الغاز الطبيعي Natural Gas (مكوناته – تنقيته – استخداماته – إسالته)

مكونات الغاز الطبيعي Natural Gas

– تطلق عبارة الغاز الطبيعي على الغاز المنتج عند سطح الأرض مـن التجمعات الجوفية التي يتفاوت تركيبها تفاوتاً بيناً والتي قد ترافـق أو لا ترافق مباشرة تجمعات البترول الخام.

– ويحتوي الغاز الطبيعي – إلا فـي حـالات قليلة – على ما لا يقل عن 95% من الهيدروكربونات، أما الباقي فيتكون من النيتروجين وثاني أكسيد الكربون يصحبها في بعض الحالات نسبة ضئيلة من كبريتيد الهيدروجين.

– والمادة الهيدروكربونية الرئيسية هي غاز الميثان الذي هو أخف البارفينات الهيدروكربونية وأكثرها تطايراً.

– أما البارفينات الأثقـل والتي تتميز بدرجة غليان أعلى، وهي الإيثان والبروبان والبيوتان والبنتـان والهكسان والهيبتان، فإنها توجد بنسبة متناقصة.

– ومع أن ما يتـراوح بـين %70 إلى حوالي 100% حجماً من المواد الهيدروكربونية في الغاز الطبيعي قد يتألف من الميثان، فإن مركبات البنتان والمواد الهيدروكربونية الأثقـل نادراً ما تشكل أكثر من 1-2% حجماً، وقد تكون من الضآلة بحيث تبلغ ما يتراوح بين 0.1 إلى 0.2% حجماً.

– ويبين الجدول التالي الصيغ الكيميائيـة ودرجات الغليان للمواد الهيدروكربونية البارفينية الموجودة في الغـاز الطبيعي.

 

– ويتبين من هذا الجدول أن الميثان والإيثـان والبروبـان ومركبـات البيوتان هي مواد غازية في الظروف العادية من الضغط ودرجات الحرارة، بينما البنتان والهكسان والهبتان والاوكتان هي مواد سائلة في هذه الظروف.

– غير أنه كما يمكن للهواء عندما يكون الضغط الجوي عادياً، أن يحتوي على كميات مختلفة من بخار الماء حسب درجات الحرارة، كـذلك فـإن الغـاز الطبيعي قد يحتوي على كميات مختلفة من أبخرة هذه المواد الهيدروكربونية السائلة. ويعرف الغاز عندئذ بالغاز الرطب أو الغاز المبلل تمييزاً عن الغاز الطبيعي الجاف الذي لا يحتوي على أبخرة المواد الهيدروكربونية السائلة أو يحتوي على كميات ضئيلة جداً منها.

– ويمكن فصل المواد الهيدروكربونيـة السائلة من الغاز الطبيعي الرطب على شكل جازولين (بنزین) طبيعي.

الغاز الطبيعي والبترول الخام

– لقد وجد إن الغـاز الطبيعي يصحب تجمعات البترول الخام كلها تقريباً إينما وجدت، إذ يكون الغاز ذائباً في البترول تحت ضغط المكمن وحرارتـه (الغاز المذاب)، كما أنه غالباً ما يشكل غطاء من الغاز الطليق يعلو البترول الخام غير أن تجمعات الغاز كثيراً ما توجد مستقلة عن تجمعـات البترول وتسمى عندئذ (الغاز الغير مرافق).

– ويلاحظ ان احتياطي الغـاز الطبيعي يعرف دائماً بأنه إما غاز مرافـق وإما غاز غير مرافق. وهذا التمييز أمر مهم للغاية. فإنتاج الغاز المرافـق (Associated Gas) يعتمد على إنتاج البترول الخام الذي يوجد بصحبته، ويقتصر الإنتاج إذ ذاك على الغاز المـذاب. أمـا الغـاز غيـر المرافـق (Non-Associated Gas) فأن بالإمكان إنتاجه وفقاً لمتطلبـات الأسـواق ونموها.

– إن إعداد منتجات الغـاز الطبيعي القابلة للتسويق لا تتطلـب عمليـات تكرير معقدة كتلك التي يطلبها إعداد منتجات البترول الخام. فالغاز الطبيعي الجاف يتطلب إزالة المواد الغير مرغوب فيها مثـل كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. ويتطلب الغاز الطبيعي المبلل إضافة لذلك استخلاص الجازولين الطبيعي.

تنقية الغاز الطبيعي وإنتاج الكبريت

– يحتوي الغـاز الطبيعي على شوائب غير مرغوب فيها مثـل كبريتيـد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون،.

– يمكن إزالة هذه الشوائب بعدة طرق منهـا طريقـة الامتصاص بمحلـول ايثانول أمـين الأحــادي NH₂C₂H₂OH

(Monoethanol Amine) أو غيره من مركبات الأمونيا ، ثم فصل السائل الناتج وتعريته منهما وإعادة استعماله.

–  حيث يتحد ايثانول امين الاحادي مـع كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون ويزيلهما مـن الغـاز الطبيعـي . ويتحرر هذان الغازان بسهولة بالتسخين.

