Doğalgaz Nedir? Özellikleri Nelerdir?

Doğalgaz günümüzde genellikle ısınma ve elektrik üretme amacıyla kullanılır. Peki insanlığın enerji ihtiyacını gideren doğalgaz nedir? nerelerde kullanılır? doğalgazın özellikleri nelerdir? Bu soruların cevaplarını gelin hep beraber inceleyelim.

Doğalgaz Nedir?

Doğalgaz, fazla miktarda metan (CH₄) ve daha az miktarlarda ise Etan (C₂H₆), Propan (C₂H₈), Bütan (C₄H₁₀), Azot (N₂), Karbondioksit (CO₂), Hidrojensülfür (H₂S), Helyum (He) gazlarından oluşan, havadan hafif, renksiz ve kokusuz yanıcı bir gazdır.

Doğalgaz Tarihi

Kömür, petrol ve doğalgaz gibi fosil yakıtlar, milyonlarca yıl önce hayvan ve bitki artıklarının toprak altında kalarak basınç ve ısı altında değişikliğe uğrayıp bugünkü durumlarına gelmeleriyle oluşmuş enerji kaynaklarıdır.

Doğalgaz çok eskilerden beri bilinen bir enerji kaynağıdır. Bundan 3000 yıl kadar önce, Çin’de tuz üretiminde enerji kaynağı olarak doğalgaz kullanıldığı bilin­mektedir. O zamanlarda doğalgaz kaynağından kullanım yerine kadar kamıştan borularla nakledilmekteydi. Ayrıca mecusîlerin (ateşe tapanlar) kutsal saydıkları ve yüzyıllar boyunca yanmaya devam eden ateşin kaynağı da doğalgazdan başka bir şey değildi.

Doğalgazın ilk olarak modern üretim ve tüketim tekniklerine A.B.D.’de rast­lanılmaktadır. 19. Yüzyıl sonlarında derin olmayan ve yer yüzüne yakın mesafelerdeki kaynaklarından elde edilen doğal gaz borularla üretim yerlerine taşınarak şehir aydınlatılmasında kullanılmıştır. Sonra da ilk endüstriyel tesislerde kullanımı, tuz imalatında olmuştur. Daha sonrada evlerde geniş kapsamlı olarak ocaklarda, fırın­larda, ısıtma ve sıcak su hazırlama amaçlarıyla kullanılmıştır.

Doğalgaz Nerelerde Bulunur? Doğalgaz Rezervleri

Doğalgaza genellikle sıradağ yamaçlarında ya petrol yatakları ile birlikte ya da serbest olarak rastlanılmaktadır. Bugün dünyadaki doğal gaz rezervlerinin 100 trilyon m³ olduğu tahmin edilmektedir. Bu miktarın ülkelere göre dağılımı aşağıdaki gibidir.

Yurdumuzda şimdiye kadar büyük doğalgaz rezervlerine rastlanılmamıştır. 14 milyar m³ olduğu tahmin edilen Trakya’daki doğal gaz rezervlerinden yılda 400-500 milyon m³ üretim gerçekleştirilerek Hamitabat Doğal Gazlı Elektrik üretme sant­ralinde kullanılmaktadır. Ayrıca Mardin civarında da 1 milyar m³ civarında bir doğal gaz rezervi mevcuttur.

Doğalgazın Özellikleri

Doğalgaz, içinde büyük oranda Metan (CH₄) daha az oranlarda Etan (C₂H₆), Propan (C₃H₈), Bütan (C₄H₁₀), Azot (N₂), Karbondioksit (CO₂), Hidrojensülfür (H₂S), Helyum (He) ihtiva eden renksiz, kokusuz, yüksek kalorili bir gaz yakıttır. Yoğunluğu 0,6-0,8 kg/m³ arasındadır. Havaya göre (1,0) daha hafif bir gaz olduğu için açık havada uçucu özelliğe sahiptir.

Doğalgazın Bileşenleri ve Oranları

Grizu Patlaması

Ancak kapalı mahallerde hava içindeki gaz oranı % 5-15 arasındaki mertebeye ulaştığında patlayıcı özelliği vardır. Bu karışım limitleri arasında ateş, alev, kıvılcım, kor vs. gibi tutuşturucu bir kaynakla temas ederse patlar. Patlamanın kapalı mahalde veya bir cihaz içinde olması patlamanın şiddetini arttıracağından meydana gelecek herhangi bir tahribat da büyük olur.

