عندما يدور الحديث عن الغاز الطبيعي ترتسم في الذهن أولاً صورته كنوع من المحروقات. وعندما يدور الحديث عن مشتقات الغاز، توحي الأسماء العلمية الكثيرة أنها تعني علماء الكيمياء بالدرجة الأولى، ولكن مشتقات هذه المشتقات تؤلف المواد الأساسية التي تُصنع منها مئات المنتجات التي نستهلكها ونستخدمها في حياتنا اليومية، بدءاً بمعجون الأسنان والأدوات البلاستيكية في المطابخ وصولاً إلى الأدوية والمواد الغذائية والأصباغ والأقمشة والأسمدة والورق والتبريد والتدفئة.. المهندس أمجد قاسم، عضو الرابطة العربية للإعلاميين العلميين، يعرض ماهية الغاز الطبيعي وأهميته المتزايدة كمصدر للطاقة وأيضاً كلقيم أولي لصناعات ما عاد بإمكان الحياة العصرية أن تستغني عنها.

يحظى الغاز الطبيعي Natural gas باهتمام عالمي متزايد، كثروة طبيعية مهمة، كواحد من مصادر الطاقة، وأيضاً كمادة أولية لعدد كبير من الصناعات البتروكيميائية.

وقد بقيت هذه الثروة لعشرات السنوات منتجاً ثانوياً في عمليات إنتاج وتكرير النفط، فكان يتم التخلص منها بالحرق في المشاعل، كما أن الآبار التي يتم حفرها والتي تحتوي فقط على الغاز، كانت تُهجر على اعتبار أنها آبار جافة.

لكن ارتفاع أسعار النفط عالمياً، أدى إلى زيادة الاهتمام بالغاز الطبيعي، حيث اعتبر حرقه في الحقول سوء استغلال لمصدر من مصادر الطاقة، وتلويثاً للبيئة وهدراً لمادة أولية يمكن أن تستغل لإنتاج طائفة كبيرة من المركبات والمواد الكيميائية الصناعية المهمة.

وطبقاً لعدد كبير من الدراسات، فإن الوطن العربي يحتوي على احتياطات كبيرة من الغاز الطبيعي، تقدَّر بنحو %23 من إجمالي الاحتياطي العالمي البالغ نحو 155 تريليون متر مكعب. ويتركز هذا الاحتياطي العالمي في دول الاتحاد السوفيتي السابق، ثم في إيران والشرق الأوسط، وكذلك في كل من إندونيسيا وماليزيا وفنزويلا وأمريكا الشمالية وبعض دول العالم.

وأسفرت الاكتشافات والمسوح الجيولوجية التي تم إجراؤها في عدد من الدول العربية، عن اكتشاف كميات ضخمة من الغاز الطبيعي. ففي مطلع هذا القرن قدرت كمية الغاز الطبيعي في البلاد العربية بنحو 35.3 تريليون متر مكعب، وتعتبر كل من قطر والمملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة والجزائر والعراق من أهم الدول العربية التي تحتوي على مخزونات ضخمة منه.

أنواع الغاز الطبيعي وتركيبه الكيميائي
الغاز الطبيعي عبارة عن مزيج من المواد الهيدروكربونية وغير الهيدروكربونية. وبالرغم من تفاوت تركيبه الكيميائي من مكان إلى آخر، إلا أن المواد الهيدروكربونية تشكِّل نحو %95 منه.

وفي الغالب يكون الغاز الطبيعي مرافقاً للنفط الخام، سواء أكان طافياً على سطحه أم ذائباً فيه تحت ضغط المكمن وحرارته، ويدعى في هذه الحالة بالغاز المصاحب أو المرافق (Associated Gas)، كما يمكن أن توجد تجمعات الغاز مستقلة عن تجمعات النفط، وتدعى عندئذ بالغاز غير المصاحب أو غير المرافق أو الحر (Non-associated Gas).

ويتشكَّل ثلثا مخزون الغاز الطبيعي في البلدان العربية من الغاز غير المرافق، وذلك في كل من الجزائر (حقل حاسي الرمل)، وحقل الشمال في قطر، وكذلك غاز الخف الموجود في المملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة والبحرين.

