كان الغاز الطبيعي معروفًا للإنسان المبكر في شكل تسربات من الصخور والينابيع. في بعض الأحيان ، قد يتسبب البرق أو مصادر الإشعال الأخرى في احتراق هذه التسربات الغازية ، مما يؤدي إلى ظهور قصص عن إطلاق النار من الأرض. في حوالي 900 قبل الميلاد تم سحب الغاز الطبيعي من الآبار في الصين. تم حرق الغاز ، وتم استخدام الحرارة لتبخير مياه البحر من أجل إنتاج الملح. بحلول القرن الأول ، طور الصينيون تقنيات أكثر تقدمًا للاستفادة من الخزانات الجوفية للغاز الطبيعي ، والتي سمحت لهم بحفر آبار عميقة تصل إلى 4800 قدم (1460 م) في التربة اللينة. استخدموا لقم الثقب المعدنية التي يتم إدخالها من خلال أقسام أنابيب الخيزران المجوفة للوصول إلى الغاز وإحضاره إلى السطح.

عرف الرومان أيضًا عن الغاز الطبيعي ، وكان من المفترض أن يشهد يوليوس قيصر “ربيع حارق” بالقرب من غرونوبل ، فرنسا. بنيت المعابد الدينية في أوائل روسيا حول الأماكن التي شكل فيها تسرب الغاز الطبيعي “لهيبًا أبديًا”.

في الولايات المتحدة ، حدث أول استخدام مقصود للغاز الطبيعي في عام 1821 عندما قام وليام هارت بحفر بئر للاستفادة من جيب غاز ضحل على طول ضفة كانادواي كريك بالقرب من فريدونيا ، نيويورك. قام بتمرير الغاز من خلال جذوع مجوفة إلى مبنى قريب حيث أحرقه للإضاءة. في عام 1865 ، أصبحت شركة Fredonia Gas، Light، Waterworks Company أول شركة غاز طبيعي في الولايات المتحدة. تم تشغيل أول خط أنابيب غاز لمسافات طويلة على بعد 25 ميلًا (40 كم) من حقل غاز إلى روتشستر ، نيويورك ، في عام 1872. كما استخدم أيضًا سجلات مجوفة للأنابيب. أدى تطوير موقد بنسن من قبل روبرت بنسن في عام 1885 إلى الاهتمام باستخدام الغاز الطبيعي كمصدر للتدفئة والطهي ، بالإضافة إلى استخدامه للإضاءة. في عام 1891 ،

على الرغم من هذه الجهود المبكرة ، إلا أن عدم وجود نظام توزيع جيد للغاز الطبيعي يقتصر استخدامه على المناطق المحلية حيث تم العثور على الغاز. ومعظم الغازات التي خرجت إلى السطح كجزء من التنقيب عن النفط في المناطق النائية كانت ببساطة تنبعث من الجو أو تحترق في مشاعل عملاقة تضيء حقول النفط ليلاً ونهارًا. بحلول عام 1910 ، أدركت شركات النفط أن هذه الممارسة تكلفها أرباحًا محتملة وبدأت برنامجًا قويًا لتركيب خطوط أنابيب الغاز في المناطق الحضرية الكبيرة عبر الولايات المتحدة. لم يكن حتى بعد الحرب العالمية الثانية قد وصل برنامج خط الأنابيب هذا إلى مدن وبلدات كافية لجعل الغاز الطبيعي بديلاً جذابًا للكهرباء والفحم.

بحلول عام 2000 ، كان هناك أكثر من 600 مصنع لمعالجة الغاز الطبيعي في الولايات المتحدة متصلة بأكثر من 300000 ميل (480،000 كم) من خطوط أنابيب النقل الرئيسية. في جميع أنحاء العالم ، هناك أيضًا رواسب كبيرة من الغاز الطبيعي في الاتحاد السوفيتي السابق وكندا والصين ودول الخليج العربي في الشرق الأوسط.

يتكون الغاز الطبيعي الخام من عدة غازات. المكون الرئيسي هو الميثان. تشتمل المكونات الأخرى على الإيثان والبروبان والبيوتان والعديد من الهيدروكربونات القابلة للاحتراق. قد يحتوي الغاز الطبيعي الخام أيضًا على بخار الماء وكبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والهليوم.

أثناء المعالجة ، قد تتم إزالة العديد من هذه المكونات. يمكن إزالة بعضها – مثل الإيثان والبروبان والبيوتان وكبريتيد الهيدروجين والهيليوم – جزئيًا أو كليًا ليتم معالجته وبيعه كسلع منفصلة. قد تتم إزالة المكونات الأخرى – مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين – لتحسين جودة الغاز الطبيعي أو لتسهيل نقل الغاز عبر مسافات كبيرة عبر خطوط الأنابيب.

يحتوي الغاز الطبيعي المعالج الناتج في الغالب على ميثان وإيثان ، على الرغم من عدم وجود شيء اسمه غاز طبيعي “نموذجي”. يمكن إضافة مكونات أخرى معينة إلى الغاز المعالج لمنحه صفات خاصة. على سبيل المثال ، تمت إضافة مادة كيميائية تعرف باسم المركابتان لإعطاء الغاز رائحة مميزة تحذر الناس من التسرب.

