گاز طبيعي اصلي ترين حامل انرژي كشور بوده و بيش از ٧٠ درصد از بخش مصرفي كشور به آن وابسته است. در ساليان اخير با محدوديت افزايش ظرفيت توليد و ادامه روند رشد مصرف در همه بخشها، ميزان عرضه و تقاضاي گاز طبيعي دچار ناترازي شده است. به دليل وجود وابستگي زياد تأمين انرژي كشور به گاز طبيعي، ناترازي اين حامل انرژي منجر به اعمال محدوديت زيادي در تأمين گاز بخشهاي اقتصادي شده كه آسيبهاي فراوان اقتصادي، اجتماعي، سياسي و زيست محيطي را براي كشور ايجاد كرده است. در سال ١٤٠١، ميزان ناترازي به صورت متوسط در سه ماه سرد سال و در سردترين ماه سال به ترتيب ٢٢٧ و ٣١٥ ميليون مترمكعب در روز بوده است.  لذا می توان گفت در حال حاضر با حداقل 300 میلیون مترمکعب ناترازی روزانه گاز طبیعی در زمستان مواجه‌ایم که معادل 210 هزار تن در روز گاز طبیعی در شرایط نرمال می باشد. به جز توسعه طرح های مایع سازی و ذخیره گاز طبیعی شامل LNG و MINI LNG به عنوان تمهیدی کارا جهت ذخیره سازی گاز طبیعی در فصل گرم جهت استفاده در فصل سرد، توجه به توسعه گاز طبیعی مصنوعی(جایگزین) (SNG) می تواند یکی از راهکارهای جبران ناترازی گاز طبیعی در کشور باشد.
معرفی گاز طبیعی مصنوعی  یا جایگزین (SNG)
گاز طبیعی مصنوعی  یا جایگزین (SNG) توصیف کننده  انواع جایگزین های گاز طبیعی است که از نظر ترکیب و خواص تا حد امکان به گاز طبیعی نزدیک هستند.  به جز فرآیند متاناسیون که طی یک واکنش شیمیایی با کمک کاتالیزور در دماهای بالا، دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و هیدروژن را به متان، جزء اصلی گاز طبیعی تبدیل می کند، گاز طبیعی مصنوعی (SNG) عمدتا به عنوان هوا/ گاز مایع (LPG-air) یا هوا/ پروپان نیز شناخته می شود.  این ترکیب یک جایگزین یا مکمل ایده آل برای سوخت گاز طبیعی است گاز SNG تقریباً همان ویژگی‌های احتراق گاز طبیعی را ارائه می‌کند و در بیشتر موارد می‌توان آن را به جای گاز طبیعی بدون تغییر در تجهیزات موجود سوزاند. به این ترتیب، سیستم‌های آماده به کار SNG یک منبع انرژی قابل اعتماد، از نظر اقتصادی مطلوب و سازگار با محیط زیست ارائه می‌کنند که می‌توان به راحتی از آن برای جایگزینی یا تکمیل گاز طبیعی در صورت نیاز استفاده کرد.
در اقتصادهای نوظهور،کارخانه های SNG به شرکت های تاسیساتی گاز محلی اجازه می دهند تا در طول برنامه ریزی و ساخت خط انتقال گاز طبیعی، پایگاه مشتریان خود را ایجاد کنند. در دسترس بودن SNG همچنین باعث رشد تجاری و صنعتی می شود زیرا چنین مشتریانی می توانند تجهیزات گاز طبیعی را قبل از ورود گاز طبیعی نصب کنند. سیستم SNG به دلیل ماهیت مدولار آن می تواند برای پاسخگویی به هر نیاز انرژی طراحی شود. همچنین می تواند به گونه ای طراحی شود که راه حل های متناسب با نیازهای فرآیندی خاص در سناریوهای کاری مختلف ارائه دهد.
گاز مایع و گاز طبیعی (متان) ترکیب شیمیایی و به تبع آن ارزش حرارتی متفاوتی دارند. لذا در صورتی که از گاز LPG به طور مستقیم به عنوان جایگزین گاز طبیعی استفاده شود، ضروری است که تمامی مشعل های تجیزات گاز سوز عوض شود که این کار باعث صرف هزینه، زمان و توقف تولید جهت تعویض ادوات مذکور می گردد. اما در طرح SNG، گاز LPG با هوا به نسبت مشخص ترکیب شده تا مشخصه حرارتی (شاخص Wobbe) گاز LPG با مشخصه حرارتی گاز طبیعی یکسان گردد و بدون نیاز به تغییر مشعلهای تجهیزات از مخلوط گازی LPG / هوا به عنوان جایگزین گاز طبیعی استفاده گردد. هنگامی که LPG با هوا به نسبت صحیح مخلوط شود، مخلوط حاصل با همان ویژگی های گاز طبیعی می سوزد. این نسبت معمولا 55٪ پروپان / 45٪ هوا یا 44٪ بوتان / 53٪ هوا می باشد.
جدول زير مقايسه خواص حرارتي گاز طبيعي و SNG  را نشان مي دهد:


