Doğal Gaz – 2

3-) Doğal Gaz Kaynakları

Doğal gaz ve petrol benzer organik maddelerden oluşmuştur. Yeraltında doğal gaz kaynakları veya petrol oluşumunu yönlendiren iki önemli faktör vardır. Bu faktörler organik maddelerin maturasyonu olarak adlandırılan pişme koşulları ve organik maddenin kökenidir.

Maturasyon, kaynak kayaçların yer altında maruz kaldığı ısı ve basınca, yani derinliğine bağlıdır. Düşük miktarlardaki ısı ve basınçta önce gaz oluşur; ısı ve basıncın artmasıyla oluşan gaz kimyasal reaksiyonlarla petrol bileşenlerine dönüşür; ısı ve basıncın artmasıyla bu hidrokarbon molekülleri parçalanır ve tekrar doğal gazı oluşturur. Diğer önemli faktör olan organik maddelerin kökeni incelendiği zaman, okyanus kökenli mikroskobik canlıların petrol oluşumunu, kara kökenli bitkilerin ise doğal gaz oluşumunu sağladığı görülmüştür.

Doğalgaz rezervleri, konvansiyonel ve konvansiyonel olmayan gaz kaynakları olarak iki grup altında sınıflandırılabilir.

doğal gaz kaynakları

Şekil 1: Doğal Gaz Kaynakları

Konvansiyonel Doğal Gaz Kaynakları

a. Termojenik Metan

Hayvan ve bitki kalıntıları gibi organik maddelerin toprak altında çok yüksek basınçlar altında binlerce yıl sıkışıp kalması sonucu oluşan doğalgaz kaynaklarına “termojenik metan” denir.

b. Biyojenik Metan

Organik maddelerin metanojen isimli mikroorganizmalar tarafından kimyasal olarak parçalanması sonucu oluşan metandır. Metanojenler oksijen vericidirler, yeryüzüne çok yakın derinliklerde ve birçok hayvanın bağırsaklarında yaşarlar. Bu sebeple metanojenlerin oluşturduğu doğal gazın büyük bir kısmı atmosferde kaybolup gider. Bazı özel bölgelerde yer altı kapanlarında tutulan ve üretime alınan biyojenik metan rezervleri vardır.

c. Abiyojenik Metan

Yerin çok derinlerinde karbonlu moleküller ve hidrojence zengin gazlar bulunur. Bu gazlar yavaşça yeryüzüne doğru yükselirler ve yükselirken yeraltında bulunan, oksijen içermeyen minerallerle karşılaşırlar. Karşılaştıkları minerallerle çeşitli reaksiyonlara girerler ve bu reaksiyonlar sonucunda atmosferde bulunan oksijen, nitrojen, argon, karbon dioksit gibi elementler ve su oluşur. Bu gazlar yüzeye doğru yükselirken çok yüksek basınçlar altında kalırlarsa termojenik metana benzer şekilde metan oluşumu gerçekleşir.

Konvansiyonel Olmayan Doğal Gaz Kaynakları

Konvansiyonel doğal gaz rezervleri çok pratik ve kolay kaynaklardır, bu kaynaklar hakkında çok fazla inceleme, araştırma ve ekonomik saha etütleri yapılmış, teknolojiler üretilmiştir. Konvansiyonel olmayan kaynaklar ise çıkarılması ve üretimi açısından zordur, teknoloji henüz bu alanlarda yeterli seviyeye ulaşmamıştır veya çok pahalıdır, dolayısıyla konvansiyonel olmayan kaynaklardan gaz elde edilmesi henüz ekonomik hale gelmemiştir. Ancak bugün konvansiyonel olmayan kaynaklar teknolojik gelişmeler sonucunda veya proseslerin geliştirilmesi sayesinde konvansiyonel duruma gelebilir.

Şekil 2: Konvansiyonel Olmayan Doğal Gaz Üretimi

Konvansiyonel olmayan doğal gaz kaynakları; sıkışmış doğal gaz, derin doğal gaz, kömür yataklı metan, gaz içeren şeyler, kutup ve denizaltı hidratları, jeobasınçlı (jeolojik olaylarla basınç altında kalmış) zonlar olarak altı başlıkta sınıflandırılabilir.

a. Derin Doğal Gaz

Derin doğalgaz 4,5 km’den aşağı derinliklerde bulunur ve bu derinlikler konvansiyonel gaz yataklarına kıyasla oldukça derindir. Yeni sondaj yöntemleri bazı kaynaklara ulaşılabilmeyi sağlasa da derin doğal gaz üretimi pahalı teknolojileri ihtiyaç duymaktadır.

b. Sıkışmış Doğal Gaz

Yeraltındaki çok sıkı oluşumlar olan ve geçirgen olmayan sert kayaçlar, kumtaşları veya kireç taşları gibi sıkı yerlerde kalarak oluşan gazlardır. Bu tür kaynaklardan gazın çıkarılabilmesi için asitlendirme ve kırma gibi oldukça pahalı bazı teknikler vardır.

c. Devonik Şeyl Gaz

Şeyl çok ince, kolaylıkla ince ve paralel tabakalara kırılabilen tortul kayaçlardır; yumuşaktır ama nemli olduğunda dağılmaz. Devonik şeyller 350 milyon yıl kadar önce, sığ denizlerdeki çamurlardan oluşmuşlardır. Devonik şeyller özellikle iki tanesi bir sandviç yapısında üst üste geldiklerinde doğal gazı kolayca tutarlar. Şeyllerin yapısında gözeneklerinde ve kırıklarında bulunan doğal gazın bir kısmı kaynağın yakınlarındaki kum taşlarına doğru hareket ederler ve buralarda tutulduğunda konvansiyonel gaz oluşumları meydana gelir. Kalan gaz geçirgen olmayan şeyl içinde hapsedilmiştir. Devonik şeyllerden doğal gaz üretimi çok zor ve pahalıdır.

d. Kömür Madeni Metanı

Yeraltındaki kömür kalıntıları çizgi halinde bir yol izlerler. Kömür yatakları kazılırken bu çizgiler izlenir; çizgiler ve çevresindeki kayaçlar doğal gaz da içerebilir. Kömür madeni metanı sadece kömür madeni çıkarılırken elde edilebilir.

e. Jeopres Bölgeleri

Jeopres bölgeler, 3-8 km gibi derinliklerde olan aşırı basınç altında bulunan doğal yeraltı oluşumlarıdır. Bu bölgeler, kil katmanlarının, kum ve şilt gibi çok poröz ve hapsedici maddeler üzerinde çökmesiyle sıkışmasıyla meydana gelir. Sıkışık kil tabakaları arasında bulunan su ve doğalgaz, ani bir basınç sonucu bulundukları yerlerden sızarlar ve daha geçirgen olan şilt ve kum kalıntılarına doğru hareket ederler. Çok derinlerde ve zor jeolojik yapılar içinde bulunmasından dolayı jeopres bölgelerden doğal gaz çıkarılması çok zordur.

f. Metan Hidratlarmetan hidratlar

Şekil 3: Dünya Rezervlerindeki Organik Karbonun Dağılımı

Su molekülleri hidrojen bağlarıyla bağlanarak, geniş oyuklu kafes gibi bir yapı meydana getirirler; bu oyuklara gaz molekülleri yerleşerek van der waals çekim kuvvetiyle kafese bağlanırlar. Okyanuslardaki metan hidratlar, dünyanın enerji gereksinimini yüzyıllar boyunca karşılayabilecek miktarda rezerve sahiptir. Metan hidratların en fazla bulunduğu bölge ise sürekli soğuk olan kutuplar bölgeleridir.

gaz hidratlar

Şekil 4: Hidratların Doğada Bulunma Koşulları

Hidratlar, Şekil 4’teki grafikte görüldüğü gibi sadece özel koşullar altında bulunabilirler. Üretimleri masraflı ve zordur. Fakat çok büyük rezervlerin bulunması açısından gözardı edilmeleri mümkün değildir. Günümüzde çok az miktarda da olsa üretim yapılan yerler vardır. Ayrıca maliyeti düşürecek teknolojiler üzerinde de çalışmalar devam etmektedir.

4-) Prosesler

Doğal gaz ham haliyle kullanılamaz. Ticari amaçlı kullanılan doğalgaz, çoğunluğu metan olan ve az miktarda etan içeren bir karışımıdır. Kuyudan çıkarılan doğal gaza katı kirlilikleri ve su buharını uzaklaştırmak için bazı işlemler uygulanır.

Ham doğal gaz, gaz kuyularından, kondensat kuyularından ve petrol kuyularından olmak üzere üç farklı rezervden elde edilebilir. Doğal gaz kullanılacak hale gelmeden önce ham petrolün rafine işlemlerine nazaran daha zor ve karmaşık işlemlerden geçer.

Doğal gaz 1 atm basınçta -160 Co ’lere kadar soğutulursa sıvılaşır ve buna “Sıvılaştırılmış Doğal Gaz (LNG)” denir. Sıvılaştırılmış doğalgaz, doğal gazın taşınmasında bir çok avantaj sağlar. Doğal gazın sıvılaştırılması hacminin 600 kat küçülmesini sağlar. Doğal gaz sıvılaştırma işlemi pahalı bir yöntemdir.

Ham doğal gazla birlikte bulunan “Doğal Gaz Sıvıları (NGL)” çok değerli yan ürünlerdir ve bütan, izobütan, etan, propan ve pentanlardan oluşan karbonlu bileşiklerdir. NGL doğal gazdan ayrı olarak satılır ve çeşitli kullanım alanları vardır; bunlar arasında rafineriler, petrokimya sanayi, petrol kuyularının verimini artırma gibi alanlar sayılabilir. Şekil‘de bir gaz işleme prosesinin akım şeması görülmektedir.

Doğal Gazın Saflaştırılması

İşleme yöntemlerinin bazıları üretim kuyusunda veya kuyunun yankınında yapılabilirse de, prosesler genellikle doğal gaz üretim bölgesinde kurulmuş olan merkezi fabrikalarda yapılır. Düşük basınçlı boru hatlarından oluşan binlerce kilometre uzunluktaki hatlarla, bir sondaj bölgesindeki kuyulardan çıkarılan ham doğal gaz bu fabrikalara taşınır.

Doğal gazın kaliteli ve kuru hale getirilmesi karmaşık işlemler gerektirir; çeşitli safsızlıkların giderilmesi genellikle dört temel işleme dayanır:

  • Su uzaklaştırma

  • Yağ ve kondensat uzaklaştırma

  • Sülfür ve karbon dioksit uzaklaştırma

  • Doğal gaz sıvılarını uzaklaştırma

Bu dört işleme ilaveten çıkarılan gazın belirli sıcaklıkların altına düşmesi önlenerek doğal gazda bulunabilecek su ile katı veya yarı katı doğal gaz hidratların oluşmasına engel olunur. Bu hidratlar biraraya toplandıkları zaman gazın akışını bozarlar.

Doğal Gazın Sıvılaştırılması (LNG)

Doğalgaz sıvılaştırma yöntemleri genleşmeli çevrim prosesi ve mekanik soğutma çevrimi prosesi olmak üzere iki tanedir.

Genleşmeli çevrim prosesinde gazın bir kısmı yüksek basınçtan düşük basınca genleştirilir, gazın sıcaklığı azalır ve ısı değiştiriciler kullanılarak bu soğuk gaz, gelen gazı soğutur. İşlem metan sıvılaşıncaya kadar devam eder.

lng

Şekil 5: LNG Taşıyan Bir Gemi

Sıvılaştırılmış doğalgaz üretiminde en çok kullanılan yöntem mekanik soğutma çevrimi prosesidir . Proses, metan, propan ve etilen olmak üzere üç ayrı sıvı soğutucu içerir. Bu sıvılar buharlaşmak için gereken ısıyı doğal gazdan alırlar, böylelikle doğal gazın sıcaklığı düşürülmüş olur. Daha sonra soğutucu gazlar tekrar sıkıştırılır, soğutulur ve sıvı soğutucular olarak tekrar kullanılırlar.

Yazar: Osman Veysel Özdemir

Necmettin Erbakan Üniversitesi Uçak Mühendisliği bölümü öğrencisi. Mühendisliğin, dersleri yüksek notlarla geçmekten ibaret olmadığını ve gerekirse aynı dersin 3 kez alınabileceğini savunan adam. Ayrıca bilgisayarlara ve kodlamaya dair özel bir ilgisi var. "Forget Bernoulli Theorem". #NecmettinErbakan #AbbasibnFirnas #MilliGörüş #%0.7 #AGD #UGSAM #AeronauticalEngineer #UçakMühendisi

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir