Hidrokarbon esaslı bir gaz karışımı olan doğal gazın içeriği, çıkarıldığı kaynağa göre değişebilmektedir. Türkiye‟nin Rusya‟dan ithal ettiği doğal gazın 15C sıcaklık ve 1.01325 bar basınçtaki içeriği, Tablo.2 de verilmiştir.
Doğal gazın yoğunluğu 0.74-0.98 kg/m3 arasında, üst ısıl değeri 9200-12975 kcal/kg arasında, alt ısıl değeri 6450-11700 kcal/kg arasında değişebilmektedir. İçeriğindeki metan oranı yüksek olan doğal gaz „H‟ tipi, düşük olan „L‟ tipi olarak adlandırılmaktadır.
| İçerik | Garanti edilen | Fiili |
| Metan (CH4) | Min %85 | % 98.68 |
| Etan (C2H6) | max % 7 | % 0.211 |
| Propan (C3H8) | max % 3 | % 0.043 |
| Bütan (C4H10) | max % 2 | % 0.017 |
| Diğer hidrokarbonlar (CmHn) | max % 1 | % 0.033 |
| Karbondioksit (CO2) | max % 3 | % 0.035 |
| Oksijen (O2) | max % 0.02 | – |
| Azot (N2) | max % 5 | % 0.829 |
| Hidrojensülfür (H2S) | max 5.1 mg/m3 | |
| Toplam kükürt (S) | max 102 mg/m3 | |
| Üst ısıl değer max MJ/m3 (kcal/m3) | 39.02 (9335) | |
| Üst ısıl değer Ortalama MJ/m3 (kcal/m3) | 37.62 (9000) | 37.41 (8950) |
| Üst ısıl değer min MJ/m3 (kcal/m3) | 36.57 (8750) |
Tablo 2: Rusya‟dan ithal edilen doğal gazın içeriği
Doğal gaz %5-15 oranında hava ile karıştığında, kapalı ortamlarda bir kıvılcımla patlayarak yanabilir. Doğal gazın tutuşma sıcaklığı 640C civarındadır. Alev hızı 0.41 m/s dir. Tüketime sunulan doğal gaz içerisinde kükürt bulunmamaktadır. Yanma ürünleri içinde diğer yakıtlara göre yüksek düzeyde, yaklaşık %19 oranında su buharı bulunmaktadır. Tablo.3 de doğal gazın diğer gaz yakıtlarla; Tablo.4 de ise, sıvı ve katı yakıtlarla karşılaştırılması verilmektedir.
| Hava gazı | LPG | Doğal gaz | |
| Yoğunluk kg/m3 | 0.56 | 2.59 | 0.76 |
| Alt Isıl değer MJ/m3 (kcal/m3) | 19.45 (4650) | 114.72 (27445) | 35.86 (8580) |
| Zehirlilik | Zehirli | Zehirsiz | Zehirsiz |
| Patlama aralığı | % 5-30 | % 1.5-9 | % 5-15 |
| Yanma hızı m/s | 1 | 0.48 | 0.43 |
Tablo.3: Doğal gazın diğer gaz yakıtlarla karşılaştırılması
| Kömür | Fuel oil | Doğal gaz | |
| Karbon oranı % | 77.4 | 84.58 | 73.98 |
| Hidrojen oranı % | 1.4 | 10.9 | 24.57 |
| Kükürt oranı % | 1 | 4 | – |
| Kül oranı % | 8 | – | – |
| Alt Isıl değer kJ/kg (kcal/kg) | 27215 (6500) | 38500 (9200) | 47880 (11440) |
| Baca gazı su buharı oranı % | 1.8 | 8.1 | 16.9 |
| Baca gazı SO2 oranı (ppm) | 1.644 | 5.5 | – |
| Baca gazı çiğlenme noktası C | 35 | 49 | 56 |
| Ocak sıcaklığı C | 900 | 1200 | 1500 |
| Teorik özgül hava miktarı | 6.3 Nm3/kg | 10.4 Nm3/kg | 9.3 Nm3/m3 |
| Hava fazlalık katsayısı | 1.4 – 2 | 1.2 – 1.3 | 1.05 – 1.1 |
| Teorik özgül duman miktarı | 6.7 Nm3/kg | 10.8 Nm3/kg | 10.7 Nm3/m3 |
| Gerçek özgül duman miktarı | 10.5 Nm3/kg | 13.4 Nm3/kg | 11.6 Nm3/m3 |
| Alev ışınım katsayısı | 0.55 – 9.8 | 0.45 – 0.8 | 0.3 – 0.5 |
Tablo.4: Doğal gazın katı ve sıvı yakıtlarla karşılaştırılması
Doğal Gaz Üretim, Depolama ve Taşıma Sistemleri
Organik teoriye göre doğal gaz, milyonlarca yıl önce yaşamış bitki ve hayvan artıklarının yeryüzü tabakaları arasında sıkışarak basınç ve sıcaklık etkisi altında oksijensiz ortamda değişikliklere uğraması sonucu oluşan hidrokarbon ve hidrokarbon olmayan gazların oluşturduğu bir gaz karışımıdır. Doğal gaz yer altında, gözenek çapı 1 mm civarında olan gözenekli tortul kayaçlar içinde bulunmaktadır.