شاخص wobbe از تقسیم ارزش حرارتی ناخالص Gross heating value بر مجذور دانسیته ویژه مخلوط گازی حاصل می شود. مقدار مشابه شاخص  wobbe گاز SNG  حاصل از ترکیب هوا/LPG و  گاز طبيعي باعث ايجاد انرژي حرارتي و مواد حاصل از احتراق مشابه مي گردد. در واقع هر دو اين سوختها به مقدار مشابه هوا براي احتراق نياز دارند.
Wobbe index=GHV/√SG
Wobbe index for NG: 1016.3/√0.6=1312
Wobbe index for SNG: 1502/√1.31=1312
 
سیستم فرایندی تولید
سیستم فرایندی تولید گاز SNG شامل بخش های ذخیره سازی گاز، پمپ انتقال، تبخیر کننده، تولید هوای فشرده، مخلوط کننده و در صورت نیاز مخزن SURGE می باشد.



ذخیره سازی گاز مایع
گاز LPG در فاز مایع 270 برابر نسبت به فاز گازی فشرده تر می گردد و در نتیجه ظرفیت بیشتری از گاز LPG را در فاز مایع را می توان ذخیره نمود. از انواع مخازن استوانه ای و کروی در ظرفیت های متفاوت می توان جهت ذخیره سازی LPG استفاده کرد. بيشينه فشار در مخازن ذخيره 250  psi مي باشد.  درتمامی مخازن موجود در بازار تا 85% حجم از سوخت پر می شود و مابقي15% حجم باقيمانده فضاي بخار LPG براي انبساط احتمالي آن در نظر گرفته می شود.
پمپاژ به تبخیر کننده
سوخت   LPGبه درون تبخیر کننده یا Vaporizer بوسيله پمپ فرستاده مي شود. پمپ نمودن LPG در سيستم SNG بحراني ترين و مهمترين مرحله آن مي باشد. اين مساله يك دليل بسيار ساده داشته و آن هم پمپ نمودن در شرايطي مخالف شرايط اب و هوايي موجود و فشار نسبتا بالا توسط قطعات گردنده و دوار مي باشد. موتورهاي معيوب، نشت در آب بندي پمپ يا مشكل در فشار برگشتي از رگلاتورها مي تواند باعث از كار افتادن سيستم SNG گردد. به همين دليل در بيش از 80% از سيستمهاي SNG از سيستم پمپ دوتايي استفاده می گردد.
تبخیر کننده
همان گونه که پیش تر گفته شد به منظور افزایش ظرفیت ذخیره سازی، LPG در فاز مایع در مخازن ذخیره می گردد. لذا به منظور ترکیب مناسب با هوا باید در ابتدا در تجهیزی به نام تبخیر کننده تبدیل به فاز گازی گردد. تبخیر کننده در انواع مختلف از قبیل شعله مستقیم، حمام آبی و نوع الکتریکی یا برقی و در ظرفیت های مختلف قابل استفاده است. بيش از 70% سيستمهاي Vaporizer از حمام آب گرم براي تبديل مايع به بخار استفاده مي كنند. بعضي از شركتها مانند EEI براي راندمان بهتر پيشنهاد مي كنند كه اندازه اين حمام بين 10 تا 15 در صد بزرگتر از آنچه محاسبه شده است ساخته شود.
تولید هوای فشرده
این بخش شامل تجهیزاتی مثل پمپ ها، کمپرسورها و خشک کن ها (جهت حذف رطوبت هوا) می باشد که وظیفه تزریق هوای فشرده خشک به سیستم را بر عهده دارد. کارخانجات و صنایعی که واحد تولید هوای فشرده آن ها توان تولید هوای مورد نیاز سیستم SNG را داشته باشد نیازی به این بخش ندارند و تنها می توان یک انشعاب از سیستم موجود اخذ و به سیستم SNG متصل نمود.
 مخلوط کننده
در این تجهیز هوای تولید شده و گاز مایع خروجی از کوره واحد تبخیر کننده با نسبت مشخص (بسته به ترکیب پروپان و بوتان در LPG مورد استفاده) ترکیب می گردد. در این بخش می توان از تجهیز کنترلی Wobbe Index Analyzer جهت تثبیت شاخص wobbe مخلوط و پایش ان در مقادیر مورد نیاز  به روش کنترل پس خور بر ترکیب درصد هوا/ LPG استفاده نمود.
مزایای سیستم گاز رسانی SNG
ازجمله مزایا و خصوصيات اين سيستم مي توان به موارد ذيل اشاره نمود:

1. سيستم سوخت رساني مشابه سيستم سوخت رساني گاز طبيعي: در واقع برخلاف سوختهايي مانند گازوئيل نياز به سيستم لوله كشي و رگلاتور مجزا ندارد و همين امر موجب كاهش هزينه هاي نصب سيستم سوخت رساني مي گردد كه اين خصوصا در صنايع بزرگ مي تواند مبالغ بالايي را شامل گردد.
   تداوم سوخت رساني بدون قطع جريان سوخت: مخلوط هوا و پروپان/بوتان بصورت بسيار ساده به بعد از ايستگاه تقليل فشار و كنتور و قبل از ورود به ساختمان يا محل مصرف به سيستم سوخت رساني متصل مي گردد. همين  امر باعث مي گردد كه در زمان قطع جريان گاز طبيعي به راحتي بتوان خط توليد SNG را وارد مدار نموده و بدون قطع جريان سوخت به كار توليد ادامه داد.
   احتراق مشابه گاز طبيعي: خواص احتراقي(حرارت توليدي) و نیاز به هوا جهت احتراق هر دو سوخت مشابه يكديگر مي باشد كه اين خود از مزاياي بسيار خوب SNG مي باشد.
   فشار مشابه گاز طبيعي: در واقع در سيستم توليد SNGمي توان گازي توليد نمود كه فشار آن مشابه فشار مورد نياز سيستم سوخت رساني به مجموعه مورد نظر بوده كه اين امر موجب مي گردد بتوانيم خروجي سيستم SNG را به راحتي به ورودي سيستم سوخت رساني متصل كرده و از آن بدون تغيير در سيستم استفاده نماييم.

نتیجه گیری
همانگونه که پیشتر اشاره شد حجم ناترازی گاز طبیعی برابر با 18 میلیون تن در سه ماهه سرد سال است که حدودا معادل 9 میلیون تن LPG مورد استفاده در SNG جهت جبران این ناترازی است.  این در حالی است که حجم صادرات LPG در سال 1402 حدود 6.5 میلیون تن گزارش گردیده است. گاز LPG ایران با تخفیفات حدود 140 دلار بر تنی نسبت به قیمت قراردادی ارامکو در حوالی قیمت های 400 تا 500 دلار بر تن صادر می شود. در صورت ترکیب LPG با حدود 50 درصد هوا قیمت SNG بدون احتساب هزینه فراورش حدود 200 تا 250 دلار بر تن خواهد بود که به قیمت فروش گاز طبیعی به نرخ هر متر مکعب 7000 تومان بر اساس دلار آزاد نزدیک خواهد بود.  لذا LPG  صادراتی به میزان 6.5 میلیون تن در سال در صورت بکارگیری در سیستم های تولید SNG می تواند حدود 170 میلیون متر مکعب ناترازی گاز در فصل زمستان را برای صنایع مصرف کننده سوختی (و نه واکنشی) گاز نظیر کارخانجات تولید سیمان، فولاد و نیروگاه ها را در فصل سرد سال بر طرف نماید. این در حالی است که آمارهایی نیز از مشعل سوزی LPG در پالایشگاه های نفت و گاز وجود دارد که می تواند در صورت جمع آوری پتانسیل تولید SNG در کشور را افزایش دهد.
 
دکتری مهندسی شیمی و کارشناس مدیریت کسب و کار در صنعت گاز،پالایش و پتروشیمی