Bi­lindiği gibi maden ocaklarında sıkça görülen Grizu Patlaması metan gazının ha­vayla karışması neticesinde tutuşturucu bir kaynak vasıtasıyla reaksiyona girerek patlamasından başka bir şey değildir. Ancak kural ve standartlara uygun olarak doğru bir şekilde kullanıldığında ve gerekli tedbirler alındığında doğal gazın en az diğer tür yakıtlar kadar kullanımının güvenli olduğu da unutulmamalıdır. Doğal Gazın kendisi zehirli değildir. Ancak kaçaklarda havadaki gaz miktarının artmasıyla ortamdaki oksijen azalacağından boğulmaya yol açabilir.

Doğalgaz ve Kükürt

Kükürt doğalgazın bünyesinde yok denecek kadar azdır. Ancak gerek kaynağından çıktıktan sonra yapılan filtreleme işleminden geriye kalan, gerekse koku vermek gayesiyle doğalgaza ilave edilen kükürtlü bileşikler (Tiyoeterler ve Tiyoller) yüzünden beher m³ içinde mg mertebesinde kükürt bulunmaktadır. Kü­kürt miktarının azlığı doğalgazı, diğer yakıt türlerine karşı üstün yapan özelliklerden biridir. Yanma sonunda oluşan yanma ürünlerinin içinde kükürt bulunmaması alev veya dumanla temas eden yüzeylerde korozyon problemini ortadan kaldırmak­tadır.

Katı ve sıvı yakıtlarda bulunan kükürt sebebiyle duman gazlarının sıcaklığı katı-sıvı yakıtlı kazanlarda 160 °C ‘den daha aşağıya düşürülememektedir. Bu ise kazanlarda belirli bir verim kaybına sebep olmaktadır.

Doğalgazda Baca Gazları

Halbuki doğalgazda baca gazlarının sıcaklığı teorikte; yanma gazlarının çiğ noktası olan 56 ^oC ‘ye kadar düşürülebilir. Tatbikatta 90°/70° ısıtma sistemlerinde bu sıcaklığa kadar düşmek mümkün olmamakla birlikte baca gazları sıcaklığının 110 °C civarında olması bir miktar verim artışı sağlamaktadır.

İçindeki yüzde Karbon (% C) miktarının diğer yakıtlara göre az olması doğalgazın mavi ve mat bir alevle yanmasına neden olur. Bu ise ocaklarda Radyasyon (Işınım) sebebiyle olan ısı transferini azaltır.

Yanma için gerekli hava miktarı daha azdır. Gazların homojen yapısı do­layısıyla havayla karışmaları daha kolaydır. Bu yüzden yanma verimleri de yüksek olur (% 95-99).

Doğalgazın yanması neticesinde oluşan, baca gazları içindeki su buharı miktarı, sıvı yakıtlardakinin yaklaşık 2 katı, katı yakıtlardakinin ise 3 katı daha faz­ladır. Bu ise cihazın ilk yanması esnasında soğuk yüzeylerle teması neticesinde çok miktarda yoğuşmaya sebep olabilir. Doğalgazı yakan cihazların dizaynında ve bacaların yapımında bu husus göz önünde bulundurularak gerekli tedbirler alın­malıdır.

Doğalgazın içindeki Hidrojen (H) miktarı da oldukça fazladır. (Yaklaşık %24) Yanma neticesi ortaya çıkan yanma ürünleri içindeki su buharı miktarı da fazladır. Baca gazlarının içindeki su buharını yoğuşturarak gizli ısısından istifade eden Yoğuşmalı (Kondensli) cihazlarda verim doğal gazın alt ısıl değeri alınarak % 100’ün üzerine çıkarılabilir. Üst ısıl değere göre bu değer % 96 mertebesinde olmaktadır.

Doğal gazda bulunan azot (N), oksijenle (O₂) yüksek sıcaklıklarda (1900°-2000 °C) reaksiyona girdiğinde azot oksitler (NO_X) oluşmaktadır. Yanma odası ve alev-duman yollarında korozyona sebep olan Azot oksitlerin oluşumuna engel olan tedbirler alınarak bu durum önlenebilir. Yanma odasında alev sıcaklığının düşürül­mesi bazı dezavantajlarına rağmen bir tedbir olabilir.

Doğalgazın Yanması

Diğer yakıtlarda olduğu gibi yanma ürünleri içinde, kül, is, kurum, katran gibi artıklar bulunmadığı için hem hava kirliliği yaratmaz hem de sık sık temizleme ge­rektirmez. Yanma odası ve duman yollarının temiz kalması bu bölgelerden olan ısı transferini zamanla değiştirmez. Bilindiği gibi diğer yakıtlarla çalışan cihazlarda oluşan is, kurum, katran gibi atık maddeler sık sık temizlenmezse yanma odaların­da ve ısı transfer yüzeylerinde bir tabaka oluşturarak ısı transferine engel olurlar. Bu durum baca gazları sıcaklığının artmasına ve verimin zamanla azalmasına sebep olabilir. Doğalgazda ise böyle bir durum söz konusu değildir.

Yanma ürünleri içindeki Karbondioksit (CO₂) ve Su Buharı (H₂O) dışında, Karbon monoksit (CO) miktarı oldukça düşüktür. Bu da daha az hava kirliliğine neden olur.

Doğal gazın içindeki bileşenlerin yanma reaksiyonları ise şu şekildedir.

(Metan)           CH₄ + 2O₂ ———— >CO₂ + 2H₂O

(Etan)              C₂H₆ + (7/2) O₂——-> 2CO₂ + 3H₂O

(Protan)           C₃H₈ + (10/2)O₂——> 3CO₂ + 4H₂O

(Bütan)            C₄H₁₀ + (13/2) O₂—–> 4CO₂ + 5H₂O

(Pentan)           C₅H₁₂ + (16/2) O₂—–> 5CO₂ + 6H₂O

Doğalgazın Depolanması ve Dağıtılması

Depolama problemi olmadığı için yakıt Deposu, yer, nakliyat, boşaltma, peşin ödeme gibi zorluklarla karşılaşılmaz. Doğal gaz cihazlarda yakıldıktan sonra sa­yaçtan geçen miktar kadar gaz şirketine ödeme yapılmaktadır. Halbuki diğer yakıt­larda belli bir süre ihtiyaca yetecek kadar yakıt depolanması şarttır. Bunun bedeli de peşin olarak ödenmektedir.

Doğal gazın taşınması borular vasıtasıyla oldukça kolaydır ve istenilen yere nakledilebilir. Lokal ısıtmalarda ve özellikle tamamı kullanılmayan merkezi ısıtma­larda, sadece ihtiyaç duyulan bölge ısıtılarak büyük ısı ekonomisi sağlar. Merkezi ısıtma sistemlerinde görülen; taşımada Boru kayıpları, dönüşüm kayıpları (Buhar/Sıcak Su veya Kızgın Su/Sıcak Su) gibi kayıplar hiç yoktur. Doğal gazın kul­lanım mahalline kadar taşınarak kullanılabilmesi neticesinde hem enerji tasarrufu sağlanacak hem de tesis verimi arttırılmış olacaktır.

Doğalgazın Yanma Verimi

Katı ve sıvı yakacaklar yanma esnasında, önce gaz fazına geçerler daha sonra da havadaki oksijenle karışarak yanarlar. Homojen bir yakıt-hava karışımını sağlamak zor olduğundan yakıtın bir kısmı yanmadan ya baca gazlarıyla dışarı atılır veya katı yakıtlarda olduğu gibi ızgaradan dökülerek hiç yanmaya katılmaz. Bütün bunlar yanmamış yakacak kaybını ve baca kaybını arttıracağından yanma verimi düşük olur. Halbuki Doğal Gaz zaten gaz fazında olduğundan homojen bir gaz hava karışımı sağlamak daha kolaydır ve çok iyi bir brülör ayarıyla yanma verimi %99’a kadar çıkarılabilir.

Doğal Gaz yakıldığı cihazın yük değişimlerine kolay cevap verebilecek vasıfta bir yakacaktır. Bu yüzden otomatik olarak kontrolü daha kolaydır. Ayrıca yakıldığı cihazın rejim şartlarına ulaşması daha kısa sürede olur.

Gaz türbinleri ile elektrik üretmede doğal gaz ideal bir yakıttır. Normal gaz tür­binlerinde % 30-35 civarında olan verim; türbinden çıkan yüksek sıcaklıktaki gaz­larla, atık ısı kazanında buhar elde edilmesi ve elektrik üreten buhar türbinine gönderilmesi suretiyle % 50’ye kadar çıkarılabilir.

Ayrıca bazı doğal gaz kaynaklarında helyum gazı bulunması sebebiyle bu gazın üretiminin büyük bölümü doğal gaz kaynaklarından sağlanmaktadır.

Genel olarak doğalgazın özellikleri kısaca aşağıdaki gibidir.

• Doğalgaz fosil yakıtlar arasında yandığı zaman çevreyi en az kirleten bir yakıttır.
• Yandığında mavi renkli alev oluşur.
• Petrol yataklarında veya yakın bölgelerde bulunur.
• Doğalgaz düşük sıcaklıklarda ve atmosfer basıncında sıvılaşabilir. Bundan dolayı yaşam ortamlarında gaz halde bulunur.
• Doğalgaz borularla gaz olarak, özel tankerle de sıvı olarak (LNG) taşınabilir.

Doğalgazın Fiziksel Özellikleri

Doğalgazın üst ısıl değeri, alt ısıl değeri, yoğunluğu, teorik ve gerçek yanma havası ihtiyacı, duman gazı miktarları ve duman gazı bileşenlerinin miktarları, he­saplamalar ve verim açısından bilinmesi gerekli olan fiziksel özellikleridir.

Üst Isıl Değer (Gross Calorifique Value)

Bir gazın Üst Isıl Değeri; 1,01325 bar sabit basınçta ve sabit Th sıcaklığındaki gazın belirli şartlar altındaki V hacmi (Tv sıcaklığı ve Pv basıncında) hava ile tam olarak yakıldığı zaman yanma gazları içindeki su buharının (H₂O) tamamının Th sıcaklığında yoğuşturulduğunda açığa çıkan toplam ısı miktarıdır (kcal/m³).

Alt Isıl Değer (Net Calorifique Value)

Bir gazın alt ısıl değeri; 1.01325 bar sabit basınçta ve sabit Th sıcaklığındaki gazın belirli şartlar altındaki V hacmi (Tv sıcaklığı ve Pv basıncında) hava ile yakıldığı zaman, yanma gazları içindeki suyun tamamının buhar olarak gaz fazında bulunduğu durumda açığa çıkan ısı miktarıdır. (kcal/m³ veya kj/m³)

Yoğunluk

Bir gazın yoğunluğu, gazın kütlesinin belirli şartlardaki hac­mine oranıdır (kg/m³).

Teorik Yanma Havası

Bir birim ağırlığındaki veya hacmindeki yakıtın tam olarak yanabilmesi için hava fazlası dikkate alınmadan gerekli olan hava ihtiyacına denir (Nm³/kg veya Nm³/Nm³).

Gerçek Yanma Havası

Bir birim ağırlığındaki veya hacmindeki yakıtın tam olarak yanmasını temin maksadıyla Teorik Yanma Havasına ilave edilen hava fazlası da dikkate alınarak verilmesi gerekli toplam hava miktarıdır. (Nm³/kg veya Nm³/Nm³) Hava fazlalık katsayısı (n) olarak gösterilir.

Duman Gazları

Bir birim ağırlığındaki veya hacmindeki yakıtın tam olarak yakılmasından sonra elde edilecek baca gazı miktarıdır. Hava fazlalık kat­sayısıyla birlikte dikkate alındığında gerçek duman gazlarının miktarı bulunabilir. (Nm³ hava/Nm³yakıt)

Doğalgaz Nerelerde Kullanılır?

Doğalgaz başta ısınma ve elektrik üretimi olmak üzere birçok alanda aktif olarak kullanılmaktadır. Genel olarak aşağıdaki gibidir.

Doğalgaz,

• Mutfak ihtiyaçlarında,
• Sıcak su ihtiyacında,
• Sanayide ısı veya elektrik üretiminde,
• Motor yakıtı olarak,
• Beyaz eşyaların boyanmasında,
• Yapıştırıcı endüstrisinde,
• Suni lastik endüstrisinde,
• Metallerin kesilmesinde,
• Mürekkep sanayisinde,
• Antifriz eldesinde,
• Seramik yapımında aktif olarak kullanılıyor.