ΕΤΚΛ ΕΜΠ. Τεχνολογία Πετρελαίου και Και Λιπαντικών ΕΜΠ

Transcript

1 Φυσικού Αερίου

2 Κοιτάσματα Κάθε κοίτασμα φυσικού αερίου περιέχει και βαρύτερους υδρογονάνθρακες σε υγρή μορφή, οι οποίοι κατά την εξόρυξη ξη συλλέγονται για να αποτελέσουν τα λεγόμενα υγρά φυσικού αερίου (Natural Gas Liquid, NGL) τα οποία είναι εμπορικά εκμεταλλεύσιμα. Αντιστοίχως, τα περισσότερα κοιτάσματα πετρελαίου περιέχουν και φυσικό αέριο, το οποίο ονομάζεται συνοδό αέριο (associated gas), συνήθως κακής ποιότητας, λόγω υψηλής περιεκτικότητας σε θείο. Το αέριο αυτό υπόκειται σε ειδική επεξεργασία καθαρισμού ώστε να γίνει αξιοποιήσιμο. Τα συνοδά φυσικά αέρια ονομάζονται και όξινα αέρια (λόγω θείου) σε αντιδιαστολή με τα φυσικά αέρια των αμιγών κοιτασμάτων, ("γλυκά" αέρια). Μετά την εξόρυξή του από το κοίτασμα, το φυσικό αέριο υπόκειται σε μία σειρά διεργασιών (αφαίρεση σωματιδίων, αποθείωση, αφαίρεση των βαρύτερων υδρογονανθράκων, διήθηση, δήθ απομάκρυνση υγρασίας, καθώς και άλλες διεργασίες ανάλογα με τη σύσταση ή τη συμφωνία πώλησης) και κατόπιν συμπίεση ή υγροποίηση για τη μεταφορά του στην τελική κατανάλωση.

3 Συστατικά Φυσικό Αέριο Μεθάνιο CH 4 C 1 Ελαφροί Υδρογονάνθρακες C 1 C 4 Αιθάνιο C 2 H 6 C 2 Βαρύτεροι Υδρογονάνθρακες Προπάνιο C 3 H 8 C 3 C 5+ "Όξινα" Συστατικά Βουτάνιο C 4 H 10 C 4 H 2 S, CO2 Αδρανή Συστατικά Πεντάνιο C 5 H 12 C 5 N 2, He Βαρύτεροι Υδρογονάνθρακες C N H 2N+2 C 5+ Άζωτο Ήλιο N He Διοξείδιο του Άνθρακα CO 2 Υδρόθειο H 2 S

4 Περιεκτικότητα στα Συστατικά του Συστατικό Υδρογονάνθρακες Μοριακό Κλάσμα Μεθάνιο Αιθάνιο Προπάνιο κ Βουτάνιο Ισοβουτάνιο κ Πεντάνιο Ισοπεντάνιο Εξάνιο Επτάνιο και βαρύτεροι υδρογονάνθρακες Μη Υδρογονάνθρακες Άζωτο Διοξείδιο του Άνθρακα Υδρόθειο Ήλιο

5 Σύσταση Κοιτασμάτων Προέλευση ΗΠΑ Γερμανία Π. Σοβ. Ολλανδία Νορβηγία, Γερμανία Ινδονησία ΓερμανίαW Panhandle Süd Ένωση Groningen Ekofisk Söhlingen Arun ustrow Συστατικό Texas Oldenburg Tenguiz CH 4, % κ.ό C 2 H 6, % κ.ό C 3 H 8, % κ.ό C 4 H 10, % κ.ό C 5 +, % κ.ό g/m 3 C N 2, % κ.ό CO 2, % κ.ό H 2 S, % κ.ό. 10 ppm 100 ppm S Στοιχειακό, g/m S Οργανικό, ppm He, % κ.ό Hg, mg/m Καναδάς Bearberry

6 Σύσταση Ρωσικού και Αλγερινού Συστατικό Ιδιότητα Ρωσικό Φυσικό Αέριο Αλγερινό Φυσικό Αέριο Ελάχιστο (%) Μέγιστο (%) Ελάχιστο (%) Μέγιστο (%) CH C 2 H C 3 H κ C 4 H ι C 4 H C 5 H CO N O H 3 083mg/m 3 2 S 5 mg/m 0.83 S, Μερκαπτανών 15 mg/m mg/m 3 S, Ολικό 60 mg/m 3 30 mg/m 3 Δείκτης Wobbe Σημείο Δρόσου Υδρογονανθράκων 0 C Σημείο Δρόσου Νερού 8 C Ανώτερη Θερμογόνος Δύναμη 8600 kcal/m kcal/m kcal/m kcal/m 3

7 Φυσικές Ιδιότητες Μοριακό Βάρος Σταθμισμένος Μέσος Όρος: Πυκνότητα Σταθμισμένος Μέσος Όρος: Σχετική Πυκνότητα: Καταστατική Εξίσωση: Αρχή Αντιστοίχων Καταστάσεων Ψευδοανηγμένη Πίεση: Ψευδοανηγμένη Θερμοκρασία: M å y M r= r d = r pv G A i y i r i = z RT p p = p = y p i å r, pc i ci p c T Tr = T = å y T T c, pc i ci

