ما هي مكونات الغاز الطبيعي الرئيسية؟
يعتبر الغاز الطبيعي أحد أهم مصادر الطاقة في العالم، حيث يستخدم في توليد الكهرباء، وتدفئة المنازل، وتشغيل المصانع، بالإضافة إلى استخدامه كمادة خام في صناعة البتروكيماويات. ولكن ما هو الغاز الطبيعي تحديدًا؟ وما هي مكوناته الرئيسية التي تمنحه هذه الخصائص الفريدة؟ في هذا المقال، سنتناول بالتفصيل المكونات الأساسية للغاز الطبيعي، وكيف تختلف نسب هذه المكونات من حقل إلى آخر، وأهمية كل مكون في الاستخدامات المختلفة. كما سنستعرض أنواع الغاز الطبيعي بناءً على تركيبته، وكيفية معالجته للاستفادة القصوى منه.
الغاز الطبيعي، في أبسط تعريفاته، هو مزيج من المركبات الهيدروكربونية الغازية التي تتكون بشكل أساسي من الميثان، وهو أبسط الهيدروكربونات. بالإضافة إلى الميثان، يحتوي الغاز الطبيعي على كميات متفاوتة من الإيثان والبروبان والبيوتان، وبعض الغازات الأخرى مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين والنيتروجين والهيليوم وبخار الماء. تختلف نسبة هذه المكونات بشكل كبير من حقل غاز إلى آخر، اعتمادًا على الظروف الجيولوجية والبيئية التي تكون فيها الغاز. هذا التباين في التركيب يؤثر بشكل مباشر على القيمة الحرارية للغاز، وخصائصه الفيزيائية والكيميائية، وبالتالي على كيفية استخدامه.
المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي
- الميثان (CH4):
- .. يعتبر الميثان المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، حيث يشكل نسبة تتراوح بين 70% إلى 90% من حجم الغاز. وهو أبسط الهيدروكربونات، ويتكون من ذرة كربون واحدة وأربع ذرات هيدروجين. الميثان غاز عديم اللون والرائحة، وهو المسؤول بشكل أساسي عن القيمة الحرارية العالية للغاز الطبيعي، مما يجعله وقودًا فعالًا لتوليد الطاقة.
- الإيثان (C2H6):
- .. الإيثان هو ثاني أكثر المكونات وفرة في الغاز الطبيعي، وعادةً ما يشكل نسبة تتراوح بين 5% إلى 15%. وهو هيدروكربون يتكون من ذرتي كربون وست ذرات هيدروجين. يستخدم الإيثان كمادة خام في صناعة البتروكيماويات لإنتاج الإيثيلين، وهو مادة أساسية في صناعة البلاستيك.
- البروبان (C3H8) والبيوتان (C4H10):
- .. البروبان والبيوتان هما مكونات أخرى توجد في الغاز الطبيعي بنسب أقل من الميثان والإيثان، وعادةً ما تكون نسبتهما مجتمعة أقل من 5%. البروبان يتكون من ثلاث ذرات كربون وثماني ذرات هيدروجين، بينما يتكون البيوتان من أربع ذرات كربون وعشر ذرات هيدروجين. يستخدم البروبان والبيوتان بشكل أساسي كوقود في المنازل والسيارات، ويمكن أيضًا فصلهما وتسييلهما ليصبحا غاز البترول المسال (LPG).
- الغازات غير الهيدروكربونية:
- .. بالإضافة إلى الهيدروكربونات، يحتوي الغاز الطبيعي على بعض الغازات الأخرى غير الهيدروكربونية بنسب قليلة، ومنها: ثاني أكسيد الكربون (CO2)، الذي قد يكون موجودًا بنسب كبيرة في بعض الحقول، ويتطلب إزالته قبل استخدام الغاز. وكبريتيد الهيدروجين (H2S)، وهو غاز سام ورائحته كريهة، ويجب إزالته قبل استخدام الغاز. والنيتروجين (N2)، وهو غاز خامل يوجد بنسب متفاوتة. والهيليوم (He)، وهو غاز نادر يستخدم في تطبيقات مختلفة مثل التبريد والتصوير الطبي. وأخيرًا بخار الماء (H2O)، الذي يجب إزالته لمنع تآكل الأنابيب والمعدات.
تعتبر هذه المكونات الأساسية للغاز الطبيعي هي التي تحدد خواصه واستخداماته، وتتطلب معالجة الغاز إزالة بعض الغازات غير المرغوب فيها للحصول على غاز نظيف وآمن للاستخدام.
أنواع الغاز الطبيعي
يمكن تصنيف الغاز الطبيعي إلى عدة أنواع بناءً على تركيبته ومصدره، ومن أهم هذه الأنواع:
- الغاز الطبيعي الجاف:
- ... يتميز هذا النوع بأن نسبة الميثان فيه عالية جدًا، ونسبة الغازات الأخرى مثل الإيثان والبروبان والبيوتان قليلة جدًا، ويحتوي على كميات قليلة جدًا من السوائل. يعتبر الغاز الطبيعي الجاف هو النوع الأكثر استخدامًا في توليد الكهرباء وتدفئة المنازل، نظرًا لقيمته الحرارية العالية.
- الغاز الطبيعي الرطب:
- .. يحتوي هذا النوع على نسب أعلى من الإيثان والبروبان والبيوتان، بالإضافة إلى بعض السوائل المتكثفة. يتم فصل هذه السوائل من الغاز لاستخدامها في صناعة البتروكيماويات، أو بيعها بشكل منفصل.
- غاز المصاحب:
- .. هو الغاز الطبيعي الذي يوجد مصاحبًا للنفط الخام في الخزانات الجوفية. وغالبًا ما يكون الغاز المصاحب من النوع الرطب، ويحتوي على كميات كبيرة من الغازات والسوائل الأخرى.
- الغاز غير المصاحب:
- .. هو الغاز الطبيعي الذي يوجد في خزانات جوفية مستقلة، ولا يكون مصاحبًا للنفط الخام. وعادةً ما يكون الغاز غير المصاحب من النوع الجاف، أو يحتوي على كميات قليلة من السوائل.
تتطلب معالجة الغاز الطبيعي إجراءات مختلفة بناءً على نوعه، لإزالة الشوائب والحصول على غاز نظيف للاستخدام.
معالجة الغاز الطبيعي
تعتبر معالجة الغاز الطبيعي خطوة أساسية لتحضيره للاستخدامات المختلفة، وتتضمن هذه المعالجة عدة مراحل، منها:
- إزالة السوائل:
- ... يتم إزالة السوائل المتكثفة من الغاز الطبيعي، مثل الماء والمكثفات الهيدروكربونية، وذلك باستخدام طرق مختلفة مثل التبريد والتكثيف والفصل.
- إزالة الغازات الحمضية:
- .. يتم إزالة الغازات الحمضية مثل ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين من الغاز الطبيعي، وذلك باستخدام طرق كيميائية مثل امتصاص هذه الغازات بمواد كيميائية.
- إزالة النيتروجين:
- .. يتم إزالة النيتروجين من الغاز الطبيعي، وذلك باستخدام طرق مثل التقطير بالتبريد، ويتم ذلك لزيادة القيمة الحرارية للغاز.
- تجفيف الغاز:
- .. يتم تجفيف الغاز الطبيعي من بخار الماء، وذلك لمنع تآكل الأنابيب والمعدات.
- فصل الهيليوم:
- .. يتم فصل الهيليوم من الغاز الطبيعي، إذا كان موجودًا بنسبة كافية، وذلك لاستخدامه في التطبيقات المختلفة.
بعد هذه المراحل، يصبح الغاز الطبيعي جاهزًا للنقل والاستخدام في مختلف التطبيقات.
