GAZ ZIEMNY
61. Wymień główne składniki i domieszki wystepujące w gazach ziemnych.
małocząsteczkowe alkany - głównie metan
domieszki
azot
związki siarki (H2S)
dwutlenek wegla
gazy szlachetne (hel)
woda (para wodna)
62. Wyjaśnij cel i podaj sposoby odazotowania gazów ziemnych.
- ograniczenie kosztów przetłaczania balastu azotowego
mniejsza wartość opałowa gazu ( niższa temp. spalania)
obecność N2 może utrudniac bezpośrednie wykorzystanie do niektórych syntez chemicznych
Metody drogie i złożone i nie często stosowane.
Metode niskotemperaturowej kondensacji - wykrapla się węglowodory łącznie z metanem. Sprężanie (ciśn. ok. 10 MPa) i wielokrotne rozprężanie z jednoczesnym chłodzeniem frakcjami wcześniej skroplonymi. Uzyskuje się w rektyfikacyjnej kolumnie odazotowania temp. pozwalajacą na całkowite skroplenie CH4 i oddzielenia odpadowego azotu (często wraz z helem).
Metody membranowe - polegają na wykorzystaniu różnych zdolności dyfundowania (przenikania) składnikó gazu przez półprzepuszczlane membrany wykonane ze specjalnych gatunków tworzyw syntetycznych.
63. Przedstaw cel oraz krótko opisz metody odgazolinowania gazów ziemnych mokrych.
Operacja ta polega na usunięciu z gazów ziemnych mokrych wyższych alkanów (węglowodory C3+). Obecność tych składników może być kłopotliwa w czasie transportu rurociągowego lub w trakcie niektórych operacji niskotemperaturowych. W warunkach podwyższonego ciśnienia i niskiej temperatury może zachodzić wykroplenie alkanów co może prowadzić do trudności eksploatacyjnych. Węglowodory usuwane w tej operacji są bardzo wygodnymi paliwami, a przede wszystkim cennymi surowcami chemicznymi. Należy zatem traktować operację odgazolinowania gazów ziemnych mokrych jako formę uzyskiwania gazu ziemnego suchego.
Operację odgazolinowania prowadzi się zwykle jedną z trzech metod:
1. Metoda absorpcyjna- polega na wykorzystaniu różnicy rozpuszczalności węglowodorowych składników gazu ziemnego w odpowiednio dobranych absorbentach. Najczęściej jako czynniki pochłaniające stosuje się ciekłe frakcje ropy naftowej( np. benzyna , nafta). W odpowiednich warunkach (podwyższone ciśnienie , niska temperatura) wskutek większej absorpcji wyżej wrzących składników gazu ziemnego następuje usunięcie tych składników.
2. Metoda niskotemperaturowej kondensacji- polega na wykropleniu cięższych składników gazu ziemnego po osiągnięciu punktu rosy (warunków, w których prężność par danego węglowodoru osiąga wartość niższą od równowagowej ciecz - pary węglowodoru). W praktyce stosuje się temperaturę znacznie niższą od odpowiadającej punktowi rosy oraz wykorzystuje możliwości głębokiego wykroplenia przez zastosowanie podwyższonego ciśnienia. Stosując odpowiednia kombinację parametrów w zasadzie można osiągnąć niemal dowolny stopień wykroplenia poszczególnych składników gazu limitowany prężnością danego związku w zastosowanych warunkach.
3.Odgazolinowanie metodami adsorpcyjnymi- stosowany rzadko i tylko w sytuacji , gdy konieczne jest usuwanie śladowych ilości ciężkich alkanów. Operację przeprowadza się wykorzystując cykliczne pracujące adsorbery, zwykle wypełnione węglem aktywnym jako masa pochłaniającą.
