مقدمه
گازهای سوختنی نقش کلیدی در تأمین انرژی جهان دارند و امروزه، اهمیت آنها در کنار نفت و برق، در معادلات اقتصادی و زیستمحیطی بسیار پررنگ است. انواع گاز سوختنی بر اساس منشاء تولید، ترکیب شیمیایی و روش مصرف، به دستههای مختلفی تقسیم میشوند. شناخت تفاوتها، مزایا و معایب این گازها به تصمیمگیری بهتر در صنایع، مصارف خانگی و حملونقل کمک شایانی میکند.
[ez-toc]
خلاصه مقاله:
انواع گاز سوختنی و ویژگیهای آنها
✅ 1. گاز طبیعی (Natural Gas)
-
ترکیب اصلی: ۹۰-۹۸٪ متان + اتان، پروپان، بوتان
-
منبع: ذخایر فسیلی زیر زمین
-
ویژگیها:
-
بیرنگ، بیبو (در پالایشگاه بودار میشود)
-
سبکتر از هوا
-
ارزش حرارتی: ۸۶۰۰ کیلوکالری بر مترمکعب (۳۸.۷ MJ/m³)
-
دوستدار محیط زیست
-
-
کاربردها: خانگی، صنعتی، نیروگاهی
-
در ایران: دومین تولیدکننده گاز جهان؛ بیشترین مصرف خانگی
2. گاز مایع (LPG – Liquefied Petroleum Gas)
-
ترکیب: عمدتاً پروپان و بوتان
-
ویژگیها:
-
سنگینتر از هوا
-
نقطه جوش پایین → به صورت مایع در فشار نگهداری میشود
-
ارزش حرارتی: ~۱۲۰۰۰ kcal/kg یا ۹۳.۲ MJ/m³
-
قابل اشتعال شدید، بدون بو (مرکاپتان افزوده میشود)
-
-
کاربردها: گرمایش، پختوپز، سوخت خودرو، مناطق فاقد گازرسانی
3. گاز طبیعی مایع (LNG – Liquefied Natural Gas)
-
ترکیب: متان (بیش از ۹۰٪)، با اتان، پروپان، بوتان، نیتروژن
-
ویژگیها:
-
در دمای ۱۶۱- درجه سانتیگراد مایع میشود
-
حجم بسیار پایینتر نسبت به گاز طبیعی فشرده
-
هزینه حملونقل بالا، مخازن پیشرفته نیاز دارد
-
انفجارپذیری بالا در صورت نشتی
-
-
کاربرد: انتقال بینالمللی، صنایع سنگین، نیروگاهها
4. گاز طبیعی فشرده (CNG – Compressed Natural Gas)
-
ترکیب: متان خالص فشردهشده
-
ویژگیها:
-
فشار بالا (۲۰۰ تا ۲۵۰ بار)
-
حجم کمتر نسبت به گاز طبیعی
-
نیاز به بو دار کردن جهت تشخیص نشتی
-
-
کاربردها: سوخت خودروهای گازسوز، سامانه حملونقل عمومی
5. مایعات گاز طبیعی (NGL – Natural Gas Liquids)
-
ترکیب: هیدروکربنهای سنگینتر مانند اتان، پروپان، بوتان، پنتان
-
فرآیند تولید: استخراج از گاز طبیعی در پالایشگاهها
-
کاربردها: پتروشیمی، تولید بنزین، بهبود بازیافت نفت
6. گاز شهری (Town Gas or Coal Gas)
-
ترکیب: هیدروژن (~۵۰٪)، متان (~۲۵٪)، CO، CO₂، نیتروژن و ناخالصیها
-
منبع: زغالسنگ یا نفتا
-
ویژگیها:
-
انرژی پایینتر از گاز طبیعی
-
سمی و قابل اشتعال
-
مصرف محدود در گذشته؛ جایگزین شده با گاز طبیعی در ایران
-
7. گاز سنتز (Synthesis Gas – Syngas)
-
ترکیب: کربن مونوکسید (CO) و هیدروژن (H₂)
-
منبع: زغالسنگ، گاز طبیعی، زیستتوده
-
ویژگیها:
-
بیبو، بیرنگ، سمی
-
قابل استفاده در تولید متانول، آمونیاک، سوختهای مصنوعی
-
-
کاربرد: خوراک پتروشیمی، تولید انرژی، فرآیندهای شیمیایی
مقایسه ارزش حرارتی گازهای سوختی
| نوع گاز سوختی | ارزش حرارتی | واحد |
|---|---|---|
| گاز طبیعی (متان) | 38.7 | MJ/m³ |
| LPG (پروپان) | 93.2 | MJ/m³ |
| LNG | ~50-55 | MJ/kg |
| CNG | معادل گاز طبیعی | |
| گاز سنتز | متغیر بسته به ترکیب |
معرفی انواع گازهای سوختنی
اصولاً به تمام گازهایی که به عنوان یک انرژی حرارتی استفاده می شوند، سوخت یا گاز سوختی یا گاز سوختنی اطلاق میگردد. امروزه، گاز سوختنی تعیین کننده اقتصاد سوختی جهان میباشد و شاید بتوان گفت اقتصاد گاز به اندازه اقتصاد نفت، در نوسانات و معادلات اقتصادی جهان اثرگذار است. انواع بسیاری از گازهای سوختی بر اساس منشاء ایجاد آنها که طبعاً بر روی ترکیبات آنها تاثیر می گذارند؛ وجود دارد.
