غاز الوقود Fuel gas، هوأي نوع من الوقود الذيقد يكون تحت الظروف الاعتيادية في حالة غازية. الكثير من غازات الوقود تتكون من هيدروكربونات (مثل الميثان أوالپروپان)، الهيدروجين، أول أكسيد الكربون، أوخليط منهم. مثل هذه الغازات هي مصدر لطاقة حرارية محتملة أوطاقة إنارة يمكن نقلها بسهولة وتوزيعها عن طريق أنابيب من نقطة المنشأ مباشرة إلى مكان الاستهلاك.

المكونات

غازات الوقود هي مزيج طبيعي من الهيدروكربونات من C1 حتى C5، مختلفة التراكيب، مشبعة الأبخرة، منتشرة حرّة، مرافقة أومنحلة في الطبقات المائية أوالنفط الخام في أعماق القشرة الأرضية، أوتستخرج من الفحم الحجري أوفي عمليات تكرير النفط. تولِّد غازات الوقود طاقة حرارية كبيرة عند احتراقها مع الأكسجين.

التاريخ

عهد الإنسان غازات الوقود مع اكتشافه غازات المستنقعات القابلة للاشتعال، لوجود غاز الميتان، فيها وكذلك من الفحم الحجري لما استخرج منه غاز الفحم الحجري عام 1792 في فرنسا وبريطانيا، وسميّ غاز الاستصباح، لاستعماله في الإنارة. وازداد الاعتماد على الفحم الحجري. ومع قيام الثورة الصناعية تطورت طرائق الاستفادة من غازات الوقود المستخرجة من المناجم، وغاز الكوك وغاز المولدات والغاز المائي والغاز الأزرق حتى بداية الحرب العالية الأولى (1914ـ 1918) وازداد الاعتماد على النفط، الذي تطورت صناعته وتنوعت منتجاته البتروكيماوية تنوعاً كبيراً، وطُبِّقت تقانات صناعية جديدة في أوربا وخاصةً ألمانيا، خوفاً من نفاد مصادر الطاقة في أثناء الحرب. وقد تواصل البحث والاستكشاف في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين فتنوعت مصادر الغاز الطبيعي وتباينت أنواعه المتنوعة وصارت مصدراً مهماً من مصادر الطاقة في الوطن العربي ودول آسيا ورابطة الدول المستقلة وأوربا وأمريكا وأستراليا. وبقيت إفريقيا الجنوبية تعتمد على مصادر الطاقة من غازات الوقود المستخرجة من الفحم الحجري حتى اليوم. ولم يكن في الوطن العربي مصدر للطاقة قبل اكتشاف النفط والغاز، لعدم توافر مناجم تذكر للفحم الحجري ولعدم إمكان استخدام منتجاته في الطاقة أوالصناعة.

الأنواع

غازات الوقود الطبيعية

هي غازات قابلة للاحتراق موجودة في جوف الأرض على أعماق كبيرة أوناتجة من مكامن طبيعية وهي نوعان:

1- غازات المستنقعات: هي غازات قابلة للاحتراق تنطلق من قاع المستنقعات نتيجة تفسخ البقايا النباتية بعمل البكتريا في شروط طبيعية بمعزل عن الهواء، وتحتوي على نسبة كبيرة من الميتان، ونسبة قليلة من النتروجين وأول وثاني أكسيد الكربون.

2- الغاز الطبيعي: وهوغاز طبيعي صاف قابل للاحتراق يتجمع تحت سطح الأرض، يتكون من هدروكربونات مشبعة (C1 ـ C5) إضافة إلى أكسيد الكربون، وكبريت الهدروجين، والآزوت (النتروجين) وبعض الغازات النادرة كالهليوم، ذات وزن جزيئي منخفض. يستخرج الغاز الطبيعي من جيوب في عمق الأرض ويسمى مكمن غازي.

غازات الفحم الحجري

هي الغازات الناتجة من التقطير الإتلافي للفحم الحجري ومن بقايا نواتجه الصلبة كفحم الكوك وغيره وأهم أنواعها:

1- غاز المناجم: هوغاز ينطلق من مناجم الفحم الحجري، يتكون من الميتان ويكون مع الهواء غازاً سريع الانفجار.

2- غاز الاستصباح: هووقود غازي قابل للاحتراق، يستحصل من الفحم الحجري إما طبيعياً أوصناعياً، أوبتحويل الفحم إلى غاز تحت سطح الأرض، ويتكون من مزيج غازات أساسها الهدروجين 50% والميتان 35 % وأول أكسيد الكربون 8% وثاني أكسيد الكربون 2% والآزوت 2% وهدروكربونات أخرى.

3- غاز الكوك: هووقود غازي متولد من عملية تحويل الفحم الحجري إلى فحم كوك في الأفران، يتميز بطاقة حرارية عالية. يتكون أساساً من الهدروجين بنسبة كبيرة والميتان وأول أكسيد الكربون ويحتوي على شوائب أخرى، غير قابلة للاحتراق كغاز النشادر والنتروجين وثاني أوكسيد الكربون.

4- غاز المولدات: هووقود غازي يتكون من مزيج أول أوكسيد الكربون والنتروجين، ينتج بإمرار الهواء على طبقة سميكة من الفحم المتوهج.

5- غاز الماء: هووقود غازي يتكون من مزيج أول أوكسيد الكربون والهدروجين 83 ـ 86%، ينتج بإمرار بخار الماء على طبقة سميكة من الفحم المتوهج.

6- غاز الماء الأزرق (الغاز الأزرق): هووقود غازي يتكون من مزيج أول أوكسيد الكربون والهيدروجين بنسب متساوية، ينتج بإمرار بخار الماء على طبقة سميكة من فحم الكوك الساخن.

