غاز الوقود
يُعدّ غاز الوقود أحد أنواع الوقود التي تكون في الحالة الغازية في الظروف العادية . تتكون معظم غازات الوقود من الهيدروكربونات (مثل الميثان والبروبان )، والهيدروجين ، وأول أكسيد الكربون ، أو خليط منها. وتُعتبر هذه الغازات مصادر طاقة يسهل نقلها وتوزيعها عبر الأنابيب.
يُقارن الغاز الحيوي بالوقود السائل والوقود الصلب ، مع العلم أن بعض أنواع الغاز الحيوي تُسال للتخزين أو النقل (مثل غاز السيارات وغاز البترول المسال ). ورغم مزايا طبيعته الغازية، إذ تُجنّب صعوبة نقل الوقود الصلب ومخاطر الانسكاب المصاحبة للوقود السائل، إلا أن لها عيوبًا أيضًا. فمن الممكن أن يتسرب الغاز الحيوي دون أن يُكتشف، مما قد يتسبب في انفجار غازي . ولهذا السبب، تُضاف مواد مُعطِّرة إلى معظم أنواع الغاز الحيوي. ويُعد الغاز الطبيعي أكثر أنواع الغاز الحيوي شيوعًا في الاستخدام الحالي .
أنواع غاز الوقود
هناك فئتان رئيسيتان من غازات الوقود، لا تعتمدان على تركيبها الكيميائي، ولكن على مصدرها وطريقة إنتاجها: تلك الموجودة بشكل طبيعي، وتلك المصنعة من مواد أخرى.
غاز الوقود المصنّع
الغازات الوقودية المصنعة هي تلك التي تنتج عن طريق التحولات الكيميائية للمواد الصلبة أو السائلة أو الغازات الأخرى. وعندما يتم الحصول عليها من المواد الصلبة، يُشار إلى عملية التحويل باسم التغويز ، ويُعرف المرفق باسم مصنع الغاز .
تشمل غازات الوقود المصنعة ما يلي: [ 1 ] [ 2 ]
- غاز الفحم ، الذي يتم الحصول عليه من التحلل الحراري للفحم
- غاز الماء ، وهو تقنية عفا عليها الزمن إلى حد كبير، يتم الحصول عليه عن طريق تمرير البخار فوق فحم الكوك الساخن
- غاز المنتج ، وهو غاز عفا عليه الزمن إلى حد كبير، يتم الحصول عليه عن طريق تمرير البخار والهواء فوق فحم الكوك الساخن
- الغاز التخليقي ، وهو تقنية رئيسية حالية، يتم الحصول عليه بشكل أساسي من الغاز الطبيعي
- كان غاز الخشب ، الذي يُستخرج أساساً من الخشب ، شائعاً في وقت من الأوقات وله أهمية في مجال الوقود الحيوي.
- الغاز الحيوي ، الذي يتم الحصول عليه من مكبات النفايات
- غاز الفرن العالي
- الهيدروجين من التحليل الكهربائي أو إعادة تشكيل البخار
يحتوي غاز الفحم الناتج عن التحلل الحراري للفحم على شوائب مثل القطران والأمونيا وكبريتيد الهيدروجين . يجب إزالة هذه الشوائب، وقد يتطلب ذلك استخدام معدات كبيرة. [ 3 ]
الغازات المستخرجة من الآبار أو المناجم
في القرن العشرين، أصبح الغاز الطبيعي ، المكون أساساً من الميثان ، المصدر الرئيسي للوقود الغازي، إذ أصبح بالإمكان استخراجه من رواسب باطن الأرض بدلاً من تصنيعه عبر عمليات متعددة. ويمكن دمج الغاز الطبيعي مع الهيدروجين لتكوين مزيج يُعرف باسم HCNG .
غازات وقود إضافية مستخرجة من الغاز الطبيعي أو البترول :
- البروبان
- البيوتان
- غاز البترول المسال المعاد تحويله إلى غاز
يختلف تركيب الغاز الطبيعي اختلافاً كبيراً، لكن الجدول يوضح تركيباً نموذجياً. [ 4 ]
| عنصر | مقدار ٪ |
|---|---|
| الميثان | 93.63 |
| الإيثان | 3.25 |
| البروبان | 0.69 |
| البيوتان | 0.27 |
| الهيدروكربونات الأخرى | 0.20 |
| نتروجين | 1.78 |
| ثاني أكسيد الكربون | 0.13 |
| الهيليوم | 0.05 |
يُنتج الغاز الطبيعي مع الماء ومكثفات الغاز. يجب إزالة هذه السوائل قبل استخدام الغاز كوقود. حتى بعد المعالجة، يظل الغاز مشبعًا وعرضة للتكثف كسائل في الأنابيب. يمكن تقليل ذلك عن طريق تسخين غاز الوقود تسخينًا فائقًا. [ 5 ]
مواصفة
بالإضافة إلى التركيب الكيميائي، قد يحتاج غاز الوقود إلى الامتثال لمعايير مثل القيمة الحرارية ، ومؤشر ووب، ونقطة الندى، وما إلى ذلك. المواصفات التالية خاصة بنظام النقل الوطني البريطاني. [ 6 ]
| المحتوى أو الخاصية | قيمة |
|---|---|
| القيمة الحرارية الإجمالية | 37.0 – 44.5 ميجا جول/ م³ |
| رقم ووبي* | 47.2 – 51.41 ميغا جول/ م³ |
| نقطة ندى الماء | أقل من -10 درجة مئوية عند 85 بار |
| نقطة ندى الهيدروكربون | أقل من -2 درجة مئوية |
| محتوى كبريتيد الهيدروجين* | ≤5 ملغم/م 3 |
