گاز چیست و چگونه به وجود می آید؟

نحوه تشکیل گازها:

گازها می‌توانند به روش‌های مختلفی ایجاد شوند:

1. تبخیر (Evaporation): وقتی یک مایع به اندازه کافی گرم شود، انرژی لازم برای غلبه بر نیروهای بین مولکولی را به دست می‌آورد و به حالت گاز تبدیل می‌شود. به این فرایند تبخیر می‌گویند. مثلاً، جوشیدن آب و تبدیل آن به بخار آب.
2. تصعید (Sublimation): برخی مواد جامد مستقیماً به حالت گاز تبدیل می‌شوند، بدون اینکه ابتدا به مایع تبدیل شوند. به این فرایند تصعید می‌گویند. مثلاً، تصعید یخ خشک (دی‌اکسید کربن جامد) یا تصعید نفتالین.
3. واکنش‌های شیمیایی: بسیاری از واکنش‌های شیمیایی منجر به تولید گاز می‌شوند. مثلاً، واکنش اسید و باز که می‌تواند گاز دی‌اکسید کربن تولید کند. یا سوختن مواد آلی که گازهایی مانند دی‌اکسید کربن و بخار آب تولید می‌کند.
4. تجزیه (Decomposition): برخی مواد بر اثر حرارت یا عوامل دیگر تجزیه می‌شوند و گاز تولید می‌کنند. مثلاً، تجزیه برخی ترکیبات نیتروژنی که می‌تواند گاز نیتروژن تولید کند.
5. استخراج از منابع طبیعی: برخی گازها به صورت طبیعی در زمین وجود دارند و می‌توان آن‌ها را استخراج کرد. مثلاً، گاز طبیعی (متان) که از مخازن زیرزمینی استخراج می‌شود.

مثال‌ها:

• بخار آب (حاصل از تبخیر آب)
• اکسیژن (حاصل از فتوسنتز گیاهان)
• دی‌اکسید کربن (حاصل از تنفس، سوختن و برخی واکنش‌های شیمیایی)
• متان (گاز طبیعی، حاصل از تجزیه مواد آلی)
• هیدروژن (حاصل از برخی واکنش‌های شیمیایی و الکترولیز آب)
• نیتروژن (جزء اصلی هوا، حاصل از تجزیه برخی ترکیبات نیتروژنی)

1. جداسازی گاز از نفت (در سر چاه و واحدهای فرآورش اولیه):

این مرحله معمولاً در محل چاه نفت یا در واحدهای فرآورش اولیه نفت انجام می‌شود و هدف آن جداسازی سریع گاز از نفت برای جلوگیری از مشکلات حمل و نقل و فرآورش است.

• جداسازی فیزیکی:

  • کاهش فشار: با کاهش فشار مخلوط نفت و گاز، گازها به دلیل فشار بخار بالاتر، از نفت جدا می‌شوند. این کار معمولاً در مخازن جداکننده (Separator) انجام می‌شود. مخازن جداکننده در انواع مختلفی (عمودی، افقی، کروی) وجود دارند و بر اساس فشار و دما کار می‌کنند.
  • جداکننده‌های فاز: این جداکننده‌ها بر اساس اختلاف چگالی بین نفت و گاز عمل می‌کنند. نفت سنگین‌تر در پایین مخزن جمع می‌شود و گاز سبک‌تر در بالا.
  • استفاده از جاذبه: در مخازن بزرگ، جاذبه زمین به جداسازی فازها کمک می‌کند.

• تثبیت نفت:

  • نفت جدا شده هنوز حاوی مقداری گازهای محلول است که می‌تواند در طول حمل و نقل یا ذخیره‌سازی باعث ایجاد مشکل شود. برای کاهش فشار بخار نفت و تثبیت آن، نفت را از طریق یک سری برج‌های تقطیر کوچک عبور می‌دهند تا گازهای سبک‌تر باقی‌مانده جدا شوند.

2. پالایش گاز (در پالایشگاه‌های گاز):

گاز طبیعی استخراج شده از چاه یا جدا شده از نفت، معمولاً حاوی ناخالصی‌هایی مانند آب، دی‌اکسید کربن، سولفید هیدروژن (H2S)، نیتروژن، و سایر هیدروکربن‌های سنگین‌تر (مانند بوتان و پروپان) است. پالایش گاز به منظور حذف این ناخالصی‌ها و تبدیل گاز طبیعی به محصولی قابل استفاده (مانند گاز متان با خلوص بالا) انجام می‌شود.

