Gaz doskonały - stosuje się ściśle do praw gazowych, ma stałe ciepło właściwe.

Gaz półdoskonały - stosuje się ściśle do praw gazowych, nie ma stałego ciepła właściwego.

Gaz rzeczywisty - odchylenia od praw gazowych, nie ma stałego ciepła, cząsteczki oddziałują na siebie i posiadają objętość własną.

1. Podział gazu

- naturalny

- sztuczny

Gaz ziemny - głównym składnikiem są węglowodany nasycone alifatyczne CnH2n+2. Główny podskładnik to metan CH4.

Gaz sztuczny - gaz palny uzyskiwany na drodze zgazowania lub odgazowania węgla (koksowniczy, miejski).

Inny sposoby uzyskiwania gazu sztucznego to konwersja metanami polegająca na przemianie metanu pod wpływem pary wodnej lub CO2 w wysokiej temp.

Do gazów naturalnych zaliczamy biogaz oraz gaz pochodzący z odmetanowiania kopalń węgla kamiennego.

Podział gazu ze względu na ilość metanu:

- wysokometanowy zawiera max ilość metanu ok. 98-99% (rejon Karpat, Podkarpacie)

- zaazotowany zawiera w swym składzie pewne ilości azotu >20% (jest małokaloryczny), (Niż Polski).

2. Własności gazu i parametry stanu:

Własności:

- skład, gęstość, wartość opałowa, ciepło spalania, liczba Wobbego, granice wybuchalności, warunki spalania.

Parametry stanu czynnika określają nam chwilowy stan gazu:

- temperatura, ciśnienie, objętość.

3. Analiza jakościowa gazu:

Pobór próbki gazu:

Do analizy należy pobrać reprezentatywną próbkę gazu, która została wyodrębniona z całej partii analizowanego gazu.

Partia gazu - ilość gazu, która została wyprodukowana lub jest transportowana w określonej jednostce czasu.

Przy poborze próbki gazu należy zwrócić uwagę na:

- miejsce poboru próbki, które uzależnione jest od celu analizy. Należy pamiętać, aby nie pobierać próbek z tzw. przestrzeni martwej (końcówka gazociągu) oraz w miejscu łączenia się kilku gazociągów.

- należy pamiętać o głębokości zapuszczenia sondy. Im większa średnica tym głębiej zapuszczamy sondę.

- objętość pobranej próbki powinna zapewniać wykonanie conajmniej dwóch analiz z uwzględnieniem konieczności przedmuchania aparatury pomiarowej.

- próbkę gazu pobieramy przy nadciśnieniu poprzez reduktor lub też przy podciśnieniu przy użyciu urządzenia ssącego

- próbkę pobieramy jednorazowo w sposób bezpośredni tzn. wprost do aparatury pomiarowej gdzie analiza wykonywana jest na miejscu poboru próbki

- pobranie próbki średniej w sposób pośredni do pipet pomiarowych szklanych lub też aspiratorów metalowych, jeżeli próbka pobierana jest przy podwyższonym ciśnieniu. Przy bardzo wysokim ciśnieniu próbkę pobiera się do butli stalowych.

- należy zapewnić bezwzględną szczelność aparatury np. przez wypełnienie pipet solanką.

4.Oznaczenie składu gazu: możemy prowadzić przy użyciu analizatora ręcznego (aparatu Orsata). Działa on na zasadzie pomiaru zmiany objętości badanej próbki gazu po selektywnej absorpcji poszczególnych składników w odpowiednio dobranych odczynnikach chemicznych. Aparatem tym oznaczamy:

- dwutlenek węgla w roztworze KOH

- tlen w roztworze kwasu pirogalusowego

- tlenek węgla w amoniakalnym roztworze chlorków miedzi

- węglowodory nienasycone absorbuje się na dymiącym kwasie siarkowym

- węglowodory nasycone

- wodór spalany w temp 300°C.

Do analizy pobieramy 100 jednostek objętościowych, więc zmiana objętości jest udziałem procentowym danego składnika w mieszaninie.

5. Analiza chromatograficzna:

1. zbiornik gazu nośnego

2. regulator przepływu gazu 3. układ osuszania i odtleniania 4. przepływomierz gazu nośnego

5. dozownik 6. kolumna 7. detektor 8. termostat kolumnowy 9. regulator temp10. urządzenie dozujące 11. wzmacniacz sygnału detektora 12. komputer z drukarką.

Analiza ta pozwala określić skład mieszaniny gazowej. Podstawą chromatografii jest rozdzielenie w kolumnie badanej mieszaniny związków pomiędzy dwie fazy: ruchomą (gaz nośny) oraz nieruchomą (wypełnienie kolumny). Poszczególne związki mieszaniny przemieszczają się z odmiennymi prędkościami zależnymi od współczynnika podziału każdego z nich pomiędzy dwie fazy.

Na wyjściu z kolumny rozdzielone związki analizowane są przez detektor a następnie wynik rejestrowany w postaci pików na tzw. chromatogramie. Jako gaz nośny stosuje się wodór, hel, azot, argon. Wypełnienie kolumn zależne jest od układu chromatograficznego. W przypadku chromatografii adsorpcyjnej gaz - ciało stałe wypełnienie stanowi aktywny sorbent np. węgiel aktywny, sita molekularne lub żel krzemionkowy. Natomiast w układzie gaz - ciecz (chromatografia podziałowa) wypełnienie kolumny stanowi ciało stałe obojętne np. ziemia okrzemkowa na powierzchni, której nanosi się ciecz aktywną wysokowrzącą np. alkohol.