تعتمد الأساليب المستخدمة لاستخراج ومعالجة ونقل وتخزين وتوزيع الغاز الطبيعي على موقع وتكوين الغاز الخام ومكان وتطبيق الغاز من قبل المستخدمين النهائيين. فيما يلي تسلسل نموذجي للعمليات المستخدمة لإنتاج الغاز الطبيعي للتدفئة المنزلية واستخدام الطبخ.

1 تتعرض بعض خزانات الغاز الطبيعي تحت الأرض لضغوط داخلية كافية بحيث يمكن للغاز أن يتدفق فوق البئر ويصل إلى سطح الأرض دون مساعدة إضافية. ومع ذلك ، تتطلب معظم الآبار مضخة لجلب الغاز (والنفط ، إذا كان موجودًا) إلى السطح. تحتوي المضخة الأكثر شيوعًا على قضيب طويل متصل بمكبس عميق في البئر. يتم سحب القضيب بالتناوب لأعلى ويغرق مرة أخرى في البئر بواسطة شعاع يتدحرج ببطء لأعلى ولأسفل فوق دعامة رأسية. يُسمى هذا التكوين غالبًا بمضخة رأس الحصان لأن شكل آلية السحب في نهاية الشعاع الهزاز يشبه رأس الحصان.

2 عندما يصل الغاز الطبيعي الخام إلى السطح ، يتم فصله عن أي نفط قد يكون موجودًا ويتم توصيله إلى محطة معالجة غاز مركزي قريبة. قد تتغذى عدة مئات من الآبار في نفس النبات.

3 يأتي حوالي 75٪ من الغاز الطبيعي الخام في الولايات المتحدة من خزانات تحت الأرض حيث يوجد القليل من النفط أو لا يوجد على الإطلاق. هذا الغاز أسهل في معالجة الغاز من آبار النفط. بغض النظر عن المصدر ، تحتوي معظم الغاز الطبيعي الخام على الأوساخ والرمل وبخار الماء ، والتي يجب إزالتها قبل المعالجة الإضافية لمنع تلوث المعدات وخطوط الأنابيب وتآكلها. تتم إزالة الأوساخ والرمل بواسطة مرشحات أو مصائد بالقرب من البئر. عادة ما يتم إزالة بخار الماء بتمرير الغاز من خلال برج مملوء بحبيبات مجففة صلبة ، مثل الألومينا أو هلام السيليكا ، أو من خلال المجفف السائل ، مثل الجليكول. بعد تنظيفها وتجفيفها ،

4 إذا احتوى الغاز الطبيعي الخام على كمية كبيرة من الغازات الهيدروكربونية الثقيلة ، مثل البروبان والبيوتان ، تتم إزالة هذه المواد ليتم بيعها بشكل منفصل. الطريقة الأكثر شيوعًا هي فقاعة الغاز الخام من خلال برج طويل مغلق مغلق يحتوي على زيت امتصاص بارد ، على غرار الكيروسين. عندما يتلامس الغاز مع الزيت البارد ، تتكثف غازات الهيدروكربونات الثقيلة في السوائل وتحتجز في الزيت. لا تتكثف غازات الهيدروكربون الأخف ، مثل الميثان والإيثان ، إلى سائل وتتدفق من أعلى البرج. حوالي 85٪ من البروبان وكل الهيدروكربونات الثقيلة والبوتان تقريبًا محاصرون بهذه الطريقة. يتم تقطير زيت الامتصاص لإزالة الهيدروكربونات العالقة ،

5 عند هذه النقطة ، يحتوي الغاز الطبيعي على غاز الميثان والإيثان وكمية صغيرة من البروبان التي لم يتم حبسها. قد يحتوي أيضًا على كميات مختلفة من ثاني أكسيد الكربون ، A diagram depicting the production of natural gas from underground source to household usage.

رسم تخطيطي يصور إنتاج الغاز الطبيعي من المصدر الجوفي إلى الاستخدام المنزلي.

كبريتيد الهيدروجين والنيتروجين ومواد أخرى. تتم إزالة جزء من الإيثان أحيانًا لاستخدامه كمادة خام في العمليات الكيميائية المختلفة. لتحقيق ذلك ، يتم تقليل بخار الماء في الغاز أيضًا باستخدام إحدى الطرق العديدة ، ثم يخضع الغاز لدورات ضغط وتمدد متكررة لتبريد الإيثان والتقاطه كسائل.

6 يحتوي بعض الغاز الطبيعي على نسبة عالية من ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين. يمكن أن تتفاعل هذه المواد الكيميائية مع بخار الماء المتبقي في الغاز لتكوين حمض ، مما قد يسبب التآكل. تتم إزالتها عن طريق تدفق الغاز عبر برج بينما يتم حقن رذاذ الماء الممزوج بمذيب ، مثل مونو إيثانول أمين ، في الأعلى. يتفاعل المذيب مع المواد الكيميائية ، ويتم تصريف المحلول من أسفل البرج لمزيد من المعالجة.