• حذف آب:

  • جذب با گلیکول: از گلیکول‌ها (مانند تری‌اتیلن گلیکول) برای جذب آب از گاز طبیعی استفاده می‌شود. گاز مرطوب از یک برج جذب عبور می‌کند و با گلیکول تماس پیدا می‌کند. گلیکول آب را جذب کرده و گاز خشک از بالای برج خارج می‌شود. گلیکول حاوی آب سپس گرم شده و آب از آن جدا می‌شود تا گلیکول بازیافت شود.
  • جذب سطحی: از مواد جاذب سطحی مانند سیلیکا ژل یا آلومینا برای جذب آب استفاده می‌شود.

• حذف دی‌اکسید کربن (CO2) و سولفید هیدروژن (H2S):

  • آمین‌ها: از محلول‌های آمینی (مانند مونو اتانول آمین (MEA) یا دی اتانول آمین (DEA)) برای جذب CO2 و H2S استفاده می‌شود. گاز ترش (حاوی CO2 و H2S) از یک برج جذب عبور می‌کند و با محلول آمینی تماس پیدا می‌کند. آمین‌ها CO2 و H2S را جذب کرده و گاز شیرین (بدون CO2 و H2S) از بالای برج خارج می‌شود. آمین حاوی CO2 و H2S سپس گرم شده و CO2 و H2S از آن جدا می‌شوند تا آمین بازیافت شود. گازهای اسیدی جدا شده (CO2 و H2S) معمولاً به واحد بازیابی گوگرد فرستاده می‌شوند.
  • فرایند‌های غشایی: از غشاهای پلیمری برای جداسازی CO2 از گاز طبیعی استفاده می‌شود.

• حذف نیتروژن:

  • تقطیر برودتی: گاز طبیعی در دماهای بسیار پایین سرد می‌شود تا نیتروژن به صورت مایع جدا شود.

• جدا سازی هیدروکربن‌های سنگین‌تر (NGL Extraction):

  • جذب روغنی (Lean Oil Absorption): گاز طبیعی از یک برج جذب عبور می‌کند و با روغن جاذب (Lean Oil) تماس پیدا می‌کند. روغن جاذب هیدروکربن‌های سنگین‌تر (مانند اتان، پروپان، بوتان و پنتان) را جذب کرده و گاز متان (CH4) خالص از بالای برج خارج می‌شود. روغن جاذب حاوی NGL سپس گرم شده و NGL از آن جدا می‌شود تا روغن بازیافت شود. NGL جدا شده سپس برای جداسازی بیشتر به واحدهای تقطیر فرستاده می‌شود.
  • انبساط سرد (Cryogenic Expansion): گاز طبیعی به شدت سرد و منبسط می‌شود. در این فرآیند، هیدروکربن‌های سنگین‌تر به صورت مایع در می‌آیند و می‌توان آن‌ها را جدا کرد.

• واحد بازیابی گوگرد (Sulfur Recovery Unit – SRU):

  • گاز H2S جدا شده از گاز طبیعی در واحد SRU به گوگرد عنصری تبدیل می‌شود. فرآیند کلاوس (Claus process) رایج‌ترین روش برای این منظور است.

محصولات پالایش گاز:

• گاز طبیعی شیرین (Sweet Natural Gas): عمدتاً متان (CH4) با خلوص بالا که برای مصارف خانگی، تجاری و صنعتی استفاده می‌شود.
• گاز مایع (Liquefied Petroleum Gas – LPG): مخلوطی از پروپان و بوتان که به عنوان سوخت خودرو، پخت و پز و گرمایش استفاده می‌شود.
• اتان (Ethane): به عنوان خوراک برای تولید اتیلن در صنایع پتروشیمی استفاده می‌شود.
• میعانات گازی (Natural Gas Condensate): مخلوطی از هیدروکربن‌های سنگین‌تر که به عنوان خوراک برای پالایشگاه‌های نفت استفاده می‌شود.
• گوگرد (Sulfur): به عنوان محصول جانبی در واحد بازیابی گوگرد تولید می‌شود و در صنایع مختلفی مانند تولید کود و اسید سولفوریک کاربرد دارد.