6. Adsorpcja i absorpcja:

Adsorpcja - zatrzymywanie cząsteczek gazu na powierzchni ciała stałego. Jeżeli jest prowadzona siłami Wan der Waalsa to jest to adsorpcja fizyczna. Jeżeli na powierzchni ciała stałego o dużej powierzchni kontaktu zachodzi reakcja mamy do czynienia z adsorpcją chemiczną.

Absorpcja - pochłanianie gazu przez ciecz i odbywa się na drodze dyfuzji fazy gazowej do fazy ciekłej. Absorpcja może być fizyczna lub chemiczna - czyli połączona z reakcją pomiędzy cieczą a czynnikiem który chcemy usunąć.

Adsorpcja daje lepsze efekty. Stosuje się ją tam gdzie są małe zanieczyszczenia.

7. Typy detektorów:

1. cieplno - przewodnościowy - działa na zasadzie zmiany przewodnictwa cieplnego różnych gazów. Gazem nośnym jest wodór lub hel charakteryzujące się max przewodnictwem cieplnym. W przypadku pojawienia się w detektorze gazu badanego zostaje zaburzona równowaga układu przy czym wielkość sygnału tego zaburzenia przekazywana jest do rejestratora w postaci piku.

2. płomieniowo - jonizacyjny - działa na zasadzie zmiany oporu elektrycznego płomienia wodorowego podczas wprowadzenia do niego śladowych ilości związków organicznych. Cząsteczki te ulegają jonizacji a wielkość powstałego prądu zależy od liczby cząsteczek czyli od ilości danego gazu. W tym przypadku gazem nośnym nie może być wodór.

8. Gęstość gazu:

Gęstość właściwa gazu - stosunek masy do objętości

Gęstośc względna - stosunek gęstości gazu do gęstości powietrza

1nm³ - miara ilości gazu, która w warunkach normalnych zajmuje objętość 1m³.

Sposoby pomiaru gęstości:

1. bezpośrednia

- statyczne - pomiar za pomocą piknometru gazowego przy użyciu wagi gazowej Luksa - określa się siłę wyporu ciała umieszczonego w badanym gazie.

- dynamiczne - oparta jest na wykorzystaniu zależności pomiędzy prędkością wypływu gazu przez bardzo małe otwory (zwężkę) a gęstością tego gazu. Jest to zjawisko fuzji. Przyrząd to efuzjonet. Kwadraty czasu wypływu badanego gazu są wprost proporcjonalne do gęstości względnej tych gazów.

2. pośrednia - metoda obliczeniowa.

r - udział obj. danego składnika w mieszaninie

9. Własności palne gazu:

Kryteria użyteczności gazów palnych:

1. ciepło spalania - ilość ciepła jaką otrzymuje się podczas całkowitego spalania 1nm³ gazu przy czym woda w produktach spalania występuje w postaci cieczy a temp produktów spalania = temp gazu przed spaleniem.

c - ciepło wł. wody

m - masa wody, która przepłynęła przez kalotrymetr

t₁, t₂ - temp przed i po wyjściu z kalorymetru

V_n - ilość gazu, która uległa spalaniu podczas pomiaru przeliczona na warunki normalne. Aparat - kolorymetr Junkersa.

2. wartość opałowa gazu - jest to ilość ciepła jaką otrzymuje się podczas całkowitego spalania 1nm³ gazu przy czym woda w produktach spalania występuje w postaci pary a temp produktów spalania = temp gazu przed spaleniem. Wartość opałowa dla gazu wynosi 15-16,7 MJ/m³.

Ciepło spalania jest większe od wartości opałowej o ciepło kondensacji pary wodnej wydzielonej podczas spalania gazu.

W - ilość wody, która została wydzielona podczas spalania przeliczona na m³ spalonego gazu

2,512 - ilość ciepła , która wydzieli się przy kondensacji 1kg wody.

3. Liczba Wobbego

s_g - gęstość względna gazu.

Jest miara ilości ciepła dostarczonego przez palnik w jednostce czasu przy zachowaniu stałego ciśnienia. Gdy zmienia się liczba Wobbego to dla uzyskania takiego samego obciążenia cieplnego należy zmienić ciśnienie gazu aby zachowana była rozszerzona liczba Wobbego.

p - ciśnienie

10. Rodzaje spalania

1. ustabilizowane - jest to spalanie ze stałą prędkością przy czym ciśnienie gazów spalinowych utrzymuje się na stałym poziomie w wyniku przekazywania ciepła na drodze przewodnictwa ciepła i promieniowania od warstwy palącej się do warstwy nie objętej reakcją spalania. Prędkość przesuwania się płomienia wynosi od 0,3 do 5 m/s (spalanie w palnikach)

2. wybuchowe

Wybuch - gwałtowna niekontrolowana reakcja rozprzestrzeniania się płomienia na zasadzie przewodnictwa cieplnego połączona z gwałtownym rozprężaniem się powstałych gazów spalinowych.

3. detonacyjne - występuje w długich przewodach gazowych wypełnionych mieszaniną powietrzno- gazową gdzie po zapoczątkowaniu spalania powstałe gazy spalinowe sprężają przyległe warstwy mieszaniny wówczas powstaje fala uderzeniowa poruszająca się z ogromną prędkością
1-3km/s i powstaje miejscowe przewyższenie ciśnienia nawet do 8MPa.

11. Granice wybuchowości. Minimalne sprężenie gazu palnego w mieszaninie powietrzno-gazowej, przy którym płomień jeszcze się rozprzestrzenia nazywa się dolną granicą wybuchowości. Dla gazu ziemnego 5%.

