4. Obniżenie temperatury punktu rosy
Metoda osuszania:
Chłodzenie:
powietrzem
wodą
czynnikiem chłodzącym
przez rozprężanie
Absorpcja:
w roztworze CaCl2
w roztworach etylenoglikoli
Adsorpcja:
na żelu krzemionkowym
na sitach molekularnych
Temperatura punktu rosy [ºC]
–80 –60 –40 –20 0 +20 +40
5. Osuszanie gazu na sitach molekularnych
Gaz
paliwowy Produkt
Filtr gazu
wylotowego
Gaz
regeneracyjny
Podgrzewacz
gazu
regeneracyjny
Chłodnica
gazu
regeneracyjnego
Separator
gazu
regeneracyjny
Skroplona
ciecz
Skroplona
ciecz
Dostarczany
gaz wilgotny
Adsorbery
z sitami
molekularnymi
Separator
gazu
wilgotnego
Zużyty
gaz
regeneracyjny
6. Osuszanie gazu metodą stałego adsorbenta
np. chlorek wapnia
CaCl2
1 – osuszanie,
2 – regeneracja.
7. Osuszanie gazu metodą glikolową
Gaz
wilgotny
Gaz suchy
Część
osuszająca
Glikol
ubogi
Część
regeneracyjna
Glikol bogaty
Para
wodna
Gaz
płuczący
Gaz
paliwowy
Uzupełnienie
świeżym
glikolem
8. Osuszanie gazu metodą glikolową
glikol dietylenowy DEG: CH2CH2OH
O
CH2CH2OH
glikol trietylenowy TEG: CH2―O―CH2CH2OH
CH2―O―CH2CH2OH
Dla 98% DEG (TEG) przy temperaturze zetknięcia z gazem 0ºC
możliwe jest osuszenie do temperatury punktu rosy –25ºC,
natomiast dla 99,5% glikolu możliwe jest osuszenie do
temperatury punktu rosy –40ºC.
DEG zaczyna się rozkładać w temperaturze 164ºC, a TEG jest
bardziej odporne (rozkład w temperaturze 207ºC) i możliwa
jest ich regeneracja w wyższej temperaturze oraz uzyskanie
większego stężenia.
9. Osuszanie gazu metodą adsorpcyjną
Metoda wymagana, jeżeli osuszany gaz będzie poddawany
niskotemperaturowemu rozdzielaniu bądź skraplaniu.
Masa adsorbentu, potrzebna do osuszenia gazu:
Qv – objętościowe natężenie przepływu gazu przez instalację, m3/s,
W1 – wilgotność bezwzględna gazu przed osuszeniem, kg/m3,
W2 – wymagana wilgotność bezwzględna gazu po osuszeniu, kg/m3,
t – czas, s,
a – zdolność adsorpcyjna adsorbentu.
( )1 2
24
v
a
Q W W t
m
a
−
=
10. Osuszanie gazu metodą adsorpcyjną
Stosowane adsorbenty:
- żel krzemionkowy SiO2,
- sita molekularne (zeolity),
- tlenek glinu (bardzo rzadko).
Właściwości:
- duża pojemność adsorpcyjna (powierzchnia i objętość porów),
- duża selektywność,
- brak działania toksycznego i korozyjnego,
- wytrzymałość mechaniczna,
- odporność na działanie wody,
- stałe w czasie właściwości adsorpcyjne.
11. Żel krzemionkowy
Właściwości:
- sumaryczna powierzchnia porów – do 700 m2/g,
- mikropory (1-1,5 nm),
- makropory (do 5 nm).
- duża hydrofilowość,
- łatwa regeneracja,
- obniżenie zdolności adsorpcyjnej (regeneracja w temperaturze
ponad 200ºC
- spadek zdolności adsorpcyjnych w przypadku zanieczyszczeń
siarkowodorem.