7 يحتوي بعض الغاز الطبيعي أيضًا على نسبة عالية من النيتروجين. لأن النيتروجين لا يحترق ، فإنه يقلل من قيمة التسخين للغاز الطبيعي. بعد إزالة ثاني أكسيد الكربون وكبريتيد الهيدروجين ، يمر الغاز بعملية تقطير منخفضة الحرارة لتسييل وفصل النيتروجين. معًا ، تُسمى العمليات في الخطوتين 6 و 7 أحيانًا “ترقية” الغاز لأن الغاز الطبيعي أصبح الآن أنظف وسيحترق أكثر سخونة.

8 إذا تم التقاط غاز الهليوم ، يتم ذلك بعد إزالة النيتروجين. وهذا ينطوي على عملية تقطير وتنقية معقدة لعزل الهيليوم من الغازات الأخرى. الغاز الطبيعي هو المصدر الأساسي للهليوم الصناعي في الولايات المتحدة.

9 يتم حقن Mercaptan في الغاز الطبيعي المعالج لإعطائه رائحة تحذير مميزة ، ويتم ضخ الغاز إلى محطة ضاغط حيث يتم زيادة الضغط إلى حوالي 200-1500 رطل لكل بوصة مربعة (1،380-10،350 كيلو باسكال). ثم يتم نقل الغاز عبر البلاد من خلال واحد من عدة خطوط أنابيب رئيسية مثبتة تحت الأرض. تتراوح خطوط الأنابيب هذه من 20 إلى 42 بوصة (51 إلى 107 سم). حوالي كل 100 ميل (160 كم) ، يعمل ضاغط آخر على تعزيز ضغط الغاز لتعويض خسائر الضغط الصغيرة الناتجة عن الاحتكاك بين الغاز وجدران الأنابيب. هذا يحافظ على تدفق الغاز.

10 عندما يصل الغاز الطبيعي المضغوط إلى محيط وجهته النهائية ، يتم حقنه أحيانًا مرة أخرى في الأرض للتخزين. يمكن استخدام خزانات الغاز والنفط المستنفدة ، أو طبقات الصخور المسامية المعروفة باسم طبقات المياه الجوفية ، أو كهوف الملح الجوفية لتخزين الغاز. هذا يضمن إمدادات جاهزة خلال أشهر الشتاء الباردة.

11 عند الحاجة إلى الغاز ، يتم سحبه من التخزين تحت الأرض ويتم نقله عبر خطوط الأنابيب عند ضغط يصل إلى 1000 رطل لكل بوصة مربعة (6900 كيلو باسكال). تجلب خطوط الأنابيب هذه الغاز إلى المدينة أو المنطقة التي سيتم استخدامها فيها.

12 يتم تقليل الضغط إلى أقل من 60 رطل لكل بوصة مربعة (410 كيلو باسكال) ، ويتم توزيع الغاز في أنابيب تحت الأرض تعمل في جميع أنحاء المنطقة. قبل ضخ الغاز في كل منزل أو عمل ، يتم تقليل الضغط أيضًا إلى حوالي 0.25 رطل لكل بوصة مربعة (1.7 كيلو باسكال).

يحترق الغاز الطبيعي بسهولة في الهواء ويمكن أن ينفجر بعنف إذا تم إشعال كمية كبيرة فجأة. وقد تم تسوية المباني بالكامل من خلال الانفجارات القوية الناتجة عن تسرب الغاز الطبيعي. في حالات أخرى ، اختنق الناس في غرف مغلقة تمتلئ ببطء بالغاز الطبيعي. نظرًا لأن الغاز الطبيعي عديم الرائحة ، تتم إضافة مركبتان ذو رائحة كريهة إلى الغاز بحيث يمكن ملاحظة تسرب صغير على الفور. لحماية خطوط أنابيب الغاز تحت الضغط العالي ، يتم دفن شريط بلاستيكي أصفر لامع في الأرض على ارتفاع بضعة أقدام فوق خط الأنابيب لتحذير الأشخاص الذين قد يحفرون في المنطقة. بهذه الطريقة ، سوف يكشفون الشريط قبل أن يضربوا خط الأنابيب أدناه.

نظرًا لأن الغاز الطبيعي يحترق بشكل نظيف ، يتم اعتباره كوقود بديل للسيارات. سيارات وشاحنات الغاز الطبيعي المضغوط (CNG) على الطريق بالفعل في العديد من المناطق. الشركات التي تستخدم العمليات الصناعية التي تتطلب درجات حرارة عالية تتحول أيضًا إلى الغاز الطبيعي بدلاً من أنواع الوقود الأخرى من أجل تقليل تلوث الهواء المنبعث من مصانعها. وهذا يشمل الشركات العاملة في صناعة الصلب والزجاج والسيراميك والأسمنت والورق والمواد الكيميائية والألمنيوم والأغذية المصنعة.