گاز طبیعی یا گاز فسیلی که یکی از مهم ترین انواع گاز سوختنی است بعد از هیدروژن طبیعی ترین گاز سوختنی موجود در دنیا است. منشا گاز طبیعی مربوط به میلیونها سال قبل است.
بقایای موجودات زنده گیاهی و جانوری، طی میلیون ها سال به قسمتهای زیرین آبهای حجیم جهان، مانند دریاچه ها و اقیانوس ها رانده شدند و در آن جا مدفون شدند و پس از تبدیل به عناصر آلی بر اثر دو عامل بسیار مهم، یعنی اثر فشار ناشی از نیروی ثقلی وزن آبها و نیز گرمای درونی زمین، به نفت و گاز تبدیل شدند (در فرآیندهای شیمیایی و تغییرات مولکولی مهمترین عوامل اثر گذار در تغییرات مولکولی و همچنین سرعت این تغییرات، فشار و گرما می باشد).
از آنجایی که این گاز در اعماق حدود ۳ تا ۴ هزار متر از سطح زمین و همراه با مقداری شن و ماسه، آب، نفت و گازهای اسیدی یافت میگردد، باید جهت تبدیل به نمونه ایدهآل و قابل مصرف، در پالایشگاه مراحل آمادهسازی را طی کند. به همین دلیل، مورد پالایش قرار گرفته و سپس از طریق خطوط لوله انتقال، به شهرها و منازل منتقل میشود. بنابراین، استخراج و استفاده از این گاز ارزشمند بوده و پیچیدگیهایی هم دارد.
گاز طبیعی در ایران به گاز خانگی معروف است و در منازل استفاده میشود. در ایران برخلاف کشورهای دیگر، گاز طبیعی از پرمصرف ترین انواع گاز میباشد. کشور ایران از منابع گازی بسیار بالایی برخوردار بوده و دومین کشور تولید کننده گاز در جهان میباشد. لذا این ویژگی اثر زیادی در ارزان بودن گاز طبیعی در ایران دارد. گاز طبیعی از هوا سبکتر است و کاملاً بی بو و بی رنگ و شفاف میباشد و این موضوع میتواند خطر آفرین باشد.
گاز طبیعی که آماده مصرف میباشد، پس از پالایش و استخراج در حوزههای گازی و نفتی، توسط لوله به ورودی شهرها منتقل میگردد. در ورودی شهرها، هم فشار گاز کاهش مییابد و هم با افزودن ترکیباتی گاز را بودار مینمایند. این عملکرد میتواند در امنیت نشت گازها کمک نماید. گاز قابل انفجار بدون بو، در صورت نشتی خطری بسیار بالاتر از گاز بودار خواهد داشت. در خصوص ارزش حرارتی گاز طبیعی میتوان گفت به طور متوسط، هر متر مکعب گاز طبیعی، ۸۶۰۰ کیلوکالری ارزش حرارتی دارد.
این میزان بسته به ترکیبات گاز طبیعی قابل تغییر است. با افزایش درصد متان، ارزش حرارتی گاز طبیعی پایینتر میآید. در شرایط استاندارد، ارزش یک متر مکعب گاز طبیعی تقریباً به اندازه یک لیتر بنزین و یا یک لیتر نفت سفید میباشد. در بیانی دیگر، محتوای انرژی گاز طبیعی ۳۸.۷ مگا ژول بر متر مکعب است. ارزش حرارتی گاز طبیعی در تمام نقاط جهان یکسان نیست. از آنجایی که مادهای طبیعی بوده و در منابع و حوزههای نفتی نقاط مختلف جهان دارای ترکیبات متفاوت است، این ارزش حرارتی میتواند در مناطق مختلف تا دو برابر نیز افزایش یابد. علاوه بر این، فرآیند تولید و خالصسازی نیز میتواند در این ارزش حرارتی اثرگذار باشد.
بخش اعظمی از ترکیبات شیمیایی (98 درصد) گاز طبیعی را متان که سادهترین نوع هیدروکربن می باشد، تشکیل داده است. در ترکیبات شیمیایی گاز طبیعی هیدروکربن های پیچیده و سنگینتری مانند اتان ، پروپان و بوتان نیز یافت میشود. اما اغلب، متان اصلیترین ماده موجود در ترکیب این گاز است. همچنین، ترکیباتی از قبیل ، ، نیز همراه گاز طبیعی یافت میشوند که درصد آنها در مخازن مختلف و حتی در قسمتهای مختلف از یک مخزن، با یکدیگر متفاوت است.
همان طور که در بالا بیان شد گاز طبیعی استخراج شده، همواره دارای میزانی آب میباشد که در پالایشگاهها و در واحد نم زدائی، آب و ترکیبهای اضافی از گاز طبیعی تفکیک میشوند و سپس گاز به خطوط انتقال و در نهایت به مصرفکنندگان تحویل میشود. آب و ترکیبات اضافی سبب پایین آوردن ارزش حرارتی گاز شده و مشکلاتی در انتقال و مصرف گاز بهوجود میآورند. گاز طبیعی اثرات مخرب کمتری بر محیط زیست دارد. از این رو در بسیاری از کشورها مورد استفاده قرار میگیرد. همچنین این گاز در هنگام سوختن کمترین خطر را برای سلامتی انسان دارد.
یکی دیگر از انواع گازهای سوختنی مایعات گاز طبیعی (LNG) می باشد. این نوع گاز با گاز طبیعی مایع بسیار متفاوت است و نباید با آن اشتباه گرفته شود. مایعات گاز طبیعی گازهایی هستند که در هنگام تولید گاز طبیعی همراه با این فرآیند در اثر میعانات تولید میگردند. مایعات گاز طبیعی دارای مایع پروپان و بنزین طبیعی هستند. از معایب مایعات گاز طبیعی حمل و استفاده از این گازها میباشد. در تأسیسات فراورش گاز، گاز طبیعی خام، به وسیله جدا کردن ناخالصی ها مانند آب، دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن تصفیه میشود.
گاز طبیعی خام به صورت عمده، از متان تشکیل شده است. هنگامی که این گاز به محصولات فرعی نهایی، فراورش و تصفیه میشود، مجموعاً هیدروکربنهای سنگینتر (اتان، پروپان، بوتانها، پنتانها و …) به NGL منتسب میگردند. محصولات فرعی شامل میعانات گازی، گوگرد، اتان و NGL هستند. با انجام مراحل جداسازی، گازهای اسیدی، آب، جیوه و گاهاً نیتروژن جدا میشوند و سپس با انبساط گاز از میان یک Turbo-Expander فرآیند تبرید انجام شده و سپس در برج تقطیر، متان جداسازی میشود و بدین ترتیب NGL بازیافت میگردد. البته در بعضی از واحدهای فراورش گاز، از فرآیند جذب نفت lean (فرآیند تفکیک اجزای گاز طبیعی با استفاده از جاذب Lean Oil) به جای فرآیند تبرید استفاده میشود.
در بعضی مواقع،NGL بدست آمده جهت جدا نمودن اتان، پروپان (LPG) و بوتان از یکدیگر، به برجهای تقطیر اتان زدا، پروپان زدا و بوتان زدا فرستاده میشود، NGL مصارف گوناگونی شامل افزایش بازیافت نفت در چاه های نفت، فراهم آوردن مواد خام برای پالایشگاه های نفت یا نیروگاه های پتروشیمی به عنوان منابع انرژی دارد.
گاز مایع (LPG) محصول فرعی فرآیندهای تصفیه و تولید گاز طبیعی و پالایش نفت خام میباشد. عمدتاً از پروپان و مقداری بوتان تشکیل شده که خود بوتان دو ترکیب ایزوبوتان و نرمال بوتان را شامل میگردد. گاز مایع در ایالات متحده آمریکا، عمدتاً از ۹۰% پروپان، 5.2% بوتان و هیدروکربنهای سنگین و مقدار بسیار اندکی اتان و پروپلین تشکیل شده است.
چون نقطه جوش گاز مایع LPG پایینتر از دمای اتاق میباشد، در دماها و فشارهای معمولی به سرعت تبخیر میگردد، بنابراین آن را تحت فشار 8 تا 10 اتمسفر در مخازن فلزی با استحکام، نگهداری مینمایند. با توجه به کیفیت سوخت LPG و کاهش انتشار آلایندهها، استفاده از آن در جهان به صورت فزآیندهای مورد توجه میباشد. ارزش حرارتی گاز مایع (LPG) در حدود ۱۲۰۰۰ کیلو کالری به کیلوگرم میباشد. LPG دارای محتوای انرژی 93.2 مگا ژول بر متر مکعب است.
گاز مایع، بدون بو، رنگ و مزه بودن آن است. بهصورت کلی نیز، گاز LPG ضرری برای افراد ندارد، اما اگر شخصی حجم زیادی از گاز مایع را استشمام کند، بیهوش میشود. به همین دلیل و بهمنظور دانستن نشت گاز LPG، یک سری ترکیبات حاوی گوگرد موسوم به مرکاپتان شامل “اتیل مرکاپتان” و “متیل مرکاپتان” به گاز اضافه میگردد. گاز مایع سنگینتر از هوا است و برای احتراق، به هوای بیشتری نسبت به گاز طبیعی نیاز دارد (نسبت هوا به گاز برای احتراق گاز مایع : ۲۵ به ۱ و برای احتراق گاز طبیعی: ۱۰ به ۱ می باشد).
گاز مایع همان گازی است که سالیان سال طی دهه ۶۰ و ۷۰ در سیلندرهای گاز خانگی در ایران مصرف میشد. از گاز مایع میتوان جهت مصارف گوناگونی استفاده کرد که از جمله آنها میتوان به مواردی مانند تامین انرژی وسایل گرمایشی و تجهیزات پخت و پز و البته سوخترسانی به وسایل نقلیه اشاره کرد.
امروزه گاز مایع از طرفداران کمتری در ایران برخوردار است. به این علت که لولهکشی گاز در بخشهای زیادی از کشور صورت پذیرفته و گاز خانگی و لولهکشی گاز خانگی شامل بخشهای زیادی گردیده است. با این حال هنوز هم در بخش صنایع و در بخش روستاهای دور افتادهتر، این گاز کاربرد دارد. همچنین بعضی رانندگان از این نوع سوخت در خودروهای سبک نیز استفاده میکنند و بر آن نظر هستند که این نوع گاز با خودرو و موتور ماشین سازگارتر از گاز CNG میباشد.
بدلیل کیفیت سوخت گاز LPG و کاهش انتشار آلایندهها، مصرف آن در دنیا در حال افزایش است و در کشورهایی مانند ایتالیا، ژاپن، ایالات متحده آمریکا و انگلیس، دولت از این سوخت جایگزین حمایت کرده و آن را مورد تشویق قرار میدهد.
LPG عرضه شده در ایالات متحده و استرالیا پروپان خالص است. برخی از کشورها، مانند نیوزلند، یک ترکیب پروپان/بوتان ارائه میکنند. در برخی از کشورها، مانند انگلستان، پروپان یا بوتان عرضه میشود.
گاز طبیعی مایع (LNG) که دیگر از انواع گاز سوختنی است که جهت انتقال یا ذخیرهسازی به صورت مایع، در فشار اتمسفری و در دمای بسیار پایین یعنی در حدود دمای 260- درجه فارنهایت، سرد شده و به مایع چگالیده شده، LNG نامیده میشود. این گاز اساساً شامل متان (بیش از 90 درصد) و درصد کمی نیز اتان، پروپان، بوتان، مقداری آلکانهای سنگینتر و نیتروژن است. البته قبل از فرآیند سردسازی گاز طبیعی، میبایست پنتانها، آروماتیکها و هیدروکربنهای سنگین تر به عنوان میعانات از گاز طبیعی جدا و تثبیت گردند. این مواد جداگانه به فروش رسیده و یا برای تولید بنزین از آنها استفاده میشود.
علاوه بر این موارد ،گازهای اسیدی (دی اکسید کربن و سولفید هیدروژن)، آب، مرکاپتانها، هلیوم و نیز جیوه احتمالی از گاز طبیعی جدا میگردند. LNG با مایعات گاز طبیعی NGL متفاوت میباشد. در حقیقت LNG همان گاز طبیعی می باشد که در دمای حدود ۱۶۱- درجه سانتیگراد در فشار حدود ۱۰ الی ۱۲ اتمسفر، مایع میگردد. دمای ۱۶۱- بسیار دمای پایینی بوده و بسیار پر هزینه میباشد. گاز سوختی LNG ارزش حرارتی بالایی دارد؛ ولی از معایب بسیار پیچیده آن حمل و نقل و هزینههای جابهجایی بسیار زیاد میباشد. عملاً مخازن کشتی که بتواند این میزان فشار را تحمل نماید بسیار پرهزینه و گران بوده و میتواند عامل انفجارساز را به همراه داشته باشد.
همین مورد ریسک استفاده از گاز سوختی را نیز بالا میبرد. در روشهای مدرن انتقال گاز، توانستند با تغییر دما به فشار های کمتری دست یابند. اصولاً هرچه مخازن دارای فشار بالاتری باشند، احتمال انفجارات بالاتر بوده و انتقال، جابجایی، بارگیری و تخلیه پرهزینه تر خواهد بود. مصرف این محصول در نیروگاهها و صنایع سنگین میباشد. خرد کردن و انتقال به مخازن کوچک و مصرفکنندههای خرد در گاز LNG، توجیه اقتصادی ندارد.
گاز طبیعی فشرده (CNG) از ذخیره سازی گاز طبیعی فشرده (متان) در فشار بالای 20 تا 25 مگاپاسکال (200 بار تا 250 بار) در سیلندرهای گاز CNG بدست میآید. بنابراین CNG همان گاز طبیعی و یکی از انواع گاز سوختنی مناسب جهت استفاده در سوخت سامانه های حمل و نقل است که جهت مصارف مختلف فشرده گردیده تا حجم مخزن کمتری را اشغال نماید. این گاز اساساً شامل متان است، اما میتواند حاوی مقادیری اتان نیز باشد. با توجه به اینکه گاز طبیعی تصفیه شده خالص، فاقد بو است، جهت پی بردن به نشتی احتمالی گاز، آن را بودار نموده و به CNG ، ماده odorant پایه گوگردی اضافه میکنند.
گاز شهری اصطلاحاً به گازي گفته ميشود كه از طريق خط لوله از يك مجتمع توليد گاز به مصرف كنندگان تحويل ميشود. گاز شهري که یکی از انواع گاز سوختنی است از زغال سنگ و يا از نفتا توليد شده و در مناطقي مصرف ميشود كه يا گاز طبيعي در دسترس نباشد و يا زغال سنگ ارزان به وفور يافت شود، لیکن گاز شهری کمتر از نیمی از انرژی گاز طبیعی را دارا می باشد. در تركيب گاز شهري هيدروژن %50، متان%20 تا %30، كربن منواكسيد %7 تا %17، كربن دي اكسيد%3، نيتروژن %8، هيدروكربورها %8 وجود دارد.
علاوه بر اين ناخالصيهاي ديگري مانند بخار آب، امونياک، گوگرد، اسيد سيانيدريك نيز در گاز شهري وجود دارد. به گاز شهري گاز زغال سنگ و يا گاز سنتز نيز ميگويند. در ايران گازي كه از طريق خط لوله به مشتركين در شهرها عرضه مي گردد گاز طبيعي است و تركيب آن مشابه گاز شهري نيست.
گاز سوختی سنتز، دو عملکرد دارد. هم می تواند در دسته سوخت های گازی قرار گیرد و هم می تواند جهت عملیات هیدروژندهی در عملیات پالایش استفاده گردد. گاز سنتز، گازی بی رنگ و بو و نیز سمی میباشد که با مجاورت هوا و در دمای ۵۷۴ درجه سانتیگراد، بدون شعله میسوزد. جرم حجمی گاز سنتز وابسته به درصد هیدروژن و کربن مونوکسید میباشد. گاز سنتز اصولاً به عنوان منابع هیدروژن یعنی هیدروژن دهنده برای تولید متانول و آمونیاک استفاده میگردد .برای تولید یک تن گاز سنتز به حدود ۵۵۰ کیلوگرم متان نیاز است.
تهیه گاز سنتز از زغال سنگ بسیار مرسوم می باشد. در این فرآیند، زغال سنگ، بخار آب و اکسیژن در دمای ۸۷۰ درجه سانتیگراد و فشاری معادل ۲۷ اتمسفر با هم ترکیب میشوند. محصول تولید شده حدود ۲۳ درصد هیدروژن، ۴۶ درصد کربن مونوکسید، ۸ درصد کربن دی اکسید و نیز ۲۳ درصد آب، ۰.۶ درصد نیز کربن متان و نیتروژن در خود دارد. پس از جدا کردن کربن دی اکسید محصول آماده فروش میباشد. گاز سنتز که یکی از انواع گاز سوختنی را تشکیل می دهد، از منابع هیدروکربورها نیز تولید میشود. گاز سنتز از طریق لولههای گاز و خطوط گازرسانی قابل انتقال است.
گاز سوختی شیرین که از گازهای کم مصرف نیز میباشد، گازی است که هیدروژن سولفید و کربن دی اکسید آن گرفته شده باشد.از چهار نوع گاز سوختنی مورد استفاده در خانه ها، LPG (پروپان) دارای بالاترین محتوای انرژی با 93.2 مگا ژول بر متر مکعب در مقابل گاز طبیعی (متان) با 38.7 مگا ژول بر متر مکعب است. CNG و بیوگاز نیز متان هستند، اگرچه بیوگاز معمولاً دارای درصد کمتری از متان است.
نتیجهگیری
شناخت دقیق انواع گاز سوختنی از نظر منشاء، ترکیب، ارزش حرارتی و کاربرد، یکی از ارکان مدیریت انرژی، طراحی سیستمهای گرمایشی، صنعتی و حملونقل بهشمار میرود. در ایران، گاز طبیعی بیشترین استفاده را دارد، در حالی که در کشورهای دیگر، LPG و LNG نیز کاربرد گستردهای دارند. توجه به تفاوتها در حمل، ایمنی، نگهداری و ترکیب، به انتخاب صحیح نوع سوخت کمک میکند.
سوالات متداول
تفاوت اصلی CNG و LPG چیست؟
CNG متان فشردهشده است؛ سبکتر از هوا و فشار بالا دارد. LPG ترکیبی از پروپان و بوتان بوده و سنگینتر از هواست و در فشار پایینتر مایع میشود.
آیا LNG همان LPG است؟
خیر. LNG گاز طبیعی مایعشده در دمای بسیار پایین است و از متان تشکیل شده. ولی LPG حاصل فرآیند پالایش نفت خام و عمدتاً شامل پروپان و بوتان است.
کدام گاز بیشترین ارزش حرارتی را دارد؟
در میان گازهای رایج، LPG بالاترین محتوای انرژی را دارد: 93.2 مگاژول بر متر مکعب.
آیا گاز سنتز در خانهها استفاده میشود؟
خیر. گاز سنتز عمدتاً برای تولید مواد شیمیایی و سوخت مصنوعی در صنعت به کار میرود و مصرف خانگی ندارد.
چرا گاز طبیعی بیبو است ولی در خانه بودار است؟
گاز طبیعی ذاتاً بیبو است، اما جهت ایمنی، در ورودی شهرها به آن ترکیبات گوگردی (مرکاپتان) افزوده میشود تا نشتی به راحتی تشخیص داده شود.