این فرآیندها به طور خلاصه توضیح داده شدند و جزئیات فنی هر کدام بسیار پیچیده و تخصصی هستند. بسته به ترکیب گاز طبیعی و نفت خام، ممکن است تغییراتی در این فرآیندها اعمال شود.

جایگاه گاز در صنعت:

1. منبع انرژی:

• تولید برق: نیروگاه‌های گازسوز یکی از اصلی‌ترین منابع تولید برق در بسیاری از کشورها هستند. گاز طبیعی به دلیل احتراق پاک‌تر نسبت به سوخت‌های فسیلی دیگر، گزینه مناسبی برای تولید برق محسوب می‌شود.
• گرمایش صنعتی: بسیاری از صنایع برای گرمایش کوره‌ها، دیگ‌های بخار و سایر فرآیندهای حرارتی خود از گاز طبیعی استفاده می‌کنند.
• سوخت وسایل نقلیه: گاز طبیعی فشرده (CNG) و گاز مایع (LNG) به عنوان سوخت جایگزین برای خودروها، کامیون‌ها و اتوبوس‌ها استفاده می‌شوند و به کاهش آلودگی هوا کمک می‌کنند.

2. ماده اولیه:

• صنایع پتروشیمی: گاز طبیعی، به ویژه متان و اتان، مواد اولیه اصلی برای تولید بسیاری از محصولات پتروشیمیایی مانند اتیلن، پروپیلن، پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن، کودهای شیمیایی (اوره و آمونیاک)، متانول و غیره هستند. این محصولات در صنایع مختلفی مانند پلاستیک، لاستیک، نساجی، رنگ، داروسازی و غیره کاربرد دارند.
• تولید هیدروژن: گاز طبیعی به عنوان منبع اصلی برای تولید هیدروژن استفاده می‌شود. هیدروژن در صنایع مختلفی مانند تولید آمونیاک، پالایش نفت و فولادسازی کاربرد دارد و همچنین به عنوان سوخت پاک در خودروهای هیدروژنی مورد توجه است.

3. فرآیندهای صنعتی:

• فولادسازی: گاز طبیعی در فرآیندهای مختلف فولادسازی مانند گرمایش کوره‌ها، تولید آهن اسفنجی و احیای مستقیم آهن کاربرد دارد.
• شیشه‌سازی: گاز طبیعی به عنوان سوخت برای گرمایش کوره‌های شیشه‌سازی و ذوب مواد اولیه استفاده می‌شود.
• سیمان‌سازی: گاز طبیعی در کوره‌های پخت سیمان برای تولید کلینکر (ماده اصلی سیمان) استفاده می‌شود.
• صنایع غذایی: گاز طبیعی در فرآیندهای مختلف تولید مواد غذایی مانند پخت، خشک کردن و بسته‌بندی کاربرد دارد.

4. کاربردهای ویژه:

• تولید گازهای صنعتی: گازهای صنعتی مانند اکسیژن، نیتروژن، آرگون و هلیوم که در صنایع مختلفی مانند پزشکی، الکترونیک، فلزکاری و غیره کاربرد دارند، اغلب از طریق فرآیندهای جداسازی هوا که به انرژی گاز طبیعی نیاز دارند، تولید می‌شوند.
• خنک‌سازی: در برخی صنایع، از گاز طبیعی برای تولید سرمایش و خنک‌سازی فرآیندها استفاده می‌شود.

مزایای استفاده از گاز در صنعت:

• فراوانی: گاز طبیعی یکی از فراوان‌ترین سوخت‌های فسیلی در جهان است.
• قیمت مناسب: در مقایسه با سایر سوخت‌ها، گاز طبیعی اغلب قیمت مناسب‌تری دارد.
• احتراق پاک‌تر: گاز طبیعی در مقایسه با نفت و زغال سنگ، آلایندگی کمتری دارد و به کاهش آلودگی هوا کمک می‌کند.
• انتقال آسان: گاز طبیعی را می‌توان به راحتی از طریق خطوط لوله انتقال داد.