Maksymalne stężenie gazu palnego w mieszaninie powietrzno-gazowej, przy którym płomień bez dopływu powietrza z zewnątrz jeszcze się rozprzestrzenia nazywa się górną granicą wybuchowości. Dla gazu ziemnego 15%.

12. Nawanianie gazu:

Substancje, które spełnią wymagania nawaniania to substancje, które:

- nie mogą być szkodliwe dla człowieka

- powinny dawać charakterystyczny zapach

- nie mogą reagować ze stalami

- nie mogą rozpuszczać się w smarach

- z małą ilością siarki

- nie mogą ulegać adsorpcji na ściankach rurociągu jak też w glebie.

(siarczki, dwusiarczki, merkaptan).

Odorany - substancje stosowane do nawaniania. Podajemy 15-30mg/m³.

Stosowana jest 5-stopniowa skala nawaniania. Poziom 2 nazywamy zapachem ostrzegawczym i odpowiada on 1/5 wartości DGW.

Systemy nawaniania.

1. lokalny - polega na usytuowaniu nawanialni przy stacjach redukcyjno-pomiarowych wysokiego ciśnienia po pierwszym stopniu redukcji. Wymaga on dużych ilości nawanialni. Zaletą jest małe zużycie odoraniu w stosunku do nawanialni centralnych ponieważ nawaniany jest tylko gaz do sieci dystrybucyjnej.

2. centralny - polega na osadowieniu nawanialni w sieci przesyłowej zasilającej większy obszar kraju. Wadą jest znaczne zużycie odoraniu z uwagi na odbiór gazu, nawanianego zarówno przez sieć dystrybucyjną jak i przez zakłady przemysłowe. Zaleta tego systemu jest mniejsza ilość obsługi przy pełnej automatyzacji procesu co prowadzi do zmniejszenia kosztów.

Metody nawaniania:

1. metoda odparowania przy bezpośrednim kontakcie z przepływającym gazem - polega na przejściu ze stanu ciekłego w stan gazowy proporcjonalnie do strumienia przepływającego gazu. Skuteczność zależy od temp, cień, prężności pary ośrodka nawaniającego, czasu kontaktu, wielkości powierzchni miedzyfazowej. Wadą tej metody jest to, że nie zapewnia ona stałości nawonienia gazu.

2. metoda dozowani odorantu do gazociągu za pomocą urządzeń wtryskowych - charakteryzuje się stałością nawonienia gazu dzięki układom automatyki, które sterują pompa dozującą w zależności od natężenia przepływającego gazu.

W okresie przewonienia stosuje się dwu lub trzykrotnie większą dawkę uderzeniową jednak nie przekraczającą 60mg/m³.

Kontrola stopnia nawonienia gazu: Intensywność zapachu należy kontrolować na początku sieci w celu sprawdzenia wymaganej intensywności zapachu oraz na końcu sieci w celu wykrycia ewentualnego osłabienia zapachu spowodowanego oddziaływaniem zanieczyszczeń i korozji gazociągu. Kontrolę tą prowadzi się poprzez: oznaczenie zawartości THT metodą chromatograficzną lub analityczną, pomiar zużycia THT na stacjach bez stałej obsługi, oznaczenie zawartości THT przy użyciu rurek wskaźnikowych, określenie intensywności zapachu przy pomocy kolorymetru (wywołanie barwnej reakcji w rurkach wskaźnikowych).

13. Analiza ilościowa:

Pomiar temp w gazownictwie - temp gazu mierzy się termometrami cieczowymi lub też przy uzyciu termometrów oparowych lub termopary.

Pomiar ciśnienia

- hydrostatyczne, których zasada działania polega na równoważeniu mierzonego ciśnienia słupem cieczy manometrycznej, którego wielkośc mierzy się bezpośrednio lub wyznacza na drodze obliczeń.

- sprężynowe, w których mierzone ciśnienie równoważone jest siłą sprężystości różnego rodzaju elementów prężnych. Odkształcenia tego elementu są miara wielkości ciśnienia.

- tłokowe, w których siła wywołana ciśnieniem mierzonym z jednej strony tłoka równoważona jest siłą zewnętrzną przyłożoną z drugiej strony tłoka.

- elektryczne, w których zasada działania oparta jest na zmianie własności elektrycznych pewnych materiałów pod wpływem ciśnienia.

Najczęściej stosuje się hydrostatyczne i sprężynowe.

Pomiar objętości - metody:

1. laboratoryjne

Przyrządy z grupy przyrządów prędkościowych:

* przepływomierz kapilarny działa na zasadzie pomiaru spadku ciśnienia statycznego gazu przepływającego przez przewężenie przewodu gazowego. Elementem dławiącym jest rurka kapilarna, która zapewnia laminarny charakter przepływu i pozwala uzyskać prostoliniową zależność pomiędzy spadkiem ciśnienia a wielkością przepływu. Długość kapilary jest 100x dłuższa od jej średnicy.

* rotometr jest to przyrząd o stałym spadku ciśnienia. Składa się z rurki szklanej kalibrowanej przez którą przepływa gaz unosząc osadzony w niej pływak. Wartość wydatku odczytuje się z wysokości położenia pływaka.

* przepływomierz termoelektryczny stosowany jest głównie w laboratoryjnej aparaturze pomiarowej działającej pod wysokim ciśnieniem. Pomiar polega na pomiarze temp gazu przed i po nagrzaniu.