2 2SiO H On⋅
12. Sita molekularne (zeolity)
Właściwości:
- sumaryczna powierzchnia porów
– do 1200 m2/g,
- połowę objętości kryształów
stanowią „puste” przestrzenie,
- różna wielkość okna sieci
krystalicznej umożliwiająca
selektywne rozdzielanie związków,
2 2 3 2 2Na O Al O 2SiO 4,5H O⋅ ⋅ ⋅
Sieć krystaliczna
zeolitu NaA
13. Sita molekularne (zeolity)
Zeolit typu A Zeolit typu X
Średnica otworu
wejściowego [nm]
0,3 0,4 0,5 0,8 0,9
Oznaczenie KA NaA CaA CaX NaX
A – struktura sodalitu,
X – struktura fojazytu.
15. Odsiarczanie gazów
Odsiarczanie gazu
Metody mokreMetody suche
absorpcja
chemiczna
adsorpcja na uwodor-
nionym tlenku żelaza
absorpcja fizycznaadsorpcja na węglu
aktywowanym
16. Odsiarczanie gazów – podstawowe reakcje
Wykorzystanie uwodnionego tlenku żelaza:
Fe2O3·H2O + 3H2S Fe2S3 + 6H2O
Fe2S3 2FeS + S
Reakcja ta przebiega prawidłowo w środowisku obojętnym
lub zasadowym.
Zużytą masę poddaje się regeneracji przez wietrzenie:
FeS + S + 3H2O + 1,5O2 Fe2O3·3H2O + 3S
lub poprzez równoczesną regeneracją przy pochłanianiu
siarkowodoru:
2H2S + O2 2H2O + 2S
17. Proces Clausa
Etap termiczny procesu:
6H2S + 3O2 4H2S + 2SO2 + 2H2O
Reakcja przebiega w kotle Clausa (2).
Reakcja Clausa (usuwanie siarkowodoru z gazów kwaśnych):
2H2S + SO2 3S + 2H2O
rozpoczyna się w etapie termicznym, ale główny przebieg
odbywa się w etapie katalitycznym (w reaktorach Clausa – 5)
19. Proces Clausa
Reakcja Clausa jest odwracalna i z tego powodu nie jest możliwe
całkowite przereagowanie H2S i CO2. Z tego względu opracowano
metody:
Superclaus-99 – w stadium katalitycznym przebiega głównie
nieodwracalna reakcja siarkowodoru do siarki (zamiast reakcji
Clausa). Zastosowano katalizator (aktywny tlenek metalu), które
minimalizuje powstawanie ditlenku siarki (nowy katalizator
umieszczono w reaktorze selektywnego utlenienia 6a).
Superclaus-99,5 – rozszerzenie o węzeł uwodornienia umieszczony
pomiędzy reaktorem Clausa a reaktorem selektywnego utlenienia.
Uwodornienie przebiega na katalizatorze kobaltowo-
molibdenowym i powoduje przekształcenie związków siarki w
siarkowodór.
Dodatkowe zalety: możliwość rozbudowy zwykłych procesów
Clausa, niewielkie objętości ścieków
21. Usuwanie H2S i CO2
Metody usuwania siarkowodoru oraz ditlenku węgla:
- adsorpcyjne (suche) – stosowane przy niewielkich
stężeniach H2S – maksymalnie do 12 g/m3, umożliwiają
usunięcie tylko siarkowodoru,
- absorpcyjne (mokre) – stosowane gdy stężenie jest
większe (20-40 g/m3), równoczesne usuwanie H2S oraz CO2.
Zwykle instalacja pracuje dwuetapowo:
- w pierwszym etapie następuje usuwanie związków
kwaśnych,
- w drugim etapie następuje regeneracja adsorbera.
22. Usuwanie H2S na węglu aktywnym
Wstępnie dodawany jest tlen (poniżej 0,1%) oraz amoniak
(0,1 g/m3) ze względu na działanie katalityczne.
Siarka gromadzi się na powierzchni węgla do momentu, aż
będzie stanowiła do 80% masy węgla.
Regeneracja następuje przez przedmuchanie azotem i
przemycie gorącą wodą (wymycie węglanu amonu)
2 2 2H S+0,5O H S+S→
( ) ( ) ( )4 42 2
NH S+ 1 S NH Snn −
23. Usuwanie H2S na tlenku żelaza(III)
Tlenek żelaza(III) zawarty jest na przykład w tak zwanej
rudzie darniowej, którą wykorzystuje się jako główny
składnik mas pochłaniających.
