ما هي مكونات الغاز الطبيعي
ادارة عالم الكيماويات
- ما هي مكونات الغاز الطبيعي؟
- أولاً: الهيدروكربونات الرئيسية
- ثانياً: الغازات غير الهيدروكربونية
- ثالثاً: الغازات النبيلة والشوائب الأخرى
- جدول مكونات الغاز الطبيعي (الغاز الخام)
- كيف يتكون الغاز الطبيعي؟
- الأسئلة الشائعة
- هل الغاز الطبيعي هو نفسه غاز الطبخ المنزلي (غاز البوتان)؟
- لماذا يضاف الكبريت إلى الغاز الطبيعي التجاري؟
- هل يتكون الغاز الطبيعي فقط من الميثان؟
- كيف يتم فصل مكونات الغاز الطبيعي؟
- هل الغاز الطبيعي صديق للبيئة؟
- المصادر والمراجع
ما هي مكونات الغاز الطبيعي؟
يتكون الغاز الطبيعي من مزيج معقد من الغازات، يمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات رئيسية: الهيدروكربونات الرئيسية، الغازات غير الهيدروكربونية، والشوائب التي تتم إزالتها أثناء المعالجة.
أولاً: الهيدروكربونات الرئيسية
الهيدروكربونات هي مركبات كيميائية تتكون من الكربون والهيدروجين فقط. في الغاز الطبيعي، تكون هذه الهيدروكربونات من عائلة البارافينات الخفيفة المشبعة (الألكانات)، وجميعها غازات في الظروف الجوية العادية.
1. الميثان (CH₄): هو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي، ويشكل النسبة الأكبر منه (عادةً بين 70% و 98%). الميثان هو أبسط الهيدروكربونات، ويتكون من ذرة كربون واحدة مرتبطة بأربع ذرات هيدروجين. وهو غاز عديم اللون والرائحة، شديد الاشتعال، وأخف من الهواء. يذكر موقع Britannica أن الميثان هو المكون الأساسي للغاز الطبيعي، حيث تصل نسبته في بعض المكامن إلى 95% أو أكثر.
2. الإيثان (C₂H₆): هو ثاني أكثر المكونات شيوعاً في الغاز الطبيعي. يتكون من ذرتي كربون، وهو غاز عديم اللون والرائحة، أثقل قليلاً من الهواء. تتراوح نسبته عادةً بين 0% و 20%. يتم فصل الإيثان في محطات المعالجة واستخدامه كمواد خام في الصناعات البتروكيميائية لإنتاج الإيثيلين والبلاستيك.
3. البروبان (C₃H₈): غاز هيدروكربوني يتكون من ثلاث ذرات كربون. يوجد في الغاز الطبيعي بنسب صغيرة (عادة أقل من 10%). يتم فصله واستخدامه كوقود منزلي (غاز الطبخ) وفي التدفئة، وكذلك كمواد خام في الصناعات الكيميائية. يمكنك قراءة المزيد عن غاز البروبان واستخداماته في مقال منفصل.
4. البيوتان (C₄H₁₀): غاز هيدروكربوني يتكون من أربع ذرات كربون. له أيزومران: البيوتان العادي (n-butane) والأيزوبيوتان (i-butane). يتم فصله واستخدامه في مخاليط غاز البترول المسال (LPG)، وكذلك في الصناعات الكيميائية. يشير موقع Encyclopedia.com إلى أن البروبان والبيوتان يُستخرجان كسوائل أثناء معالجة الغاز الطبيعي، ويُباعان كمنتجات منفصلة.
5. هيدروكربونات أثقل: قد يحتوي الغاز الطبيعي الخام على كميات قليلة من الهيدروكربونات ذات الوزن الجزيئي الأعلى، مثل البنتان (C₅H₁₂) والهكسان (C₆H₁₄) وما فوق. هذه المواد تكون في الحالة الغازية تحت الضغط العالي في باطن الأرض، لكنها تتكثف إلى سوائل عند استخراجها إلى السطح (المتكثفات). يتم فصل هذه السوائل واستخدامها كمواد خام في مصافي النفط والصناعات البتروكيميائية.
