گاز طبیعی دارای تاریخی چند هزار ساله‌ است. 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.

میلیون‌ها سال قبل، گاز طبیعی و نفت خام در اثر تجزیه و فاسد شدن گیاهان و اجساد حیوانات در ته دریاها و اقیانوس‌های قدیمی به‌وجود 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 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 ترکیباتی از قبیل H۲S ،CO۲ ،N۲ نیز همراه گاز طبیعی یافت می‌شوند که درصد آنها در مخازن مختلف و حتی در قسمتهای مختلف از یک مخزن، با یکدیگر متفاوت است. همچنین آب نیز همیشه با گاز طبیعی استخراج شده از مخازن همراه است که در پالایشگاه ها در بخشی به نام واحد نم زدائی، آب و ترکیبهای مزاحم که سبب پائین آوردن ارزش حرارتی گاز شده و همچنین مشکلاتی در انتقال و مصرف گاز بوجود میآورند، از گاز طبیعی تفکیک میشوند و پس از آن، گاز به خطوط انتقال و در نهایت به مصرف کنندگان تحویل می‌شود.

♦ یک حجم متان برای سوختن کامل نیاز به دو حجم اکسـیژن دارد . 

و با توجه به این که یک پنجم هوا را اکسیژن تشکیل میدهد (یک حجم اکسیژن تقریباً در پنج حجم هـوا وجـود دارد)، بنابراین میتوان گفت که برای سوختن کامل متان ده برابر حجم خود هوا نیاز دارد که تقریباً همان نسـبت یک به ده یا ده درصد است.

در اختلاط ۱۰ درصد حجمی گاز طبیعی با ۹۰ درصد حجمی هوا قـویتـرین انفجـار رخ می دهد.

سوال اینجاست که اگر میزان متان بیشتر از ۱۰ درصد باشد چه اتفاقی رخ میدهد؟

افزایش میزان متان به بیش از ۱۰درصد تا حدودی قابل قبول است. مـثلاً در ترکیـب هـای ۱۱تـا ۱۵درصـد نیـز انفجار یا اشتعال ( هر چند ضعیف تر از ۱۰درصد) رخ میدهد. اما در ترکیـبهـای بـیش از ۱۵درصـد حجمـی، تعـداد  مولکول های متان آنقدر زیاد می شود که هر مولکول متان نمیتواند برای سوختن خود دو مولکول اکسیژن پیـدا کنـد.

از این رو میزان اکسیژن برای انجام واکنش کفایت نمیکند. اینگونه مخلوط را مخلوط غنی Rich  Mixture میگویند.

در نتیجـه حـد بالای ترکیب اشتعال پذیری گاز طبیعی ۱۵ درصد گاز طبیعی و ۸۵ درصد هوا می باشد.

حال سوال را در جهت عکس مطرح می کنیم؛ اگـر میـزان متـان کمتـر از ۱۰درصـد شـود چـه اتفـاقی رخ میدهد؟

کاهش میزان متان به کمتر از ۱۰درصد تا حدودی قابل قبول است. مثلاً در ۹ تـا ۵ درصـد نیـز انفجـار یـا اشتعال (هر چند ضعیف تر از ۱۰درصد ) رخ میدهـد امـا تقریبـاً در متـان کمتـر از ۵ درصـد (حجمـی) تعـداد مولکولهای اضافی اکسیژن و نیتروژن در فضا به قدری زیاد است که حرارت لازم جهت انجـام واکـنش را جـذب کرده و مانع از انجام واکنش کامل میگردند. این نوع مخلوط را مخلوط ضعیف مینامنـد. در نتیجـه حـد پـائین ترکیب اشتعال پذیری گاز طبیعی ۵ درصد گاز طبیعی و ۹۵ درصد هوا می باشد.

با توجه به مطالب فوق محدوده اشتعال پذیری گاز طبیعی ۵ الی ۱۵درصـد مـیباشـد. در نسـبتهـای ترکیبـی خارج از آن محدوده اشتعال یا انفجار رخ نمیدهد و فقط سوختنهای خفه یا پت پت میتواند حاصل شود.