Przyrządy z grupy przyrządów objętościowych:

* gazomierz mokry

* gazomierz suchy

2. przemysłowe

* gazomierz miechowy o dużej pojemności komór

* rotorowy

* turbinowy

Gazomierz zwężkowy - elementem pomiarowym jest zwężka pomiarowa. Zwężki dzielimy na kryzy i dysze. Zwężka jest to element, który wstawiony w gładki i prosty odcinek gazociągu powoduje jego zwężenie. Przy tych gazomierzach wyróżnia się dwa rodzaje odbioru ciśnienia: szczelinowy i punktowy. Oba te sposoby stosowane są przy tzw. przytarczowym odbiorze ciśnienia. Sposób pomiaru - tzw. odbiór ciśnienia sposobem d i d/2 oraz sposobem kołnierzowym.

Układy pomiarowe:

1. Układ U-1 stosowany do przepływów do 5000m³/h. Posiada jeden odcinek pomiarowy z bajpasem a w odcinku pomiarowym może być zainstalowany dowolny gazomierz z pośród turbinowych.

2. Układ U-2 stosowany do przepływów od 5000 do 50000 m³/h. powinien posiadać jeden lub kilka odcinków pomiarowych użytkowych oraz jeden odcinek kontrolny. Zarówno gazomierz kontrolny jak i pomiarowy może być gazomierzem zwężkowym lub turbinowym.

3. Układ U-3 stosowany do przepływów od 50000 do 250000m³/h. Posiada jeden lub kilka odcinków pomiarowych urzytkowtch oraz jeden odcinek pomiarowy rezerwowy. W każdym z tych odcinków znajduje się gazomierz roboczy oraz włączony szeregowo gazomierz kontrolny. Należy używać tu gazomierzy turbinowych i zwężkowych przy czym w każdym z odcinków pomiarowych powinny być dwa rodzaje gazomierzy.

14. Osuszanie:

Celem osuszania jest:

- Zapobieganie wytrącania się żywej wody. Może ona powodować powstawanie korków lodowych, kwasu węglowego i kwasu siarkowodorowego.

- Zapobieganie powstawaniu gazohydratów. Gazohydraty powstają gdy wydziela się żywa woda. Wytrącają się w postaci ciał stałych. Warunki powstania: wysokie ciśnienie, niska temp, obecność wody w stanie ciekłym.

Określenie zawartości wody w gazie. Woda w gazie jest zawsze od momentu wydobycia. Znajduje się ona w postaci:

- termodynamicznej

- w postaci kropelek.

Metody osuszania:

1. metoda adsorpcyjna

* sita molekularne typu 3A, 4A i czasami 10A.

* sylikażel wąskoporowaty

* tabletki różnego typu na bazie CaCl₂.

2. metoda absorpcyjna.

Kontrole procesu osuszania prowadzi się poprzez:

- pomiar temp kontaktu gaz-ciecz absorberze

- pomiar temp w kolumnie regeneracyjnej, która nie powinna przekraczać temp rozkładu sorbentu ok. 160°C DEG i 200°C TEG.

- pomiar temp punktu rosy gazu opuszczającego absorbent

- pomiar koncentracji glikolu wypływającego z kolumny regeneracyjnej

- pomiar zasolenia glikolu. Jeżeli glikol zasolimy to obniża się koncentracja. W podwyższonej temp sól zawarta w glikolu wytrąca się w warniku na elementach grzewczych powodując obniżenie temp regeneracji co prowadzi do uzyskania niższej koncentracji glikolu regenerowanego a tym samym do obniżenia parametrów absorpcji.

Temp punktu rosy - temp przy której gaz staje się nasycony parą wodną. W tej temp z gazu wykrapla się woda. Zatem musimy osuszyć gaz do temp punktu rosy, conajmniej 5°C niższej niż najniższa temp w gazociągu.

15. Zanieczyszczenia gazu:

Poza składnikami węglowodorowymi gaz może zawierać zanieczyszczenia występujące w trzech stanach:

- faza stała to cząsteczki złoża oraz rdza

- faza ciekła - woda złożowa

- faza gazowa, którą stanowią dwutlenek węgla, siarkowodór, azot, hel i pary rtęci.

Dopuszczalne zawartości zanieczyszczeń wg. PN:

- para wodna powinna odpowiadać punktowi rosy +3,7°C w okresie letnim i -5°C w okresie zimowym przy ciśnieniu 5,5 MPa.

- siarkowodór < 7mg/m³ (przyspiesza powstawanie gazohydratu)

- rtęć 30µg/m³

- CO₂ i azot zależy od przeznaczenia gazu

- hel usuwamy gdy jest go więcej niż 0,1% objętościowo (jest bardzo cenny)

- węglowodory cięższe - gazolina - do wartości 30µg/m³

- ilość pyłu nie może przekraczać 1mg/m³

- tlenek węgla w gazie nie występuje. Powstaje podczas niepełnego spalania.

16. Kolejność przygotowania gazu:

- separacja wstępna

- oczyszczanie z H2S i CO2

- odgazolinowanie

- osuszanie

17. Separacja gazu:

Pozwala usunąć zanieczyszczenia stałe i ciekłe. Urządzenia to separatory. Mogą one pracować na zasadzie wykorzystania siły ciężkości, siły odśrodkowej, zderzenia cząstek, działania ultradźwięków, filtracji, koagulacji, adsorpcji lub jednoczesnego oddziaływania dwóch lub kilku z wymienionych czynników. W zależności od tego, które zjawisko jest wykorzystane przyjmują one odpowiednie nazwy np. separatory grawitacyjne.

18. Odrtęcianie:

Rtęć usuwamy bo jest toksyczna oraz działa korodująco - powstają amalgamaty do wartości 30µg/m³. Metody odrtęciania:

-chemiczne

- fizyczne

- fiz-chem

Chemiczne wykorzystują w swym procesie reakcje chemiczne realizowane w fazie stałej, ciekłej i gazowej. Zaletą tych metod jest krótki czas kontaktu czynnika z rtęcią co pozwala na stosowanie urządzeń o małych gabarytach. Wadą jest bardzo wysoka korozyjność stosowanych reagentów, które najczęściej są roztworami mocnych kwasów.

Fizyczne, do których zalicza się:

* proces niskotemp kondensacji i okluzji - polega na zatrzymywaniu cząsteczek cieczy i gazów przez ciało stałe. Gaz zawierający rtęć nasyca się parą wodną a następnie przepuszcza się przez komorę wypełniona subst stałą o dużej powierzchni właściwej. Gaz ochładzany jest do temp -20°C , następuje wówczas krystalizacja pary wodnej a w powstałym lodzie okluzja rtęci. Lód z rtęcią wytapiamy w celu odzysku rtęci.

* metoda kaolescencji realizowana jest na filtrach wykonanych z hydrofobowych włókien szklanych o średnicy poniżej 15µm. Jeżeli cząsteczka rtęci osiągnie ciężar przewyższający siły napięcia i adhezji krople odrywają się od powierzchni włókien i spływają na dno filtra.

* metoda adsorpcji realizowana jest na powierzchni węgla aktywnego pokrytego warstwą substancji impregnującej np. siarki, która powoduje zamianę adsorpcji fizycznej na chemiczną. W warunkach przemysłowych stosowana jest technologia dwustopniowa: Etap I to koalescencja mikrokropel na hydrofobowym włóknie szklanym

Etap II to adsorpcja chem na węglu aktywnym obciążonym siarką.

Oznaczanie rtęci w gazie prowadzi się dwoma metodami:

1. Kalorymetryczna polega na przeprowadzeniu barwnej reakcji rtęci z odpowiednim odczynnikiem odczynnikiem następnie na porównaniu intensywności zabarwienia próbki ze skalą wzorców. Zabarwienie jest proporcjonalne do ilości rtęci.

2. absorpcyjnej spektrofotometrii atomowej służy do oznaczania sladowych ilości rtęci. Polega na absorpcji rtęci w odpowiednio dobranym odczynniku, następnie na redukcji jonów rtęci do postaci metalicznej a powstałe pary rtęci przenoszone są gazem obojętnym do kuwety pomiarowej umieszczonej na drodze promieniowania lampy rtęciowej. Wielkość pomierzonej absorpcji odpowiada zawartości rtęci w badanym gazie.

19. Odsiarczanie: Dopuszczalna zawartość siarki 7mg/m³. W gazach występuje 1,2g/m³.

Metody odsiarczania:

* adsorpcyjne na węglu aktywnym lub rudzie darniowej:

Stosowane SA do gazów o małym stopniu zasiarczenia z uwagi na wydzielające się przy dużych ilościach ciepło reakcji utlenienia siarkowodoru do siarki H2S+q=2H2O+S+Q

Proces prowadzony jest w adsorberach pionowych wypełnionych węglem aktywnym czystym lub impregnowanym jodkiem potasu. Regenerację sorbentu prowadzi się na drodze wymywania siarczkiem amonu. Po przemyciu węgla przegrzana parą wodną a następnie osuszeniu i ochłodzeniu gazem obiegowym węgiel nadaje się do ponownej adsorpcji. W przypadku zastosowaniu sit molekularnych zachodzi selektywna adsorpcja siarkowodoru natomiast regeneracje sorbentu prowadzi się przedmuchując adsorber gorącym strumieniem dwutlenku siarki.

* absorpcyjno - desorpcyjne:

Absorpcja fiz prowadzona jest w przypadku gazów zasiarczonych o wysokim ciśn tych składników (przy wysokim cieśn. absorpcja fizyczna, przy niskim chemiczna). Wyróżnia się:

- metodę aminową - polega na absorpcji chem w wyniku której powstają siarczki będące połączeniem nietrwałym tzn w podwyższonej temp. Sorbentem do usuwania siarkowodoru jest metanol charakteryzujący się dużymi własnościami sorpcyjnymi względem siarkowodoru przy niskich temp. Regenerację prowadzi się na drodze dwustopniowej degazacji polegającej na obniżeniu ciśnienia nad roztworem obciążonego metanolu. Wydzielony strumień gazu kwaśnego powinien być skierowany do węzła neutralizacji siarkowodoru. Neutralizacje prowadzi się w dwojaki sposób. W przypadku małych koncentracji siarkowodoru neutralizację prowadzi się na drodze utlenienia H2S do SO2 a następnie jego dalszej przeróbki na produkt użyteczny. W przypadku dużej koncentracji stosuje się proces Causa polegający na przetworzeniu w dwóch etapach: termicznym i katalitycznym siarkowodoru do siarki elementarnej. Etap I termiczny polega na częściowym spaleniu siarkowodoru. Część siarkowodoru zostaje spalona. Etap II katalityczny polega na przeprowadzeniu reakcji siarkowodoru z powstałym w I etapie dwutlenkiem siarki przy czym reakcja jest katalityczna prowadzona w obecności boksytu. Reakcja jest odwracalna - nie ma możliwości całkowitego przereagowania H2S i SO2. Celem zwiększenia stopnia wydzielania siarki wprowadzono dwie udoskonalone technologie Causa. Proces SuperClaus 99, w którym zastosowano dodatkowo katalizator selektywnego utleniania. W procesie SuperClaus 99,5 zastosowano między reaktorem Causa a reaktorem selektywnego utlenienia węzeł uwodornienia.