| إجمالي محتوى الكبريت (بما في ذلك كبريتيد الهيدروجين )* | ≤50 ملغم/م 3 |
| محتوى الهيدروجين* | ≤0.1% (مولاري) |
| محتوى الأكسجين* | ≤0.2% (مولاري) |
| محتوى ثاني أكسيد الكربون | ≤2.0% (مولاري) |
| محتوى النيتروجين | <5.0% (مولاري) |
| المواد الخاملة الكلية | أقل من 7.0% |
| عامل الاحتراق غير الكامل* | ≤0.48 |
| مؤشر السخام* | ≤0.60 |
معامل الاحتراق غير الكامل (ICF) – مؤشر تجريبي يربط تركيب الغاز بميله للاحتراق غير الكامل في أجهزة الغاز. [ 7 ] عرّف داتون معامل الاحتراق غير الكامل على النحو التالي: ICF = 0.64 × (W − 50.73 + 0.03 × PN) حيث W هو مؤشر ووب، بوحدة ميغا جول/م³ ؛ و PN هي النسبة المئوية الحجمية لـ C₃H₈ بالإضافة إلى N₂ في خليط ثلاثي المكونات. [ 8 ]
مؤشر السخام (SI) - مؤشر تجريبي يربط بين تركيبة الغاز وميله لإنتاج السخام أثناء الاحتراق في جهاز يعمل بالغاز. [ 7 ]
تبلغ القيمة الحرارية للغاز المُصنّع حوالي 500 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب (18,629 كيلوجول/م³ ) . بينما تبلغ القيمة الحرارية للغاز الطبيعي ضعف ذلك، أي حوالي 1000 وحدة حرارية بريطانية لكل قدم مكعب (37,259 كيلوجول/م³ ) . [ 3 ] وللحصول على كمية مُحددة من الحرارة، يكفي استخدام نصف حجم الغاز الطبيعي فقط.
استخدامات غاز الوقود
كان من أوائل استخدامات الغاز الإضاءة ، مما ساهم في انتشار مصابيح الشوارع وإضاءة المباني في المدن. كما استُخدم غاز الوقود في مواقد الغاز ، وخاصة موقد بنسن المستخدم في المختبرات. ويمكن استخدامه أيضًا في سخانات الغاز ، ومواقد التخييم، وحتى لتشغيل المركبات، نظرًا لقيمته الحرارية العالية.
يُستخدم غاز الوقود على نطاق واسع من قِبل المستخدمين الصناعيين والتجاريين والمنزليين. تستخدم الصناعة غاز الوقود لتسخين الأفران والمواقد والغلايات، ولتدفئة وتجفيف المساحات. كما تستخدمه صناعة الكهرباء لتشغيل التوربينات الغازية لتوليد الكهرباء. وقد تكون مواصفات غاز الوقود المستخدم في التوربينات الغازية صارمة للغاية. [ 5 ] ويمكن أيضًا استخدام غاز الوقود كمادة خام في العمليات الكيميائية.
يستخدم غاز الوقود في القطاع التجاري للتدفئة والطهي والخبز والتجفيف، وفي القطاع المنزلي للتدفئة والطهي.
تُستخدم غازات الوقود حاليًا، وخاصة الغاز التخليقي، بكثافة في إنتاج الأمونيا للأسمدة وفي تحضير العديد من المنظفات والمواد الكيميائية المتخصصة. [ 1 ]
في المصانع الصناعية، يُستخدم غاز الوقود لتنظيف الأنابيب والخزانات لمنع دخول الهواء. ويمكن التخلص من أي فائض من غاز الوقود عن طريق حرقه في نظام حرق الغازات بالمصنع.
بالنسبة للمستخدمين الذين يحرقون الغاز مباشرةً، يتم تزويدهم بالغاز بضغط يبلغ حوالي 15 رطل لكل بوصة مربعة (1 بار). أما التوربينات الغازية فتحتاج إلى ضغط إمداد يتراوح بين 250 و350 رطل لكل بوصة مربعة (17-24 بار).
مراجع
- 1 2 هيلر، هاينز؛ رايمرت، راينر؛ ستونر، هانز مارتن (2011). "إنتاج الغاز، 1. مقدمة". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . doi : 10.1002/14356007.a12_169.pub3 . ISBN 978-3527306732.
- ↑ سكوت ويلسون، د. (1969). صناعة الغاز الحديثة . لندن: إدوارد أرنولد. ص 6، 11-35 .
- 1 2 ويليامز، تريفور (1981). تاريخ صناعة الغاز البريطانية . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ص 15-18 ، 182. ISBN 0198581572.
- ↑ كاسيدي، ريتشارد (1979). الغاز: الطاقة الطبيعية . لندن: فريدريك مولر المحدودة. ص 14.
- 1 2 جمعية موردي معالجات الغاز (2004). كتاب البيانات الهندسية . تولسا: جمعية موردي معالجات الغاز. الصفحات 18-19 .
- ↑ "لوائح سلامة الغاز (الإدارة) لعام 1996" .
- 1 2 "مقارنات المواد لقرارات نهاية النفايات: الوقود: الغاز الطبيعي" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 نوفمبر 2023 .
- ↑ دوان (2019). "دراسة تجريبية لتأثير مكونات الغاز الطبيعي على انبعاثات أول أكسيد الكربون من موقد الغاز الصيني" . مجلة Energies . 12 (20): 3997. doi : 10.3390/en12203997 .
- غاز الوقود
- الغازات الصناعية
- تقنيات الوقود الاصطناعي
- الاحتراق