معایب استفاده از گاز در صنعت:

• تولید گازهای گلخانه‌ای: احتراق گاز طبیعی باعث تولید دی‌اکسید کربن (CO2) می‌شود که یکی از اصلی‌ترین گازهای گلخانه‌ای است و به تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند.
• خطر نشت: نشت گاز طبیعی می‌تواند خطرناک باشد و باعث انفجار و آتش‌سوزی شود.
• نیاز به زیرساخت: استفاده از گاز طبیعی نیاز به زیرساخت مناسبی برای استخراج، پالایش، انتقال و توزیع دارد.

به طور خلاصه، گاز نقش حیاتی در صنعت ایفا می‌کند و به عنوان منبع انرژی، ماده اولیه و در فرآیندهای مختلف صنعتی کاربرد دارد. با توجه به مزایای فراوان گاز طبیعی، استفاده از آن در صنعت در حال گسترش است، اما باید به معایب آن نیز توجه داشت و تلاش کرد تا با استفاده از فناوری‌های نوین، آلایندگی و خطرات ناشی از استفاده از گاز را کاهش داد.

جایگاه گاز در مصارف غیر صنعتی:

1. مصارف خانگی:

• گرمایش: گاز طبیعی به عنوان سوخت اصلی برای سیستم‌های گرمایشی منازل (مانند شوفاژ، بخاری گازی و سیستم‌های گرمایش از کف) استفاده می‌شود.
• پخت و پز: اجاق گازهای خانگی و فرها از گاز طبیعی یا گاز مایع (LPG) به عنوان سوخت استفاده می‌کنند.
• آبگرمکن: آبگرمکن‌های گازی، آب گرم مورد نیاز برای مصارف بهداشتی و شستشو را تامین می‌کنند.
• تولید برق: در برخی مناطق، از ژنراتورهای گازسوز کوچک برای تامین برق اضطراری منازل استفاده می‌شود.
• تهویه مطبوع: در برخی سیستم‌های تهویه مطبوع، از گاز طبیعی برای تامین انرژی مورد نیاز برای خنک کردن هوا استفاده می‌شود.

2. مصارف تجاری:

• گرمایش و سرمایش: ساختمان‌های تجاری، رستوران‌ها، هتل‌ها و مراکز خرید از گاز طبیعی برای گرمایش و سرمایش استفاده می‌کنند.
• تولید برق: بسیاری از مراکز تجاری از ژنراتورهای گازسوز برای تامین برق خود استفاده می‌کنند.
• پخت و پز: رستوران‌ها و فست‌فودها از اجاق گازها و فرهای صنعتی که با گاز کار می‌کنند، استفاده می‌کنند.
• تامین آب گرم: هتل‌ها و مراکز اقامتی از آبگرمکن‌های گازی برای تامین آب گرم مورد نیاز استفاده می‌کنند.
• خشکشویی‌ها: خشکشویی‌ها از گاز طبیعی برای گرم کردن دستگاه‌های خشک‌کن استفاده می‌کنند.

3. حمل و نقل:

• خودروهای گازسوز: خودروهای گازسوز از گاز طبیعی فشرده (CNG) یا گاز مایع (LPG) به عنوان سوخت استفاده می‌کنند.
• اتوبوس‌های گازسوز: در بسیاری از شهرها، اتوبوس‌های گازسوز جایگزین اتوبوس‌های دیزلی شده‌اند تا آلودگی هوا کاهش یابد.
• تاکسی‌های گازسوز: بسیاری از تاکسی‌ها در سطح شهر از گاز طبیعی یا LPG به عنوان سوخت استفاده می‌کنند.

4. کشاورزی:

• گرمایش گلخانه‌ها: گاز طبیعی برای گرمایش گلخانه‌ها در فصول سرد سال استفاده می‌شود تا شرایط مناسب برای رشد گیاهان فراهم شود.
• تولید کود شیمیایی: کودهای شیمیایی مانند اوره و آمونیاک که از گاز طبیعی تولید می‌شوند، در کشاورزی برای افزایش تولید محصولات استفاده می‌شوند.
• خشک کردن محصولات کشاورزی: گاز طبیعی برای خشک کردن محصولات کشاورزی مانند غلات و میوه‌ها استفاده می‌شود.

مزایای استفاده از گاز در مصارف غیر صنعتی:

• قیمت مناسب: گاز طبیعی در مقایسه با سایر سوخت‌ها، معمولاً قیمت مناسب‌تری دارد.
• دسترسی آسان: گاز طبیعی از طریق شبکه‌های لوله‌کشی در بسیاری از مناطق در دسترس است.
• احتراق پاک‌تر: گاز طبیعی در مقایسه با نفت و زغال سنگ، آلایندگی کمتری دارد.
• راندمان بالا: سیستم‌های گرمایشی و پخت و پز گازی معمولاً راندمان بالایی دارند.

معایب استفاده از گاز در مصارف غیر صنعتی:

• خطر نشت: نشت گاز طبیعی می‌تواند خطرناک باشد و باعث انفجار و آتش‌سوزی شود.
• تولید گازهای گلخانه‌ای: احتراق گاز طبیعی باعث تولید دی‌اکسید کربن می‌شود که یکی از اصلی‌ترین گازهای گلخانه‌ای است.
• وابستگی به زیرساخت: استفاده از گاز طبیعی نیاز به زیرساخت مناسبی برای انتقال و توزیع دارد.

به طور کلی، گاز نقش مهمی در تامین انرژی و رفاه در مصارف غیر صنعتی دارد و در بسیاری از جنبه‌های زندگی روزمره ما کاربرد دارد. با این حال، باید به خطرات ناشی از استفاده از گاز و اثرات زیست‌محیطی آن نیز توجه داشت و تلاش کرد تا با استفاده از فناوری‌های نوین، ایمنی و پایداری استفاده از گاز را افزایش داد.

جایگاه گاز در نیروگاه:

1. سوخت اصلی تولید برق:

• نیروگاه‌های گازسوز: این نوع نیروگاه‌ها به طور خاص برای استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت طراحی شده‌اند. در این نیروگاه‌ها، گاز طبیعی در توربین‌های گازی یا موتورهای احتراق داخلی سوزانده می‌شود و انرژی حاصل از احتراق برای چرخاندن ژنراتور و تولید برق استفاده می‌شود.
• نیروگاه‌های سیکل ترکیبی (Combined Cycle Power Plants – CCGT): این نیروگاه‌ها از ترکیب توربین‌های گازی و توربین‌های بخار برای افزایش راندمان تولید برق استفاده می‌کنند. در این نیروگاه‌ها، ابتدا گاز طبیعی در توربین گازی سوزانده می‌شود و برق تولید می‌شود. سپس، گرمای خروجی از توربین گازی برای تولید بخار استفاده می‌شود و بخار تولید شده توربین بخار را به حرکت درآورده و برق بیشتری تولید می‌کند. نیروگاه‌های سیکل ترکیبی از راندمان بالاتری نسبت به نیروگاه‌های گازسوز معمولی برخوردارند.

2. مزایای استفاده از گاز در نیروگاه‌ها:

• راندمان بالا: نیروگاه‌های سیکل ترکیبی می‌توانند به راندمان بالایی در تولید برق دست یابند (بیش از 60%).
• احتراق پاک‌تر: گاز طبیعی در مقایسه با سوخت‌های فسیلی دیگر (مانند زغال سنگ و نفت) آلایندگی کمتری دارد و باعث کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و آلاینده‌های هوا می‌شود.
• قابلیت انعطاف‌پذیری: نیروگاه‌های گازسوز می‌توانند به سرعت روشن و خاموش شوند و به راحتی با تغییرات تقاضای برق سازگار شوند. این ویژگی به ویژه در شبکه‌های برق که از منابع تجدیدپذیر (مانند باد و خورشید) استفاده می‌کنند، بسیار مهم است.
• هزینه سرمایه‌گذاری کمتر: هزینه ساخت نیروگاه‌های گازسوز در مقایسه با نیروگاه‌های هسته‌ای یا زغال‌سنگ سوز معمولاً کمتر است.
• نگهداری آسان‌تر: نگهداری و تعمیر نیروگاه‌های گازسوز معمولاً آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر از سایر انواع نیروگاه‌ها است.

