Analiza gazów energetycznych metodą chromatografii gazowej.pdf

T ECHNOLOGIA CHEMICZNA – SUROWCE I NOŚNIKI ENERGII

Analiza gazów energetycznych metodą

chromatografii gazowej

G AZ ZIEMNY

Gaz ziemny jest paliwem pochodzenia naturalnego, należącym do grupy paliw

pierwotnych (kopalnych). W przyrodzie występuje albo oddzielnie, albo łącznie z ropą

naftową. Gaz ziemny powstawał - podobnie jak ropa naftowa - w wyniku przemian szczątków

organizmów żywych w węglowodory na drodze diagenezy, katagenezy i metamorfizmu.

Ze względu na skład wyróżnia się dwa podstawowe rodzaje gazu ziemnego.

Zawierający łącznie 95% metanu i etanu tzw. gaz suchy oraz gaz mokry, w którym obok

metanu i etanu występują także cięższe węglowodory w ilościach dochodzących do 30%. Gaz

ziemny towarzyszący ropie naftowej jest gazem mokrym. Oprócz węglowodorów gaz ziemny

może zawierać także azot, dwutlenek węgla i siarkowodór (niekiedy do 30% N 2 , do 40% CO 2

i do 50% H 2 S) oraz niewielkie ilości helu (najbogatsze, wydobywane w USA gazy zawierają

do 1,35% He).

Wydobycie gazu ziemnego zaczęło się dopiero w XIX wieku, gdy przekonano się

o jego zaletach i różnorodnych możliwościach zastosowania. Złoża gazu ziemnego można

podzielić na udokumentowane, których wskaźnik wystarczalności wg różnych źródeł

oceniany jest na około 70 lat oraz wstępnie ocenione, które (według dzisiejszej wiedzy)

powinny wystarczyć na około 150 lat.

Zasoby gazu ziemnego na świecie

W wyniku prowadzenia prac poszukiwawczych światowe udokumentowane zasoby

gazu ziemnego ciągle rosną. W okresie ostatnich 15 lat zwiększyły się one prawie dwukrotnie

i ocenia się, że obecnie osiągnęły poziom 150 bln metrów sześciennych (tabela 1). Światowe

oceny prognostycznych zasobów gazu ziemnego w ilości 257,7 bln metrów sześciennych

wskazują, że udokumentowane jego zasoby na świecie będą nadal rosły.

Tabela 1. Pierwsza dziesiątka państw posiadająca największe udokumentowane zasoby gazu ziemnego

(dane z 2001 r.).

Pozycja Państwo

Zasoby w mld m 3 Udział w zasobach

światowych [%]

Rosja

47 544

30,82

Iran

22 988

14,90

Katar

14 392

9,33

Arabia Saudyjska

6 198

4,02

Zjednoczone Emiraty Arabskie

6 002

3,89

USA

5 021

3,26

Algieria

4 520

2,93

Wenezuela

4 177

2,71

Nigeria

3 509

2,27

Irak

3 107

2,01

Świat

154 248

W skali świata kraje europejskie dysponują stosunkowo niewielkimi zasobami gazu

ziemnego - w 2005 r. szacowano je na 6,6 biliona m 3 . W miarę zasobnymi złożami (powyżej

1 biliona m 3 ) dysponują jedynie Norwegia, Holandia i Ukraina. Mimo szczupłości zasobów

własnych kraje europejskie są jednym z największych producentów gazu na świecie.

Z wielkością wydobycia rzędu 310 mld m 3 (tabela 2) zajmowały trzecie miejsce po Rosji

i USA. Fakt ten rodzi poważne konsekwencje dla przyszłości europejskiego rynku gazu,

czego najlepszym przykładem jest Wielka Brytania – największy obecnie producent gazu

w Europie (88 mld m 3 w 2005 r.). Jej zasoby wyczerpią się najprawdopodobniej za około

6 lat. Nawet najzasobniejsze kraje Europy (Norwegia, Holandia) przy obecnym poziomie

wydobycia będą dysponowały własnym gazem przez około 28 lat.