جدول يوضح المكونات الرئيسية للغاز الطبيعي ونسبها التقريبية
| المكون | النسبة التقريبية (%) | الاستخدامات الرئيسية |
|---|---|---|
| الميثان (CH4) | 70 - 90 | توليد الكهرباء، التدفئة، الوقود |
| الإيثان (C2H6) | 5 - 15 | مادة خام في صناعة البتروكيماويات |
| البروبان (C3H8) | أقل من 5 | وقود، غاز البترول المسال (LPG) |
| البيوتان (C4H10) | أقل من 5 | وقود، غاز البترول المسال (LPG) |
| ثاني أكسيد الكربون (CO2) | متفاوت | يتم إزالته |
| كبريتيد الهيدروجين (H2S) | متفاوت | يتم إزالته |
| النيتروجين (N2) | متفاوت | يتم إزالته |
| الهيليوم (He) | نادر | تطبيقات التبريد والتصوير الطبي |
| بخار الماء (H2O) | متفاوت | يتم إزالته |
في الختام، يعتبر الغاز الطبيعي مزيجًا معقدًا من الهيدروكربونات والغازات الأخرى، وتتطلب معالجته إزالة الشوائب للحصول على غاز نظيف وآمن للاستخدام. وتختلف نسب المكونات من حقل لآخر، مما يؤثر على خصائصه واستخداماته.
أسئلة شائعة حول مكونات الغاز الطبيعي
- هل الغاز الطبيعي مادة سامة؟
- .. الغاز الطبيعي في حد ذاته ليس سامًا، ولكن بعض مكوناته مثل كبريتيد الهيدروجين سامة، ولذلك يتم إزالتها أثناء المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، يجب التعامل مع الغاز الطبيعي بحذر لتجنب أي حوادث تسرب أو انفجار، فهو قابل للاشتعال.
- ما هو الفرق بين الغاز الطبيعي وغاز البترول المسال (LPG)؟
- .. الغاز الطبيعي هو مزيج من الهيدروكربونات الغازية الموجودة في باطن الأرض، ويحتوي بشكل أساسي على الميثان. أما غاز البترول المسال (LPG) فهو مزيج من البروبان والبيوتان، ويتم إنتاجه من الغاز الطبيعي أو من تكرير النفط، ويتم تسييله تحت الضغط لتسهيل نقله وتخزينه.
- كيف يتم نقل الغاز الطبيعي؟
- .. يتم نقل الغاز الطبيعي عبر خطوط أنابيب، وهي شبكة ضخمة من الأنابيب الممتدة عبر مسافات طويلة. ويمكن أيضًا نقل الغاز الطبيعي في صورة غاز طبيعي مسال (LNG) باستخدام ناقلات متخصصة، ويتم تسييل الغاز بتبريده إلى درجة حرارة منخفضة جدًا لتسهيل نقله.
- ما هي استخدامات الغاز الطبيعي؟
- .. يستخدم الغاز الطبيعي في توليد الكهرباء، وتدفئة المنازل والمباني، وتشغيل المصانع، وفي صناعة البتروكيماويات لإنتاج مواد مثل البلاستيك والأسمدة. كما يستخدم كوقود للسيارات والحافلات، ويعتبر وقودًا أنظف مقارنة بالوقود الأحفوري الآخر مثل الفحم والنفط.
- هل يمكن استخراج الغاز الطبيعي من مصادر متجددة؟
- .. الغاز الطبيعي تقليديًا يتم استخراجه من الخزانات الجوفية، وهي مصادر غير متجددة. ولكن هناك جهود متزايدة لاستخراج ما يسمى بالغاز الحيوي، وهو غاز ينتج من تحلل المواد العضوية مثل النفايات الزراعية والحيوانية، وهذا النوع يعتبر مصدرًا متجددًا للغاز.
نذكر أن فهم مكونات الغاز الطبيعي وطرق معالجته يساعد في استغلال هذا المورد الهام بشكل أمثل، ويعزز من استخدامه كمصدر للطاقة النظيفة والمستدامة.