3. چالش‌های استفاده از گاز در نیروگاه‌ها:

• تولید گازهای گلخانه‌ای: احتراق گاز طبیعی باعث تولید دی‌اکسید کربن (CO2) می‌شود که یکی از اصلی‌ترین گازهای گلخانه‌ای است.
• نوسانات قیمت: قیمت گاز طبیعی می‌تواند نوسانات زیادی داشته باشد و بر هزینه تولید برق تاثیر بگذارد.
• وابستگی به زیرساخت: استفاده از گاز طبیعی در نیروگاه‌ها نیاز به زیرساخت مناسبی برای انتقال و توزیع گاز دارد (مانند خطوط لوله).
• رقابت با سایر منابع انرژی: گاز طبیعی در تولید برق با سایر منابع انرژی (مانند زغال سنگ، هسته‌ای و تجدیدپذیرها) رقابت می‌کند.

4. نقش گاز در گذار به انرژی پاک:

• سوخت پل: در بسیاری از کشورها، گاز طبیعی به عنوان یک “سوخت پل” در گذار به انرژی پاک در نظر گرفته می‌شود. به این معنی که گاز طبیعی می‌تواند جایگزین زغال سنگ در تولید برق شود و به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای کمک کند، در حالی که منابع تجدیدپذیر به طور کامل توسعه می‌یابند.
• تولید هیدروژن: گاز طبیعی می‌تواند به عنوان ماده اولیه برای تولید هیدروژن استفاده شود. هیدروژن می‌تواند به عنوان سوخت پاک در خودروها، صنایع و نیروگاه‌ها استفاده شود.

5. فناوری‌های نوین:

• جذب و ذخیره‌سازی کربن (Carbon Capture and Storage – CCS): استفاده از فناوری‌های CCS در نیروگاه‌های گازسوز می‌تواند به کاهش انتشار CO2 کمک کند. در این فناوری‌ها، CO2 تولید شده در فرآیند احتراق جذب و سپس در زیر زمین ذخیره می‌شود.
• بهینه‌سازی راندمان: تلاش برای بهبود راندمان نیروگاه‌های گازسوز از طریق استفاده از فناوری‌های پیشرفته و بهینه‌سازی فرآیندها.

به طور خلاصه، گاز طبیعی نقش بسیار مهمی در تولید برق در جهان ایفا می‌کند و به عنوان سوخت اصلی در بسیاری از نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. با توجه به مزایای فراوان گاز طبیعی، استفاده از آن در نیروگاه‌ها در حال گسترش است، اما باید به چالش‌های ناشی از استفاده از گاز و اثرات زیست‌محیطی آن نیز توجه داشت و تلاش کرد تا با استفاده از فناوری‌های نوین، پایداری و سازگاری استفاده از گاز با محیط زیست را افزایش داد.

جایگاه گاز در پتروشیمی:

1. ماده اولیه اصلی:

• تولید الفین‌ها (اولفین‌ها): گاز طبیعی، به‌ویژه اتان و پروپان موجود در آن، به‌عنوان ماده اولیه اصلی برای تولید الفین‌ها مانند اتیلن و پروپیلن استفاده می‌شود. این الفین‌ها بلوک‌های سازنده بسیاری از پلاستیک‌ها، رزین‌ها، الیاف مصنوعی و لاستیک‌ها هستند. فرآیند تولید الفین‌ها معمولاً از طریق کراکینگ با بخار (Steam Cracking) انجام می‌شود، که در آن هیدروکربن‌ها در دمای بالا شکسته شده و به الفین‌ها تبدیل می‌شوند.
• تولید آروماتیک‌ها: گاز طبیعی می‌تواند به عنوان ماده اولیه برای تولید آروماتیک‌ها مانند بنزن، تولوئن و زایلن‌ها نیز استفاده شود، اگرچه مسیرهای دیگری مانند نفتا نیز برای تولید این مواد وجود دارد. آروماتیک‌ها در تولید رنگ‌ها، داروها، مواد منفجره و بسیاری از مواد شیمیایی دیگر کاربرد دارند.
• تولید متانول: گاز طبیعی منبع اصلی تولید متانول است. متانول به عنوان حلال، ماده اولیه برای تولید فرمالدهید و MTBE (متیل ترشیری بوتیل اتر، یک افزودنی بنزین) و همچنین در تولید سوخت‌های جایگزین استفاده می‌شود.
• تولید آمونیاک و کودهای نیتروژنی: گاز طبیعی به عنوان ماده اولیه برای تولید آمونیاک استفاده می‌شود. آمونیاک به نوبه خود برای تولید کودهای نیتروژنی مانند اوره و نیترات آمونیوم استفاده می‌شود که در کشاورزی برای افزایش تولید محصولات کشاورزی کاربرد دارند.
• تولید مواد شیمیایی واسطه‌ای: گاز طبیعی در تولید بسیاری از مواد شیمیایی واسطه‌ای که در تولید محصولات دیگر استفاده می‌شوند، نقش دارد. به عنوان مثال، از گاز طبیعی می‌توان برای تولید استیلن، وینیل کلراید و بسیاری از مواد شیمیایی دیگر استفاده کرد.