ويحتوي الغاز الطبيعي على عدد كبير من المركبات الهيدروكربونية البارافينية القابلة للاشتعال والخفيفة، ومن أهم تلك المركبات، غاز الميثان الذي يشكل ما نسبته %80 من تلك المركبات، يليه كل من الايثان والبروبان والبوتان والبنتان والهكسان والهبتان بنسب متفاوتة، ويبين الجدول (رقم 1) الخواص الطبيعية للمركبات الهيدروكربونية البارافينية المكونة للغاز الطبيعي

ويمكن أن يحتوي الغاز الطبيعي على كميات متباينة من أبخرة بعض المواد الهيدروكربونية السائلة. فإذا كانت كمية تلك المركبات السائلة المستخلصة تحت ظروف قياسية (حرارة وضغط) أقل من 0.1 جالون لكل قدم مكعبة من الغاز المعالج فيدعى بالغاز الطبيعي الجاف، وإذا كانت كمية تلك المركبات السائلة المستخلصة بين 0.1 و 0.3 جالون لكل قدم مكعبة من الغاز المعالج فيدعى بغاز متوسط الرطوبة، أما إذا تجاوزت كمية السوائل المستخلصة 0.3 جالون لكل قدم مكعبة فيدعى في هذه الحالة بالغاز الرطب.

وهذه المركبات السائلة، يتم امتصاصها والاستفادة منها لإنتاج بعض المواد المهمة كالجازولين.

الشوائب الموجودة في الغاز الطبيعي
وطرق التخلص منها
بالإضافة إلى الهيدروكربونات القابلة للاحتراق، يحتوي الغاز الطبيعي على كميات متفاوتة من الشوائب غير المرغوبة والتي ينبغي التخلص منها ونزعها، لكي يصبح الغاز صالحاً للاستخدامات المختلفة. ومن أهم تلك المواد والشوائب، بخار الماء وغازات النيتروجين وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والأرجون والهيليوم، وأحياناً نسب قليلة من عنصر الزئبق.

وتبدأ عملية تنقية الغاز الطبيعي، بفصل بخار الماء العالق به بواسطة مواد تجفيف خاصة، كثلاثي اثيلين جلايكول وعجينة السيليكا والألومينا. ويلي ذلك تخليص الغاز الطبيعي من مركب كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون، حيث يتم امتصاصهما بمحلول من أحادي ايثانول أمين أو ثنائي جلايكول أمين. ويستفاد من كبريتيد الهيدروجين الناتج في تحضير بعض المركبات الكيميائية المهمة، كحامض الكبريتيك، أما غاز ثاني أكسيد الكربون المصاحب للغاز الطبيعي فيستفاد منه في بعض الصناعات الغذائية والمشروبات الغازية وفي تعبئة أجهزة مكافحة الحرائق.

وفي حال كان الغاز الطبيعي يحتوي على الزئبق، فيتم التخلص منه بعدة طرق، من أهمها استخدام الكربون النشط المشبع بالكبريت، أو اصطياده بالألومينا المنشطة أو استخدام بعض المحاليل كمحلول برمنجنات البوتاسيوم.

فصل مكونات الغاز الطبيعي
بعد مرحلة تنقية الغاز الطبيعي من الشوائب العالقة به، تبدأ مرحلة فصل المكونات الهيدروكربونية المكونة له. فالميثان والإيثان يتم فصلهما للاستخدام كوقود في بعض الصناعات وفي توليد الطاقة الكهربائية. كما يتم فصل كل من البروبان والبوتان لاستخدامهما في القطاع المنزلي وموالفتهما في الغالب وفقاً للنسب المطلوبة والتي يتم تغيرها حسب فصول السنة، فتزداد نسبة البوتان صيفاً وتقل شتاءً. وتباع هذه الغازات إما من خلال شبكة أنابيب للتوزيع أو معبأة في أسطوانات فولاذية خاصة تحت ضغط كبير، علماً بأن الغاز يكون عديم الرائحة وتتم إضافة مادة خاصة له لإكسابه رائحة مميزة للتحذير منه في حال تسربه. أما المكونات الهيدروكربونية الأخرى، بما فيها البروبان والبوتان، فيتم الاستفادة منها كلقيم في بعض الصناعات البتروكيميائية المهمة.

إسالة الغاز الطبيعي
يتطلب نقل الغاز الطبيعي من مكان إلى آخر، أو تخزينه في مستوعبات خاصة، تحويله من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، وهو ما يطلق عليه مصطلح إسالة الغاز، ويسمى في هذه الحالة بالغاز الطبيعي المسال.

وقد بدأت فكرة إسالة الغاز في الولايات المتحدة الأمريكية عام 1914م كبراءة اختراع، وفي عام 1917م أنشئت أول وحدة تجارية لإسالة الغاز الطبيعي في غرب فرجينيا في أمريكا، وأعقب ذلك انتشار عالمي لهذه التقنية. ويتم اللجوء إلى عملية إسالة الغاز لتسهيل نقله وتخزينه بكميات كبيرة، فيمكن مثلاً تخزين 2 مليون قدم مكعبة من الغاز في خزان يبلغ قطره 15 قدماً وارتفاعه 20 قدماً وهذا يعني أن الغاز المسال يشغل حيزاً أقل بـ 600 مرة من الحجم الذي يشغله وهو في الحالة الغازية. ويتم اتباع عدة طرق لإسالة الغاز الطبيعي، لكنها جميعاً تشترك في تعريض الغاز لضغط كبير يتجاوز 400 رطل/بوصة مربعة، ثم التبريد إلى درجة حرارة متدنية قد تصل إلى -259 درجة فهرنهيت، وهذه العملية الفيزيائية تتم في وحدات صناعية متعاقبة، ويُحفظ الغاز المسال في حاويات معدنية سميكة.

استعمالات الغاز الطبيعي
لجأت العديد من دول العالم ومنها المملكة العربية السعودية، إلى استخدام الغاز الطبيعي كوقود لتوليد الطاقة الكهربائية، ولتحلية مياه البحر، وأيضا كوقود في بعض الصناعات النفطية، بالإضافة إلى استخدامه كلقيم في الصناعات البتروكيميائية، وكمصدر للهيدروجين.

وتدل الدراسات على أن نحو %30 من مجمل استخدامات الغاز الطبيعي في الدول العربية هو في مجال توليد الطاقة الكهربائية، كما أن نحو %36 يستخدم في مصافي تكرير ومعالجة النفط، ونحو %28 يستخدم في القطاعات الصناعية المختلفة، والنسبة المتبقية تستخدم للأغراض المنزلية للطهو والتدفئة.

ويتبوأ الغاز الطبيعي مكانة مهمة في عالم الصناعة كمصدر للطاقة، وخصوصاً في الصناعات التي تتطلب كميات كبيرة من الحرارة، كالصناعات المعدنية ومنها صناعة الحديد والصُلب والألمنيوم، وأيضا صناعة الأسمنت والزجاج والطابوق بالإضافة إلى استخدامه في بعض الصناعات الكيميائية كمادة أولية، ومن أهمها صناعة المنظفات والأصباغ والبلاستيك والدهانات.

كذلك، استخدمت بعض الدول الغاز الطبيعي كوقود في وسائط النقل التي تعمل داخل المدن. وبالرغم من الجوانب الإيجابية التي يمكن أن تتحقق، إلا أن مثل تلك التقنية تتطلب تذليل مصاعب فنية متعددة، كتوفير محطات خاصة للتزود بالوقود، وإدخال تعديلات جوهرية على نظام الاحتراق في المركبات، وما يرافق ذلك من تحديات حقيقية لاستخدام الغاز المضغوط داخل وسائط النقل المتحركة، مما حد من استخدامه كوقود للنقل بوجه عام.

وبالرغم من أهمية استخدام الغاز الطبيعي كمصدر رئيس من مصادر الطاقة، إلا أن الدراسات بينت أن استخدامه كمادة أولية لإنتاج عدد كبير من المركبات الكيميائية المهمة، أكثر فائدة من حرقه بشكل مباشر، فالطاقة يمكن توفيرها من النفط أو من مصادر أخرى. فالصناعات البتروكيميائية، تعتمد على الغاز الطبيعي كلقيم لإنتاج عدد كبير من المركبات كالايثيلين والبروبيلين والبيوتادايين والميثانول والايثانول وغيرها العشرات من المركبات التي تستخدم بدورها لإنتاج عدد كبير جداً من المركبات والمواد والمنتجات الكيميائية المهمة، كالأسمدة والمطاط الصناعي والألياف الصناعية والمواد البلاستيكية والمنظفات والدهانات والمبيدات والراتنجات والأدوية .

ومن أهم المواد التي يمكن إنتاجها من الغاز الطبيعي:

1 – تحضير الأمونيا
تعد الأمونيا من أهم المنتجات التي يمكن تصنيعها من الغاز الطبيعي، ويتم إنتاج أكثر من نصف حاجات العالم من الأمونيا من الغاز الطبيعي. ويستخدم هذا المنتج في صناعة الأسمدة حيث يوفر عنصر النيتروجين للنباتات، كما يستعمل في صناعة البلاستيك والمطاط والمنظفات وفي الصناعات التعدينية ودباغة الجلود وإنتاج عجينة الورق والعقاقير، وكوسط تبريد في المصانع وسفن الفضاء.

ويعتبر غاز الأمونيا مادة أولية مهمة لتحضير عدد كبير من المركبات الكيميائية من أهمها:

أ – صناعة اليوريا
تستخدم اليوريا في صناعة الميلامين والبلاستيك والمستحضرات الدوائية ومواد التجميل والطلاء ومعاجين الأسنان، وهي نوع ممتاز من الأسمدة للنباتات، نظراً لمحتواها المرتفع من النيتروجين.

ب- صناعة الأكريلونيتريل
وهي مادة مستخدمة على نطاق واسع لإنتاج الألياف الصناعية ( الأنسجة الأكريليكية )، كما تستخدم كمادة تبريد وفي صناعة الراتنجات والبلاستيك والأصباغ والمطاط، ويتم تحضيرها عن طريق تفاعل الأمونيا مع البروبلين.

ج- صناعة نيترات الأمونيوم
وهي مادة مهمة، فبالإضافة إلى رخص ثمنها، فإن محتواها من النيتروجين عال، ويتم تحضيرها من خلال تفاعل الأمونيا مع حامض النيتريك.

د- صناعة الأنيلين
تستخدم هذه المادة في إنتاج الأسفنج الصناعي الصلب، وكمادة محسنة للمطاط الصناعي، كما تستعمل في تحضير المبيدات الحشرية والصبغات، ويتم إنتاجها عن طريق تفاعل الأمونيا والفينول.

هـ- صناعة كبريتات الأمونيوم
تنتج هذه المادة عن طريق تفاعل الأمونيا مع حامض الكبريتيك، وتستخدم كسماد للنباتات وتتميز بعدم ميلها للتجبل.

و- صناعة أمينات الإيثانول
تستخدم مادة أمينات الإيثانول كمانعة للتآكل ولإنتاج المنظفات والأنسجة والطلاء الكيميائي ودباغة الجلود، وهي مادة مهمة في عمليات تنقية المنتجات النفطية، ويتم الحصول عليها من خلال تفاعل الأمونيا مع أكسيد الإثيلين.

ز- صناعة أمينات الميثانول
ويتم إنتاجها من تفاعل الأمونيا مع الكحول الميثيلي، وتستخدم في صناعة المبيدات الحشرية والمنظفات والأصباغ، وفي تحضير بعض المستحضرات الطبية وكمانعة للتآكل وفي المبادلات الأيونية.

