Odorant

الغاز الطبيعي أحد مصادر الطاقة البديلة عن النفط من المحروقات عالية الكفاءة قليلة الكلفة قليلة الانبعاثات الملوثة للبيئة. الغاز الطبيعي مورد طاقة أوليّة مهمة للصناعة الكيماوية . نص مائل'' التركيب الكيماوي

المكون الرئيسي للغاز الطبيعي هو الميثان (CH4), أقصر وأخف جزيء هيدروكربون. ويحتوي أيضاً على هيدروكربونات غازية أثقل مثل إيثان (C2H6), پروپان (C3H8) والبيوتان (C4H10), وكذلك غازات أخرى محتوية على الكبريت, بكميات متفاوتة, انظر أيضاً مكثف الغاز الطبيعي. الغاز الطبيعي المحتوي على هيدروكربونات غير الميثان يسمى غاز طبيعي مبتل. الغاز الطبيعي المحتوي فقط على الميثان يسمى غاز طبيعي جاف.

المكوّن % الوزن ميثان (CH4) 70-90 إيثان (C2H6) 5-15 پروپان (C3H8) و بيوتان (C4H10) < 5 CO2, N2, H2S, إلخ. الباقي

النيتروجين والهليوم, ثاني اكسيد الكربون وكميات طفيفة من كبريتيد الهيدروجين والماء وodorants يمكن تواجدهم [1]. ويمكن أن يحتوي الغاز الطبيعي أيضاً على الهليوم وهو مصدر رئيسي في السوق له.

ويتواجد الزئبق بكميات صغيرة في الغاز الطبيعي المستخرج من بعض الحقول[2]. التركيبة الدقيقة للغاز الطبيعي تتغير من حقل غاز إلى آخر.

تصنيف الغازات الطبيعيةنص مائل - مقدمة: يشكل تركيب الغاز الطبيعي العامل الرئيسي الأول المؤثر على سلوكيته عند تغيرات الضغط و درجة الحرارة، لذلك تمثل المعرفة الكاملة و الصحيحة لهذا التركيب المرحلة الأولى و الأهم في كل العمليات المرافقة للصناعة الغازية. فالغاز الطبيعي (Natural Gas) بالتعريف هو مزيج من مركبات هيدروكربونية بارافينية خفيفة (ألكانات)، يوجد في حالة غازية عند الشروط النظامية من الضغط و درجة الحرارة، و يشمل على نسبة عالية من غاز الميتان ( ) بالإضافة إلى كميات متفاوتة من الإيتان ( ) و البروبان ( ) و البوتان ( ) ومركبات هيدروكربونية أثقل ( ) و يمكن أن يحتوي على كميات ضئيلة من غاز ثنائي أوكسيد الكربون ( ) وغاز الآزوت ( ) و غاز كبريت الهيدروجين ( ). يبين الجدول (1.1) التركيب الكيميائي النموذجي للغاز الطبيعي.

يختلف تركيب الغازات الطبيعية عن بعضها البعض اختلافاً ملحوظاً من حقل إلى آخر سواء من جهة عدد العناصر الهيدروكربونية و غير الهيدروكربونية أو من جهة تركيز العناصر الداخلة في تركيبها (كماً و نوعاً) و ذلك نتيجة لتفاوت أعماق توضع الطبقات المنتجة لها و بالتالي نتيجة لاختلاف ظروف و شروط إنتاجها. و بالنتيجة يمكن أن تندرج جميع المركبات الهيدروكربونية التي تتمتع بالصفات التالية في عداد الغازات الطبيعية: • الكثافة ( ). • الكثافة النسبية ( ). • حدود الانفجار ( ). • حرارة الاشتعال ( ). - تصنيف الغازات الطبيعية:

تصنف العناصر الداخلة في تركيب الغازات الطبيعية تبعاً لحالتها الفيزيائية إلى ما يلي: 1. الميتان ( )،و الإيتان ( )،و الإتيلين ( )،عبارة عن غازات حقيقية في الشروط النظامية ( ). 2. البروبان ( )، البروبيلين ( )،و الأيزوبوتان( )، والبوتان النظامي ( )،و البوتلين ( )، عبارة عن أبخرة في الشروط النظامية، كما و عند ارتفاع الضغط توجد بحالة سائلة، وهي تندرج عادة في عداد الغازات الهيدروكربونية المسيلة. 3. المركبات الهيدروكربونية الأثقل من البوتان، ابتداء من الأيزوبنتان ( ) حيث ( ) توجد بحالة سائلة في الشروط النظامية وهي تدخل في تركيب قطفات النفط الثقيلة.أما المركبات الهيدروكربونية التي تشمل جزيئتها على (18) ذرة كربون أو أكثر و الواقعة في سلسلة واحدة فتوجد بحالة صلبة في الشروط النظامية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 أشكال تواجد الغاز الطبيعي

يتواجد الغاز الطبيعي بعدة أشكال: 1. غازات حرة (Non-Associated Gases): و تعرف أحياناً بالغازات غير المرافقة و يطلق عليها غالباً في الصناعة الغازية اسم الغازات الطبيعية وهي عبارة عن مركبات هيدروكربونية، توجد على شكل غازات حرة في الشروط الابتدائية للمكمن الغازي (الضغط الابتدائي، درجة الحرارة الابتدائية) حيث يشكل غاز الميتان النسبة العظمى في تركيب هذا النوع من الغازات ( ) في حين تساهم المركبات الهيدروكربونية ( ) بنسبة ضئيلة جداً في تركيبها، ويمكن لهذا النوع من الغازات أن تحتوي على كميات ضئيلة من غاز ثنائي أوكسيد الكربون ( ) وغاز الآزوت ( ) و غاز كبريت الهيدروجين ( )، و تقسم الغازات الحرة بدورها إلى نوعين: • جافة (Dry): و تتألف بشكل رئيسي من الميتان مع كميات قليلة من الإيتان. • رطبة (Wet): حيث تحتوي على كميات كبيرة من الفحوم الهيدروجينية الأثقل من الميتان.

2. غازات مرافقة (Associated Gases): و يطلق عليها أحياناً غازات القبعة الغازية وهي عبارة عن مركبات هيدروكربونية ( ) توجد على شكل غازات حرة في الشروط الابتدائية للمكمن من ضغط وحرارة و تتواجد في المكامن النفطية على شكل قبعة فوق النفط. 3. غازات منحلة (Dissolved Gases): هي عبارة عن مركبات هيدروكربونية غازية منحلة في النفط عند الشروط الابتدائية للمكمن النفطي، إذ تشكل المركبات الهيدروكربونية البارافينية (ميتان - إيتان - بروبان و مركبات أثقل) المكونات الرئيسية لهذا النوع من الغازات، و ينفصل هذا الغاز عن النفط نتيجة لانخفاض الضغط عن ضغط الإشباع عند خروج المزيج (نفط - غاز) إلى سطح الأرض، و يعتمد تركيب هذا الغاز بشكل رئيسي على: • شروط فصل الغاز من النفط. • التركيب الكيميائي للنفط المنتج.

1.3- أنواع الغازات الصناعية و التجارية: تطورت صناعة الغاز الطبيعي في منتصف القرن العشرين تطوراً ملحوظاً و سريعاً في معظم دول العالم الغنية بالمكامن الغازية، و ذلك نتيجة للأسباب و المبررات التالية:

• تلبية حاجات الاستهلاك الأعظمي للنمو السكاني المتزايد.
• اعتماد الصناعات البتروكيميائية وصناعة الأسمدة و محطات توليد الطاقة الكهربائية في السنوات العشرة الأخيرة على الغاز الطبيعي كمادة أولية.
• تطور تقنيات تخزين و توزيع الغاز الطبيعي.
• تطور عمليات المعالجة للحصول على الغازات الطبيعية المسالة (LNG) ذات القيمة الهامة اقتصادياً. و بناء على ما سبق يمكن تصنيف العناصر الداخلة في تركيب الغاز الطبيعي من وجهة النظر الصناعية و التجارية، إلى الأنواع التالية:

1. . الغازات الخاملة (Inert Gas): و هي بالتعريف الغازات التي لا يمكن أن تتفاعل كيميائياً مع الوسط المحيط، ويشكل عملياً غازي الآزوت و الهليوم أحد أهم الغازات الخاملة الداخلة في تركيب الغازات الطبيعية.
2. . الغازات الحامضية (Acid Gas): و أهمها غازي كبريت الهيدروجين و ثنائي أكسيد الكربون.
3. . سوائل الغاز الطبيعي (Natural Gas Liquids): وهي تلك المركبات الهيدروكربونية المنزوعة على السطح إما في الوحدات الحقلية أو في وحدات المعالجة الرئيسية و تشمل: الإيتان، البروبان، البوتان، و الغازولين الطبيعي، ويرمز لها عادة بـ (NGL).
4. . الغازات الطبيعية المسالة (Liquefied Natural Gas): و هي بالتعريف المركبات الهيدروكربونية الخفيفة التي يمكن أن تتميع، حيث يشكل غاز الميتان النسبة العظمى فيها، ويرمز له عادة بـ (LNG).
5. . الغازات النفطية المسالة (Liquefied Petroleum Gas): و يشكل غازي البروبان و البوتان (الموجودان بشكل منفصل أو على شكل مزيج غازي) النسبة العظمى في تركيبها، حيث تحافظ هذه الغازات على طورها السائل تحت ضغط معين في أوعية مغلقة، و يرمز له عادة بـ (LPG) أو (LP-Gas).
6. . الغازولين الطبيعي (Natural Gasoline): وهو مزيج من البنتان ومركبات هيدروكربونية أثقل و التي يمكن انتزاعها من الغاز الطبيعي.
7. . المتكاثفات (Condensate): وهي عبارة عن المركبات الهيدروكربونية السائلة المفصولة عن الغازات الطبيعية عند انتقال التيار الغازي من المكمن إلى وحدات الفصل السطحية و ذلك نتيجة لتغيرات شروط الضغط ودرجة الحرارة. - استعمال الغاز الطبيعي: يعتبر الغاز الطبيعي في الوقت الراهن الوقود المثالي (Ideal Fuel) للأسباب التالية:

• توفره بكميات كبيرة جداً.
• تمتعه بتركيب كيميائي بسيط نسبياً وبطاقة حرارية عالية.
• يتطلب عمليات معالجة بسيطة جداً قبل استعماله مقارنة مع الفحم الحجري (Coal) و النفط الخام (Crude Oil). • ذات احتراق سهل وكامل نتيجة لسهولة اتحاده مع الأوكسجين. • ذات احتراق نظيف (لا يعطي عند احتراقه أي رماد) و ذلك لعدم احتواءه على شوارد معدنية. يستعمل الغاز الطبيعي في البيوت و الأماكن التجارية (الفنادق و المستشفيات) للأغراض التالية: • كوقود للأفران من أجل الطبخ و تحضير الطعام. • تسخين المياه و ذلك بهدف تدفئة المباني الكبيرة. • تشغيل وحدات التدفئة المركزية. • التبريد. • تجفيف الثياب. أما في الصناعة فيستخدم:
• بهدف تزويد الحرارة اللازمة لذوبان المعادن و الزجاج.
• بهدف إنتاج الكلس و الإسمنت.
• من أجل إنتاج الخبز وأنواع الأطعمة الأخرى.
• من قبل شركات توليد الطاقة الكهربائية في العنفات الغازية التي تقوم بقيادة المولدات الكهربائية. • كمادة خام هامة جداً في الصناعة البتروكيميائية (صناعة الأسمدة).
• كمصدر مهم في إنتاج الهيدروجين.
• كعنصر هام في تصنيع العديد من المواد العضوية الكيميائية (مثل الكحول الميتيلي).

والجدير بالذكر أنه في الوقت الراهن هناك حوالي أكثر من مليوني سيارة في كافة أنحاء العالم تستخدم الغاز الطبيعي كوقود بدلاً من البنزين أو المازوت.