64. Krótko scharakteryzuj główne metody odsiarczania gazu ziemnego.
Obecność zwiazków kwaśnych jest niekorzystan głównie ze względu na sprzyjanie korozji, zjawisko to nasila się w obecności wilgoci. Siarkowodór jest ponadto czynnikiem ułatwiajacym tworzenie stałych hydratów z węglowodorami
Matody absorpcyjne (mokre) :
absorpcja połączona z reakcja chemiczna
etanolaminy
2HOCH2CH2NH2 + H2S → (HOCH2CH2NH3)2S
di- i trietanolaminy
roztwory alkaliczne
K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3
absorpcja fizyczna
metanol
Metody adsorpcyjne (suche) (droga i tylko do głębokiego odsiarczania)
Wegiel aktywny
Sita molekularne (zeolity)
65. Wymień główne operacje przygotowania gazu ziemnego i krótko przedstaw cele każdej z nich.
odsiarczanie i usuwanie CO2 - zapobiega korozji, zapobiega tworzeniu stałych hydratów siarkowodoru z węglowodorami, związki siarki nie korzystnie dla urządzeń, ekologi, niektórych syntez chemicznych.
osuszanie - zapobieganie wykropleniu (a nawet zestaleniu) wody co powodowałoby zwiększenie oporów przepływu i zmniejszenie drożności systemu, korozja aparatury.
odgazolinowanie - zapobieganie wykropleniu i powodowaniu trudności w przesyle gazu, unikanie tworzenia stałych hydratów, otrzymywanie cennych surowców jak gazolina, propan-butan.
odazotowanie - ograniczenie kosztów przetłaczania balastu azotowego, mniejsza wartość opałowa gazu ( niższa temp. spalania), obecność N2 może utrudniac bezpośrednie wykorzystanie do niektórych syntez chemicznych.
66. Wymień najważniejsze przemysłowe syntezy oparte na metanie.
gaz syntezowy (H2, CO, CO2) - konwersja z parą wodną lub utleniajaca konwersja z H2O
acetylen - wysokotemperaturowa piroliza lub utleniająca piroliza
chlorowcopochodne metanu - chlorowanie
HCN
CS2 - rozpuszczalnik
67. Opisz różnice pomiędzy gazem ziemnym suchym i mokrym.
Gaz ziemny suchy - mała zawartość wyższych alkanów (propanu i wyżej wrzacych homologów). Dominuja metan (przeważa) i etan.
Gaz ziemny mokry - zawiera więcej cięższych składników (C3+ powyżej 5 - 10%) ulegających łatwemu wykropleniu. Podwyższona ilość etanu w stosunku do gazu suchego.
68. Wyjasnij cel i opisz sposoby osuszania gazu ziemnego.
Praktycznie zawsze gaz ziemny kontaktuje się z wodą, a stopień nasycenia para wodną zależy przede wszystkim od temperatury i ciśnienia złożowego. Bardzo często wskutek obniżenia temperatury i ciśnienia w trakcie wydobycia lub przeróbki następuje wykroplenie wody, co może być przyczyną poważnych trudności eksploatacyjnych. Szczególnie niebezpieczna jest obecność wody w warunkach obniżonej temperatury , gdyz może następować samorzutnej wykroplenie lub zestalenie w postaci lodu lub stałych hydratów (zwiększenie oporów przepływu, zmniejszeni drożności systemu transportowego). W trakcie przygotowań gazu ziemnego do transportu wystarcza na ogół osuszenie do temperatury punktu rosy odpowiadającej ok. -15; -20oC. Gdy osuszanie poprzedza operacje niskotemperaturowe(odgazolinowanie, odazotowanie konieczne jest głębsze osuszenie. Metody osuszania:
Absorbcyjne -do tej metody stosuje się glikol dietylenowy i trietylenowy. Etap absorpcji prowadzi się w typowym absorberze półkowym, w którym w przeciwprądzie gaz kontaktuje się w temp. 20-30oC z absorbentem. Zawilgocony glikol regeneruje się w desorberze w temperaturze uzależnionej od rodzaju użytego absorbenta.
Adsorpcyjne - stosuje się do głębokiego osuszania gazu(np. przed operacjami niskotemperaturowymi). Jako masy adsorpcyjne wykorzystuje się najczęściej żel krzemionkowy ,różne formy Al2O3 oraz sita molekularne(te ostatnie nabierają ostatnio bardzo dużego znaczenia i obecnie dominują w technikach adsorpcyjnego osuszania gazów).
69. Przedstaw główne kierunki wykorzystania gazu ziemnego.
Wśród głównych kierunków wykorzystania gazu ziemnego zdecydowanie dominują cele energetyczne(spalanie), tylko niewielka część jest zużywana bezpośrednio do syntez chemicznych. Inne kierunki wykorzystania to gospodarka komunalna i przemysł.
1.Przemysł - wykorzystuje gaz przede wszystkim w celach grzewczych, czasem także na potrzeby technologiczne(hutnictwo, przemysł materiałów budowlanych, budowa maszyn, przemysł chemiczny).