♦ وقتی گاز طبیعی می سوزد در ان لحظه با اکسیژن هوا ترکیب میشود .درمحاسبات مربوط به سوختن گاز طبیعی معمولا ترکیب شیمیایی ان متان در نظر میگیریم .گازهای قابل اشتعال مختلف در نسبتهای معینی از اختلاط با هوا قابلیت سوختن دارند به طوری که در سایر نسبتها اختلاط نمیتواند با هوا ترکیب قابل اشتعال یا انفجار ایجاد نماید.

گاز طبیعی نیز فقط در محدوده ای خاص از نسبتها اختلاط با هوا قادر است مخلوط قابل انفجار یا سوختن تشکید دهد .حد پایین این محدوده را LELبه معنی حد پایین اشتعال یا انفجار وحد بالای ان را HEL به معنی حد بالای اشتعال یا انفجار می باشد.

مفهموم اصطلاح LEL و UEL

در بحث گازسنجی و شناسایی گازهای قابل اشتعال دو اصلاح وجود دارد به نام  Lower Explosion Limit و Upper Explosion Limit که به ترتیب و اختصار LEL و UEL نامیده می شوند.

شرط اشتعال برای هر گاز قابل اشتعالی در محیط وجود مقادیر مشخصی از آن گاز در محیط است. که اگر مقدار گاز در محیط کمتر و یا بیشتر از آن باشد امکان اشتعال وجود ندارد زیرا باید مقدار مشخص از این گاز با اکسیژن هوا ترکیب شود تا اشتعال ممکن شود.

کمترین مقدار مورد نیاز از هر گاز قابل اشتعال در محیط، برای ایجاد شرایط اشتعال را LEL می گویند که برای هر گاز مقدار مشخص و ثابتی است و به صورت درصدی از حجم هوا بیان می شود. درصورتیکه مقدار گاز قابل اشتعال در محیط کمتر از آن باشد امکان اشتعال وجود نخواهد داشت. به عنوان مثال برای گاز متان مقدار LEL برابر ۵ درصد حجم هواست. یعنی اینکه اگر ۵ درصد یا بیشتر هوای محیط را گاز متان پر کند شرایط اشتعال گاز متان مهیا شده است و اگر گاز متان موجود در محیط کمتر از ۵ درصد حجم هوا باشد، امکان اشتعال وجود نخواهد داشت.

بیشترین مقدار مورد نیاز از هر گاز قابل اشتعال در محیط، برای ایجاد شرایط اشتعال را UEL می گویند که برای هر گاز مقدار مشخص و ثابتی است و به صورت درصدی از حجم هوا بیان می شود. درصورتیکه مقدار گاز قابل اشتعال در محیط بیشتر از آن باشد امکان اشتعال وجود نخواهد داشت. به عنوان مثال برای گاز متان مقدار UEL برابر ۱۵ درصد حجم هواست. یعنی اینکه اگر ۱۵ درصد یا کمتر هوای محیط را گاز متان پر کند شرایط اشتعال گاز متان مهیا شده است و اگر گاز متان موجود در محیط بیشتر از ۱۵ درصد حجم هوا باشد، امکان اشتعال وجود نخواهد داشت.

شیرین سازی گاز

شیرین‌سازی گاز (gas sweetening) فرآیندی است در مهندسی شیمی که طی آن هیدروژن سولفید(H۲S) و کربن دی اکسید(CO۲) موجود در گاز ترش به وسیله محلولی از آب و آمین‌ها زدوده می‌شود. این فرآیند در پالایش گاز و واحدهای پتروشیمی کاربرد فراوان دارد.

آمین‌های متداول در این فرآیند عبارتند از:

دی‌اتانول‌آمین (DEA)
اتانول‌آمین (MEA)
متیل دی‌اتانول‌آمین (MDEA)
آمینو و پروپانول (DIPA)
دی گلیکول آمین (DGA)

تجهیزات ایمنی و تشخیص گاز طبیعی و گاز مونوکسید کربن

جهت تشخیص نشت گاز طبیعی یا شهری و همچنین گاز مونوکسیدکربن توصیه می شود از سنسورهای هشدار دهنده نشت گاز  یا  آشکارساز گاز شهری و مونوکسید کربن در مناطقی که خط نشت گاز وجود دارد، استفاده شود.

تهیه و گردآوری:بهروز لطفی سازمان نظام مهندسی استان تهران