2. سوخت و انرژی:

• تامین انرژی برای فرآیندها: صنایع پتروشیمی به مقدار زیادی انرژی برای انجام فرآیندهای مختلف تولید نیاز دارند. گاز طبیعی به عنوان سوخت برای تولید بخار، گرما و برق مورد نیاز در این صنایع استفاده می‌شود.
• کاهش هزینه‌ها: استفاده از گاز طبیعی به عنوان سوخت در صنایع پتروشیمی می‌تواند به کاهش هزینه‌های تولید کمک کند، زیرا گاز طبیعی معمولاً ارزان‌تر از سایر سوخت‌های فسیلی است.

3. مزایای استفاده از گاز در پتروشیمی:

• فراوانی و دسترسی: گاز طبیعی در بسیاری از نقاط جهان به وفور یافت می‌شود و دسترسی به آن نسبتاً آسان است.
• قیمت مناسب: گاز طبیعی معمولاً ارزان‌تر از سایر مواد اولیه پتروشیمیایی مانند نفتا است.
• تنوع محصولات: گاز طبیعی می‌تواند برای تولید طیف گسترده‌ای از محصولات پتروشیمیایی استفاده شود.
• انعطاف‌پذیری: فرآیندهای پتروشیمیایی که از گاز طبیعی استفاده می‌کنند، معمولاً انعطاف‌پذیرتر از فرآیندهایی هستند که از سایر مواد اولیه استفاده می‌کنند.

4. چالش‌ها و روندهای آینده:

• تغییرات قیمت گاز: نوسانات قیمت گاز طبیعی می‌تواند بر سودآوری صنایع پتروشیمیایی تأثیر بگذارد.
• رقابت با سایر مواد اولیه: گاز طبیعی در تولید برخی از محصولات پتروشیمیایی با سایر مواد اولیه مانند نفتا رقابت می‌کند.
• توسعه پایدار: صنایع پتروشیمیایی به دنبال راه‌هایی برای کاهش اثرات زیست‌محیطی خود هستند، از جمله استفاده از فناوری‌های جدید برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهبود راندمان فرآیندها.
• استفاده از گازهای زیستی: استفاده از گازهای زیستی (Biogas) به عنوان جایگزینی برای گاز طبیعی در صنایع پتروشیمیایی در حال افزایش است.
• توسعه فناوری‌های جدید: توسعه فناوری‌های جدید برای استفاده بهینه‌تر از گاز طبیعی در صنایع پتروشیمیایی در حال انجام است.

به طور خلاصه، گاز طبیعی نقش بسیار مهمی در صنایع پتروشیمی دارد و به عنوان ماده اولیه اصلی و سوخت برای تولید طیف گسترده‌ای از محصولات پتروشیمیایی استفاده می‌شود. با توجه به مزایای فراوان گاز طبیعی، استفاده از آن در صنایع پتروشیمی در حال گسترش است، اما باید به چالش‌های ناشی از استفاده از گاز و اثرات زیست‌محیطی آن نیز توجه داشت و تلاش کرد تا با استفاده از فناوری‌های نوین، پایداری و سازگاری استفاده از گاز با محیط زیست را افزایش داد.

1. تجمع مواد آلی:

• شروع این فرآیند با تجمع بقایای گیاهان و جانوران دریایی (مانند جلبک‌ها، پلانکتون‌ها و باکتری‌ها) در کف دریاها، دریاچه‌ها و تالاب‌ها آغاز می‌شود. این بقایا پس از مرگ به رسوبات کف دریاها و دریاچه‌ها اضافه شده و در آنجا دفن می‌شوند.