8 Ιδιότητες Συστατικών Συστατικό Μοριακό Βάρος M kg/kmol Μοριακός Όγκος V m 3 /kmol Πυκνότητα ρ kg/m 3 Σχετική Πυκνότητα d (Αέρας = 1) Μεθάνιο Αιθάνιο Προπάνιο κ Βουτάνιο Ισοβουτάνιο κ Πεντάνιο * * * * Ισοπεντάνιο * * * * κ Εξάνιο * * 4.29 * * κ Επτάνιο * 18.3 * 5.48 * * Άζωτο Διοξείδιο του Άνθρακα Υδρόθειο Ήλιο * Υγρό σε κανονικές συνθήκες.

9 Κρίσιμες Ιδιότητες Συστατικών Συστατικό Κρίσιμη Πίεση p c MPa Κρίσιμη Θερμοκρασία T c C Κρίσιμος Όγκος V c 10 3 m 3 /kg Κρίσιμη Πυκνότητα ρ c kg/m 3 Μεθάνιο Αιθάνιο Προπάνιο κ Βουτάνιο Ισοβουτάνιο κ Πεντάνιο Ισοπεντάνιο κ Εξάνιο κ Επτάνιο Άζωτο Διοξείδιο του Άνθρακα Υδρόθειο Ήλιο

10 Ιδιότητες Καύσης Θερμογόνος Δύναμη Σταθμισμένος Μέσος Όρος: Ανώτερη Θερμογόνος Δύναμη Κατώτερη Θερμογόνος Δύναμη Δείκτης Wobbe Όρια Αναφλεξιμότητας Στον Αέρα: % Σημείο Δρόσου HV W å = y HV GN, i GNi, Νερού Θερμοκρασία Συμπύκνωσης Υδρατμών Υδρογονανθράκων Θερμοκρασία Συμπύκνωσης Βαρύτερων Υδρογονανθράκων GN, = HV GN, d

11 Διάγραμμα Φάσεων Συστήματος Υδρογονανθράκων Πίεση Υγρό Κρίσιμο Σημείο C 100% Περιοχή Μίας Φάσης Σημείο Μέγιστης Πίεσης C p Ανάδρομη Συμπύκνωση Διφασική Περιοχή Υγρό + Αέριο Σημείο Μέγιστης Θερμοκρασίας C T Αέριο 95% 20% 10% 5% 0% Θερμοκρασία

12 Σημεία Δρόσου Πίεση (k kpa) Νερό και Υγροί Υδρογονάνθρακες στο Αέριο Σημείο Δρόσου Νερού Σημείο Δρόσου Υδρογονανθράκων Υγροί Υδρογονάνθρακες στο Αέριο Αέριο Μόνο Θερμοκρασία ( C)

13 Ιδιότητες Καύσης Συστατικών Συστατικό Θερμογόνος Δύναμη MJ/m 3 Δείκτης Wobbe MJ/m 3 Ανώτερη Κατώτερη Ανώτερος Κατώτερος Μεθάνιο Αιθάνιο Προπάνιο κ Βουτάνιο Ισοβουτάνιο κ Πεντάνιο * * Ισοπεντάνιο * * κ Εξάνιο * * κ Επτάνιο * * Υδρόθειο * Υγρό σε κανονικές συνθήκες.

14 Κατάταξη Αερίων Καυσίμων με το Δείκτη Wobbe Υπάρχουν τρεις "οικογένειες" αερίων καυσίμων, που κατατάσσονται ανάλογα με το Δείκτη Wobbe. Οικογένεια 1: Τεχνητά αέρια (αέριο κωκερίας, αέριο πόλης) Δείκτης Wobbe MJ/Nm 3 Οικογένεια 2: Φυσικά αέρια Φτωχά φυσικά αέρια Δείκτης Wobbe MN/Nm 3 Πλούσια Φυσικά αέρια Δείκτης Wobbe MN/Nm 3 Οικογένεια 3: Υγραέρια Δείκτης Wobbe MN/Nm 3 Τα αέρια κάθε οικογένειας χαρακτηρίζονται ως εναλλάξιμα

15 Υδρίτες Αερίου Παγόμορφα στερεά που αποτελούνται από νερό και υδρογονάνθρακες O σχηματισμός τους ευνοείται σε υψηλή πίεση και χαμηλή θερμοκρασία Κατάσταση Μεταφοράς και Αποθήκευσης Υδρίτες Αερίου (NGH) Στερεό Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο (LNG) Υγρό Θερμοκρασία Διατήρησης 20 C 162 C Πυκνότητα Περιεχόμενο σε 1 m 3 Φυσικό Αέριο: 170 Nm 3 Φυσικό Αέριο: 600 Νερό: 0.8 m 3 Nm 3 Μόρια Αερίου Μόρια Νερού