الغاز الطبيعي واحد من أفضل مصادر الطاقة، وهو من أنواع الوقود الأحفورية كالزيت والفحم، والذي يكون غالباً مصاحباً للنفط تشكل في باطن الأرض من بقايا النباتات والحيوانات والجزيئات الحية التي عاشت قبل ملايين السنين. ويتفق الجيولوجيين والكيميائيين على أن النفط ينشأ من النباتات وبقايا الحيوانات التي تتراكم في على طول قاع البحر / البحيرة .
مع الرواسب التي تشكل الصخور الرسوبية. أن العمليات التي يتم فيها تحويل المواد العضوية إلى البترول ليست مفهومة لحد الآن. ويعتقد أن العوامل التي تسهم في ذلك هو العوامل البكتيرية ، إجهاد القص ، بالأضافة الى الضغط والحرارة والتقطير الطبيعي في أعماق كبيرة ومن الممكن وجود عوامل محفزة بالأضافة الى الوقت.
والغاز الطبيعي یوجد في الطبیعة إما مع مكامن البترول أو منفردا. لقد ازداد الطلب على الغاز الطبیعي بشكل كبیر في الفترة الأخیرة بسبب نظافته وتعدد استخداماته ، كما أن حرقه بصورة صحیحة لا یؤدي إلى تلوث البیئة ، أي انه یحترق كاملا ولا یترك رمادا ، ولا یكون أول اوكسید الكاربون ، كما أن قیمته الحراریة حوالي (11000 – 12000) كیلو كالوري لكل كیلو غرام ، أي أنه أكبر بكثیر من القیم الحراریة لأنواع الوقود الاخرى مثل الخشب ( 4700–5100 ) كیلو كالوري لكل كیلو غرام ، الفحم الحجري (6000 -8000 ) كیلو كالوري لكل كغم ، والكیروسین ( 10000 ) كیلو كالوري لكل كغم ، اضافة الى ماسبق فأن اسعاره مستقرة نسبیا بالأضافة الى سھولة نقلة وتوزیعة بواسطة شبكة من الانابیب والى مسافات بعیدة.
لكن ھذا الوقود الغازي تترتب علیه مساوئ منھا صعوبة خزنه وتسربه من الاوعیة والانابیب الحاویة له والذي یؤدي إلى حوادث الانفجار والحرائق.
مقدمة عن الغاز الطبيعي:
الغاز الطبيعي واحد من أفضل مصادر الطاقة، وهو من أنواع الوقود الأحفورية كالزيت والفحم، والذي يكون غالباً مصاحباً للنفط تشكل في باطن الأرض من بقايا النباتات والحيوانات والجزيئات الحية التي عاشت قبل ملايين السنين. ويتفق الجيولوجيين والكيميائيين على أن النفط ينشأ من النباتات وبقايا الحيوانات التي تتراكم في على طول قاع البحر / البحيرة .
مع الرواسب التي تشكل الصخور الرسوبية. أن العمليات التي يتم فيها تحويل المواد العضوية إلى البترول ليست مفهومة لحد الآن. ويعتقد أن العوامل التي تسهم في ذلك هو العوامل البكتيرية ، إجهاد القص ، بالأضافة الى الضغط والحرارة والتقطير الطبيعي في أعماق كبيرة ومن الممكن وجود عوامل محفزة بالأضافة الى الوقت.
عندما نتحدث عن الغاز الطبيعي فان وجود المیثان غیر الحیاتي یدحض الرأي القائل والسائد في جیولوجیا ألنفط من ان النفط والغاز الطبیعي في الارض ھو من اصل بایولوجي أو حیاتي. وعلى ھذا ایضا فان الكاربون الموجود في الھیدروكاربونات قد اشتق في الاصل من ثاني اوكسید الكاربون المتوفر في الجو وان الطاقة التي فصلت الكاربون عن الاوكسجین قد جاءت من ضوء الشمس بطریقة التحلیل الضوئي للنبات .ان اندثار قسم من ھذه المكونات العضویة قبل ان تصیبھا الاكسدة یمكن ان تكون مصدر للمواد الاولیة للنفط والغاز.
ولا مجال للشك بان ھذه العملیة قد ساھمت في تكوین القسم الاعظم من النفط الذي تم اكتشافه لحد الان . لقد بدا العمل بنظریة احتواء اعماق الارض على غیر الحیاتیة مع بدایة النظریات القائلة بان ھذه الھیدروكاربونات تكون الجزء الاعظم من الجزیئات العائمة الكاربونیة في النظام الشمسي .ویستدل على ان الكون یتالف في معظمه من الھیدروجین او ما یسمى بالكیمیاء الكونیة ان الارض وبقیة الكواكب في النظام الشمسي قد ترسبت وتكیفت منذ بدء الخلیقة بشكل غمامة مشبعة بالھیدروجین. كما ان معظم الكاربون الداخل في تكوین النیازك والذي یوفر الدلیل على التكوین الطبقي للكواكب یتألف من الھیدروكاربونات المتعددة تشبھ في بعض خواصھا الكیمیاویة قار النفط. ویعتقد ان ألأرض قد حصلت على الكثیر من الكاربون بشكل ھیدروكاربونات مماثلة. وان غلاف الارض او ما یسمى بجو الارض یحتفظ بمعظم ھذا الكاربون بشكل غاز المیثان .ویعتقد ان سبب ذلك یعود الى السنین الاولى في تكوین الارض وغلافھا .
وعن طریق عملیة التركیب الضوئي تم انتاج الاوكسجین الطلق وامتلاء الغلاف تدریجیا بما یحتویه الان من عنصر الاوكسجین الذي تتألف منه الان الھیدروكاربونات ،خاصة الوقود والطاقة الكیمیاویة لأن الاوكسجین ھو أحدى المكونات اللازمة لعملیة الاحتراق لھذا یتوفر في اي مكان من الغلاف الجوي.
لقد انطمرت الھیدروكاربونات بفعل الضغط العالي جدا والحرارة الملتھبة تحت الارض واخذت تطلق غاز المیثان كأحدى المكونات الاساسیة لھا. وینحو ھذا الغاز الذي یخرج من طبقات الارض مصاحبا مع غازات اخرى نحو ألارتفاع الى سطح الارض ویھاجر الى المناطق الرخوة في قشرة الارض تاركا الكتل الھائلة من الھیدروكاربونات وراءه . وحینما تتصل تلك المناطق المشبعة بغاز المیثان بمنطقة الانفجار البركاني تتم اكسدتھا الى ثاني اوكسید الكاربون (الاوكسجین المتحد مع الماء او احدى عناصر التاكسد في الصخور ) قبل ان یدخل غلاف الارض.
ویدخل معظم الكاربون الموجود في غاز المیثان المھاجر لسطح الارض الى غلافھا اما بشكل غاز المیثان مباشرة اوبشكل متأكسد اي ثاني اوكسید الكاربون, ویتم ترشیح معظم ثاني اوكسید الكاربون في المحیطات وتتم ازالته بھذه الوسیلة . اما الصخور المؤلفة لقشرة الارض فانھا تبقى محتویة على كمیات ھائلة من الكاربون وبشكل مادة الكلس او كاربونات الكالسیوم .
ان ھذه الكمیات الھائلة الزائدة بأفراط من الكاربون یعتقد بانھا قد جاءت الى قشرة الارض من اعماقھا وبشكل غازات كاربونیة (اي غاز ثاني اوكسید الكاربون المتحد مع غاز المیثان( ولا یمكن الان التاكد على اجراء كل من الغازین بشكل منفصل ومن الاعتراضات التي تثار في بعض الاحیان حول وجود الھیدروكاربونات في باطن الارض انھا تتأكسد بفعل الضغط والحرارة الھائلة. الا ان مثل ھذه الاقاویل تفتقر الى سببین الاول ان الضغط الھائل في اي طبقة كانت تؤدي الى استقرار غاز المیثان ولا یؤدي الى عملیة الاكسدة . والثاني ھو ان توفر غاز الاوكسجین في الصخور البركانیة لا یعني انھ یؤكسد غاز المیثان حتى وان تكون له ھذه الخاصیة لان الصخور یجب ان تكون صخور مائیة . كما ان الغازات الطلیقة من فتحات الارض وقریبة من منطقة الأنفجار البركاني قد تتأكسد تماما وتأتي على البقیة من غاز الاوكسجین ویبقى غاز المیثان حرا طلیقا بكمیات كبیرة.
تحتوي الكثیر من الصخور الترسبیة على بقایا بایلوجیة او حیاتیة وأذا ما غمرت بالنفط غیر الحیاتي من الاسفل وتركت تتسرب به الالاف من السنین وتحت ضغوط متفاوتة ودرجات حرارة متغایرة یصبح النفط بالمادة البایلوجیة.
قد كتب البروفسور البریطاني سیر روبرت روبسون قائلا لایمكننا دحض نظریة ان النفط لا یؤلف في مكونات منتوجات عضویة متطورة ، كما ان الأقاویل حول اصل النفط تصلح في ھذا الخصوص ایضاً باضافات من منتوجات بایولوجي اخرى.
ورغم ان غاز المیثان یعتبر من الناحیة الكیمیاویة غازا غیر متفاعلا ، فانه یتبلمر اي یتحد الى مركب النفط الخام تحت ظروف ملائمة من الحرارة والضغط والفعل التحفزي (بضمنه الفعل الجرثومي ) .وعند حصول ھذه الحالة فان جریان غاز المیثان یزید وبشكل تدریجي وبطيء من المواد البایولوجیة ومكامنھا ویوسعھا الى احتیاطي نفطي ذو قیمة تجاریة . قد تكون ھذه العملیة غیر ناجحة ، وفي كل الاحوال فان الغاز یتسرب نحو سطح الارض ویستمر جریانه مع تعاقب الفترات الجیولوجیة ویعتبر اصل الھایدروكاربونات المتوفرة بكمیات تجاریة في باطن الارض .
ان قابلیة الازدیاد الكیمیاوي المتراكم لھل مردود ایجابي حیث كلما ازدادت سعة المتراكم ارتفعت قابلیة الحصول على الغاز المتسرب الى السطح. ان ھذا التكوین البایولوجي یعطي السبب الى التساؤل حول بعض الحقول النفطیة ولماذا تكون واسعة عند مقارنتھا مع بقیة الحقول . ومن بین الالاف من الحقول النفطیة التجاریة تحتوي ٣٣ حقلا ( ٢٥ حقل منھا في الشرق الاوسط ) على نصف كمیات النفط الخام المكتشفة القابلة للاستخراج في العالم.
ولنبحث في موضوع تسرب غاز المیثان من باطن الارض .توجد الھایروكاربونات في القباب القشریة للارض وفي ألأحافیر لطبقات التكتونیة وحدودھا ویوجد المیثان بكمیات كبیرة في المیاه العائمة في باطن الھضاب الموجودة بین الطبقات.وعلى سبیل المثال تحتوي میاه البحر المیت الشدیدة الملوحة على غاز المیثان بنسبة تزید ١٠٠٠ مرة على ماتحتویه میاه البحر الاعتیادي. وفي المحیط الاطلسي او ما یسمى مرتفعات الاطلسي الشرقیة نجد نافورات الریشة تتناثر من قعر البحر على السواحل وتحتوي على كمیات ھائلة من غاز المیثان . اما في بحیرة( كیفو) في ساحل الافریقي الشرقي فأنھا تحتوي على ٥٠ ملیون طن من غاز المیثان المذاب في الماء ولا یعرف لھا اي اصل جرثومي معلوم . ونعتقد ان غاز المیثان في ھذه المیاه كلھا یتوفر ویتسرب من خلال التراكیب العمیقة للقشرة الارضیة.
ودلیل اخر على وجود ھذه الخواص وارتباطھا بالھیدروكاربونات الغیر حیاتیة ھو العلاقة بین مناطق النفط والغاز الرئیسیة في العالم والمناطق القدیمة والحدیثة التي تجري فیھا العملیات الزلزالیة . وغالبا ما تقع الحقول النفطیة بالقرب من التصدعات الجولوجیة النشطة او القدیمة كما توجد معظم الینابیع الصغیرة للنفط والغاز في المناطق الزلزالیة النشطة . واھم ھذه الانواع بالنسبة الى الغاز ھو ما یسمى البراكین الطینیة التي تعتبر بمثابة التلول تم بنآئھا نتیجة ألأنفجارات الغازیة العنیفة التي تحدث خلال فترات او بشكل متقطع ، ویتألف الغاز من ثاني اوكسید الكاربون في بعض الاحیان ویحتوي في الغالب على المیثان الخالص والصافي.
وتوجد البراكین الطینیة على وبالقرب من التصدعات الجیولوجیة وحدودھا . وفي المناطق ذات الحركات الزلزالیة النشطة یمكن حدوث ھزات ارضیة عنیفة خلال بضع ملایین من السنین ویعتقد البعض ان تصدع الصخور في ھذه المناطق یؤدي الى تسرب النفط والغاز في اوقات زمنیة قصیرة قیاسا على عمر الطبقة المحتویة علیھا . اما الحقیقة فأن الحقول النفطیة والغازیة لھا خواص مشابھة للمناطق المعرضة للزلزال . وھذا التشابه یدعونا الى الأعتقاد ان التصدعات العمیقة قد یتسرب منھا غاز المیثان وبشكل مستمر من اعماق الارض . وقد تؤدي ھذه الترسبات والھجرة المستمرة لغاز المیثان و الغازات الاخرى في التصدعات الجیولوجیة نحو السطح الى حصول الزلزال.
لایستطیع التكھن بحصول الزلزال بواسطة الآلآت فقط .وبعض الظواھر اصبحت معروفة من عصور غابرة . بحیث یدعونا ذلك للاعتقاد بان تلك الظواھر التي اصبحت شاھد عیان على وجود تسرب الغاز او غیره قد حصلت نتیجة للجریان المتزاید للغاز من خلال طبقات الارض . ومن بین الظواھر المكروسكوبیة ھو حصول اصوات انفجار خافت لمنطقة غیر معروفة وفي التصرف الغریب للحیوانات في تلك المناطق والتبدل الشاذ في درجات الحرارة والفورات الفسفوریة وانواع اللھب الخارجة من الارض وكذلك اضطراب جریان المیاه داخل ألأبار الارتوازیة.
ویمكن القول ان ھذه الظواھر تحصل نتیجة لأنعزال الغاز من خلال مخارج مسامیة واسعة للصخورالمسطحة والتي تتعرض الى ضغط متزاید قبل حصول الزلزال كما تظھر ھذه ألأصوات والفورات وغیرھا من الظواھر في مناطق متباعدة في آن واحد. وتشیر ایضا الى وجود الغاز.
الغاز الطبيعي عبارة عن خليط من المواد الهيدروكربونية، مع كمية بسيطة من مركبات غير عضوية والتي تمثل مكونات النفط عالیة التطایر. ومركب لا لون له ولا شكل ولا رائحة. وكان قبل اكتشاف طرق استخدامه يحرق في الهواء للتخلص منه. يوجد الغاز الطبيعي إلى جانب النفط في المكامن الواقعة على أعماق تتراوح ما بين كيلومتر واحد وكيلومترين تحت سطح الأرض، كما يوجد وحده في أعماق أكبر من ذلك، ان المكونات الرئیسیة للغاز الطبیعي في الاحوال الاعتیادیة ( من حیث الحرارة والضغط ) عند أستخراجه من البئر تشمل المیثان والایثان وكمیات من البروبان والبیوتان والھكسان أما بشكل غازات أو ابخرة أما الشوائب الغازیة التي قد یحتویھا الغاز الطبیعي فھي النتروجین وثاني أوكسید الكاربون وكبریتید الھیدروجین واثار من الھیدروجین والاوكسجین وأوا اوكسید الكاربون وثاني اوكسید الكبریت ومن أهم ميزات الغاز الطبيعي أنه وقود فاعل ومجدٍ اقتصادياً وأقل إضراراً بالبيئة. ويعد الغاز الطبيعي أسرع مصادر الطاقة الأولية نمواً في العالم خلال العقود الثلاثة الأخيرة، وذلك بسبب خصائصه ومزاياه.
وقد نمت صناعة الغاز الطبيعي في المملكة العربية السعودية نمواً كبيراً، وزاد الطلب عليها باطراد بدءاً من العام 1975م. وقد أصبحت المملكة العربية السعودية تحتل المركز الرابع في احتياطيات الغاز الطبيعي على مستوى العالم (بعد روسيا وإيران وقطر) باحتياطات مؤكدة تبلغ 235 تريليون قدم مكعب، بينما تعد اليوم من الدول العشر الأولى في إنتاجه. ومع انضمام مشروع تطوير الغاز الطبيعي والزيت في حرض إلى شبكة الغاز الرئيسية للبلاد تكون طاقة المعالجة العامة للمملكة العربية السعودية قد وصلت إلى حدود 9 مليارات قدم قد مكعب قياسي في اليوم.
استخداماته الأساسية :
تدعم صناعة الغاز الطبيعي اليوم عدداً من القطاعات الأساسية مثل البتروكيماويات، صناعة الصلب والأسمنت، توليد الطاقة، وتحلية المياه.
ويتم توزيع غاز البيع على هذه القطاعات كالتالي:
– 40% من هذا الاستهلاك يولّد الكهرباء.
– 21% يستهلك في صنع البتروكيماويات، وقوداً ولقيماً لإنتاج اللدائن (البلاستيك) والمواد الكيميائية الصناعية التي تعد للتصدير.
– 17% يستهلك كوقود لمحطات تحلية مياه البحر التي تعد أحد أهم مصادر مياه الشرب في البلاد، حيث تعد المملكة العربية السعودية واحدة من أكبر الدول في استهلاك الفرد لمياه الشرب في العالم.
– 14% يستهلك لصناعة البترول، لا سيما في دعم شبكة الغاز الرئيسية ورفع طاقتها.
– 8% يستهلك لصناعات أخرى مثل الصلب والأسمنت.
وتسهم هذه القطاعات إسهاماً أساسياً في الاقتصاد السعودي، فهي تنتج دفقاً نقدياً يبلغ 25 مليار دولار أمريكي، وتساوي 15% من إجمالي الناتج المحلي في الاقتصاد السعودي، وتتيح 35 ألف فرصة عمل مباشرة و150 ألف فرصة عمل لها علاقة بالصناعة.
المفردات والمصطلحات الأساسية في صناعة الغاز الطبيعي
الغاز المصاحب: هو غاز يصاحب إنتاج الزيت الخام في المكامن وينتج مع الزيت الخام، وتتوقف معدلات إنتاجه على معدلات إنتاج الزيت الخام.
الغاز غير المصاحب؛ هو غاز ينتج من آبار الغاز العميقة بصورة مستقلة عن إنتاج الزيت الخام.
مقال كامل باللغة العربية عن تعاريف ومصطلحات الغاز الطبيعي
الغاز الحامض والغاز الحلو؛ هو مجموعة الغازات السامة المؤلفة من كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون الموجودة في الغاز المصاحب وغير المصاحب وتتم إزالتها من الغاز طريقة تسمى التحلية. أما الغاز الحلو فهو الذي لا يحتوي على مادة كبريتيد الهيدروجين السامة.
وبشكل عام فأن الغاز الحامضي هو الغاز الذي یحوي على الغازات الحامضیة مثل ثاني أوكسيد الكاربون أو كبريتيد الهيدروجين أما الغاز الحلو فهو الغاز الخالي من الغازات الحامضية.
الميثان؛ هو المكون الأخف والأوفر في الغاز الطبيعي ويستخدم إما كلقيم بتروكيماوي أو غاز وقود.
الإيثان؛ المكون الثاني في الغاز الطبيعي، ويستخدم بصورة أساسية كلقيم بتروكيماوي وأحياناً كوقود.
غاز البيع؛ هو غاز الوقود المستخدم في المملكة العربية السعودية وهو عبارة عن خليط من الميثان والإيثان، ويتم توزيعه إلى العملاء بواسطة شبكة غاز البيع.
البروبان؛ المكون الثالث في الغاز الطبيعي، ويوجد بصورة طبيعية كغاز ولكن يمكن تحويله إلى سائل بالضغط والتبريد. ويستخدم البروبان داخل المملكة العربية السعودية كلقيم بتروكيماوي. ويتم تبريد الفائض منه وتصديره إلى الخارج كسائل.
البيوتان؛ المكون الرابع في الغاز الطبيعي، ويوجد بصورة طبيعية كغاز يمكن تحويله إلى سائل بالضغط والتبريد. ويستخدم معظم غاز البوتان داخل المملكة العربية السعودية كلقيم بتروكيماوي. ويتم تبريد الفائض منه وتصديره إلى الخارج كسائل.
غاز البترول السائل؛ هو خليط من البروبان والبوتان ويتم ضغطه وتسييله ثم تخزينه في اسطوانات غاز، ويستخدم بصورة أساسية في طبخ الطعام.
الغاز الرطب Wet Gas وهو الغاز الذي یحوي على كمیة عالیة نسبیا من البروبان والبیوتان والبنتان وسوائل ھیدروكاربونیة أخرى الى جانب المیثان والایثان.
أقراً أيضاً تجفيف الغاز الطبيعي.
الغاز الجاف Dry gas الغاز الذي یتكون من المیثان والایثان بصورة رئیسیة ولا یحوي (اویحوي على كمیات قلیلة ) من الغازات الھیدروكاربونیة الاخرى.
الغاز الطبيعي المسال Liquefied natural gas ویتكون من المیثان والایثان وبالامكان تسییله بأستعمال الضغط والتبرید معا .
غاز البترول المسال خلیط من البروبان والبیوتان بصورة رئیسیة وبالأمكان تسییله بأستعمال الضغط الى حد 20 ضغط جوي وبدون تبرید. ويسمى ب Liquefied Petroleum Gas .
البنزين الطبيعي وهو السائل الهيدروكاربوني المستخلص من الغاز الطبيعي الرطب ويحتوي على البنتان والهكسان بصورة رئيسية
أستخدامات الغاز الطبيعي:
يعتبر الغاز الطبيعي أحد أهم مصادر الطاقة في العالم ، حيث بحرق قدم مكعب قياسي يتولد 700-1600 Btu من الحرارة أعتماداً على مكونات الغاز ، وقد شكّل الغاز الطبيعي حوالي 24% من مصادر الطاقة في الولايات المتحدة للأعوام من 2000-2002.
مصادر الغاز الطبيعي
يمكن تصنيف الغازات الطبيعية بأنها الغاز الطبيعي التقليدي ،وهو الغاز الموجود في الطبقات الرملية للمكمن ، وغاز الميثان في المكامن المضغوطة جيولوجيا.
ويكون الغاز الطبيعي التقليدي أما غازاً مصاحباً أو غير مصاحب.
ان مصادر الغاز الطبیعي تكون على نوعین:-
1. الغاز الحر Free Gas ویوجد في حقول حرة تحت اعماق الارض ویكون على الاغلب من النوع الجاف أي یحتوي على الایثان والمیثان بصورة اساسیة.
2. الغاز المصاحب Associated gas ویظھر مصاحب للبترول عند استخراجة من اعماق الارض ویفصل في محطات عزل الغاز (تثبیت النفط) .
المصادر:
1. الغاز الطبيعي – تأليف خالد جبر حمد يوسف
2. Natural Gas Engineering
