E-materiały do kształcenia zawodowego

Paliwa gazowe, ich pochodzenie i właściwości

BUD.28. Wykonywanie robót związanych z budową, montażem oraz eksploatacją sieci gazowych - Technik gazownictwa 311913

bg‑green

Podział paliw gazowych

SCHEMAT INTERAKTYWNY

s

Spis treści

1. Pochodzenie paliw gazowych1. Pochodzenie paliw gazowych

2. Podział paliw gazowych2. Podział paliw gazowych

3. Pochodzenie i podział paliw gazowych ze względu na skład chemiczny i właściwości3. Pochodzenie i podział paliw gazowych ze względu na skład chemiczny i właściwości

1

1. Pochodzenie paliw gazowych

RDQ1CjFE8VWCU
Nagranie tożsame z tekstem poniżej.

Paliwa gazowe to substancje w stanie gazowym pochodzenia naturalnego, wytwarzane metodami przemysłowymi lub uzyskiwane w procesie fermentacji beztlenowej osadów organicznych, które są wykorzystywane jako źródło energii do celów grzewczych, przemysłowych i transportowych. Spalanie paliw gazowych jest bardzo wygodne a jednocześnie ekologicznie uzasadnione. W trakcie spalania nie wydziela się i nie emituje do atmosfery tyle zanieczyszczeń co przy spalaniu np. paliw stałych.

Paliwa gazowe pochodzą z różnych źródeł.

R1b5PRSeyNukW1
Grafika interaktywna przedstawia podział paliw gazowych na naturalne, sztuczne i biogaz. Przy każdym z tych trzech typów znajduje się przycisk, który umożliwia wyświetlenie opisu oraz nagrania audio. Nagranie jest tożsame z opisem.

Naturalne

Pozyskiwane ze złóż naturalnych (gaz ziemny, gaz kopalniany, gazy płynne).

Sztuczne

Otrzymywane w procesach przemian chemicznych z paliw stałych, ciekłych i gazowych (gaz miejski, gaz koksowniczy, produkt zgazowania węgla, wodór).

Biogaz

Uzyskiwany w procesie fermentacji beztlenowej osadów organicznych ze ścieków miejskich, rolniczych, czy przemysłu spożywczego.
Paliwa gazowe
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

2

2. Podział paliw gazowych

R9DH0Q3jsncMY
Nagranie tożsame z tekstem poniżej.

Paliwa gazowe można podzielić na kilka kategorii – w zależności od źródła pochodzenia, składu chemicznego i zastosowania.

W celu sformułowania wymagań dotyczących paliw gazowych stosuje się podział tych gazów na grupy i rodziny. Zgodnie z definicją zawartą w normie PN‑C-04750:2011 – rodzina paliw gazowych obejmuje paliwa gazowe o podobnym pochodzeniu i zawierające takie same główne składniki, w których wartość parametru charakteryzującego mieści się w określonym zakresie. Grupą paliw gazowych nazywa się paliwa gazowe należące do tej samej rodziny lecz różniące się parametrami klasyfikacyjnymi: ciepłem spalania czy też zawartością podstawowych składników węglowodorowych.

Wg PN‑C-04750:2011 paliwa gazowe dzieli się na cztery rodziny.

R1Leug283YlBg1
Grafika interaktywna przedstawia podział paliw gazowych na cztery rodziny. Przy każdej z nich znajduje się przycisk, który umożliwia wyświetlenie opisu oraz nagrania audio. Nagranie jest tożsame z opisem.

Punkt pierwszy Gazy wytwarzane metodami przemysłowymi oraz mieszaniny gazów węglowodorowych z powietrzem

Rodzina I - Skład chemiczny gazów wytwarzanych metodami przemysłowymi zależy od warunków przeróbki i rodzaju produktu wyjściowego. Głównymi składnikami tych gazów jest tlenek węgla, wodór, ditlenek węgla, metan. Gazy wytwarzane metodami przemysłowymi obecnie wykorzystywane są jedynie w przemyśle, głównie w miejscu wytwarzania. Stosowanie ich do celów komunalnych zostało całkowicie wyparte przez gaz ziemny.

Wśród gazów z rodziny I należy wyszczególnić:
– paliwa gazowe o cieple spalania mniejszym niż 10 MJ/m3 – np. gaz wielkopiecowy do zasilania nagrzewnic w procesie wielkopiecowym, komór koksowniczych, w wytwornicach prądu w hutnictwie (silniki i turbiny gazowe, kotłownie);
– paliwa gazowe o cieple spalania od 10 MJ/m3 do 30 MJ/m3 – np. gaz wodny do wytwarzania energii cieplnej, czy gaz resztkowy z syntezy metanolu, mający zastosowanie grzewcze (lokalnie);
– paliwa gazowe o cieple spalania większym niż 30 MJ/m3 – głównie bogate gazy rafineryjne, których wykorzystanie jest bardzo uniwersalne i szerokie.

Punkt drugi Gazy ziemne

Rodzina II - Gazy ziemne zaklasyfikowane do drugiej rodziny gazów dzieli się na:
‒ gaz ziemny zaazotowany Ls (GZ 35) i Lw (GZ 41,5),
‒ gaz ziemny wysokometanowy grupy E (dawne oznaczenie GZ 50).

Gazy te są pochodzenia naturalnego. Skład chemiczny gazów ziemnych za-leży od miejsca powstawania. Podstawowym składnikiem jest metan, którego za-wartość może wynosić od 50 do 99%.

Gaz ziemny powstał w tym samym okresie co ropa naftowa i stanowi mieszaninę gazów i par wydobywających się z ziemi. Występuje w złożach ropno-gazowych lub w złożach czysto gazowych będących naturalnymi zbiornikami, nazywanymi – kolektorami. Gaz ziemny wydobywa się z ziemi podobnie jak ropę naftową, za pomocą szybów wiertniczych.
Obecnie gazy ziemne stanowią podstawowe paliwo przesyłane i rozprowadzane za pośrednictwem krajowego systemu gazowniczego.

Gaz ziemny charakteryzuje:
‒ duża wartość opałowa oraz praktycznie niezmienna jakość i stałość temperatury spalania w określonych warunkach,
‒ duża sprawność procesu spalania (85÷95 %),
‒ spalanie przebiegające bez tworzenia się dymu, sadzy i popiołu,
‒ niewielka zawartość w spalinach substancji zanieczyszczających środowisko (spalanie praktycznie bez emisji dwutlenku siarki i pyłów),
‒ bezpośrednia dostawa gazu z gazociągów (bez konieczności magazynowania u użytkownika),
‒ w skład gazu ziemnego nie wchodzi tlenek węgla w związku z czym gaz ten nie jest toksyczny.

Punkt trzeci. Gazy skroplone C3-C4

Do trzeciej rodziny gazów zaklasyfikowane zostały gazy skroplone C3-C4.
Ze względu na zawartość podstawowych składników węglowodorowych podzielone zostały na trzy grupy [PN-C-04750:2011]: – „B” – butan techniczny, C4 ≥ 95 % (mol/mol),
–„B/P”– propan-butan, 18% (mol/mol) ≤ C3 ≤ 55% (mol/mol), C4 ≥ 45% (mol/mol),
–„P” – propan techniczny, C3 ≥ 90 % (mol/mol).

Potocznie gazy należące do trzeciej rodziny gazów nazywane są gazami płynnymi. Określenie gaz płynny LPG (ang. Liquifid Petroleum Gas) pochodzi stąd, że gazy te w temperaturze otoczenia oraz pod stosunkowo niewielkim ciśnieniem ulegają skropleniu przechodząc w fazę ciekłą. Niewielkie ciśnienie potrzebne do skroplenia tych gazów umożliwia transport i magazynowanie ich w stosunkowo cienkościennych a tym samym i lekkich butlach, czy zbiornikach. Zmagazynowany u użytkownika gaz może być przechowywany w specjalnych zbiornikach naziemnych, podziemnych, naziemnych przysypanych oraz w butlach. Dzięki tym właściwościom za pomocą instalacji zbiornikowych i lokalnej sieci gazowej, gazem płynnym można gazyfikować miejsca pozostające poza zasięgiem sieci gazociągów gazu ziemnego.

Punkt czwarty. Gaz nie związany z żadną wcześniej wymienioną rodziną – biogaz

{audio}Według PN-C-04750:2011, do czwartej rodziny gazów zaklasyfikowane zostały gazy nie związane z żadną wcześniejszą rodziną. W rodzinie tej wyróżniono tylko jedną grupę oznaczoną symbolem „BG” – biogaz, który został zdefiniowany jako gaz tworzący się w wyniku fermentacji metanowej biomasy lub substancji organicznej zawartej w odpadach. W zależności od rodzaju użytego surowca oraz warunków fermentacji biogaz zawiera głównie metan w ilości od 55 do 85%, i CO w ilości od 15 do 45%. Najbardziej niepożądanym składnikiem surowego biogazu jest siarkowodór (do 3%), który jest związkiem o właściwościach silnie trujących. Ze względu na nieduże ilości pozyskiwanego biogazu, po wstępnym oczyszczeniu, jest on wykorzystywany lokalnie w miejscu jego wytwarzania i ewentualnie wśród najbliżej położonych obiektów.
Podział paliw gazowych
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

3

3. Pochodzenie i podział paliw gazowych ze względu na skład chemiczny i właściwości

R4vuTjwPf2jXF
Nagranie tożsame z tekstem poniżej.

Paliwa gazowe pochodzą z różnych źródeł, które można podzielić na naturalne i sztuczne.

RN6jvAB4bWbdF1
Grafika interaktywna przedstawia pochodzenie i podział paliw gazowych ze względu na skład chemiczny i właściwości. Są to: gaz ziemny, biogaz, gaz wodny, gaz płynny LNG. Przy każdym z nich znajduje się przycisk, który umożliwia wyświetlenie opisu oraz nagrania audio. Nagranie jest tożsame z opisem.

Gaz ziemny

Gaz ziemny to surowiec mineralny, który powstaje na skutek rozkładu substancji organicznych znajdujących się bardzo głęboko pod powierzchnią ziemi w tzw. złożach konwencjonalnych (w skałach o dużych właściwościach porowatości i przepuszczalności) i w złożach niekonwencjonalnych (w skałach o niskiej porowatości i przepuszczalności). Skład gazu ziemnego może się zmieniać, ponieważ wpływa na to miejsce, w którym eksploatowane są złoża błękitnego paliwa. Jednak za każdym razem głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan CH4. Do tego w gazie ziemnym mogą występować zróżnicowane ilości takich gazów jak etan, propan, butan i azot oraz związki organiczne i mineralne. Ponadto pojawiają się tam również gazy szlachetne (hel, argon). Charakteryzuje się niską emisją zanieczyszczeń i wysoką wartością opałową.

Biogaz

Produkcja biogazu następuje w procesie beztlenowej fermentacji metanowej różnorodnych substancji lub odpadów organicznych. Podstawowym składnikiem biogazu jest metan, stanowi on od 55 do 85 proc. całej mieszaniny. To właśnie zawartość metanu jest decydującym czynnikiem, który wpływa na możliwość zastosowania biogazu do celów energetycznych. Kolejno co do objętości kwalifikuje się dwutlenek węgla, jest go od 15 do 45 proc. Oprócz tych dwóch składników, w śladowych ilościach, mogą występować także: siarkowodór (0,08-3 proc.), wodór (0-5,5 proc.), tlenek węgla (0-2,1 proc.), azot (0,6-7,5 proc.) i tlen (0-1 proc.), a także wilgoć i cząstki stałe. Biogaz powstaje w:biogazowniach - Biogazownia to zespół urządzeń, które produkują jednocześnie energię elektryczną, cieplną i nawóz ekologiczny. Głównym zadaniem jest produkcja biogazu, która następuje w procesie beztlenowej fermentacji metanowej różnorodnych substancji lub odpadów organicznych. Wśród surowców do produkcji biogazu można wyróżnić: zboża, trawy, odpady komunalne, osady ze ścieków lub wysypisk śmieci, gnojowica, rośliny bulwiaste, serwatka, kiszonki, odpady poubojowe  i wiele innych.

Gaz wodny

Surowy gaz wodny jest mieszaniną zawierającą jako podstawowe składniki: wodór w ilości około 80% objętościowych oraz tlenek węgla. W zależności od metody produkcji gazu syntezowego i rodzaju zastosowanego surowca gaz ten może zawierać dodatkowo: azot, metan, związki siarki. Gaz wodny można otrzymać między innymi metodą zgazowania paliw:
– węgla kamiennego,
– pozostałości naftowych (ciężkie frakcje olejowe).

Zgazowanie obejmuje szereg reakcji składników paliwa z czynnikami zgazowującymi: tlenem i parą wodną. Podczas procesu zgazowania zachodzą również uboczne przemiany węgla z wodorem czy węgla z tlenkiem węgla oraz wtórne reakcje wodoru i pary wodnej z tlenkiem węgla.

Gaz wodny jest surowcem stosowanym do produkcji wielu związków organicznych jak również do produkcji amoniaku. Wodór wyodrębniony z gazu wodnego stanowi ważny surowiec zarówno dla przemysłu nieorganicznego (synteza amoniaku, procesy metalurgiczne), jak i dla przemysłu organicznego (w przemyśle rafineryjno-petrochemicznym).

Gaz płynny LNG

LNG jest produkowany z gazu ziemnego w procesie skraplania. Skraplanie lub kondensacja to zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej w fazę ciekłą. Może zachodzić przy odpowiednim ciśnieniu i w temperaturze niższej od temperatury krytycznej/ otoczenia. Kondensacja wiąże się ze zmniejszeniem odległości między cząsteczkami danej substancji. Spadek temperatury powoduje, że cząsteczki poruszają się wolniej.

Głównym składnikiem gazu ziemnego jest metan. Oprócz niego także etan, propan i cięższe węglowodory oraz azot, tlen, dwutlenek węgla, siarka. Podczas procesu skraplania gaz ziemny musi zostać oczyszczony, głównie z wody i dwutlenku węgla, aby zapobiec tworzeniu się cząsteczek stałych, kiedy gaz jest schładzany do temperatury ok. -160°C. W efekcie LNG jest bardzo czystym gazem - w 95%. składa się z metanu, a tylko 5% stanowią inne składniki.
Wzrost znaczenia LNG w ostatnich latach związany jest z ogólnym wzrostem zapotrzebowania na gaz ziemny.

Do podstawowych zalet wykorzystania LNG należą:
– elastyczność dostaw – LNG sprawdza się zarówno jako sposób na dywersyfikację dostaw gazu dla niektórych krajów oraz pokrycie szczytowego zapotrzebowania na gaz.
– wydajność – podczas skraplania gazu ziemnego w LNG jego objętość zmniejsza się około 600 razy. Oznacza to, że po regazyfikacji 100 m3 LNG otrzymujemy 60 tys. m3 gazu ziemnego.
– ekonomia – koszty transportu i magazynowania LNG są niższe niż gazu ziemnego. Wpływa na to m.in. możliwość wyboru dostawców z różnych części świata (optymalizacja kosztów zakupu i transportu).
– ekologia – gaz ziemny jest ekologicznym paliwem. Podczas spalania emituje do atmosfery znacznie mniej zanieczyszczeń niż węgiel, ropa lub inne paliwa kopalniane. Skroplony gaz ziemny jest dodatkowo oczyszczany – jego skład to 95% metanu przy niewielkim (ok. 5%) udziale innych składników. LNG jest zatem bardzo czystym paliwem bez właściwości toksycznych i korozyjnych.
– bezpieczeństwo – w przypadku kontaktu z powietrzem, LNG odparowuje i rozrzedza się w powietrzu. Jest więc znacznie mniej szkodliwym i niebezpiecznym paliwem niż np. ropa naftowa czy LPG. Nie ma możliwości skażenia środowiska (wód morskich, gleby) w przypadku wycieku LNG. Nowoczesne technologie konstrukcji zbiorników LNG (typu 'full-containment', "zbiornik w zbiorniku"), specjalne procedury oraz systemy zabezpieczeń, zapewniają wyjątkowo wysoki poziom bezpieczeństwa terminali regazyfikacyjnych.
Pochodzenie i podział paliw gazowych ze względu na skład chemiczny i właściwości
Źródło: Akademia Finansów i Biznesu Vistula, licencja: CC BY 3.0.

Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści

Powiązane ćwiczenia