 

– يعتبر كبريتيد الهيدروجين أحد المصادر الطبيعية لعنصر الكبريـت حيث يُحول إلى عنصر الكبريت بواسطة أكسدته مع الهواء بوجود البوكسيت (Bauxite) كعامل مساعد.

 

– ثم يكثف بخار الكبريت ويدفع بمنصهر الكبريت إلى خزانات يتجمـد فيها ثم يكسر إلى كتل لشحنه. وينقل الكبريت السائل أيضـاً فـي عربـات صهريج مدفأة أو حتى في الناقلات.

– وهذا الكبريت نقي جداً ويستعمل فـي صناعة حمض الكبريتيك وثاني كبريتيد الكربون المستعمل فـي صـناعة الحرير الصناعي وفي فلكنة المطـاط (Rubber-Vulcanization) وفي بعض أغراض زراعية وغيرها.

مميزات استخدام الغاز الطبيعي

الغـاز الطبيعي وقود له من المميزات ما يغرى باستعماله كما يلي:

•  يعطى عند الاشتعال لهيباً نظيفاً لا رائحة له.
• يمكن التحكم في معدل الحـرارة الناتجة عن الاحتراق.
• يعطى كمية حرارية عالية إذا تطلـب الأمر.
• يتم نقل الغـاز الطبيعي إلى مواقع استعماله بواسطة أنابيـب خاصـة وهذا يعني الاستغناء عن توفير خزانات باهظة التكاليف.
• رخيص التكلفة

استخدامات الغاز الطبيعي

وللغـاز الطبيعـي استعمالات عديدة، ففضلاً عن استخدامه للأغراض المنزليـة مثـل التدفئـة والطبخ فله استعمالات صناعية هائلة:

• كمصدر للطاقة الحرارية والكهربائيـة
• كمادة أساسية لمجموعة الصناعات البتروكيميائيـة
• كمصـدر للهيدروجين الذي يشكل إحدى المواد الخام الرئيسية التي تعتمد عليها الصناعة الكيميائية.

الغاز الطبيعي المسيل Lignified Natural Gas (LNG)

– يتألف الغـاز الطبيعي المسيل من الميثان والإيثان.

– الميثان هو المادة الرئيسية التي يتألف منها الغاز الطبيعي ولا يمكن تسييله تحت الضغط في الأحوال العادية من درجات الحرارة. ولكن يمكن تسييل الغاز الطبيعي تحت ضغط جوي وأحد وذلك بتبريده إلى 160 °م تحت الصفر ويعـرف عندئـذ بالغـاز الطبيعي المسيل.

– ينقل الغاز الطبيعي المسيل بناقلات خاصة مبردة إلى مسافات طويلة عبر البحار أو المحيطات وهو في هذه الدرجة الحرارية المتدنية.

– وفي المـوانئ المستوردة يعاد الغاز الطبيعي المسيل إلى حالته الغازية ويوزع في شـبكات التوزيع. وهكذا يمكن نقل الغـاز الطبيعي إلى أي بلد مهما كان بعيداً.

– ونظراً للتكاليف الباهظة لعمليتي التسييل والنقل لا ينشأ مصنع الغاز الطبيعي المسيل عادة في الوقت الراهن إلا إذا توفر الغـاز الطبيعي بكميات كبيرة جداً للتصدير، ولا يكون المصنع اقتصادياً وإنتاجه منافساً في الأسواق العالمية إلا إذا كان ذا سعة واسعة جداً.

غاز البترول المسيل Lignified Petroleum Gas (LPG)

– يتكون غاز البترول المسيل من البروبان والبيوتان اللـذين يمكـن بالرغم من طبيعتهما الغازية في درجات الحرارة وضغط الجـو العـاديين، اسالتهما بضغط مساو لعدة ضغوط جوية وبالتالي خزنهما بسهولة كسوائل في أوعية خفيفة الضغط وبدرجات الحرارة الاعتيادية .

– ويمكن الحصول على مقادير كبيرة من هذين الغـازين مـن الغاز الطبيعي أو من عمليات التكرير.

– ويعالج هذان الغـازان بالضـغط لإنتـاج أصناف مختلفة من غاز البترول المسيل وهي البروبان التجـاري والبيوتـان التجاري والمزيج التجاري للصنفين المتقدمي الذكر اللذين تتم موالفتهما في الغالب وفقاً للنسب المطلوبة والتي تتغير حسب فصول السنة. فتزداد نسـبة البيوتان صيفاً وتقل شتاء.

– وتباع هذه الغازات معبأة في أسطوانات فولاذيـة (قناتي) أو بدون تعبئة.

استخدامات غاز البترول المسيل

– يستعمل غاز البترول المسيل على نطاق واسع في:

•  أعمـال الطهـي.
• تسخين المياه والتدفئة.
• تكييف الهواء والتبريد.
• الإنارة في المساكن والفنادق والمطاعم والمخازن والمستشفيات والمدارس.
• يستعمل في الصناعة حيثمـا تلزم الحرارة.
• يمكن استعماله كوقود ذا درجـة عاليـة مـن الاوكتـين للحافلات والشاحنات والجرارات

المراجع: كتاب أسس الكيمياء الصناعية – الطبعة الأولى 2005 – أ.د. محمد مجدي واصل أستاذ الكيمياء الفيزيائية – كلية العلوم – جامعة الأزهر – مصر