מקורות הגפ

מקורות הגפ"ם

תכונות ונתונים של הגפ"ם והגז הטבעי

דוד תורן

במאמר שהתפרסם בגיליון הקודם עסקנו, כזכור, באספקטים החוקיים הנוגעים לעבודות במערכות ומתקנים המוזנים בגז גפ"ם. החל ממאמר זה נחשוף בפני קוראנו את עולם הגפ"ם (גז הבישול) ותחליפו הזול וה"ירוק" יותר – הגז הטבעי.

מהו הגפ"ם ומהם מקורותיו?
הגז הפחמימני המעובה (גפ"ם) ובאנגלית LIQUEFIED PETROLEUM  GAS  (LPG) הינו תוצר של זיקוק נפט גולמי במתקן הנקרא מגדל זיקוק כדוגמת זה הנמצא בבתי הזיקוק בחיפה ובאשדוד.     
הגפ"ם הוא הקל שבמוצרי הנפט, יש לו נקודת רתיחה נמוכה ובניגוד לכל הדלקים הנוזליים, הוא נמצא - בתנאים סטנדרטיים של לחץ וטמפרטורה - במצב צבירה גזי. גזים אלו ניתנים להפיכה לנוזלים על ידי הגדלת הלחץ והורדת הטמפרטורה.
בין הדלקים הרגילים, הג.פ.מ הינו היחיד שניתן לאחסנה והובלה במצב נוזלי במיכלים (תחת לחץ מתון – וטמפ' רגילה) וכאשר משחררים אותו ללחץ אטמוספרי, הוא מתאייד שוב וניתן להשתמש בו כגז.
בעולם, משמש הגפ"ם מזה שנים רבות כחומר בעירה חלופי לדלקים הנוזליים, וזאת מכיוון שפרט למחירו האטרקטיבי לגפ"ם יתרונות רבים גם בתחום שמירת איכות הסביבה. זאת מאחר והגפ"ם נקי מחומרים הנחשבים מזהמים כמו גופרית ואפר, קל יותר לערבב אותו עם אוויר (החמצן שבאוויר חיוני לבערה) ולכן בעירתו מושלמת ותוצרי השריפה שלו אינם מזהמים את הסביבה.

בשנים האחרונות, הן בגלל העלויות והן בגלל הרצון והמחויבות לשמור על איכות הסביבה, מחליף הגפ"ם בישראל את המזוט והסולר בתעשייה בתחומים רבים:
בענף המזון בוצעו הסבות במאפיות, קונדיטוריות ומפעלים לקליית קפה וגרעינים, במפעלים העוסקים בשימור וייבוש פירות וירקות, אספקת יקרות קפואים, בתי אריזה, ועוד. בתחום השירותים בוצעו הסבות במכבסות, במתקני סניטציה ומשק חום של בתי חולים, קיבוצים ופנימיות. בתעשיית המתכת והאל-מתכות משמש הגז כחומר דלק בתנורי התכה, במצבעות, בטיפולים התרמיים וציפוי המתכות. כמו כן, גם מפעלי זכוכית וקרמיקה משתמשים כיום בגפ"ם.
בתחום החימום למגורים, משרדים ומוסדות ציבור בוצעו עשרות רבות של הסבות למערכות חימום בגז לאחר שהוברר בוודאות כי השימוש בגפ"ם חוסך חלק ניכר מעלויות החימום וההסקה.
יש לציין בנוסף לאמור לעיל כי מפעלים רבים שנבנו או עברו שינויים והכנה לפעולה בגז טבעי, משתמשים בגז הגפ"ם כחומר דלק לתקופת הביניים, עד להשלמת פריסת רשת הגז הטבעי.

מקורות הגפ"ם
ניתן להפיק ג.פ.מ משלושת המקורות הבאים:
1. מתהליך זיקוק של נפט גולמי:
הנפט גולמי הינו תערובת של תרכובות כימיות רבות, אך המרכיבים העיקריים הם:
פחמן (C) – 83-87% פחמן, מימן (H) – 11-14% מימן.
שאר המרכיבים הינם חומרים אורגניים המכילים חנקן או חמצן וחומרים לא אורגניים כגון: גפרית, מימן גפריתי, כמויות זעירות של מתכות כגון: צורן, ברזל, ניקל, סידן ונדיום ועוד.


למרות השוני הרב שבין סוגי הנפט הגולמי המופקים בעולם (השונים מארץ לארץ, משדה לשדה ואף מקידוח לקידוח בשדה אחד), הרכבו של הנפט הגולמי אחיד למדי והשינויים בריכוזי היסודות הכימיים העיקריים מעטים. וריכוזם בנפט הגולמי הם כדלקמן:

2. מגז קידוח (הנלווה להפקת נפט גולמי) – הגז הנמצא מעל הנפט בבארות נקרא גם גז נפט והוא עובר תהליך של סילוק נוזלים ושומנים לפני העברתו בצינורות או במיכליות לשינוע גז ממתקן הקידוח ליעדיו.

3.  מגז טבעי – המופק ממאגרי גז הנמצאים בעומק רב מתחת לפני הקרקע.

זיקוק נפט גלמי;
התהליך העיקרי בטיפול בנפט הגלמי הוא הזיקוק (distillation) כלומר, חימום הנוזל, איודו (הפיכתו לגז) ועיבוי האדים על ידי קירור חזרה למצב נוזלי. התהליך מתבצע במתקן הנקרא מגדל זיקוק. 