2. مدفون شدن و تبدیل به سنگ رسوبی:

• با گذشت زمان، لایه‌های جدیدی از رسوبات روی لایه‌های قدیمی‌تر قرار می‌گیرند. این لایه‌های بالایی، فشار و دمای لایه‌های زیرین را افزایش می‌دهند. در نتیجه، رسوبات متراکم شده و به سنگ‌های رسوبی (مانند شیل، ماسه‌سنگ و سنگ آهک) تبدیل می‌شوند.

3. تولید کربن‌های آلی (Kerogen):

• در حین فرآیند تبدیل رسوبات به سنگ رسوبی، مواد آلی موجود در رسوبات تحت تأثیر فشار و دمای بالا به ماده‌ای مومی شکل به نام کربن‌های آلی (Kerogen) تبدیل می‌شوند. کربن‌های آلی، ترکیبات پیچیده‌ای از هیدروکربن‌ها هستند که در واقع پیش‌سازهای نفت و گاز طبیعی محسوب می‌شوند.

4. تولید نفت و گاز:

• با افزایش بیشتر دما (معمولاً بین 60 تا 150 درجه سانتیگراد)، کربن‌های آلی شکسته شده و به هیدروکربن‌های کوچکتر و ساده‌تر تبدیل می‌شوند. در این مرحله، نفت و گاز طبیعی تولید می‌شوند. این مرحله به عنوان “پنجره نفتی” یا “پنجره گازی” شناخته می‌شود.

5. مهاجرت:

• پس از تولید، نفت و گاز طبیعی به دلیل چگالی کمتر نسبت به آب و سنگ‌های اطراف، به سمت بالا مهاجرت می‌کنند. این مهاجرت معمولاً از طریق لایه‌های متخلخل و نفوذپذیر سنگ‌ها (مانند ماسه‌سنگ) رخ می‌دهد.

6. به دام افتادن:

• در صورتی که نفت و گاز طبیعی در مسیر مهاجرت خود به یک ساختار زمین‌شناسی به نام تله (Trap) برخورد کنند، در آنجا به دام می‌افتند. تله‌ها ساختارهایی هستند که از خروج نفت و گاز جلوگیری می‌کنند. انواع مختلفی از تله‌ها وجود دارند، از جمله تاقدیس‌ها، گسل‌ها و تله‌های چینه‌ای.

7. تشکیل مخزن:

• با گذشت زمان، نفت و گاز طبیعی در تله جمع شده و یک مخزن تشکیل می‌دهند. مخازن گاز معمولاً در سنگ‌های متخلخل و نفوذپذیر (مانند ماسه‌سنگ) تشکیل می‌شوند که فضای کافی برای ذخیره گاز را فراهم می‌کنند. لایه‌هایی (مانند شیل) معمولاً به عنوان پوشش (Cap Rock) عمل می‌کنند و از خروج گاز از مخزن جلوگیری می‌کنند.

عوامل مؤثر در پیدایش گاز:

• نوع ماده آلی: نوع ماده آلی اولیه (گیاهی یا جانوری) بر نوع هیدروکربن‌های تولید شده تأثیر می‌گذارد.
• دما و فشار: دما و فشار بالا نقش کلیدی در تبدیل مواد آلی به نفت و گاز دارند.
• زمان: فرآیند پیدایش گاز طبیعی میلیون‌ها سال طول می‌کشد.
• نوع سنگ‌های رسوبی: نوع سنگ‌های رسوبی موجود در منطقه بر میزان تخلخل و نفوذپذیری لایه‌ها و در نتیجه، بر مهاجرت و به دام افتادن گاز تأثیر می‌گذارد.

به طور خلاصه، پیدایش گاز طبیعی یک فرآیند زمین‌شناسی پیچیده و طولانی مدت است که در طی آن مواد آلی در اعماق زمین تحت تأثیر فشار و دمای بالا به هیدروکربن‌ها تبدیل شده و در مخازن زیرزمینی به دام می‌افتند.

رده بندی کشور های جهان در گاز: