گاز چیست ؟
ميليونها سال قبل، باقيمانده‌هاي گياهان و جانوران فاسد شدند و در لايه‌هاي
ضخيم شكل گرفتند. اين مادة فاسد شده از گياهان و جانوران مادة آلي ناميده
مي‌شود كه روزگاري زنده بودند. در طول زمان، گل و خاك به سنگريزه تغيير
ماهيت مي‌يابند و مادة آلي را پوشانده و در زير سنگ محبوس مي‌كند. حرارت و
فشار بعضي از اين مواد آلي را به ذغال و برخي ديگر را به نفت و برخي را به
گاز طبيعي تبديل مي‌كند. محصول اصلي گاز طبيعي بصورت متان است كه گازي
متشكل از يك اتم كربن و چهار اتم هيدروژن است.
گاز طبیعی دارای تاریخی
چند هزار ساله‌است. تقریباً در سال ۹۴۰ قبل از میلاد، مردمان سرزمین چین با
استفاده از نی‌های تو خالی گاز طبیعی را از محل آن در خشکی به ساحل رسانده
و از آن برای جوشاندن آب دریا و استحصال نمک استفاده می‌کردند. برخی از
صاحب‌نظران اعتقاد دارند که چینی‌ها چاه‌های گاز را حتی تا عمق ۶۰۰ متری
نیز حفر می‌کردند. همچنین حفر چاه‌های گاز در ژاپن در حدود سال ۶۰۰ قبل از
میلاد گزارش شده‌است. سایر تمدن‌های باستانی نیز خروج گاز از زمین را متوجه
شده و دریافته بودند که قابل اشتعال است و میسوزد. لذا معابدی برای محصور
نگه داشتن این «شعله‌های جاودان» پر رمز و راز که بازدیدکنندگان به دیده
احترام به آنها می‌نگریستند بنا شد. گزارش‌های مختلفی از ستون‌های آتش و
آبی جوشان و سحرآمیز که مانند روغن شعله‌ور می‌شد به ثبت رسیده‌است. اما
اهمیت گاز طبیعی به عنوان سوخت مورد استفاده در زندگی بشر از اوایل دهه
۱۹۳۰ آغاز شد. در اواخر قرن بیستم مشخص شد که گاز طبیعی در بخش اعظم جهان
صنعتی به یک منبع انرژی بسیار ضروری و حیاتی مبدل شده‌است. زغال‌سنگ در قرن
نوزدهم انقلاب صنعتی را سبب شد و نفت خام که سوخت قرن بیستم بود باعث
توسعه اقتصادی در جهان شد.
گاز طبيعي چگونه كشف شد؟
قرن ها
پیش روزی چوپانی در دلفی ( منطقه ای در یونان قدیم ) متوجه شد که چیزی از
زمین خارج می شود که بر اثر آن گوسفندان کارهای عجیب می کردند و مردم نیز
تحت تاثیر آن گیج و بیمار شده بودند .
یونانیان می پنداشتند که این روح
یکی از خدایان است که ظاهر شده و در آن حوالی معبدی را بنا نهادند . اما آن
روح چیزی جز گاز طبیعی نبود .
انواع گاز
امروزه سه نوع گاز عمده را می شناسیم : 1- گاز طبیعی 2- گاز ذغال سنگ 3- گاز آب
گاز طبیعی
منابع
گازهای طبیعی در بسیاری از نقاط جهان یافت می شود . در این سرزمین ها بر
اثر دگرگونی هایی که در پوسته ی زمین رخ داده ، گاز تراکم یافته است .
گاز
طبیعی را با لوله کشی مهار کرده و از مسافت های دور به شهر ها می آورند تا
در مصارف گوناگون شهری یا کارخانجات مختلف مانند فولاد سازی و ذوب فلزات و
تامین روشنایی و نیرو مورد استفاده قرار گیرد .
گاز ذغال
گاز ذغال از پودر زغال سنگ به دست می آورند که در کوره های بزرگ و در بسته ای که راه ورود هوا ندارند ف حرارت داده می شوند .
وقتی
دما در این کوره ها به حد معینی رسید ذغال به حالت خمیری در می آید و گازی
از خود آزاد می کند . این گاز را توسط لوله از کوره خارج کرده و آن را در
ظرفی جمع آوری می کنند و بعد از جداسازی مواد زائد و تصویه کامل آن توسط
لوله هایی به انبار گاز منتقل می شود . انبار گاز به وسیله ی لوله کشی به
خانه های مردم و کارخانه ها متصل می شود و یا گاز را درون کپسول های مخصوص
کرده و به فروش می رسانند .
قطران ذغال
قطران که ماده ای سیاه و
غلیظ است ، پس از جدا کردن گاز از ذغال سنگ باقی می ماند و دارای فراورده
های فرعی ارزنده ای است . این فراورده ها را از قیر جدا کرده و در عطر سازی
، دارو و انواع روغن ها به کار می برند .
ماده ای که در کوره های گازی به جا می ماند کُک نام دارد .
البته
امروزه برای مصرف روشنایی کمتر از گاز استفاده می شود و بیش از 80 درصد از
گاز برای ایجاد حرارت در پخت و پز و تولید گرما در خانه و کارخانه ها و یا
در اتومبیل ها مورد استفاده قرار می گیرد .
هیدروکربنهای گازی متعلق به سری نفتهای پارافینی
گازهای خشک (Dry Gases)
این
گازها حاوی مقدارزیادی متان میباشند (64 الی 96 درصد) و این گازها به
سختی تبدیل به مایع میشوند. در کانسارهای زغال سنگ و مناطق مردابی نیز
گازهای خشک بوفور یافت میشوند که قسمت عمده آنها از متان بوجود آمده است.
گاز متان در حرارت و فشار موجود در منابع زیرزمینی قابل تراکم نیست.
بنابراین همیشه بصورت گاز در کان‌سارها وجود دارد و فقط در نتیجه فشارهای
زیاد میتواند در نفت حل شود.
گازهای مرطوب (Wet Gases)
این گازها
تقریبا به سهولت می‌توانند به مایع تبدیل شوند و دارای مقدار زیادی از
پارافین‌های ردیف بالا مانند اتان ، پروپان ، هگزان و هپتان میباشند. این
گازها را می‌توان تحت فشار و حرارت زیاد به مایع تبدیل کرد. لذا نسبت به
شرایطی که در کانسار حاکم است، این گازها به شکل فاز مایع یا فاز بخار در
آنجا وجود دارند.
لایه‌های مخازن نفت و گاز
گازهای طبیعی در کانسارهای نفت
بنابر
آنچه گذشت، گازهای طبیعی ممکن است همراه با نفت و یا به صورت مجزا تشکیل
کانسار دهند که هر دو نوع آن ، از نظر اقتصادی خیلی با ارزش میباشد. در
کانسارهای نفت ، امکان دارد که گازهای طبیعی به حالتهای مختلف دیده شوند.
غالبا این گازها قسمت فوقانی منابع را اشغال کرده ، چون وزن مخصوص کمتری
دارند، در نتیجه یا بر روی نفت و یا بر روی آب قرار دارند. ولی بعضی اوقات
در کانسارهای نفت حاوی گاز ، درصد قابل ملاحظه‌ای از گازها به صورت محلول
قرار می‌گیرد که نسبت آن وابسته به اختصاصات فیزیکی نفت و گاز و همچنین
حرارت و فشار منبع یا مخزن است.
گاهی ممکن است دریک مخزن ، درصد قابل
ملاحظه‌ای از گازهای طبیعی محلول در آب باشند. در اعماق بیش از دو هزار
متری نیز ، تحت شرایط فشار و حرارت زیاد ، گازهای مخلوط در نفت از نظر
فیزیکی غیر قابل تشخیص میباشند.
گازهای ترش و شیرین
گازهایی که دارای CO2 و گوگرد هستند، به نام گازهای ترش و گازهای دارای گوگرد کمتر را گازهای شیرین گویند.
کانسارهای گازهای طبیعی
گازهای
طبیعی زیرزمینی یا به تنهایی و یا به همراه نفت تشکیل کانسار می‌دهند.
درصورت همراه بودن با نفت گازها در داخل نفت حل میشوند و درصورت رسیدن به
درجه اشباع ، تجزیه شده ، در قسمت‌های بالای افق‌های نفتی به شکل گنبدهای
گازی قرار می‌گیرند.
مهار گازهای طبیعی
اگرچه هنگام استخراج نفت ،
سعی میشود برای نگهداری انرژی کانسار از استخراج آن جلوگیری شود، باز این
گاز حل شده در نفت در هنگام استخراج به همراه آن خارج میشوند. درسالهای
گذشته این گازها را آتش می‌زدند. ولی امروزه از آنها به عنوان مواد خام
شیمیایی و ماده سوختنی با ارزش استفاده می‌کنند.
ترکیب گازهای طبیعی
دربعضی
جاها ، گازهای زیرزمینی دارای نیتروژن بیشتر (کانزاس) یا CO2 بیشتر
(مجارستان ، کلرادو) درخود هستند. بخشی از CO2 ، از محصولات تشکیلات نفتی و
بخشی نیز با منشاء آتشفشانی بوجود می‌آید. مقدار جزئی هیدروژن نیز در اکثر
مواقع پیدا شده است. گازهای ازت‌دار می‌توانند تا 2.5 درصد حجمی هلیوم
داشته باشند (مانند ایالات متحده امریکا). از شکسته شدن عناصر رادیواکتیو
درون سنگهای ساحلی هلیوم بوجود می‌آید. گازهای دارای سنگ مخزن کربناته ،
دارای مقدار زیادی H2S هستند.
رسیدن گازهای طبیعی به سطح زمین
بیرون
آمدن گازهای طبیعی زیرزمینی به سطح زمین ، همانند بروز نفت به سطح زمین ،
از پدیده‌های مهم بوده ، توسط میزان بیرون آمدن گازطبیعی می‌توان در مورد
پتانسیل کانسارهای هیدروکربنی ، اطلاعات با ارزش و مهمی بدست آورد. ولی
تشخیص و تفکیک این گازها خیلی ساده نیست تا بدانیم آیا این گاز مربوط به
گاز مردابی یا گاز زغال سنگ و یا گاز مربوط به نفت است. از وجود
هیدروکربنهای ردیف بالا ، می‌توان گفت که این گاز از نوع زیرزمینی است.
گازهای موجود در کانسارهای زغال سنگ
این
نوع گازها تا 6 درصد حاوی هیدروکربنهای ردیف بالا هستند. گازهایی که منشاء
آنها مربوط به زغال سنگ است، خیلی کمیاب هستند (مانند گازهای موجود در
کانسارهای زغال سنگ هلند) و علت آن را چنین توجیه می‌کنند که این نوع
گازهای حاصل در مرحله زغال شدگی برای خودشان سنگ مخزن خوبی پیدا نمی‌کنند
تا جمع شوند.
تفکیک گازهای طبیعی ازنفت
گازی که همراه نفت است،
باید از آن جدا شود تا نفت خالص بدست آید. اگر نفت و گازی که باهم از چاه
خارج می‌گردند، پیش از آنکه از هم جدا شوند، مستقیما به مخازن نفت هدایت
گردند، گاز چون سبک و فرار است، مقداری از آن ، از منافذ فوقانی مخزن به
هوا می‌رود و در ضمن ، مقداری از اجزای سبک و گرانبهای نفت را هم با خود
خارج میکند. از این رو ، نفت را پس از خروج از چاه و پیش از آنکه به مخزن
بفرستیم، به درون دستگاه تفکیک که نفت و گاز را از هم جدا می‌سازد، هدایت
می‌کنیم.
دستگاه تفکیک نفت و گاز
این دستگاه به شکل یک استوانه
قائم است که در آن ، ذرات گاز از هم باز و به اصطلاح منبسط می‌گردد و در
این ضمن ، از سرعت آن نیز کاسته میشود. وقتی فشار و سرعت گاز ، خیلی کم
شد، مقدار زیادی از آن ، از نفت جدا می‌گردد. آنگاه آن را توسط لوله به
درون ظرفی هدایت کرده ، از آن استفاده می‌کنند.
گازهای طبیعی تفکیک شده
گازی
که از دستگاه جدا کننده خارج می‌گردد، غالبا از نوع گاز تر است و مقدار
زیادی بنزین سبک همراه دارد. این بنزین طبیعی ، بسیار مفید و قیمتی است. از
این رو ، نباید آن را به هدر داد. در اوایل پیدایش صنعت نفت ، از این ماده
گرانبها استفاده‌ای به عمل نمی‌آمد و آن را همراه با سایر اجزای گاز به
هدر می‌دادند. اما رفته رفته که به اهمیت و فواید این گاز پی بردند، سعی شد
که بنزین طبیعی آن را استخراج نموده ، از بقیه اجزای آن نیز به انواع
گوناگون استفاده شود.
ترکیبات گاز طبیعی
میلیون‌ها سال قبل گاز طبیعی
و نفت خام در اثر تجزیه و فاسد شدن گیاهان و اجساد حیوانات در ته دریاها و
اقیانوس‌های قدیمی به وجود آمد. بخش اعظم این مواد ارگانیک در هوا تجزیه
(اکسیده) و وارد جو شد. ولی بخشی دیگر قبل از تجزیه، مدفون و یا وارد
آب‌های راکد و فاقد اکسیژن شده و از اکسیده شدن آنها جلوگیری به عمل آمد.
گاز
طبیعی که بیشتر از گاز متان (ch۴) تشکیل میشود مانند هر ماده دیگر دارای
ده‌ها خصوصیت فیزیکی و شیمیائی است اما از آنجا که بحث ما در زمینه ایمنی
است لذا در اینجا فقط به آن دسته از خواص گاز طبیعی میپردازیم که از نظر
ایمنی اهمیت بیشتری دارند. گاز طبیعی عمدتاً از متان (CH4) یعنی ساده‌ترین
نوع هیدروکربن و هیدروکربنهای پیچیده‌تر و سنگین‌تری چون اتان (C2H6) ،
پروپان (C3H8) و بوتان (C4H10) تشکیل شده‌است.در این میان گاز اتان برخی از
میدانها درصد قابل ملاحظه‌ای ( تا حدود ۱۰٪ یا کمی بالاتر)را تشکیل
میدهد. حال آنکه گازهای سنگین تر اجزای بسیار کوچکی را در ترکیب گاز طبیعی
شامل میشوند همچنین عناصری از قبیل H۲S،CO۲،N۲ نیز همراه گاز طبیعی یافت
میشوند و بالاخره آب که همیشه با گاز طبیعی استخراج شده از مخازن همراه
است. در پالایشگاه و واحدهای نم زدائی ، ترکیبهای مزاحم که سبب پائین آوردن
ارزش حرارتی گاز شده و مشکلاتی در انتقال و مصرف گاز بوجود میآورند، از
گاز طبیعی تفکیک و سپس به خطوط انتقال تحویل میشود.
چگالی گاز طبیعی
چگالی
گاز متان ۵۵ صدم است ، ولی با توجه به ترکیبات سنگینتر همراه گاز طبیعی ،
چگالی آن میتواند به حدود ۶۵صدم نیز برسد. بنا بر این گاز طبیعی از هوا
سبکتر بوده و در صورت نشت از خطوط لوله و یا سایر اجزاء شبکه گاز و یا لوله
کشی وسائل گاز سوز در منازل بسمت بالا حرکت میکند و در مکانهای مسقف قسمت
زیادی از گاز نشت شده در زیر سقف تجمع میکند.
اما سبکتر بودن گاز
طبیعی با عث نمیشود که همه گاز نشت یافته از یک محل بسمت بالا برود بلکه
بخشی از گاز نیز ، بویژه در صورتی که عناصر تشکیل دهنده هوا با آن اختلاط
کامل پیدا کنند ، بهمراه هوا به اطراف نیز پراکنده میشود . و چون غلظتهای
پائین گاز در هوا خطرناکتر است قابلیت انفجار در اطراف محل نشت نیز وجود
دارد .
گاز طبیعی بعد از هیدروژن پاک‌ترین نوع سوخت فسیلی برای طبیعت
است. زیرا عمدتاً دی‌اکسیدکربن و بخار آب تولید میکند. علاوه بر این متان
یکی از مواد خام اصلی برای ساخت حلال‌ها و دیگر مواد شیمیایی ارگانیک است.
پروپان و بوتان نیز از گاز طبیعی استخراج میشوند. گاز نفتی مایع شده
(Liquefied Petroleum Gas) یا (LPG) اصولاً همان پروپان است و اغلب به جای
گاز طبیعی در مناطق فاقد خطوط لوله مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گاز
طبیعی غالباً ناخالصی‌هایی چون دی‌اکسیدکربن (گاز اسیدی)، سولفید هیدروژن
(گاز ترش) و آب و همچنین نیتروژن، هلیوم و سایر گازهای نادر را به همراه
دارد. دی‌اکسید را به حوزه‌های نفتی قدیمی تخلیه شده تزریق می‌کنند تا
تولید آنها افزایش یابد. نیتروژن نیز گازی است قابل تزریق به حوزه‌های نفتی
و هلیوم در صنایع الکترونیک موارد استفاده ارزشمند و فراوان دارد.
سولفید
هیدروژن (H2S) بسیار سمی است و مقادیر بسیار ناچیز آن نیز می تواند کشنده و
مهلک باشد. سولفید هیدروژن بسیار خورنده و فرساینده است و میتواند به
لوله‌ها، اتصالات و شیرهای چاه آسیب و خسارت وارد کند. بنابراین قبل از
انتقال گاز طبیعی به خطوط لوله، سولفید هیدروژن جداسازی شده و دی‌اکسید
کربن و آب آن نیز از طریق آب‌زدایی یا نمک‌گیری گرفته میشود.
سوختن گاز طبیعی
گاز طبیعی در صورتی که بطور کامل خشک و فاقد مواد زائد باشد و هوای کافی به آن برسد ، با شعله آبی میسوزد
ودر غیر اینصورت شعله‌های قرمز ، نارنجی ،زرد یا سبز حاصل خواهد شد
ارزش حرارتی گاز طبیعی
هر
متر مکعب گاز طبیعی بصورت متوسط ده هزار کیلو کالری ارزش حرارتی دارد ،
امّا این مقدار اسمی است و ارزش حرارتی دقیق گاز طبیعی هر میدان گازی ،
تابع ترکیبات آن بوده و بطور کلی هر چه درصد متان در گاز طبیعی بیشتر باشد
ارزش حرارتی آن پائین تر است .
ارزش یک متر مکعب گاز طبیعی در شرایط
استاندارد تقریباً به اندازه یک لیتر بنزین میباشد.مصرف یک بخاری گازی در
هر ساعت از نیم تا یک و نیم متر مکعب گاز طبیعی میباشد.گازی که در منازل،
محل‌های کسب و کار و بخش‌های صنعتی استفاده میشود در واقع متان خالص است
که گازی بی‌رنگ و بی‌بو و با شعله‌های کم‌رنگ و به نسبت روشن میسوزد.
دلایل مطلوبیت ویژه گاز طبیعی
تقاضای
جهانی انرژی طی دویست سال اخیر به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی به سمت
سوخت‌هایی با محتوای کربن کمتر متمایل شده است. طی این مدت انرژی مورد نیاز
انسان از چوب (با محتوای کربن ۲۵/۱ نسبت به هیدروژن موجود در آن) به
زغال‌سنگ سپس به نفت و در حال حاضر به گاز طبیعی (گاز متان با میزان کربن
۶۵٪) تغییر نموده و در این راستا سهم گاز طبیعی به عنوان سوخت در حال
افزایش است.
گاز طبیعی منبع انرژی تقریباًً پاکیزه، فراوان و ارزان
قیمتی است که هم اکنون نیز به مقیاس وسیع برای مصارف صنعتی و خانگی به کار
رفته و در طی دهه‌های آینده بهره‌برداری از آن گسترش خواهد یافت. در توسعه
اقتصادی جهان، مناطق و کشورهای مختلف، به دلیل منابع و ذخایر عظیم در دسترس
و توسعه تکنولوژی‌های خلاق، باعث کاهش هزینه‌ها و زمان اجرای پروژه‌ها و
در نتیجه بهبود اقتصاد پروژه‌های توسعه و انتقال گاز شده است. همچنین تلاش
جهانی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای و گاز CO2 مزیت استفاده از گاز طبیعی در
مقایسه با سایر سوخت‌ها را نشان میدهد.
دولت‌ها و صاحبان صنایع امروزه
به دنبال آن دسته از حامل‌های انرژی هستند که آلاینده‌های کمتری تولید
می‌کنند. به همین دلیل جهان به گاز طبیعی روی آورده است. در واقع گاز طبیعی
در هر واحد انرژی حدود ۲۴ درصد نسبت به نفت خام و ۴۲ درصد نسبت به
زغال‌سنگ گازهای آلاینده کمتری تولید می کند و این بیان‌گر آن است که می
توان انرژی بیشتری مصرف و در مقایسه با نفت خام و زغال‌سنگ، آلاینده‌های
کمتری تولید کرد.
مصرف گاز طبیعی در دهه ۱۹۹۰ در اروپا به شدت افزایش
یافته، به طوری که در آلمان ۳۰ درصد، در ایتالیا ۵۰ درصد و در انگلیس ۱۰۰
درصد رشد داشته است و در مقابل تولید گاز آلاینده CO2، به همین نسبت کاهش
یافته. هر چند انتشار CO2 و ذرات معلق در مقایسه با زغال‌سنگ و نفت قابل
چشم‌پوشی است. لیکن مقادیر متنابهی از NOx انتشار می یابد که نیازمند بررسی
و مطالعات بیشتر آثار و تبعات آن در محیط زیست می باشد.
قابلیت اشتعال گاز طبیعی
قابلیت
اشتعال گاز طبیعی فقط در محدوده خاصی از نسبتهای اختلاط با هوا اتفاق
می‌افتد که این محدوده را محدوده «قابلیت اشتعال »می نامند مرز پائین این
محدوده را اشتعالL.E .L و مقدار بالای این محدوده را ، حد بالای اشتعال L.H
.L می‌نامند.
حد پائین اشتعال گاز طبیعی ۵ درصد و حد بالای آن ۱۵ درصد
میباشد . بهترین حالت برای اشتعال گاز طبیعی نسبت ۱۰ درصد گاز با هواست که
همان نسبتی است در فرمول ترکیب متان و اکسیژن (هوا) دیده میشود .
CH۴+۲O۲ = CO۲+۲H۲O+ ۱۰۰۰۰ Kcal/m۳
همانطور
که واکنش فوق نشان میدهد یک حجم متان برای سوخت کامل نیاز به ۲ حجم
اکسیژن دارد و با توجه به اینکه یک حجم اکسیژن تا حدودی در ۵ حجم هوا موجود
است . بنا بر این می‌توان گفت که یک حجم متان نیاز به ۱۰حجم هوا دارد که
تا حدودی همان نسبت یک به ۱۰ و یا ده درصد است .
البته برای سوختن کامل
نیاز به ۲۰ الی ۳۰ درصد هوای اضافی داریم ولی در انفجارها هر چه به نسبت ۱۰
درصد گاز در هوا نزدیک تر باشیم انرژی حاصل از انفجار بیشتر است .
گازها به طور کلی به این صورت دسته بندی می شوند :
گاز ساختگی (SUBSTITUTE NATURAL)
گاز
ساختگی را می توان مانند گاز سنتز از گازسازی زغال سنگ و یا گازرسانی مواد
نفتی بدست اورد ارزش گرمایی این گاز در مقایسه با گاز سنتز بسیار بالاتر
است چون مانند گاز طبیعی بخش عمده آن را گاز متان تشکیل می دهد. گاز ساختگی
را می توان با روش لورگی نیز بدست آورد ( همچنین نگاه کنید به لورگی –
رهرگس فرایند) . نمودار ساده جریان در گازسازی زغال سنگ برای تولید گاز
ساختگی در شکل نشان داده شده است.
● گاز سنتز (SYNTHESIS GAS)
گاز
سنتز گازی است بی بو ، بی رنگ و سمی که در حضور هوا و دمای ۵۷۴ درجه
سانتیگراد بدون شعله می سوزد. وزن مخصوص گاز سنتز بستگی به میزان درصد
هیدروژن و کربن منواکسید دارد از گاز سنتز می توان به عنوان منبع هیدروژن
برای تولید آمونیاک ،متانول و هیدروژن دهی در عملیات پالایش و حتی به عنوان
سوخت استفاده کرد گاز سنتز از گاز طبیعی ، نفتا، مواد سنگین و زغال سنگ
بدست می آید . معمولا برای تولید هر یک تن گاز سنتز که در آن نسبت مولی
H۲/CO=۱ باشد ، به ۰/۵۵ تن متان نیاز است . در صورتی که این نسبت ۳ باشد
۰/۴۹ تن متان لازم خواهد بود. تهیه گاز سنتز از منابع هیدروکربورها امکان
پذیر است که به شرح زیر خلاصه می شود:
۱) تهیه گاز سنتز از زغال سنگ در
فرایند تهیه گاز سنتز از زغال سنگ و یا گازی کردن زغال سنگ بخار آب و
اکسیژن در دمای ۸۷۰ درجه سانتیگراد و فشار ۲۷ اتمسفر با زغال سنگ ترکیب می
شود محصول حاوی ۲۲.۹ درصد هیدروژن ۴۶.۲ درصد کربن منو اکسید ،۷.۸ درصد کربن
دی اکسید ، ۲۲.۵ درصد آب و ۰.۶ درصد کربن متان و نیتروژن است پس از
جداسازی گاز کربن دی اکید ، محصول برای فروش از طریق خطوط لوله عرضه می
شود. در نمودار زیر فرایند تولید گاز سنتز از زغال سنگ نشان داده شده است.
۲)
تهیه گاز سنتز از مواد سنگین نفتی مواد سنگین نفتی با اکسیژن ( نه هوا) در
دمای ۱۳۷۰ درجه سانتیگراد و فشار ۱۰۲ اتمسفر ترکیب شده و گاز سنتز تولید
می کند.
۳) تهیه گاز سنتز از نفتا نفتا با بخار آب در مجاورت کاتالیست
نیکل در دمای ۸۸۵ درجه سانتیگراد و فشار ۲۵ اتمسفر ترکیب وگاز سنتز حاصل می
شود.
۴) تهیه گاز سنتز از گاز طبیعی این روش که در جهان متداول تر است
در در دو مرحله کراکینگ و خالص سازی ، گاز طبیعی به گاز سنتز تبدیل می
گردد.در این روش از کبالت ، مولیبدیم و اکسید روی به عنوان کاتالیست
استفاده می شود.
محصول نهایی حاوی ۸۳.۸ درصد هیدروژن ، ۱۴.۸ درصد کربن
منواکسید ۰.۱ درصد کربن دی اکسید و مقداری متان نیتروژن و بخار آب است.
فرایند تهیه گاز سنتز از زغال سنگ در شکل نشان داده شده است.
● گاز شهری (TOWN GAS)
اصطلاحا
به گازی گفته می شود که از طریق خط لوله از یک مجتمع تولید گاز به مصرف
کنندگان تحویل می شود . گاز شهری یا از زغال سنگ و یا از نفتا تولید و در
مناطقی مصرف می شود که یا گاز طبیعی در دسترس نباشد و یا زغال سنگ ارزان به
وفور یافت شود ترکیب گاز شهری هیدروژن %۵۰، متان%۲۰ تا %۳۰، کربن منواکسید
%۷ تا %۱۷، کربن دی اکسید%۳، نیتروژن %۸، هیدروکربورها %۸
علاوه بر
این ناخالصی های دیگری مانند بخار آب ، امونیال ، گوگرد، اسید سیانیدریک
نیز در گاز شهری وجود دارد. به گاز شهری گاز زغال سنگ و یا گاز سنتز نیز می
گویند. در ایران گازی که از طریق خط لوله به مشترکین در شهرها عرضه می
گردد گاز طبیعی است و ترکیب آن مشابه گاز شهری نیست.
● گاز شیرین (SWEET GAS)
گازشیرین گازی است که هیدروژن سولفید و کربن دی اکسید آن گرفته شده باشد.
● گاز طبیعی (NATURAL GAS)
گاز
طبیعی عمدتا از هیدروکربوها همراه با گازهایی مانند کربن دی اکسید ،
نیتروژن و در بعضی از مواقع هیدروژن سولفید تشکیل شده است بخش عمده
هیدروکربورها را گاز متان تشکیل می دهد و هیدروکربورهای دیگر به ترتیب
عبارتند از اتان ، پروپان ، بوتان، پنتان و هیدروکربورهای سنگین تر ناخالصی
های غیرهیدروکربوری نیز مانند آب ، کربن دی اکسید ، هیدروژن سولفید و
نیتروژن در گاز طبیعی وجود دارد. گاز چنانچه در نفت خام حل شده باشد گاز
محلول (SOLUTION GAS ) نام دارد و اگر در تماس مستقیم با نفت از گاز اشباع
شده باشد گاز همراه (ASSOCIATED GAS) نامیده می شود.
گاز غیر همراه (
NON-ASSOCIATED GAS)از ذخایری که فقط قادر به تولید گاز به صورت تجاری باشد
استخراج می شود در بعضی موارد گاز غیر همراه حاوی بنزین طبیعی و یا چکیده
نفتی ( CONDENSATE) استخراج می شود که حجم قابل توجهی از گاز را از هر بشکه
هیدروکربور بسیار سبک آزاد می کند.
● گاز طبیعی فشرده ( COMPRESSED NATURAL GAS)
گاز
طبیعی عمدتا از متان تشکیل شده است و دراکثر نقاط جهان یافت می شود. (نگاه
کنید به گاز طبیعی ) گاز طبیعی را می توان از طریق خط لوله و یا به صورت
گاز طبیعی مایع شده (LNG) با نفتکش حمل نمود. از گاز طبیعی فشرده و یا به
اختصار سی ان جی می توان در اتومبیل های احتراقی به عنوان سوخت استفاده کرد
در حال حاضر حدود یک میلیون وسیله نقلیه در جهان با گاز فشرده حرکت می
کنند. در ایتالیا در مقیاس وسیعی از سی ان جی استفاده می شود و در زلاندنو و
آمریکای شمالی نیز استفاده از گاز طبیعی فشرده رواج دارد.
ترکیبات گاز
طبیعی متفاوت است و بستگی به نوع میدان گازی دارد که از ان بدست امده است
ناخالصی ها شامل هیدروکربورهای سنگین ، نیتروژن ، دی اکسید، اکسیژن و
هیدروژن سولفید می باشد. در اتومبیل گاز طبیعی فشرده باید در مخزن سنگین و
بزرگ و در فشاری برابر ۲۲۰ اتمسفر ذخیره گردد. البته از لحاظ میزان ذخیره و
ارزش حرارتی سی ان جی که حدود ۸/۸ هزار ژول /لیتر است ( در مقایسه بنزین
حدود ۳۲ هزار ژول می باشد مسافتی که اتومبیل می پیماید محدود خواهد بود.
علاوه بر این به علت محدودیت تعداد ایستگاه ای سوخت گیری اتومبیل باید به
نحوی طراحی شود که علاوه بر سی ان جی بتواند از بنزین هم استفاده نماید.
مزایای سی ان جی به شرح زیر است:
۱) موتور در هوای سرد به راحتی روشن می شود.
۲) سی ان جی اکتان بسیار بالایی دارد.
۳) تمیز می سوزد و ته نشین کمتری در موتور ایجاد می کند.
۴) هزینه تعمیراتی موتور کمتر است.
۵) مواد آلاینده ناچیزی از اگزوز خارج می گردد.
معایب سی ان جی به شرح زیر است:
۱) چون به صورت گاز وارد موتور می شود هوای بیشتری در مقایسه با بنزین جایگزین می کند و در نتیجه کارایی حجمی پایین تری دارد.
۲) مسافت کوتاه تری در مقایسه با اتومبیل های بنزین طی می کند مگر انکه موتور بتواند علاوه بر گاز از بنزین هم استفاده نماید.
۳) قدرت موتور اتومبیل های گاز سوز رویهمرفته ۱۵ درصد کمتر از اتومبیل های بنزین سوز است.
۴) ساییدگی نشیمنگاه شیر که بستگی به میزان رانندگی دارد بیشتر است.
۵) خطر بیشتر آتش سوزی در هنگام تصادف در مقایسه با اتومبیل های بنزینی ( البته تاکنون در سوابق ایمنی خطر بیشتر ثابت نشده است)
در
ایران طرح گاز سوز کردن خودروها یا استفاده از گاز طبیعی فشرده یکی از
برنامه های اساسی شرکت ملی گاز ایران است در شهرهای شیراز ، مشهد و تهران
چندین جایگاه تحویل سوخت با تاسیسات و دستگاه های جانبی و کارگاه تبدیل
سیستم خودروها از بنزین سوز به گاز سوز احداث شده و مورد بهرهه برداری قرار
گرفته است و عملیات اجرایی برای ساخت تعداد دیگری ایستگاه در دست اجرا
قرار دارد.
● مایعات گاز طبیعی (NATURAL GAS LIQUIDS)
مایعات
گاز طبیعی معمولا همراه با تولید گاز طبیعی حاصل می شود. مایعات گازی (Gas
liquids) نیز مترادف مایعات گاز طبیعی می باشد. مایعات گاز طبیعی را نباید
با گاز طبیعی مایع و یا ال ان جی اشتباه کرد مواد متشکله در مایعات گاز
طبیعی عبارت است از اتان ، گاز مایع ( پروپان و بوتان ) و بنزین طبیعی
(natural gasoline) و یا کاندنسیت ( condensate) که درصد هر کدام بستگی به
نوع گاز طبیعی و امکانات بهره برداری دارد.
در سال ۱۹۹۶ کل تولید
مایعات گاز طبیعی در جهان بالغ بر روزانه ۵.۷ میلیون بشکه بوده که از این
مقدار تولید اوپک در حدود ۲.۶ میلیون بشکه در روز گزارش شده است.
● گاز طبیعی مایع ( Liquefied natural gas LNG)
گاز
طبیعی عمدتا از متان تشکیل شده است و چنانچه تا منهای ۱۶۱ درجه سانتیگراد
در فشار اتمسفر سرد شود به مایع تبدیل می شود و حجم ان به یک ششصدم حجم گاز
اولیه کاهش می یابد در نتیجه حمل آن در کشتی های ویژه به مراکز مصرف امکان
پذیر می شود برای مایع کردن گاز متان می توان آن را تا ۲/۵ درجه سانتیگراد
زیر صفر خنک نمود و تحت زیر صفر خنک نمود و تحت فشار ۴۵ اتمسفر به مایع
تبدیل کرد این روش از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است ولی از طرف دیگر حمل
ان تحت فشار زیاد احتیاج به مخازن بسیار سنگین با جدار ضخیم دارد که امکان
پذیر نیست و از نظر ایمنی توصیه نمی شود در نتیجه در فرایند تولید گاز
طبیعی مایع ، فشار آن رابه اندکی بیش از یک اتمسفر کاهش می دهند تا حمل آن
آسان باشد.
اولین محموله گاز طبیعی مایع یا به اختصار ال ان جی به صورت
تجاری در سال ۱۹۶۴ از الجزایر به بریتانیا حمل شد و از ان هنگام تجارت
گاکردن امکانات بندری و ذخیره سازی در بنادر بارگیری و تخلیه و همچنین ساخت
کشتی های ویژه حمل ال ان جی احتیاج به سرمایه گذاری هنگفتی دارد در حالی
که قیمت فروش گاز طبیعی مایع در حال حاضر در سطح نازلی است لذا فروشنده و
خریدار باید قبلاً نسبت به انعقاد یک قرارداد طولانی ۱۵ الی ۲۰ ساله نحوه
قیمت گذاری و سایر شرایط توافق لازم را به عمل آورند.
در تولید گاز مایع چهار مرحله عمده وجود دارد:
۱) جداسازی ناخالصی ها که عمدتا از کربن دی اکسید و در برخی از موارد ترکیبات گوگردی تشکیل شده است.
۲) جداسازی آب که اگر در سیستم وجود داشته باشد به کریستالهای یخ تبدیل شده و موجب انسداد لوله ها می گردد.
۳) تمام هیدروکربورهای سنگین جدا شده و تنها متان و اتان باقی می ماند.
۴) گاز باقی مانده تا ۱۶۰ درجه سانتگراد سرد شده و به حالت مابع در فشار اتمسفر تبدیل می شود.
گاز
طبیعی مایع در مخازن ویژه عایق کاری شده نگهداری و سپس برای حمل به کشور
مقصد تحویل کشتی های ویژه سرمازا( CRYOGENIC TANKERS) می گردد. در حین حمل
معمولا بخشی از گاز تبخیر شده به مصرف سوخت موتور کشتی می رسد. در بندر
مقصد گاز طبیعی مایع تخلیه می گردد تا هنگام نیاز به مصرف برسد قبل از مصرف
گاز طبیعی مایع مجدداً به گاز تبدیل می شود. در فرایند تبدیل مجدد به گاز
سرمای زیادی آزاد می شود که می توان از این سرما مثلا برای انجماد
موادغذایی و یا مصارف دیگر تجاری استفاده کرد .
● گاز غیر همراه (NON-ASSOCIATED GAS)
گاز
غیر همراه از میادینی که تنها تولید گاز از انها به صورت اقتصادی امکان
دارد استخراج می شود به گاز استخراج شده از میادین نفت میعانی که درصد گاز
حاصله از هر بشکه هیدروکربورهای مایع سبکه خیلی زیاد است نیز گاز غیر همراه
می گویند.
● کلاهک (CAG CAP)
حجمی از لایه مخزن در اعماق
زمین را کلاهک گاز و یا گنبد گاز (GAS DOME) نامیده اند که در آن گاز در
بالای نفت جمع شود. معمولا مرتفع ترین ، یا یکی از مرتفع ترین مناطق لایه
مخزن محسوب می گردد.
● گاز کلاهک گاز (GAS CAP GAS)
گاز کلاهک به گازی گفته می شود که در کلاهک گاز محبوس شده باشد.
● گاز مایع (LPG)
مایع
و یا به اختصار ال پی جی از پروپان و بوتان تشکیل شده است گازی که در
سیلندر نگهداری می شود و در منازل مورد استفاده قرار می گیرد همان گاز مایع
و یا مخلوط پروپان و بوتان است. گاز مایع را می توان از سه منبع بدست
آورد:
۱) گاز طبیعی غیر همراه
گاز ترو ترش از میدان گاز طبیعی را پس از خشک کردن و گوگردزدایی می توان تفکیک کرد و پروپان و بوتان را بدست آورد.
۲) گاز طبیعی همراه
پس از تفکیک و پالایش گاز طبیعی همراه با نفت خام نیز می توان پروپان و بوتان آن را جدا نمود.
۳) نفت خام
بخشی
از پروپان و بوتان در نفت خام باقی می ماند که می توان آن را با پالایش
نفت خام بدست آورد همچنین در فرایند شکستن ملکولی و یا فرایند افزایش اکتان
بنزین نیز ، پروپان و بوتان به صورت محصول جانبی حاصل می شود.
در
آمیزه گاز مایع درصد پروپان و بوتان بسیار مهم است در تابستانها که هوا گرم
است درصد بوتان را اضافه می کنند ولی در زمستان با افزایش میزان پروپان در
حقیقت به تبخیر بهتر آن کمک می نمایند معمولا درصد پروپان در گاز مایع بین
۱۰ الی ۵۰ درصد متغیر است .
در جهان روزانه بیش از ۵ میلیون بشکه گاز
مایع مصرف می شود مصارف گاز مایع در کشورهای مختلف متفاوت است متوسط درصد
مصرف آن طی دهه ۱۹۹۰ در جهان در بخش های مختلف به شرح زیر است:
تجاری و خانگی %۶۰، صنایع شیمیایی %۱۵، صنعتی %۱۵، خدماتی %۵، تولید بنزین%۵
هر تن متر یک پروپان معادل ۱۲.۸ بشکه و بوتان برابر ۱۱.۱ بشکه است.
گاز مایع را با کامیون های مخصوص خط لوله و یا کشتی های ویژه ای که برای همین منظور ساخته شده است حمل می نمایند.
● گاز مشعل (FLARE GAS)
هیدروکربورهای
سبک ممکن است به صورت گاز از شیرهای ایمنی در دستگاه های بهره برداری ،
پالایشگاه ها و یا مجتمع های پتروشیمی ، گذشته و از طریق مشعل سوزانده شود
چنانچه یکی از واحدهای پالایشگاه به علت بروز اشکالاتی در سیستم برق یا آب
سرد کننده از کار بیفتد لازم است که مقادیر خوراک مجتمع و یا محصولات
پالایشگاه از طریق دودکش به مشعل هدایت و سوزانده شود تا از خطرات احتمالی
جلوگیری شود.
در مجتمع های بزرگتر و مجهزتر معمولا دستگاه های بازیاب
نصب شده که می توان در مواقع اضطراری بخشی از مایعات و یا گازها را به انجا
هدایت کرد و از وسوختن آنها جلوگیری نمود.
● گاز همراه (ASSOCIATED GAS)
گاز
همراه یا به صورت محلول در نفت خام است که در مراحل بهره برداری از نفت
خام جدا می شود و یا به صورت جداگانه از نفت خام اشباع شده حاصل می شود.