                

    התקנת מגדלי הזיקוק החדשים בבתי הזיקוק שבמפרץ חיפה


עקרון פעולת מגדל הזיקוק מתבססת על העובדה שלפחמימנים המרכיבים את הנפט הגולמי יש נקודות רתיחה שונות, מכאן שניתן להפריד את הנפט למרכיביו על ידי זיקוק לחלקים בעלי תחומי רתיחה שונים.
הטמפרטורה במגדל הזיקוק אינה אחידה. מגדל הזיקוק בנוי כך שהטמפרטורה בתוכו הולכת ויורדת ככל שנמצאים בו גבוה יותר.
הגזים עולים כלפי מעלה ומתקררים באופן הדרגתי עם העלייה.
כל אחד ממרכיבי הנפט הגולמי מתעבה בגובה שמתאים לנקודת הרתיחה שלו.
כל אחד ממקטעי הנפט המתעבה נאסף בקומה המתאימה לו מבחינת טמפרטורת הרתיחה ומוזרם משם לעבר מיכלי האחסון או להמשך תהליך הזיקוק (פיצוח קטליטי).
התהליך מתואר בשרטוט המצורף:
           
 

בסוף תהליך הזיקוק מתקבל גז הנקרא "גז תהליך" (refiner.gas), הגז המתקבל לאחר הפרדה מהבנזין באמצעות קירור מים, הוא במצב של אדים. לאחר מכן מבצעים ניזול הגז על ידי דחיסה והורדה נוספת בטמפרטורה והופכים אותו לגפ"מ (l.p.g) נקודת הרתיחה ההתחלתית של המרכיבים הראשיים היא c0.50  – לבוטן ו- c420 - לפרופן.

                                                                                       
         
  מבנה מוליקולרי של פרופן                        מבנה מוליקולרי של בוטן


 מרכיבי הגפ"מ

גז פחמימני מעובה הוא תערובת של פחמימנים בעיקר בוטן (C4H10) ובוטילן (C4H8) מקבוצת האולפינים ופרופן (C3H8) ופרופילן (C3H6) מקבוצת הפרפינים.
באופן מעשי אין משתמשים בפחמימנים שהוזכרו לעיל כחומרים כימיים טהורים, אלא כתערובות מסחריות תחת השם גפ"מ או גז בישול.
ג.פ.מ המשווק בארץ: הגפ"מ בארץ מכיל בדרך כלל כ- 20% פרופן וכ- 80% בוטן (אחוזי משקל). ובחורף, באזורים קרים במיוחד יהיה הרכב הגפ"ם כ-40% פרופן וכ-60% בוטן.

משנה: אחסון הגפ"מ
מצב הצבירה של הגפ"מ בתנאים רגילים (טמפ' החדר ולחץ אטמוספרי) הוא מצב צבירה גזי. כדי לגרום לגפ"ם לשינוי את מצב הצבירה שלו ממצב גזי למצב נוזלי (לצורך אחסנה והולכה). יש צורך לשנות את תנאי הטמפרטורה ו/ או הלחץ שבו הוא מאוחסן. מאחר ומבחינה טכנית וכלכלית פשוט יותר להגדיל את תנאי הלחץ במיכל שבו הוא מאוחסן, נעשית אחסנת הגפ"מ והולכתו במיכלים סגורים תחת לחץ.
       
                          
מיכלי גפ"ם

במיכל הגפ"מ המתואר בציור ניתן לראות כי הגפ"ם מאוחסן הן כנוזל והן כגז. הסיבה הינה הרצון להשאיר מרווח להתפשטות הגז במקרה וטמפרטורת המיכל תעלה ותגרום לעלית הלחץ במיכל. במצב זה כשברז המיכל סגור, הגז שמעל הנוזל נמצא בלחץ השווה ללחץ האדים של הגפ"מ והפזה הגזית נמצאת בשווי משקל עם הפזה הנוזלית. עם פתיחת הברז, לחץ משתחרר לכיוון המערכת וגורם לירידת הלחץ במיכל, עקב הירידה בלחץ מתחילה רתיחת הגפ"מ המלווה באידוי מוגבר של גפ"מ, תהליך המתרחש תוך כדי קליטת חום מהסביבה. הגפ"מ העוזב את המיכל במצב גזי, עובר דרך וסת הלחץ ומסופק לצרכן בלחץ נמוך (לחץ עבודה).

תכונות הגפ"מ והגז הטבעי

צבע: המרכיבים העיקריים של גפ"מ הם חסרי צבע, כזהו גם הגז הטבעי.
ריח: לגפ"ם ולגז הטבעי אין צבע או ריח. בבית הזיקוק מוסיפים לגפ"ם חומר כימי הנקרא "מתיל מרקפטן" ביחס של  p.p.m 50-250, כאשר חומר זה בא במגע עם החמצן שבאוויר הוא מתחמצן ומפיק ריח מסריח להקלת זיהוי דליפות גז ולהרתעה עקב מסוכנות החומר (דליק ונפיץ). המרקפטן מוסף לגז הטבעי בתחנה מיוחדת הנמצאת בקווי הולכת הגז קרוב לאזור החלוקה.
+

                         טבלת ריכוז קבועים פיזיקליים לגפ"ם וגז טבעי



לסיכום: במדורנו לחודש זה המשכנו את הסקירה אודות הגפ"ם והגז הטבעי, בגיליון הבא נעסוק בתכונות הגזים כפי שהן מופיעות בטבלה הנ"ל וכיצד תכונות אלו באות לידי ביטוי בהליכי ונוהלי האחזקה, השימוש והבטיחות במערכות גפ"ם וגז טבעי.

נשמח, כפי שפרסמנו בעבר, לקבל שאלות מהקוראים בכל הקשור בנושאים שבהם עוסק המדור, תשובות יינתנו דרך המייל (נא לצרף כתובת דוא"ל) או יפורסמו בדפים אלו בגיליון הבא.










פי.סי.חץ