2 – تحضير الميثانول
يُعد الميثانول أو الكحول الميثيلي، من المواد الكيميائية المهمة جداً في عدد كبير من الصناعات، وتتعدد طرق إنتاجه وتحضيره، لكن إعادة تشكيل الغاز الطبيعي، تُعد من إحدى أهم طرق تحضيره صناعياً. ويزداد الطلب العالمي على الميثانول بمعدل %3 سنوياً، إذ يستخدم في تحضير بعض المركبات الكيميائية المهمة منها:

أ- صناعة الفورمالدهايد
عرف الإنسان هذه المادة منذ سنوات طويلة كمادة معقمة واستعملها في عمليات تحنيط الجثث، كما استعملت على نطاق واسع لإنتاج الراتنجات والأصماغ وكوسط في التركيب الكيميائي لبعض البوليمرات، كما أنها مادة حافظة ومانعة للتآكل وتدخل في تحضير بعض المستحضرات الصيدلانية، ويتم إنتاجها كيميائياً عن طرق أكسدة الكحول الميثيلي.

ب- صناعة مثيل ترتري بيوتيل ايثر
يستخدم معظم هذه المادة الصناعية في مصافي تكرير النفط، لرفع عدد الأوكتان في وقود الجازولين الخاص بالسيارات، وهي تستعمل أيضا كمذيب في عدد كبير من الصناعات البتروكيميائية، ويتم إنتاجها عن طريق تفاعل الميثانول مع الأيزوبيوتلين بوجود عامل مساعد.

ج- صناعة حامض الخليك
وهو حامض عضوي، تتعدد طرق تحضيره، ومن أهم تلك الطرق، تفاعل الكحول الميثيلي مع أول أكسيد الكربون. ويستخدم هذا الحامض في عدد كبير من الصناعات الغذائية، كما يستخدم لإنتاج الأسبرين وفي صناعة الورق والأنسجة والأفلام وكمادة حافظة.

هذا ويستعمل الميثانول في عدد آخر من الصناعات، كصناعة الكلوروفورم وكلوريد الميثيل وثنائي مثيل ترفثالات المستخدم لإنتاج ألياف البولي ايستر والراتنجات، كما يستعمل أيضاً لتحضير الديزل الحيوي.

3 – تحضير غاز الأسيتيلين
استخدم هذا الغاز بشكل تقليدي في عمليات لحام المعادن، حيث ينتج من تفاعله مع الأوكسجين حرارة عالية، تكفي لقطع ولحم بعض السبائك الفلزية.

والطريقة المعهودة لإنتاجه، تتم عن طريق تفاعل كربيد الكالسيوم مع الماء، لكن خلال السنوات الماضية تم إنتاج هذا الغاز الصناعي المهم عن طريق تحطيم الغاز الطبيعي والأكسدة الجزئية له.

هذا ويستخدم الأسيتيلين في عدد كبير من الصناعات، كصناعة كلوريد الفينيل اللازم لتحضير بعض أنواع البلاستيك، وكذلك لإنتاج خلات الفنيل وحامض الأكرليك وغيرها.

4 – تحضير الأسيتون
يستخدم الأسيتون على نطاق واسع كمذيب، كما يستعمل في الصناعات الصيدلانية ومواد التجميل والدهانات والمطاط، ويمكن إنتاجه عن طريق أكسدة الغاز الطبيعي ثم إجراء عمليات فصل وتنقية له.

الغاز الطبيعي وآفاق المستقبل
لقد تطورت صناعة الغاز الطبيعي عالمياً خلال السنوات الثلاثين الماضية بشكل كبير ولافت.

ومن المتوقع للسنوات القليلة القادمة، أن يزداد الطلب عالمياً على هذه المادة المهمة، والتي تستخدم الآن لتشغيل عدد كبير من محطات توليد الطاقة الكهربائية كما أنها مادة حيوية في عدد كبير من الصناعات البتروكيميائية التي تلامس حياتنا بشكل كبير، وهذه المادة المهمة ستكون رديفاً للنفط الخام الذي ما زال يتبوأ مركز الصدارة عالمياً كأهم مصدر من مصادر الطاقة حالياً وسيبقى كذلك لعقود طويلة قادمة.