنی بنیادی به یک سنگ قابل نفوذ انتقال می یابد، اما ذخایر شیل گس درون یک سنگ غنی بنیادی شکل می گیرند که نفوذناپذیری این سازه ها مانع انتقال گاز به درون سنگهای دارای نفوذپذیری بیشتر می شود.

 اثرات محیط زیستی تولید شیل گس

گاز طبیعی در قیاس با زغال سنگ و نفت، یک سوخت پاک به شمار می رود؛ از سوخته شدن آن نیز دی اکسید کربن و سولفور دی اکسید کمتری منتشر می شود؛ زمان استفاده از گاز در نیروگاههای تولید برق کمتر از نصف زمان استفاده از زغال سنگ برای تولید هر واحد برق، دی اکسید کربن منتشر می کند.

با آن که نگرانی های بالقوه زیادی درباره تولید گازهای رسی وجود دارد، تولید این نوع گازها نیازمند استفاده از مقادیر زیاد آب است؛ در برخی  مناطق آمریکا، استفاده زیاد از آب برای تولید شیل گس احتمال دارد بر دسترسی آب برای دیگر مصرف کنندگان و زیستگاه جانوران و گیاهان آبزی تاثیر بگذارد.

دوم آن که چنانچه از فناوری تولید گاز رسی که احتمال دارد حاوی موادشیمیایی مضر باشد، به درستی استفاده نشود، این مواد شیمیایی می تواند در اثر نشت، ریزش، نقص در ساخت و غیره در محیط منتشر شود.

از شکافتن سنگها همچنین مقادیر زیادی آب زائد تولید می شود که شاید حاوی موادشیمیایی غیرحلال و دیگر مواد آلوده کننده باشد؛ که لازم است پیش از استفاده مجدد و مصرف تصفیه شود؛ به خاطر کمیت آب استفاده شده و پیچیدگی در مرحله فراورش برخی ترکیبات آبهای زائد، تصفیه و مصرف یک موضوع بسیار مهم و چالش بر انگیز در استفاده از این فناروی به شمار می رود.

بر اساس ارزیابی های زمین شناسی آمریکا، استفاده از فناوری تولید گاز رسی سبب بروز زمین لرزه های کوچک می شود، اما این زمین لرزه ها آنقدر کوچک هستند که جای نگرانی ندارند.

علاوه بر گاز طبیعی، سیالات و آب درون سازه های رسی به سطح زمین برمی گردند که این آبها اغلب با تزریق به چاههای عمیق استفاده می شود؛ تزریق این آبهای زائد به درون زمین می تواند سبب بروز زمین لرزه شود. این زمین لرزه ها می تواند خسارتهایی را برای منطقه به همراه داشته باشد.

 دوبرابر بودن ذخایر شیل گس نسبت به ذخایر متعارف گاز

بنا بر برآوردهای معتبر ذخایر شیل گس جهان دوبرابر ذخایر متعارف گازی خواهد بود، اما برآوردها درباره ذخایر شیل اویل تاکنون کمتر بوده است، به همین منظور به نظر می رسد که در میان مدت قیمتهای گاز در قیاس با قیمتهای نفت همچنان پایین تر باقی خواهد ماند.

سوالی که در اینجا برای تولیدکنندگان گاز و میعانات گازی مطرح می شود این است که این تولیدکنندگان چگونه می توانند راههایی را برای بازاریابی تولیداتشان بیابند.

آسانترین راه حل، صادرات گاز به مناطقی است که قیمتهای گاز هنوز مرتبط و هماهنگ با قیمتهای نفت است، مانند آسیا و بخشهایی از اروپا.

بیش از ١٢ شرکت آمریکایی از وزارت انرژی آمریکا درخواست دریافت مجوز برای آغاز صادرات گاز از آمریکا را به جاهایی که قیمتهای گاز بالاست  مطرح کرده اند.اما با توجه به این که شاخصهای قیمت گذاری گاز مرتبط با نفت تحت فشار قرار گرفته اند و منابع جدید متعارف و غیرمتعارف در همه جاها توسعه یافته اند، به نظر می رسد که ارائه یک راه حل بادوام میسر نیست.

یک پیشنهاد دیگر، پیدا کردن راه حلهایی برای ورود گاز (متان) و مایعات گازی ( اتان، پروپان، بوتان و پانتان) به شبکه ترانزیت است، جایی که استفاده کنندگان از جاده ها، خطوط راه آهن، شرکتهای کشتیرانی و خطوط هوایی قیمتهای بالاتری پرداخت می کنند.

 گاز در سیستم حمل و نقل

گاز را می توان از طریق چند مسیر وارد شبکه ترانزیت کرد؛ مقادیر کمی از این سوخت پاک هم اکنون به صورت گاز طبیعی فشرده شده (سی ان جی) یا ال ان جی از سوی خودروها و کامیونها استفاده می شود؛ اما سی ان جی و ال ان جی نیازمند اصلاح و تغییر گسترده خودروها و اختصاصی کردن زیرساختهای سوختگیری است.

سی ان جی و ال ان جی تاکنون برای شرکتهای صاحب خودروهای بزرگ (ماشینهای جمع آوری زباله و برخی ارائه دهندگان خدمات پستی) که دارای ایستگاههای شخصی سوخت گیری هستند و به ایستگاههای سوخت گیری عمومی مرتبط نیستند، محدود بوده است.

گزینه دیگر تبدیل گاز طبیعی و مایعات گازی به سوختهای مایع مرسوم مانند گازوییل و بنزین است، به همین منظور می توان از زیرساختهای موجود توزیع و خرده فروشی بهره برد و از این سوختها به طور مرتب در خودروها، کامیونها، خطوط راه آهن و حتی هواپیماها استفاده کرد.

 پالایش معکوس

برخی مایعات گازی مانند بوتان با ۴ اتم کربن (c۴ ) و پانتان با ۵ اتم کربن (c۵ ) هم اکنون به مقادیر کم باهم مخلوط شده و سپس با درآمیختن با بنزین، روشن شدن خودروها را در فصل زمستان آسان تر می کنند.

اما گرایش این مواد به تبخیر  در آب و هوای گرم، حجم و مقدار مخلوط کردن آنها را با بنزین محدود می کند.

مولکول های سبک تر مانند پروپان با سه اتم کربن (c٣)، اتان (c٢)، و متان (c١) را هرگز نمی توان با مایعهایی مانند بنزین مخلوط کرد زیرا این مواد در دمای محیط مایع نیستند و به سرعت بخار می شوند.

بیشتر فرایندهای پالایش نفت، مولکولهای سبک تر را از مولکولهای سنگین تر (تقطیر) جدا یا مولکولهای بزرگتر و سنگین تر را به مولکولهای کوچک تر و سبک تر (کراکینگ یا کوکینگ ) تفکیک می کنند.

در دهه گذشته، پالایشگران در آمریکا و آسیا به امید و با پیش بینی این که نفت خام به شدت بر عرضه جهانی نفت تسلط خواهد داشت، در واحدهای کراکینگ و کوکینگ (cracking and coking) سرمایه گذاریهای کلانی کردند.

اما انقلاب تولید شیل گس و استفاده از فناوری شکست هیدرولیک سبب تغییر این پیش بینی شد، به جای افزایش شدید تولید نفت سنگین، سیستم پالایش جهانی با رشد فراوان نفت سبک، مایعات و گاز طبیعی روبروست.

به جای تفکیک مولکولهای سنگین، پالایشگرها و تولیدکنندگان گاز لازم است که راههایی را برای آمیختن مولکولهای سبک کوچک که در ردیفc١ تا c۴ قرار می گیرند  با مولکولهای کمی بزرگتر  در ردیف c۵ تا c١٢ (برای بنزین) و یا c٨ تا c٢١ (برای گازوییل) بیابند.

شناخته شده ترین راه حل برای آمیختن مولکولهای هیدروکربوری کوچک با مولکولهای بزرگتر فناوری اف تی جی تی ال (Fischer-Tropsch gas-to-liquids) کشف شده توسط شیمیدانهای آلمانی در اوایل قرن ٢٠ است.

در فرایند متداول جی تی ال، متان یا دیگر سوختها برای تولید گاز سنتز(مخلوطی از هیدروژن و مونواکسیدکربن) اندکی با اکسیژن ترکیب می شود؛ مونواکسید کربن سپس برای تولید دی اکسید کربن و هیدروژن بیشتر با بخار واکنش می دهد.

الکیل دار کردن (ALKYLATION)

راه دیگر برای آمیختن مولکولهای کوچکتر هیدروکربنی به مولکولهای بزرگ تر الکیل دار کردن است، مولکولهای سبک مانند پروپان، بوتان و پانتان در حضور کاتالیزور (هیدروفلوریک یا اسید سولفوریک) برای تولید به ترتیب ایزوهپتان (iC٧)، ایزاکتان (iC٨ ) یا ایزونونان (iC٩) با ایزوبوتان واکنش می دهند.

مایعات حاصل شده که به طور جمعی الکلیت نامیده می شوند، دارای اکتان بالا هستند که هیچ سولفوری ندارند و به سادگی بخار نمی شوند.

واحدهای الکیلیشن در بسیاری پالایشگاههای نفتی وجود دارد، ظرفیت الکیل دار شدن در سرتاسر جهان بیش از ٢ میلیون بشکه در روز است؛ بیشتر این واحدها از ایزوبوتان، بوتان و پروپان استفاده می کنند، اما در آینده احتمال دارد واحدهای الکیلیشن به استفاده از مایعات حاصل از تولید گاز روی آورند.

 راه حل های مورد نیاز

در آمریکا، جایی که بازار اشباع شده است، نیاز به پیدا کردن بازارهای با ارزش تر برای مازاد گاز و مایعات گازی ضرورت پیدا کرده است؛ پالایشگاههای سواحل خلیج مکزیک هم اکنون به تنهایی حدود ٣٨ میلیون بشکه پروپان ذخیره کرده اند که از ٢۵ میلیون بشکه ذخیره شده در سال ٢٠١١ بیشتر است.

آمریکا در ٩ ماه نخست سال ٢٠١٢ حدود ۴۴ میلیون بشکه پروپان صادر کرده بود که این رقم از ١۶ میلیون بشکه صادر شده در مدت مشابه سال گذشته بیشتر بوده است؛ ذخیره سازیهای دیگر مایعات مانند بوتان و پروپان نیز در سطوح بالایی هستند.

بخشی از گاز و مایعات گازی می تواند در تولید مواد پتروشیمی استفاده شود؛ شرکتهای پتروشیمی اعلام کرده اند که به منظور استفاده از گاز و میعانات گازی ارزان قصد دارند چند واحد کراکراتیلن (ethylene crackers) جدید و دیگر واحدهای فراورش بسازند.

شرکت انگلیسی-هلندی شل و شرکت ساسول آفریقای جنوبی هر دو در حال مطالعه برنامه ها برای ساخت کارخانه های اف تی-جی تی ال در سواحل خلیج مکزیک هستند؛ برخی پالایشگرها نیز احتمال دارد ظرفیت الکلیل دار کردن  را در آمریکا و یا در خارج از این کشور افزایش دهند.

با این حال، تا زمانی که قیمتهای گاز طبیعی همچنان پایین تر از قیمتهای نفت باشد، انگیزه قوی برای پیگیری تبدیل گاز و میعانات گازی به سوختهای ترانزیتی وجود خواهد داشت.

 

/ 0 نظر / 28 بازدید