* absorpcyjno - utleniające. Przebieg procesów dzielimy na trzy grupy:

I. Metody z zastosowaniem nieorganicznych związków arsenu. W wyniku absorpcji chem powstają siarczki, które w trakcie regeneracji prowadzonej z przedmuchiwaniem roztworu powietrzem rozkładają się z wydzieleniem siarki elementarnej. Do te grupy zaliczamy proces Thylox i jego modyfikacje. (faza 1 - absorpcja H2S, faza 2 - regeneracja sorbentu z wydzieleniem siarki).

II. procesy wykorzystujące alkaliczne roztwory związków organicznych tzw przenośników tlenu. Należą do nich procesy Perox i chelatowe. (1 faza - odsiarczanie gazu z wydzieleniem siarki, 2 faza - regeneracja). Wspólną cechą tych metod jest wykorzystanie charakterystycznych własności pewnych związków chemicznych metali. Do tej grupy metod zalicza się również procesy chelatowe (Lo-cat lub IGNiG-chelate). W procesach tych do absorpcji siarkowodoru stosuje się roztwór chelatu czyli soli kompleksowej żelaza z kwasem etylenodwuaminoczterooctowym EDTA.

III. metody, w których utleniacz zużywa się bezpowrotnie. Przykładem takiej technologii jest proces Wackenrodera. Polega on na tym, że w środowisku ciekłego metanolu nasyconego dwutlenkiem siarki zachodzi reakcja utlenienia siarkowodoru do siarki elementarnej.

Siarkowodór w gazie oznaczamy metodą wagową lub objętościową przy dużych koncentracjach, metodą miareczkową przy koncentracjach średnich i przy śladowych ilościach metodami fizycznymi np. kalorymetryczną.

20. Odgazolinowanie gazu:

W procesie tym usuwa się węglowodory o masie cząsteczkowej większej niż etan C₃₊. Otrzymujemy gaz płynny oraz benzynę lekką (gazolina). C₃₊ - gazolina surowa. Węglowodory cięższe stabilizują czyli przyspieszają powstawanie gazohydratów.

Metody usuwania węglowodorów:

1. adsorpcyjna na węglu aktywnym lub sitach molekularnych lub też na silikażelu. Proces składa się z dwóch etapów tj: * nasycania sorbentu parami gazoliny, * regeneracji prowadzonej przy użyciu przegrzanej pary wodnej w przypadku węgla aktywnego lub też przepuszczając przez obciążony sorbent gorący gaz obiegowy.

2. absorpcyjna polegająca na pochłanianiu gazoliny przez ciecz, olej lub lekką naftę. Metoda ta stosowana jest przy dużej ilości gazu, gazoliny i wysokim ciśnieniu. Absorpcje prowadzi się w kolumnie z wypełnieniem półkowym lub wsyspowym.

3. metody niskotemperaturowe realizowane są w dwóch odmianach:

* procesy realizowane w umiarkowanie niskiej temperaturze rzędu -50°C Te metody ogólnie nazywamy niskotemperaturową separacją NTS.

* procesy tzw kriogeniczne realizowane w warunkach głębokiego ochłodzenia rzędu -160 do
-200°C. Jest to tzw niekotemperaturowa rektyfikacja.

Procesy NTS opierają się na zjawisku Jula-Tomsona. W procesie tym gaz pod wysokim ciśnieniem ulega rozprężaniu w wyniku czego następuje zmiana temp gazu. Jeżeli ta zmiana związana jest z obniżeniem temp wówczas nastepuje wykroplenie się danych składników. W praktyce mogą wystapić przypadki kiedy gaz po rozprężeniu ogrzewa się a nie oziębia. Decyduje o tym wartość wsp. Jula-Tomsona. Możliwości jakie może przyjąć wsp. δ=0, δ<0, δ>0. Od tych współczynników zależy czy gaz będzie się grzał czy chłodził.

Jeżeli δ<0 następuje ogrzewanie gazu, jeżeli δ>0 następuje oziębianie gazu.

Krzywa inwersji jest to linia, która charakteryzuje warunki graniczne dla których następuje odwrócenie zjawiska Jula-Tomsona to znaczy gaz przy rozprężaniu ogrzewa się a nie oziębia.

Wsp. Jula-Tomsona określa efekt zjawiska Jula-Tomsona na jednostkę różnicy ciśnień.

21. Odazotowanie: Zawartość azotu w gazie surowym może sięgać nawet 70%. Ponieważ ma on małą wartość opałową musi być poddany procesowi odazotowania. Proces ten prowadzi się w instalacji Krio, która składa się z trzech węzłów

1. węzeł wstępnego oczyszczenia gazu, w którym wyróżnia się usuwanie zanieczyszczeń mechanicznych i ciekłych, usuwanie siarkowodoru i CO2 metodą aminową absorpcyjną, osuszanie gazu metodą adsorpcyjna na sitach molekularnych do temp punktu rosy -80°C . Usuwanie węglowodorów ciężkich na węglu aktywnym.

2. węzeł NTR w którym zasadniczą rolę pełni kolumna rektyfikacyjna składająca się z dwóch części. Kolumna górna niskociśnieniowa pracuje pod ciśnieniem 0,12MPa a kolumna dolna średniociśnieniowa pod ciśnieniem 2,1MPa. Różnica ciśnień w tych kolumnach jest tak dobrana aby odparowujący w górnej kolumnie metan powodował skroplenie azotu w dolnej części. Pomiędzy tymi kolumnami znajduje się wymiennik ciepła, który spełnia podwójna rolę. W stosunku do kolumny górnej jest parownikiem, do dolnej - skraplaczem. Z kolumny tej odbieramy 4 strumienie gazu. Dwa strumienie gazu odazotowanego, następnie gaz resztkowy (odpadowy) bogaty w azot oraz gaz będący mieszaniną 85%helu i 15% azotu. Ten ostatni strumien poddawany jest doczyszczeniu celem usunięcia resztek azotu i w wyniku czego uzyskuje się czysty hel w formie gazowej lub skroplonej. Gazy w Polsce kierowane do instalacji Krio zawierają 40% azotu i 0,4% helu. Są zatem cennym surowcem pozyskania helu.

22. Kryteria wyboru metody:

- ilość oczyszczanego gazu

- zawartość zanieczyszczenia w gazie surowym

- wymagana koncentracja po oczyszczeniu

- obecność innych składników w gazie oczyszczanym np.

- ciśnienie gazu.

23. Wydobycie gazu:

1. Uzyskanie możliwie największej wydajności przy najmniejszych stratach energii złożowej.

2. Pełne wykorzystanie zasobów złoża przy równoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa tego złoża.

Niekorzystne warunki wydobycia mogą doprowadzić do niepożądanych zjawisk:

- zniszczenie strefy przyodwiertowej złoża jako wynik wynoszenia na powierzchnię cząstek stałych tego złoża

- powstawanie języków i stożków wodnych co prowadzi do zniszczenia przepuszczalności strefy przyodwiertowej i zatrzymania dopływu gazu do odwiertu

- zgniecenie kolumny rur na skutek utrzymania zbyt małego przeciwciśnienia

- wibracja urządzeń głowicowych przy zbyt dużych wydajnościach

- możliwość powstawania gazohydratów na dnie odwiertu przy dużych prędkościach wypływu gazu na skutek rozprężania się gazu i dużego ochłodzenia

- erozja złoża powoduje zatykanie porów w złożu a równocześnie wynoszenie dużej ilości cząstek stałych przez gaz może prowadzić do zniszczenia zwężek wydobywczych i urządzeń pomiarowych

Żeby nie dopuścić do tych niekorzystnych zjawisk należy na bieżąco wykonywać pomiary natężenia przepływu gazu a także pomiary zebranej w separatorze przyodwiertowym wody oraz cząstek stałych. Określamy wtedy:

- wykładnik wody WW [gH2O/nm³], który mówi nam ile tej wody zmieści się w m³.

- wykładnik erozji [mg cząstek stałych/nm³]

Jeżeli te wykładniki będą duże musimy ustalić dozwolone wydobycie na niskim poziomie.

Idealna eksploatacja jest taka, która jest stała w ciągu całego roku. Ustalana jest ona tak aby dobowy wykładnik wodny był jak najniższy lub wykazywał minimalny przyrost i to samo dotyczy wykładnika erozji.

Stałe wydobycie zapewni nam korzystne warunki , które nie dopuszczą do zniszczenia złoża.

Na wydobycie gazu ze złoża składa się wydobycie z poszczególnych odwiertów. Przyjmuje się, że wydobycie dozwolone powinno wynosić nie więcej niż 10% wydobycia potencjalnego lub 5% spadku ciśnienia dennego statycznego w skali rocznej. Wielkość wydobycia dozwolonego jako procent wydobycia potencjalnego zależy głównie od WW i WE.

Wydobycie potencjalne jest to taka ilość gazu, która wypływałaby ze zloża przez dany odwiert gdyby na to złoże działało tylko przeciwciśnienie atmosferyczne.

Określenie wydobycia potencjalnego wykonuje się przez pomiar wypływu gazu z odwiertu metodą przeciwciśnienia realizowanego w dwóch wariantach:

1. gaz wypływa przez zwężkę pomiarową wprost do atmosfery. Jest to metoda na wolny wypływ. Ten sposób realizowany jest w przypadku nowo nawierconych złóż, kiedy nie ma możliwości podłączenia odwiertu do sieci. Wadą tej metody jest brak separatora, czyli nie ma możliwości określenia WW i WE. Wady:

- skażenie atmosfery wypływającym gazem

- niebezpieczeństwo podciągnięcia wody do odwiertu na skutek dużych prędkości wypływu oraz występowanie drgań króćca co może doprowadzić do pożaru. Prędkość w zwężce 418m/s.

w_kr=418m/s

α=1

V_x przeliczamy na warunki normalne

P_x=P_zew=0,54P_wew

T_x=T_zew (pomiar)

2. gaz wypływa przez zwężkę pomiarową do sieci użytkowej (metoda przeciwciśnienia).

Odwiert musi być uzbrojony tak jak do ciągłej eksploatacji czyli posiadać separator przyodwiertowy dla określenia WW i WE oraz odcinek pomiarowy dla pomiaru ilości wypływającego gazu. zaletą tego sposobu jest ochrona złoża przed zawodnieniem, nie ma strat gazu ponieważ przekazywany jest do sieci, istnieje możliwość pomiaru WW i WE.

Niezależnie od sposobu pomiaru wyróżnia się dwie metody obliczenia wydobycia potencjalnego:

1. metoda jednoczłonowa

Należy pamiętać o dokładnym oczyszczeniu dna odwiertu. n - zależy od warunków przepływu gazu. Dla wyznaczenia produkcji potencjalnej mierzymy Pgs, Pgr, temp oraz wydatek. Wielkości obliczone to Pds i Pdr.

2. metoda dwuczłonowa

a,b - zależą od parametrów złoża, konstrukcji odwiertu oraz od stanu odwiertu i parametrów gazu. A i b można obliczyć analitycznie przy pomocy wzorów lub metodą graficzną.

Pomiary w odwiertach prowadzi się dwukrotnie. Na wiosnę w celu wykrycia zmian jakie zaszły w złożu w okresie bardzo intensywnej eksploatacji. Jesienią mają na celu określić zdolność produkcyjną złoża na okres wzmożonego poboru gazu. Badania hydrodynamiczne w odwiertach prowadzi się przy uzbrojeniu odwiertu jak do ciągłej eksploatacji i maja na celu określenie zależności pomiędzy wydajnością a ciśnieniem na dnie odwiertu. Równocześnie określa się WW i WE i dokonuje się obserwacji zachowania samego uzbrojenia. Pomiary hydrodynamiczne prowadzi się metodą:

- krzywych wzrostu ciśnienia

- krzywych spadku wydajności przy stałym ciśnieniu głowicowym ruchowym

- krzywych spadku ciśnienia przy stałej wydajności.

Badania prowadzi się kompleksowo na złożu eksploatowanym równocześnie kilkoma odwiertami. Mają one na celu określić wzajemną interferencję odwiertów oraz procesów zachodzących w złożu podczas eksploatacji.

Prowadzi się również badania wielocyklowe metodą przeciwciśnienia rozpoczynając od minimum wypływu gazu do max a następnie w kierunku odwróconym. Mają one na celu ożywienie strefy przyodwiertowej, gdy zachodzi zjawisko kolmatacji płuczką.

24. Podział sieci:

Sieci dzielimy ze względu na pełnione funkcje:

1. gazociąg magistralny do przesyłania na dalekie odległości

2. zasilający dostarczający gaz do poszczególnych części rejonowego lub miejskiego systemu gazyfikacji

3. rozdzielcze - przewody niskiego lub średniego ciśnienia dostarczające gaz do najbliżej położonych odbiorców bezpośrednio lub za pośrednictwem reduktorów

4. przyłącze gazowe - odcinek przewodu zawarty pomiędzy trójnikiem odgałęzionym gazociągu rozdzielczego rozdzielczego kurkiem głównym instalacji gazowej.

Ze względu na ciśnienie robocze:

1. gazociągi wysokiego ciśnienia 1,6-10MPa

2. gazociągi podwyższonego średniego ciśnienia 0,5-1,6 MPa

3. średniego ciśnienia 1,Kpa-0,5MPa

4. niskiego ciśnienia <10kPa

Ze względu na strukturę:

1. rozgałęzione - obszary wiejskie

2. pierścieniowe - wielkie miasta

3. mieszane

Mamy gazociągi z przepływem:

1. ustalonym - w każdym przekroju gazociągu natężenie przepływu gazu będzie stałe

2. nieustalonym

Żeby gaz przesyłać na dalekie odległości wymagane jest pewne określone ciśnienie a właściwie różnica ciśnień pomiędzy punktem wytwarzania a odbiorem gazu.

Na wielkość spadku ciśnienia wpływa:

- przyrost ciśnienia potrzebny do przyspieszenia płynu po wejściu do rurociągu

- przyrost ciśnienia konieczny do pokonania oporów przepływu spowodowanych tarciem wewnętrznym w prostym odcinku rurociągu

- przyrost ciśnienia konieczny do pokonania oporów przepływu wywołanych tzw oporem miejscowym przez uzbrojenie odwiertu.

Dwa ostatnie punkty określamy jako stratę ciśnienia, która przebiega w systemie nieodwracalnym. Spadek cieśn. określamy:

Równanie Darcy-Wajsbacha dotyczy rurociągów gładkich gładkich niezmiennej średnicy, gdzie pomija się opór miejscowy i zakłada nieizotermiczny przepływ ustalony. Równaniem tym liczymy opory przepływu dla cieczy w każdym przypadku natomiast dla gazu tylko na krótkich odcinkach kiedy nie zachodzi zmiana gęstości gazów. Wtedy kiedy zachowana jest zależność
wówczas ε=1 i ρ=const nie zachodzi zjawisko ekspansji. Jeżeli nie spełniony jest warunek stosujemy równanie Jacoba

Ciśnienie w dowolnym punkcie:

Ciśnienie średnie:

Ciśnienie, które występuje w gazociągu w warunkach ustalonych (gaz nie odpływa ani nie dopływa).

25. Maszyny do sprężania:

1. sprężarki mogą być odśrodkowe (przepływowe), tłokowe (objętościowe)

Ze względu na stopień sprężania:

- jednostopniowe

- wielostopniowe

Ze względu na napęd:

- z silnikiem gazowym

- z turbiną gazową

- z napędem elektrycznym

Sprężanie gazu odbywa się wg przemiany politropowej (pomiędzy izoterma a adiabatą).

Sprężanie jednostopniowe prowadzi się w przypadku kiedy temp gazu po sprężeniu nie przekracza 170°C . Jest to temp, w której następuje rozkład smarów, co może doprowadzić do zatarcia sprężarki. Jeżeli tak to musimy stosować sprężanie wielostopniowe.

Chłodzenie sprężarki może odbywać się współprądowo i przeciwprądowo.

---