7- الغاز الفقير: هووقود غازي يتكون من مزيج الهدروجين 32% والميتان 20% والهدروكربونات 17% وأول أكسيد الكربون 26% وثاني أكسيد الكربون والآزوت 5% ينتج من تفكك بخار الماء على طبقة سميكة من الفحم المتوهج.

غازات النفط

هي مزيج من هدروكربونات غازية مرافقة أومنحلة في النفط، وتنقسم إلى غازات جافة تحتوي على نسبة كبيرة من الميتان وكميات قليلة من الإيتان والبروبان والبوتان والبروبيلين، وغازات رطبة سهلة التميع تحتوي على كميات كبيرة من البروبان والبوتان وكميات ضئيلة من الميتان والإيتلين.

1- غازات فتحات الآبار النفطية cap gasses: وهي طبقة الغازات التي تعلوالنفط الخام وتسمى غازات رأس البطانة أوالقبعة الغازية، تعد وقوداً غازياً عالي الكفاءة، يتكون من هيدروكربونات كالإيتان والبروبان والبوتان. ويتعلق هجريب الغازات بمكان المكمن النفطي.

2- غازات حقول النفط (الغاز المرافق) associated gasses: هي الغازات المرافقة للنفط وتكون على عمق كبير وتحت ضغط مرتفع ذائبة في النفط، ينفصل الغاز عن النفط عند خروجه إلى سطح الأرض بعمل انخفاض الضغط، وتعد غازات مشبعة لاتحتوي على الهدروجين وغنية بالبروبان والبوتان.

4- غاز النفط المسيل liquefied petroleum gas (LPG) أوالغاز المعبأ bottled gas: هووقود غازي يتألف من هدروكربونات في الطور السائل تحت درجة 25 درجة جوي ودرجة حرارة 18ـ20 ْم يتحول إلى الطور الغازي عند انخفاض الضغط، ويتكون من كميات متفاوتة من البروبان والبوتان.

5- غازات التكرير refinery gases: هي وقود غازي مؤلف من مزيج هدروكربونات مشبعة كالميتان والإيتان وغير مشبعة كالإيتلين والإستلين والبروبيلين والبوتيلين، ينتج من معامل تكرير النفط بعمليات التكسير والإصلاح والتنقية.

6- غازات التكسير cracking gases: هي وقود غازي مؤلف من مزيج هدروكربونات غير مشبعة غنية بالأوليفينات والهدروجين وهذه الغازات ناتجة عن عمليات تكسير النفط.

7- الغاز المستصلح reformed gas: هووقود غازي، ينتج من معالجة الغازات الطبيعية وغازات التكرير ببخار الماء.

غاز الفرن العالي

هووقود غازي، ناتج ثانوي مهم ينبعث من الفرن العالي، ذوقيمة حرارية منخفضة. يستعمل في تسخين هواء النفخ وتوليد بخار الماء.

الهجريب الكيميائي

تتكون غازات الوقود غالباً من نسبة عالية من الهدروجين والهدروكربونات المشبعة، مثل الميتان الذي تبلغ نسبته حتى 90% والإيتان والبروبان والبوتان، والهدروكربونات غير المشبعة مثل الإيتلين والبروبيلين، وكميات ضئيلة من النتروجين، وكبريت الهدروجين، وأول أوكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون وغازات أخرى مثل الهليوم والأرغون وبخار الماء. تراوح كثافة غازات الوقود بين 0.1 ـ 0.6 أخف من الهواء، يكوّن مع الهواء مزيجاً منفجراً، عديم اللون، ساماً، خانقاً، يحترق بلهب عديم اللون أوأزرق. ناشراً طاقة حرارية كبيرة نسبياً وتبلغ القيمة الحرارية لغازات الوقود بين 3000 ـ 45000 كيلوحريرة/م3، تبعاً لمصدر الوقود الغازي ومنشئه.

معالجة غازات الوقود

تخضع غازات الوقود إلى مراحل عدة من المعالجة قبل الاستخدام، كالتصفية والامتزاز والانضغاط والتجفيف والتنقية من الشوائب الميكانيكية مثل الغبار والرمال والمعلقات الصلبة. وتعالج غازات الوقود بالمحلات المائية لنزع الكبريت ومركباته، وبالمُحِلات القلوية لامتصاص الغازات الحمضية أوبالتنقية الفيزيائية لامتصاص الشوائب مثل غاز أول وثاني أكسيد الكربون، وذلك في درجات الحرارة المنخفضة.

استخدامات غازات الوقود

تستخدم الغازات في مجالات عدة أهمها:

1- في الحياة العامة: تستخدم لأغراض منزلية في الطبخ والتدفئة.

2- في المجالات الزراعية: تستخدم سماداً آزوتياً.

3- في المجالات الصناعية: تستخدم في التفاعلات الكيمياوية وإنتاج المواد الكيمياوية مثل الميتانول، البنزن، التولوين، النفتالين، الانتراسين، الفينول، ضروب الكريزول، البيريدين، الكربون الصناعي. وفي صناعة الفولاذ والمطاط واللدائن والأصبغة والزجاج والخزف وعمليات اللحام والبتر ومصانع العربات والقاطرات. كما يستخدم الغاز وقوداً في المركبات والآلات والمعدات الهندسية والسكك الحديدية ومسخنات الهواء والمراجل البخارية والصناعية والعنفات.

4- في المجالات الطبية: تستخدم في صناعة الأدوية والمستحضرات الطبية ومواد التجميل.

5- في المجالات العسكرية: تستخدم في صناعة المتفجرات العضوية ووقود الصواريخ والمركبات الفضائية.

المصادر