Metody powyższe są coraz rzadziej stosowane, ze względu
na wysokie koszty
2 2 3 2 3 23H S+Fe O Fe S H O→ +
2 3 2 2 32Fe S +3O 2Fe O 6S→ +
24. Usuwanie H2S na sitach molekularnych
Do adsorpcji wykorzystuje się najczęściej sita molekularne
NaX.
Zdolność pochłaniania:
- przy ciśnieniu 50 mm Hg wynosi 80mg Hg/1 g sita,
- przy ciśnieniu 5 mm Hg wynosi 20mg Hg/1 g sita,
Wykorzystuje się również bardzo dobrą selektywność
pochłaniania związków siarki w zależności od
zastosowanego sita:
2 2 2 2 2 2R S >R S>RSH>H S>CO >CS >COS
25. Wykorzystanie amin
monoetanoloamina MEA HOCH2CH2NH2
dietanoloamina DEA (HOCH2CH2 )2NH
trietanoloamina TEA (HOCH2CH2 )3N
Metoda absorpcji w wodnych roztworach alkanoloamin.
Roztwory te umożliwiają równoczesne usunięcie z gazu
siarkowodoru oraz ditlenku węgla.
Wybierając absorbent bierze się pod uwagę właściwości:
- zdolność absorpcyjną (decyduje o ilości absorbentu),
- łatwość rozkładu związków utworzonych z H2S i CO2,
- lotność,
- stopień korozyjnego oddziaływania na aparaturę.
26. Wykorzystanie amin
Monoetanoloamina posiada największą zdolność
absorpcyjną, ale wadą jest stosunkowo duża prężność par
oraz łatwość wchodzenia w nieodwracalną reakcję z
tlenosiarczkiem węgla (COS) z której produktów można
odzyskać tylko 4% MEA
Reakcje (MEA) absorpcji H2S i CO2:
2HO―C2H4―NH2+ H2S (HO―C2H4―NH3)2S
2HO―C2H4―NH2+ CO2 (HO―C2H4―NH3)2CO3
do 50ºC reakcja przebiega w prawo (tworzenie siarczku i
węglanu monoetanoloaminy), w temperaturze około 120ºC
następuje desorpcja siarkowodoru i ditlenku węgla.
Takiemu przebiegowi reakcji sprzyja również obniżenie
ciśnienia.
28. Proces MEA
MEA – niskie koszty absorbentu oraz mała rozpuszczalność
węglanów w jego roztworach wodnych.
Wady:
- aktywność w reakcja z organicznymi związkami siarki,
- łatwe utlenianie się do kwasów (glikolowego, szczawiowego i
mrówkowego),
- tworzenie mydeł w kontakcie z kwasami organicznymi (silne
pienienie się),
- ograniczenie temperatury regeneracji do 125ºC (korozja
siarkowodorowa, rozkład MEA, unoszenie MEA),
- duże straty w procesie rzędu nawet kilkuset gramów na 1000 m3
oczyszczanego gazu (większa przy wzroście zawartości RSJ, COS),
- konieczność stosowania rozcieńczonych roztworów.
30. Proces DEA
DEA:
– większy stopień oczyszczenia H2S do 5-7mg/m3 i CO2 poniżej
200mg/m3,
- łatwiejszy proces regeneracji absorbera,
- mniejsza energochłonność regeneracji,
Wady:
- mniejsza stabilność termiczna,
- reaktywność z kwaśnymi składnikami gazu,
- produkty nieodwracalnych reakcji z niektórymi składnikami
oczyszczanego gazu mają podobne do DEA temperatury wrzenia
co uniemożliwia oczyszczenie roztworu.
31. Usuwanie CO2 i H2S z wykorzystaniem amin
gaz surowy
gaz oczyszczony
zanieczyszczenia
Legenda podzespołów
Legenda płynów
1. Wieża absorbera
2. Kolumna płucząca
3. Chłodnica gazu kwaśnego
4. Zbiornik oddzielający
5. Pompa
6. Wymiennik roz. średni/ubogi
7. Kolumna płucząca
8. Podgrzewacz
9. Pompa rozpusz. ubogiego
10.Chłodnica rozpusz. ubogiego
Gaz procesowy
Rozpusz. – ubogi
Rozpusz. – średni
Rozpusz. – bogaty
Kondensat
Woda chłodząca
Para nasycona
Gaz kwaśny
32. Usuwanie ditlenku węgla (CO2)
Oczyszczony gaz
Gaz kwaśny
Absorber
Kolumna
płucząca
Skraplacz
Gaz
zanieczyszczony Pompa
kondensatu
Zbiornik
kondensatu
Rozpuszczalnik
bogaty
Chłodnica
rozpusz.
ubogiego
Wymiennik
rozpuszczalnik
ubogi/bogaty
Zbiornik
płuczący
33. Usuwanie gazów kwaśnych – Proces Benfielda
Pompa
kondensatu
Regenerator
Benfielda
Skraplacz gazu
kwaśnego
Gaz kwaśny
Gaz
zanieczyszczony
Gaz
oczyszczony
Zbiornik
oddzielający
gazu
kwaśnego
Podgrzewacz
kondensatu
Absorber
Benfielda
Turbina
hydraul.
(opcja)
Pompa
Pompa
Filtr
Podgrzewacz
węglanu
Zbiornik
34. Usuwanie gazów kwaśnych – Proces Benfielda
Absorpcja H2S i CO2 na roztworach soli metali alkalicznych.
Proces Bensona-Fielda – absorpcja na 25-35% wodnych
roztworach węglanu potasu:
szybkość uwodnienia dwutlenku węgla jest większa w
wyższej temperaturze i dlatego stosuje się gorący (125ºC)
roztwór węglanu potasu.
Dodatkowo umożliwia usunięcie COS i CS (hydroliza do CO2 i
H2S), proces nieskuteczny przy usuwaniu merkaptanów.
- +
2 2 3CO +H O HCO +H
- +
3 3 3KCO +HCO +H 2KHCO
3 2 3KCO +H S KHS+KHCO
38. Gaz ziemny jako paliwo
Zalety:
- nie wymaga magazynowania u użytkownika,
- praktycznie niezmienna jakość i równomierna
temperatura spalania,
- spalanie bez dymu, sadzy i popiołu,
- łatwość dostosowania wielkości płomienia do rozmiarów
komory spalania,
- dostosowywanie temperatury płomienia do wymagań
technologicznych,
- łatwa obsługa palenisk,
- prosty sposób zastosowania automatyzacji.
39. Gaz ziemny jako paliwo
Udział gazu ziemnego w produkcji energii elektrycznej
40. Gaz ziemny jako paliwo
Udział nośników energii w produkcji energii elektrycznej
w Polsce
41. Gaz ziemny jako paliwo
Sprzedaż gazu ziemnego do sektora energetyki w Polsce
42. Gaz ziemny jako paliwo
Lokalizacja elektrowni
gazowych w Polsce:
1. Siedlce (TG),
2. Lublin-Wrotków (BGP),
3. Tarnobrzeg (BGP),
4. Nowa Sarzyna (BGP),
5. Rzeszów (BGP),
6. Zawidawie (BGP),
7. Zielona Góra (BGP),
8. Kostrzyń (BGP),
9. Gorzów (BGP),
10. Władysławowo (TG).
44. Pojazdy CNG na świecie
Kraj Udział [%]
Pakistan 21,85
Iran 15,87
Argentyna 14,57
Brazylia 12,62
Indie 8,43
Włochy 5,59
Udział całkowitej liczby pojazdów NGV na świecie
56. Gaz ziemny w przemyśle chemicznych
Z węglowodorów wydzielonych z gazu ziemnego można
wytworzyć:
- bezpośrednio końcowe produkty – np. chlorometany,
dwusiarczek węgla, cyjanowodór, kwas octowy itp.,
- podstawowe półprodukty – acetylen, olefiny C2-C4 oraz
gaz syntezowy CO+H2 (głównie do produkcji amoniaku,
metanolu i wodoru).