Dünyada en büyük doğal gaz yatakları Rusya‟nın Sibirya bölgesindedir. İran, Türkmenistan, Cezayir, Hollanda, ABD zengin yataklara sahip ülkelerdir. Türkiye‟de doğal gaz yatakları, Trakya‟da Hamitabat ve Güneydoğu Anadolu bölgesindedir.
Doğal Gaz Üretim Sistemleri
Kuyudan çıkarılan doğal gaz içerisinde yüksek oranda metan, ağır hidrokarbonlar, azot, karbondioksit, hidrojensülfür ve kükürt bileşikleri bulunmaktadır. Gaz kullanıma uygun duruma getirilmek üzere değişik işlemlerden geçirilir. Böyle bir işleme sistemi, şekil.1 de şematik olarak verilmiştir.
Şekil-.1: Doğal gaz üretim ve işleme sistemi
Sistemdeki gaz-sıvı ayırma bölümünde, ham doğal gaz içinde sıvı fazdaki hidrokarbonların ve serbest suyun ayrılması sağlanır. Gaz-su buharı arıtma bölümünde, gaz içindeki su buharının alınması için glikol kullanılmakta ve sonrasında kuru gaz şeklinde satışa sunulmaktadır.
Doğal Gaz Depolama Sistemleri
Doğal gazı olmayan veya yeterli miktarda doğal gaz üretemeyen ülkeler için, ileriye dönük veya mevsimsel ihtiyaçları karşılamak amacıyla depolama gerekli bir işlemdir. Doğal gaz aşağıdaki yöntemlerle depolanabilir.
- Boru hatları içinde
- Tükenmiş doğal gaz ve petrol yatakları, yer altı veya tuz mağaralarında
- Su tutucu özelliği olan yapılarda (akiferlerde)
- Çelik tanklarda yüksek basınç altında veya sıvılaştırılmış halde (LNG)
Boru hatlarında ve çelik tanklarda yapılan depolama yönteminde gaz yüksek basınç altındadır. Yer altı depolama tekniğinde, yer altı tabakasının gazı içine alması ve tutması için yeterli geçirgenlik ve gözeneklilik özelliğine ve gazın yeryüzüne sızmasını önleyecek bir üst kayaca sahip olması gerekir.
Doğal gaz atmosfer basıncında -161.5C da sıvılaştırılmaktadır. 1 m3 sıvılaştırılmış doğal gaz, işletme şartlarında yaklaşık 650 m3 doğal gaza eşdeğerdir. Basınç arttırıldığında doğal gazı daha yüksek sıcaklıklarda (17 bar basınçta -92C da) sıvılaştırmak mümkündür. Sıvılaştırma işlemi genellikle kademeli soğutma yöntemiyle gerçekleştirilmektedir.
Doğal Gaz Taşıma Sistemleri
Doğal gaz yüksek basınç altında boru hatlarıyla, sıvılaştırılmış halde gemilerle taşınmaktadır. Gemi taşımacılığında gaz, -161.5C da sıvılaştırılır ve özel olarak yapılmış tankerlerle taşınır. Büyük kapasiteli tankerlerle 70 milyon m3 doğal gaza eşdeğer miktarda sıvılaştırılmış gaz taşınabilmektedir. Gemilerle taşınan gaz, karada çelik tanklarda depolanmaktadır. Boru taşımacılığında taşıma basıncı genellikle 70 bar dır. Bu basınç taşıma maliyetinin en düşük olduğu değerdir. Ana elemanlar, borular ve kompresör istasyonlarıdır. Boru hattının taşıyabileceği gaz miktarı, boru hattının malzeme özelliklerine bağlı olarak işletme basıncı ile ilişkilidir. Uzun mesafe gaz taşımacılığında gaz debisi için, Penhandle bağıntısı kullanılır.
V = 435,87 * E * Tatm/Patm * [(P1²-P2²)^0,5394 / (G^0,8339 * L* T)] * D^2,6182 (feet³/gün)
E : Boru hattı verim faktörü (0.88-0.94)
G : Gazın bağıl yoğunluğu [-]
P1, P2 : Boru giriş ve çıkış basınçları [psi]
Tatm, T : Atmosferik ve ortalama akış sıcaklığı [R‟] , (mutlak sıcaklık Rankine 1R‟=459.7 F)
D : Boru iç çapı [inç]
L : Boru hattı uzunluğu [mil], (1 mil=1652 m)
Türkiye’de diğer bazı doğalgaz ithal eden ülkeler gibi doğalgaz arz kaynaklarının çeşitlendirilmesi, arz güvenliğinin ve arz esnekliğinin arttırılması için hem baz yük tesisi olarak çalıştırmak hem de ihtiyaç duyulduğunda pik düşürücü olarak devreye sokulmak üzere Marmara Ereğlisi’nde LNG İthal Terminali yapılmıştır. 1994 yılında işletmeye alınan terminalin sürekli enjeksiyon kapasitesi 685.000 m3/saattir.
Basınç Düşürme ve Ölçüm İstasyonları
Basınç düşürme ve ölçüm istasyonları giriş basınçlarına göre A, B, C tipi olmak üzere üçe ayrılır. Basınç düşümü ve ölçüm yapan istasyonlar “RMS” (Regulating Measuring Station), sadece basınç düşümü yapan istasyonlar “RS”, sadece ölçüm yapan istasyonlar “MS” olarak adlandırılır.
A Tipi İstasyon: 75-35 bar giriş basıncını 19-12 bar çıkış basıncına düşürür. Gazı istasyona giriş ve çıkış hızları en çok 20 m/s değerindedir. İehirlerin girişlerinde, büyük organize sanayi bölgeleri, doğal gazdan elektrik üreten otoprodüktör grupları için kurulurlar. Doğal gaz bu istasyonlarda kokulandırılır. Kokulandırıcı madde olarak çürük sarımsak kokusunu andıran tetra hidro teofen (THT) 7-25 mg/m3 oranında kullanılmaktadır.
B Tipi İstasyon: 19 – 12 bar giriş basıncını 4-1 bar basınca indirir. . Gazı istasyona giriş hızı en çok 20 m/s, istasyondan çıkış hızı en çok 25 m/s değerindedir. İehir içinde belirli bölgelerde ve organize sanayi bölgelerinin girişinde bulunurlar.
C Tipi İstasyon: 4 bar giriş basıncını 1 bar, 300mbar veya 21 mbar‟a düşürür. Bina, endüstriyel tesislerin girişinde bulunur.
Türkiye’de Doğal Gaz İletim Hatları
1987 yılında ilk bölümü işletmeye alınan Türkiye doğal gaz boru hattı, Bulgaristan sınırından Malkoçlar yöresinden girerek, İstanbul, Kocaeli, Bursa, Eskişehir hattı boyunca 1988 yılında Ankara‟ya kadar 850 km lik bir mesafe katetmiştir. Bu hattın işletme basıncı 75 bar ve tasarım sıcaklığı 50C dır. Ayrıca, mavi akım adı altında yapımına 2001 yılında başlanan Rusya‟dan Karadeniz altından Samsun‟a gelen ve Ankara‟ya yönlenen hat 2003 yılında, Orta Asya ve Kafkaslardan Türkiye‟nin doğu bölgesine gaz getiren hat 2007 yılında hizmete girmiştir.
2012 yılı itibarıyla doğal gazın Türkiye‟deki durumu
Doğal Gaz Alım Anlaşmaları
| Mevcut Anlaşmalar | Miktar (Milyar m³/yıl) | İmzalanma Tarihi | Süre (Yıl) | Durumu | Gaz teslimat yılı |
| Rus.Fed. (Batı) | 6 | 14 şubat 1986 | 25 | Devrede | 1987 |
| Cezayir (LNG) | 4 | 14 Nisan 1988 | 20 | Devrede | 1994 |
| Nijerya (LNG) | 1.2 | 9 Kasım 1995 | 22 | Devrede | 1999 |
| İran | 10 | 8 Ağustos 1996 | 25 | Devrede | 2001 |
| Rus. Fed. (Karadeniz) | 16 | 15 Aralık 1997 | 25 | Devrede | 2003 |
| Rus. Fed. (Batı) | 8 | 18 Şubat 1998 | 23 | Devrede | 1998 |
| Türkmenistan | 16 | 21 Mayıs 1999 | 30 | – | – |
| Azerbaycan | 6.6 | 12 Mart 2001 | 15 | Devrede | 2007 |
(Kaynak: BOTAŞ)
Doğal Gaz Kullanım Alanları
Doğal gaz konutlarda; pişirme, ısıtma ve kullanma sıcak suyunun üretiminde Sanayide; sıcak su, buhar üretimi, kojenerasyon ve trijenerasyon uygulamalarında sıcak su ve buhar üretiminde, Yakıt olarak araçlarda ve soğutma amaçlı olarak iklimlendirme işlemlerinde kullanılır.