2.Gospodarka komunalna - chodzi tu o ogrzewanie mieszkań, szpitali itd. , także o zasilanie kuchenek gazowych.
3. Produkcja energii elektrycznej - to zastosowanie jest szczególnie rozwinięte w krajach o dużych zasobach gazu. Elektrownie buduje się z regóły niedaleko złóż.
4. Syntezy chemiczne - gaz należy do podstawowych pierwotnych surowców chemicznych. Metan przetwarzany jest do gotowych produktów chemicznych np. CS2, HCN, chlorowcopochodne, jak i do ważnych surowców wtórnych(gaz syntezowy, acetylen). Syntezy oparte na wyższych węglowodorach w dominującym stopniu prowadza do otrzymywania olefin.
70. Wymień główne sposoby ograniczenie strat gazu ziemnego w czasie transportu gazociagami magistralnymi na dużą odległość.
Zwiększenie srednic rur transportowych - umozliwia zwiekszenie przepustowości systemu
Zwiększenie ciśnienia roboczego gazociagu - umożliwia przetransportowanie większej ilości gazu bez konieczności zwiększania średnicy rurociągu
Ograniczenie oporów przesyłania gazu - techniki epoksydowania (polerowania lub powlekania) wnętrza rur do transportu gazu
Optymalizacja systemów przetłaczania gazu - sytuowanie na dłuższych trasach rurociągu systemu sprężarek przywracajacych ciśnienie robocze w gazociagu.
71. Wymien i krótko scharakteryzuj sposoby transportu gazu ziemnego.
Tras. Rurociągowy - jest najbardziej rozpowszechnionym typem
transportu gazu. Rozróżniamy następujące typy rurociągów:
-rurociągi magistrale. Służą do przesyłania głównych ilości gazu od miejsc wydobycia w kierunku głównego zużycia tego surowca. Ciśnienie do 10 MPa….
-rurociągi dystrybucyjne. Rozgałęzienia zaopatrujące zwykłych zjadaczy fasoli. Działają pod ciśnieniem 0,2 0,3 MPa.
Prędkość transportu można zwiększyć poprzez zwiększenie ciśnienia roboczego gazociągu, ograniczenie oporów przesyłania gazów i optymalizację systemów przetłaczania gazu.
Transport w postaci skroplonej - skroplenie metanu umożliwia ok. 600-krotne zmniejszenie jego objętości. To główny powód rozwoju takiej formy transportu. Transport tego typu wykorzystuje się w celu dostarczenia surowca do miejsc oddzielonych od złoża wielkimi akwenami(gaz płynie wtedy metalowcem). Obecnie ok. 25% trans. gazu odbywa się w postaci skroplonej.
Transport w postaci przetworzonej - najczęściej dotycz przemiany metanu w metanol. Jest to więc sposób przetwarzania niezbyt wygodnej do przewozu formy gazowej do postaci płynnej.
72. Wyjaśnij na czym polega transport gazu ziemnego w formie przetworzonej (podaj przykłady).
Polega on na przemianie metanu w metanol (przez stadium gazu syntezowego) jest to sposób przetworzenia mniej wygodnej formy gazowej w łatwiejsza do transport forme gazową. Gaz przetwarza się tez bezpośrednio u producenta na inne półprodukty i produkty chemiczne takie jak amoniak, nawozy azotowe etylen i propylen. Zmniejsza to koszty transportu.
73. Przedstaw i opisz zalety gazu ziemnego jako paliwa.
wysoka liczba oktanowa - ponad 100
łatwość uruchamiania silnika (także zima)
brak stałych i ciekłych produktów spalania
duża czystośc ekologiczna
74. Z jakich źródeł jest zaopatrywany polski przemysł i gospodarka komunalna w gaz ziemny porównaj ten stan z sytuacją państw w Europie Zachodniej.
Polska importuje gaz z Rosji ,Ukrainy oraz od niedawna z Norwegii. Zachodnie państwa europejskie
Korzystają głównie ze złóż Norweskich i Afrykańskich.
75. Wymień główne regiony wystepowania gazu ziemnego w Polsce i na świecie.
Północna i zachodnia Syberia (Rosja), Bliski i Środkowy Wschód, Azja i zachodni Pacyfik, Ameryka Północna, Ameryka Południowa , Afryka, Europa Zachodnia
Polska:
Podkarpacie - Lubaczów, Mielec
Północno Zachodnia Polska - Gorzów i Zielona Góra
Okolice Jasła, Gorlic i Krosna
W pobliżu Cieszyna
Na Pomorzu Zachodnim
76. Porównaj zasoby ( kierunki dostaw) zaoparywania w gaz ziemny krajów Europy Zachodniej (np. Włochy, Francja) oraz Polski.
Polska należy do krajów o stosunkowo niskich zasobach gazu ziemnego. Główne miejsca wydobycia to: Podkarpacie (Lubaczów, Mielec, Przemyśl), pół. zach. część Polski, na Pomorzu oraz w pobliżu Cieszyna.
Państwa europejskie oprócz własnych źródeł gazu sprowadzają go z Rosji, Ukrainy oraz z Afryki północnej. Polska importuje gaz z Rosji ,Ukrainy oraz od niedawna z Norwegii. Zachodnie państwa europejskie korzystają głównie ze złóż Norweskich i Afrykańskich.
77. Gaz ziemny o składzie (%obj.) CH4- 71 C2H6 - 4,5 C3H8 - 3,1 C4+ - 3,6 H2S - 3,0
N2 - 14,8 należy przesyłac gazociagiem na odległośc 5000km. Zaproponuj sposób wstepnego przygotowania gazu.
78. Wymień i krótko opisz cel głównych operacji oczyszczania gazu ziemnego.
odsiarczanie i usuwanie CO2 - zapobiega korozji, zapobiega tworzeniu stałych hydratów siarkowodoru z węglowodorami, związki siarki nie korzystnie dla urządzeń, ekologi, niektórych syntez chemicznych.
osuszanie - zapobieganie wykropleniu (a nawet zestaleniu) wody co powodowałoby zwiększenie oporów przepływu i zmniejszenie drożności systemu, korozja aparatury.
odgazolinowanie - zapobieganie wykropleniu i powodowaniu trudności w przesyle gazu, unikanie tworzenia stałych hydratów, otrzymywanie cennych surowców jak gazolina, propan-butan.
odazotowanie - ograniczenie kosztów przetłaczania balastu azotowego, mniejsza wartość opałowa gazu ( niższa temp. spalania), obecność N2 może utrudniac bezpośrednie wykorzystanie do niektórych syntez chemicznych.
79. Wymień główne składniki i podaj klasyfikację gazów ziemnych.
małocząsteczkowe alkany - głównie metan
domieszki
azot
związki siarki (H2S)
dwutlenek wegla
gazy szlachetne (hel)
woda (para wodna)
klasyfikacja:
ze względu na zawartość siarki:
niskosiarkowe (ponizej 0,3% S)
siarkowe (0,3 - 3% S)
wysokosiarkowe (powyzej 3% S)
ze względu na zawartość azotu:
gazy bezazotowe (ponizej 1-3% N2)
gazy niskoazotowe (3-10% N2)
gazy ziene zaazotowane (nawet do kilkudziesieciu % N2)
ze względu na skład weglowodorowy:
gazy suche - mała zawartość wyższych alkanów (głównie) metan i (mniej) etan
gazy mokre - więcej cięższych alkanów C3+ i etanu
gazy towarzyszące - towarzyszące złożom ropy
80. Główne obszary zastosowań gazu ziemnego.
1.Przemysł - wykorzystuje gaz przede wszystkim w celach grzewczych, czasem także na potrzeby technologiczne(hutnictwo, przemysł materiałów budowlanych, budowa maszyn, przemysł chemiczny).
2.Gospodarka komunalna - chodzi tu o ogrzewanie mieszkań, szpitali itd. , także o zasilanie kuchenek gazowych.
3. Produkcja energii elektrycznej - to zastosowanie jest szczególnie rozwinięte w krajach o dużych zasobach gazu. Elektrownie buduje się z regóły niedaleko złóż.
4. Syntezy chemiczne - gaz należy do podstawowych pierwotnych surowców chemicznych. Metan przetwarzany jest do gotowych produktów chemicznych np. CS2, HCN, chlorowcopochodne, jak i do ważnych surowców wtórnych(gaz syntezowy, acetylen). Syntezy oparte na wyższych węglowodorach w dominującym stopniu prowadza do otrzymywania olefin.