58. Gaz syntezowy
Proces prowadzi się przepuszczając mieszaninę par lekkiego
surowca węglowodorowego i pary wodnej nad katalizatorem
niklowym:
jest to reakcja silnie endotermiczna i przy wzroście temperatury
jej równowaga przesuwa się w prawo. Ponieważ przebiega ze
wzrostem objętości, wzrost ciśnienia niekorzystnie wpływa na
położenie stanu równowagi.
Ze wzrostem temperatury rośnie stopień konwersji metanu, co
powoduje zmiany równowagowe składu gazu. Wzrasta
zawartość wodoru i ditlenku węgla.
4 2 2CH +H O CO+3H
60. Gaz syntezowy
Oprócz konwersji metanu przebiega również reakcja konwersji
Jest to reakcja ezgotermiczna i z podwyższeniem temperatury
jej równowaga przesuwa się w lewą stronę, przy czym nadmiar
pary wodnej wzmaga tworzenie się ditlenku węgla.
W procesie konwersji metanu z parą wodną uzyskujemy
uzyskujemy gaz syntezowy o dużej wartości stosunku
objętościowego H2:CO (3:1). Jest ogromną zaletą, jeżeli
wykorzystamy go do produkcji wodoru lub amoniaku.
W przypadku procesów syntezy organicznej potrzebujemy gaz o
mniejszej zawartości wodoru (1:1 do 2:1). Możemy to uzyskać
przez dodanie do pary wodnej ditlenku węgla.
2 2 2CO+H O CO +H
4 2 2CH +CO 2CO+H
61. GTL – Gas To Liquids
Proces rafineryjny umożliwiający konwersję gazu ziemnego lub
innych węglowodorów gazowych do węglowodorów o długim
łańcuchu takich jak benzyna czy olej napędowy.
Gazy bogate w metan przetwarzane są na płynne paliwa
syntetyczne w konwersji bezpośredniej lub z wykorzystaniem
półproduktu (gazu syntezowego) w procesie Fischera-Tropscha.
Ogólny zapis reakcji tworzenia się węglowodorów
lub dwie główne reakcje tworzenia węglowodorów:
2 2CO+ H C H + H O
2 n m
m
n n n
⎛ ⎞
⋅ + → ⋅⎜ ⎟
⎝ ⎠
( ) 2 2 2 2CO+ 2 1 H C H + H On nn n n+⋅ ⋅ + → ⋅
2 2 2CO+2 H C H + H On nn n n⋅ ⋅ ⋅ → ⋅
63. Gaz ziemny dla odbiorców komunalnych
Grupy taryfowe sprzedaży gazu ziemnego w dystrybucyjnej
sieci gazowej o ciśnieniu do 0,5 MPa:
Grupa taryfowa
Moc umowna
[m3/h]
Roczna ilość
pobranego gazu
[m3]
W-1 ≤ 10 ≤ 300
W-2 ≤ 10 300-1200
W-3 ≤ 10 1200-8000
W-4 ≤ 10 > 8000
64. Gaz ziemny dla odbiorców komunalnych
Opłata za dostawę gazu do odbiorców komunalnych w
ramach umowy kompleksowej w taryfach W-1 do W-4:
Ok – opłata za dostawę gazu, zł,
C – cena gazu, zł,
Q – objętość gazu dostarczona w okresie rozliczeniowym, m3,
Szs – stawka sieciowa opłaty zmiennej, zł/m3,
Sss – stawka sieciowa opłaty stałej, zł/miesiąc,
Sa – stawka opłaty abonamentowej, zł/miesiąc,
k – ilość miesięcy w okresie rozliczeniowym.
k zs ss aO =C Q+S Q+S k+S k⋅ ⋅ ⋅ ⋅
65. Gaz ziemny dla odbiorców komunalnych
Ceny gazu w taryfie W-2 dla KSG w roku 2009.
66. Gaz ziemny dla odbiorców komunalnych
Ceny gazu w taryfie W-2 dla różnych spółek gazownictwa
w roku 2009.