 تكوينه

يتكون الغاز الطبيعي من العوالق ( Plankton )، وهى كائنات مجهرية تتضمن الطحالب و الكائنات الأولية ماتت وتراكمت في طبقات المحيطات و الأرض، وانضغطت البقايا تحت طبقات رسوبية. وعبر آلاف السنين قام الضغط والحرارة الناتجان عن الطبقات الرسوبية بتحويل هذه المواد العضوية إلى غاز طبيعي، ولا يختلف الغاز الطبيعى في تكونه كثيراً عن أنواع الوقود الحفرى الأخرى مثل الفحم والبترول.

وحيث أن البترول والغاز الطبيعى يتكونان تحت نفس الظروف الطبيعية ، فإن هذين المركبين الهيدروكربونيين عادةً ما يتواجدان معاً في حقول تحت الأرض أو الماء ، وعموماً الطبقات الرسوبية العضوية المدفونة في أعماق تتراوح بين 1000 إلى 6000 متر (عند درجات حرارة تتراوح بين 60 إلى 150 درجة مئوية ) تنتج بترولاً بينما تلك المدفونة أعمق وعند درجات حرارة أعلى تنتج غاز طبيعي، وكلما زاد عمق المصدر كلما كان أكثر جفافاً ( أى تقل نسبة المتكثفات في الغاز) .

بعد التكون التدريجى في القشرة الأرضية يتسرب الغاز الطبيعي والبترول ببطء إلى حفر صغيرة في الصخور المسامية القريبة التي تعمل كمستودعات لحفظ الخام ، ولأن هذه الصخور تكون عادةً مملوءة بالمياه ، فإن البترول والغاز الطبيعى – و كلاهما أخف من الماء وأقل كثافة من الصخور المحيطة – ينتقلان لأعلى عبر القشرة الأرضية لمسافات طويلة أحياناً. في النهاية تُـحبس بعض هذه المواد الهيدروكربونية المنتقلة لأعلى في طبقة لا مسامية (غير منفذة للماء) من الصخور تُعرف بـ صخور الغطاء ( Cap Rock )، ولأن الغاز الطبيعي أخف من البترول فيقوم بتكوين طبقة فوق البترول تسمى غطاء الغاز ( Gas Cap) .

ولا بد أن يصاحب البترول غاز يسمى بـ الغاز المصاحِب ( Associated Gas)، كذلك تحتوى مناجم الفحم على كميات من الميثان – المُكوِن الرئيسى للغاز الطبيعي-، وفي طبقات الفحم الرسوبية يتشتت الميثان غالباً خلال مسام وشقوق المنجم، يسمى هذا النوع عادة بـ ميثان مناجم الفحم.

• انتاج الغاز ومعالجته
• مصنع معالجة غاز طبيعي
• مصنع معالجة غاز طبيعي

•  مقالة مفصلة: معالجة الغاز الطبيعي

المنظر أدناه هز مخطط مخطط تدفق البلوكات لمصنع نمطية لمعالجة الغاز الطبيعي. وتـُظهر مختلف وحدات العمليات المستخدمة في تحويل الغاز الطبيعي الخام إلى غاز للبيع عبر خطوط أنابيب إلى أسواق المستهلك النهائي.

مخطط تدفق البلوكات يبين أيضاً كيف أن معالجة الغاز الطبيعي الخام ينتج عنه منتجات جانبية منها الكبريت, الإيثان, وسوائل الغاز الطبيعي (NGL) پروپان, بيوتان وگازولين طبيعي (يشار إليه باسم پنتان pentanes +).

يستخرج الغاز الطبيعي من آبار شبيهة بآبار النفط يوجد الكثير من تجمعات الغاز على مبعدة من الشاطئ ويتم نقل الغاز بالانابيب من منصات الانتاج الشاطئية إلى نقطة تجميع على الشاطئ ومنها إلى معمل تكرير حيث ينقّى. في مرحلة التنقية الاولى، يزال الماء وأي سائل اخرى من الغاز بفعل الجاذبية ثم يمرر الغاز الجاف عبر مبرد حيث يتسيل الپروپان ويجمعان. ويسوق غازا البترول المسلان كمواد أولية لتصميغ الكيماويات أو يعبأ في قواوير كوقود كوقود للسخّانات ومواقد الطبخ في المنازل. ما يتبقى من الغاز الطبيعي يمكن ضخه عبر شبكة امداد أو يمكن تسييله بالتبريد والضغط وتسويقه كغاز طبيعي مسيّل. Schematic flow diagram of a typical natural gas processing plant Schematic flow diagram of a typical natural gas processing plant

 فواصل الغازات الطبيعية

يجب أن تتمتع الغازات الطبيعية التجارية بمجموعة من الخصائص الفيزيائية و الكيميائية و الترموديناميكية بالإضافة إلى مجموعة من المؤشرات التقنية التي تؤمن ما يلي : 1. عملية نقلها في خطوط الأنابيب بسهولة. 2. عملية توزيعها في شبكات التوزيع الداخلية بيسر. 3. عملية استخدامها لصالح الاستهلاك المحلي و الصناعي بأمان. و كما رأينا سابقاً، تتكون الغازات الطبيعية المنتجة من معظم الآبار الغازية أو النفطية أو الكوندنساتية من فحوم هيدروجينية مشبعة (بارافينات ) و غازات غير هيدروكربونية ( ، ، ) و قليل من الغازات النادرة كالهليوم و كميات متفاوتة من بخار الماء ( ) بالإضافة إلى كمية من الشوائب الميكانيكية الصلبة (رمل، فتات صخري.....الخ) و السائلة (مياه مالحة، مياه عذبة.....) و هذا المزيج المعقد يتعرض عند خروجه من المكمن إلى السطح إلى تغييرات كبيرة في الضغط و درجة الحرارة و بالتالي فإن بعض مكوناته تتعرض إلى تغييرات في الخصائص الفيزيائية و الحالة الطورية.

تستدعي الضرورات التكنو-اقتصادية التخلص من هذه الملوثات للأسباب التالية:  يقود وجود الشوائب الصلبة في التيار الغازي إلى اضطرابات في عمل أجهزة القياس و التجهيزات السطحية حيث تسيئ إلى عمل الصمامات و تؤدي إلى تآكل أجزاء الضواغط، كما أن تراكمها في المناطق المنخفضة في الأنبوب يؤدي إلى تناقص المقطع الحي للجريان و بالتالي تناقص استطاعة الخط.  يؤدي تجمع المياه في حنايا الأنبوب المنخفضة إلى تآكل المعدن لا سيما إذا كانت حمضية أو قلوية، بالإضافة إلى أن طرح هذه المياه خارجاً يمكن أن يؤدي إلى تلوث الوسط المحيط.  يعتبر غاز كبريت الهيدروجين من الغازات السامة جداً كما أنه يعمل على تسميم الوسائط المستعملة في عمليات المعالجة اللاحقة و هو ذو تأثير تآكلي ولاسيما أن وجوده في تماس مع التجهيزات السطحية و الأنابيب يمكن أن يجعل البنية المعدنية لهذه التراكيب أكثر هشاشة، كما أن وجود كبريت الهيدروجين في الغاز يشكل مع الماء هيدرات صلبة عند درجات الحرارة المنخفضة الأمر الذي يؤدي إلى انسداد الأنابيب.  يشكل غاز ثنائي أوكسيد الكربون بوجود الماء مركبات حمضية تعمل على تآكل معدن الأنابيب و التجهيزات السطحية، كما أنه يخفض الطاقة الحرارية للغاز.  يمكن أن يؤدي وجود بخار الماء في الغاز و عند شروط معينة من الضغط و درجة الحرارة إلى تشكل هيدرات صلبة.  يمكن أن يؤدي وجود المركبات الهيدروكربونية الثقيلة ( ) إلى اضطرابات في عمل أجهزه القياس والتجهيزات السطحية، كما يمكن أن يؤدي طرح هذه المركبات خارجاً إلى تلوث الوسط المحيط و زيادة في إمكانية حدوث الحرائق.  يمكن أن يؤدي وجود غاز الآزوت إلى التقليل من الطاقة الحرارية للغاز الطبيعي. و من الجدير بالذكر أنه ليس من الضروري إجراء جميع عمليات الفصل والمعالجة في المحطات الحقلية، ولكن بالمقابل لابد من إجراء العمليات التالية:

• إزالة الشوائب الميكانيكية.
• إزالة المياه الحرة الآتية من الطبقة المنتجة.
• إزالة بخار الماء المرافق للتيار الغازي والقابل للتكثف عند ظروف معينة.
• استرداد القطفات الهيدروكربونية القابلة للتكثف و الاستخلاص ( ).
• إعادة حقن المياه الناتجة عن عملية الفصل في الطبقة المنتجة.
• المحافظة على قيمة معينة لضغط الغاز بهدف نقله.
• قياس تدفق و ضغط و درجة حرارة الغاز قبل إدخاله في خطوط أنابيب النقل.

وبشكل عام، تعتبر عملية فصل الشوائب الميكانيكية (الصلبة والسائلة) من أكثر العمليات شيوعاً و أهمية في محطات المعالجة الحقلية، حيث تتم هذه العملية في فواصل مخصصة لهذا الغرض (عمودية، أفقية، كروية ) تحقق الوظائف التالية: a) فصل أولي للمركبات السائلة من المركبات الهيدروكربونية الغازية. b) تنقية الغازات عن طريق إزالة معظم المركبات السائلة العالقة فيها. c) تنقية السائل عن طريق إزالة الفقاعات الغازية المنحلة فيه. d) إخراج الغاز و سحب السائل من الفاصل في الخطوط المخصصة لذلك.

ولكن لإنجاز هذه الوظائف لابد من تزويد الفاصل بمجموعة من التجهيزات التي تحقق الشروط التالية:

1) التحكم بطاقة التيار الغازي الخارج من البئر وتشتيتها عند الدخول إلى الفاصل. 2) العمل على تحقيق معدلات تدفق منخفضة بما فيه الكفاية لحدوث عملية الفصل تحت تأثير الجاذبية الأرضية. 3) تقليل سرعة التيار الغازي في قسم الترسيب تحت تأثير الجاذبية و تقليل الاضطرابات. 4) التحكم بتجمعات الرغوة و الزبد في الفاصل. 5) تنظيم خروج الغاز من الفاصل باستخدام صمامات تنظيم و بالتالي تنظيم ضغط تشغيل الفاصل المحدد مسبقاً. 6) تنظيم خروج السائل من الفاصل باستخدام صمامات ضبط مستوى السائل في الفاصل. 7) تجهيز الفاصل بمجاري تنظيف للنقاط التي تتراكم فيها المواد الصلبة. 8) تزويد الفاصل بصمامات أمان لتصريف الضغوط المتزايدة في حال انسداد خطوط خروج السائل و الغاز. 9) تزويد الفاصل بالتجهيزات اللازمة للمراقبة و التشغيل الآمن. ولكن قبل البدء في دراسة الأنواع المختلفة للفواصل وتحديد أبعادها الرئيسية لابد من دراسة مبادئ الفصل الأساسية التي تعتمد عليها آلية عمل الفواصل المستخدمة في الصناعة الغازية بغية تنقية التيار الغازي من الشوائب السائلة و الصلبة المرافقة له.

 التخزين والنقل

Polyethylene gas main being laid in a trench. Polyethylene gas main being laid in a trench. Peoples Gas Manlove Field Natural gas storage area in Newcomb Township, Champaign County, Illinois. In the foreground is one of numerous wells for the underground storage area, with an LNG plant and above ground storage tanks in the background. Peoples Gas Manlove Field Natural gas storage area in Newcomb Township, Champaign County, Illinois. In the foreground is one of numerous wells for the underground storage area, with an LNG plant and above ground storage tanks in the background.

 الاستخدامات