ثانياً: الغازات غير الهيدروكربونية
بالإضافة إلى الهيدروكربونات، يحتوي الغاز الطبيعي الخام على غازات أخرى غير عضوية، توجد طبيعياً مع الهيدروكربونات في المكامن الجوفية.
- النيتروجين (N₂): غاز خامل لا يحترق، ويوجد بنسب متفاوتة في الغاز الطبيعي. وجوده يقلل من القيمة الحرارية للغاز، ويتم إزالته جزئياً أثناء المعالجة.
- ثاني أكسيد الكربون (CO₂): غاز حامضي غير قابل للاشتعال، يتواجد في بعض المكامن بنسب قد تصل إلى 10% أو أكثر. يتم إزالته من الغاز الطبيعي لأنه يسبب التآكل في الأنابيب والمعدات، ويقلل من القيمة الحرارية.
- كبريتيد الهيدروجين (H₂S): غاز شديد السمية، ذو رائحة كريهة (البيض الفاسد). عندما يحتوي الغاز الطبيعي على كميات كبيرة من كبريتيد الهيدروجين، يُعرف باسم “الغاز الحامض” (Sour Gas). يجب إزالة كبريتيد الهيدروجين تماماً من الغاز الطبيعي لأسباب تتعلق بالسلامة والبيئة، لأنه سام ويسبب تآكل المعدات.
ثالثاً: الغازات النبيلة والشوائب الأخرى
قد يحتوي الغاز الطبيعي على كميات ضئيلة من الغازات النبيلة مثل الهيليوم (He) والأرجون (Ar)، والتي تتميز بخمولها الكيميائي. الهيليوم الموجود في الغاز الطبيعي هو المصدر التجاري الرئيسي لهذا الغاز الثمين، الذي يستخدم في التبريد فائق التوصيل وفي الصناعات الفضائية. كما قد يحتوي الغاز الطبيعي على بخار الماء (H₂O) وأحياناً الزئبق، ويتم إزالة هذه الملوثات أثناء المعالجة.
جدول مكونات الغاز الطبيعي (الغاز الخام)
| المكون | الصيغة الكيميائية | النسبة التقريبية (%) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| الميثان | CH₄ | 70 – 98% | المكون الرئيسي، يمنح الغاز قيمته الحرارية |
| الإيثان | C₂H₆ | 0 – 20% | يفصل ويستخدم في الصناعات البتروكيميائية |
| البروبان | C₃H₈ | 0 – 10% | يدخل في غاز البترول المسال (LPG) |
| البيوتان | C₄H₁₀ | 0 – 5% | يدخل في غاز البترول المسال (LPG) |
| هيدروكربونات أثقل | C₅₊ | 0 – 5% | تتكثف إلى سوائل (متكثفات الغاز الطبيعي) |
| النيتروجين | N₂ | 0 – 15% | غاز خامل، يقلل القيمة الحرارية |
| ثاني أكسيد الكربون | CO₂ | 0 – 10% | غاز حامضي، يسبب التآكل |
| كبريتيد الهيدروجين | H₂S | 0 – 5% (في الغاز الحامض) | غاز سام، يزيل بالكامل |
| غازات نبيلة (هيليوم، أرجون) | He, Ar | ضئيلة (أجزاء في المليون) | تستخرج تجارياً من بعض الحقول |
| بخار الماء | H₂O | ضئيل | يسبب التآكل، يزال أثناء المعالجة |
يذكر موقع National Geographic أن الغاز الطبيعي يتكون من خليط معقد من الهيدروكربونات والغازات الأخرى، وأن تركيبته تختلف حسب المكمن الجيولوجي.
كيف يتكون الغاز الطبيعي؟
يتكون الغاز الطبيعي من بقايا الكائنات الحية الدقيقة (العوالق البحرية، الطحالب، والكائنات الأولية) التي عاشت قبل ملايين السنين. تشرح الموسوعة العربية ويكيبيديا أن الغاز الطبيعي يتكون من العوالق التي ماتت وتراكمت في طبقات المحيطات والأرض، وانضغطت البقايا تحت طبقات رسوبية. عبر آلاف السنين، قام الضغط والحرارة الناتجان عن الطبقات الرسوبية بتحويل هذه المواد العضوية إلى غاز طبيعي.
هناك نظريتان رئيسيتان لتكوين الغاز الطبيعي:
- التكوين الحيوي (Biogenic gas): ينتج عن تحلل المواد العضوية بواسطة بكتيريا لاهوائية (مولدات الميثان) في بيئات فقيرة بالأكسجين، مثل المستنقعات والمقالب (مدافن النفايات). هذا النوع من الغاز يُسمى أيضاً “الغاز الحيوي” (Biogas)، ويحتوي على نسبة عالية من الميثان. تشير مصادر National Geographic إلى أن هذه الكائنات الدقيقة تعيش في أمعاء الحيوانات (بما فيها البشر) وفي المناطق منخفضة الأكسجين بالقرب من سطح الأرض.
- التكوين الحراري (Thermogenic gas): ينتج عن تعرض المواد العضوية المدفونة في أعماق كبيرة (أكثر من 1000 متر) لدرجات حرارة مرتفعة (بين 60 و 150 درجة مئوية) وضغوط هائلة على مدى ملايين السنين. هذا النوع من الغاز هو المصدر الرئيسي للغاز الطبيعي التجاري، ويتكون غالباً من الميثان مع كميات قليلة من الهيدروكربونات الأخرى. يوضح موقع National Geographic أن الميثان المكون حراري المصدر هو الغاز الطبيعي الذي يتشكل في أعماق باطن الأرض.
بعد التكون، يهاجر الغاز الطبيعي (بسبب خفته) إلى أعلى عبر الشقوق والمسام في الصخور حتى يصطدم بصخور غير منفذة (طبقات صخرية صماء) تحبسه وتشكل خزانات جوفية. هذه الخزانات هي التي يتم استخراج الغاز الطبيعي منها.
الأسئلة الشائعة
هل الغاز الطبيعي هو نفسه غاز الطبخ المنزلي (غاز البوتان)؟
لا، ليس تماماً. غاز الطبخ المنزلي (غاز البترول المسال LPG) هو خليط من البروبان والبيوتان بشكل رئيسي، وهو أثقل من الهواء. أما الغاز الطبيعي فيتكون أساساً من الميثان (أخف من الهواء)، ويتم توصيله عبر الأنابيب إلى المنازل في العديد من المدن.
لماذا يضاف الكبريت إلى الغاز الطبيعي التجاري؟
لأن الميثان النقي عديم الرائحة، وللكشف عن أي تسرب، تضاف مركبات كبريتية ذات رائحة قوية (مثل مركبتان) إلى الغاز الطبيعي التجاري. هذه الرائحة تشبه رائحة البيض الفاسد، وتنبه السكان بسرعة إلى وجود تسرب.
هل يتكون الغاز الطبيعي فقط من الميثان؟
لا، يتكون الغاز الطبيعي من خليط من الهيدروكربونات (الميثان بشكل رئيسي، بالإضافة إلى الإيثان والبروبان والبيوتان)، وغازات أخرى مثل النيتروجين وثاني أكسيد الكربون. لكن النسبة الغالبة هي الميثان (عادة 70-98%).
كيف يتم فصل مكونات الغاز الطبيعي؟
يتم فصل مكونات الغاز الطبيعي في محطات معالجة متخصصة، باستخدام عمليات فيزيائية وكيميائية. تعتمد عملية الفصل على الاختلافات في درجات غليان المكونات المختلفة. يتم تبريد الغاز الطبيعي الخام إلى درجات حرارة منخفضة جداً، فتكثف المكونات الأثقل (مثل الإيثان والبروبان والبيوتان) وتفصل كسوائل، بينما يبقى الميثان غازياً. كما تتم إزالة الشوائب مثل كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.
هل الغاز الطبيعي صديق للبيئة؟
الغاز الطبيعي هو أنظف أنواع الوقود الأحفوري احتراقاً، حيث ينتج كميات أقل من ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين والجسيمات مقارنة بالنفط والفحم. لكنه يبقى مصدراً للغازات المسببة للاحتباس الحراري، كما أن تسرب الميثان (وهو غاز دفيء قوي) أثناء الاستخراج والنقل يشكل تحدياً بيئياً.
💬 التعليقات