مزایای استفاده از گاز
گاز
سوخت بسیار تمیزی است و از همین رو بسیار مطلوب واقع شده است . گاز را
بسیار خوب می شود کنترل کرد و برای نگهداری آن ، نیازی به مخزن نیست زیرا
از لوله کشی شهر استفاده می شود ، بعلاوه گاز هرگز خاکستر تولید نمی کند تا
مجبور شویم برای جمع آوری آن زحمت و هزینه صرف کنیم .
امروزه به وسشیله
ی گاز قهوه را بو می دهند ، غذا می پزند ، کلوچه و نان طبخ می کنند ، حتی
بسیاری از یخچال ها و اتومبیل ها نیز با گاز کار می کنند .
در لباسشویی های مدرن بخار مورد نیاز را از گاز به دست می آورند .
به کار بردن گاز برای سوخت ، رزاهی است که تقریباً هوای شهر ها را تمیز و بی دود نگاه می دارد .
چگونه گاز طبیعی قابل مصرف می شود _ تحقیق درباره گاز
گاز طبیعی
گاز طبیعی که معمولاً گاز گفته میشود نوعی سوخت فسیلی گازی شکل است.
گازی است که معمولا اثرات زیان اور کمتری نسبت به سوخت‌ها ی فسیلی داردوجز منبع تجدید نا پذیر میباشد.
ترکیبات گاز طبیعی
گاز طبیعی که بیشتر از گاز متان (ch۴) تشکیل میشود مانند هر
ماده دیگر دارای ده‌ها خصوصیت فیزیکی و شیمیائی است اما از آنجا که بحث ما
در زمینه ایمنی است لذا در اینجا فقط به آن دسته از خواص گاز طبیعی
میپردازیم که از نظر ایمنی اهمیت بیشتری دارند.
سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی ، شامل گازهای اتان ،
پروپان، بوتان و ئیدرو کربورها ی سنگین تر میباشند. در این میان گاز اتان
برخی از میدانهادر صد قابل ملاحظه‌ای ( تا حدود ۱۰٪ یا کمی بالاتر)را تشکیل
میدهد. حال آنکه گازهای سنگین تر اجزای بسیار کوچکی را در ترکیب گاز
طبیعی شامل میشوند همچنین عناصری از قبیل H۲S،CO۲،N۲ نیز همراه گاز طبیعی
یافت میشوند و بالاخره آب که همیشه با گاز طبیعی استخراج شده از مخازن
همراه است. در پالایشگاه و واحدهای نم زدائی ، ترکیبهای مزاحم که سبب پائین
آوردن ارزش حرارتی گاز شده و مشکلاتی در انتقال و مصرف گاز بوجود میآورند،
از گاز طبیعی تفکیک و سپس به خطوط انتقال تحویل میشود.
چگالی گاز طبیعی
چگالی گاز متان ۵۵ صدم است ، ولی با توجه به ترکیبات سنگینتر
همراه گاز طبیعی ، چگالی آن میتواند به حدود ۶۵صدم نیز برسد. بنا بر این
گاز طبیعی از هوا سبکتر بوده و در صورت نشت از خطوط لوله و یا سایر اجزاء
شبکه گاز و یا لوله کشی وسائل گاز سوز در منازل بسمت بالا حرکت میکند و در
مکانهای مسقف قسمت زیادی از گاز نشت شده در زیر سقف تجمع میکند.
اما سبکتر بودن گاز طبیعی با عث نمیشود که همه گاز نشت یافته
از یک محل بسمت بالا برود بلکه بخشی از گاز نیز ، بویژه در صورتی که عناصر
تشکیل دهنده هوا با آن اختلاط کامل پیدا کنند ، بهمراه هوا به اطراف نیز
پراکنده میشود . و چون غلظتهای پائین گاز در هوا خطرناکتر است قابلیت
انفجار در اطراف محل نشت نیز وجود دارد .
سوختن گاز طبیعی
گاز طبیعی در صورتی که بطور کامل خشک و فاقد مواد زائد باشد و هوای کافی به آن برسد ، با شعله آبی میسوزد
ودر غیر اینصورت شعله‌های قرمز ، نارنجی ،زرد یا سبز حاصل خواهد شد.
ارزش حرارتی گاز طبیعی
هر متر مکعب گاز طبیعی بصورت متوسط ده هزار کیلو کالری ارزش
حرارتی دارد ، امّا این مقدار اسمی است و ارزش حرارتی دقیق گاز طبیعی هر
میدان گازی ، تابع ترکیبات آن بوده و بطور کلی هر چه درصد متان در گاز
طبیعی بیشتر باشد ارزش حرارتی آن پائین تر است .
قابلیت اشتعال گاز طبیعی
قابلیت اشتعال گاز طبیعی فقط در محدوده خاصی از نسبتهای
اختلاط با هوا اتفاق می‌افتد که این محدوده را محدوده «قابلیت اشتعال »می
نامند مرز پائین این محدوده را اشتعالL.E .L و مقدار بالای این محدوده را ،
حد بالای اشتعال L.H .L می نامند.
حد پائین اشتعال گاز طبیعی ۵ درصد و حد بالای آن ۱۵ درصد
میباشد . بهترین حالت برای اشتعال گاز طبیعی نسبت ۱۰ درصد گاز با هواست که
همان نسبتی است در فرمول ترکیب متان و اکسیژن (هوا) دیده میشود .
CH۴+۲O۲ = CO۲+۲H۲O+ ۱۰۰۰۰ Kcal/m۳
همانطور که واکنش فوق نشان میدهد یک حجم متان برای سوخت کامل
نیاز به ۲ حجم اکسیژن دارد و با توجه به اینکه یک حجم اکسیژن تا حدودی در ۵
حجم هوا موجود است . بنا بر این می توان گفت که یک حجم متان نیاز به ۱۰حجم
هوا دارد که تا حدودی همان نسبت یک به ۱۰ و یا ده درصد است .
البته برای سوختن کامل نیاز به ۲۰ الی ۳۰ درصد هوای اضافی
داریم ولی در انفجارها هر چه به نسبت ۱۰ درصد گاز در هوا نزدیک تر باشیم
انرژی حاصل از انفجار بیشتر است .