Tabela 2. Zasoby i produkcja gazu ziemnego w krajach europejskich w 2005 r.

Kraj

Zasoby gazu

(w bilionach m 3 )

Wydobycie roczne

(w mld. m 3 )

Wskaźnik

zasoby/produkcja

(lata)

Norwegia

2,41

85,0

Holandia

1,41

62,9

Ukraina

1,11

18,8

Rumunia

0,63

12,9

W. Brytania

0,53

88,0

Niemcy

0,19

15,8

Włochy

0,17

12,0

Polska

0,11

4,3

Dania

0,07

10,4

Razem

6,61

310,0

Fed. Rosyjska

47,82

598,0

Zasoby gazu ziemnego w Polsce

W Polsce złoża gazu ziemnego występują przede wszystkim na Niżu Polskim:

w regionie wielkopolskim i na Pomorzu Zachodnim oraz na przedgórzu Karpat, a ponadto

niewielkie zasoby gazu występują również w małych złożach obszaru Karpat oraz w polskiej

strefie ekonomicznej Bałtyku. Około trzy czwarte zasobów gazu znajduje się w utworach

miocenu i czerwonego spągowca, pozostałe zaś m.in. w osadach kambru, dewonu, karbonu,

cechsztynu, jury i kredy.

Na Niżu Polskim złoża gazu ziemnego występują w regionie przedsudeckim

i wielkopolskim w utworach permu, a na Pomorzu Zachodnim w utworach karbonu i permu.

Gaz występuje w złożach typu masywowego i blokowego o wodno- lub gazowo-naporowych

warunkach eksploatacji. Na Niżu Polskim jedynie 4 złoża zawierają gaz wysokometanowy,

w pozostałych złożach dominuje gaz ziemny zaazotowany zawierający od 30 do ponad 80 %

metanu. Jest to zatem często mieszanina metanowo-azotowa albo azotowo-metanowa.

W 15 złożach dotychczas niezagospodarowanych, najczęściej rozpoznanych wstępnie,

stwierdzono występowanie mieszaniny azotowo metanowej o zawartości poniżej 30 %

metanu.

Na przedgórzu Karpat występuje największe polskie złoże gazu ziemnego

"Przemyśl", które jest eksploatowane od lat 1970 i dotychczas utrzymuje się na pierwszym

miejscu pod względem wielkości wydobycia. W tym regionie złoża gazu ziemnego występują

w utworach jurajskich, kredowych i mioceńskich. Jest to najczęściej gaz wysokometanowy,

niskoazotowy, a jedynie w 4 złożach występuje gaz zaazotowany. Złoża należą

do strukturalno-litologicznych, wielowarstwowych, rzadziej masywowych, produkujących

w warunkach gazowo-naporowych.

W Karpatach gaz ziemny występuje w małych złożach w utworach kredowych

i trzeciorzędowych, zarówno w złożach samodzielnych, jak i towarzysząc złożom ropy

naftowej lub kondensatów. Wydobycie gazu ze złóż karpackich przebiega w warunkach

gazowo-naporowych. Gaz jest wysokometanowy (przeważnie zawiera powyżej 85 %

metanu), niskoazotowy (średnio jego zawartość wynosi kilka procent).

W Polskiej strefie ekonomicznej Bałtyku gaz ziemny towarzyszy ropie naftowej

w złożu B 3.

W 2005 r. w złożach niżowych występowało 66 % udokumentowanych zasobów gazu

ziemnego, zasoby przedgórza Karpat stanowiły 29,5 % zasobów krajowych, zasoby polskiej

ekonomicznej strefy morskiej Bałtyku – 3,2 %, a zasoby Karpat - tylko około 0,9 %.

Zużycie gazu ziemnego w Europie

Kraje europejskie (bez Rosji) ze zużyciem gazu ziemnego na poziomie 600 mld m 3

(dane z 2005 r.) plasują się na drugim miejscu pod względem konsumpcji tego surowca, tuż

za Stanami Zjednoczonymi (633,5 mld m 3 ) i przed Federacją Rosyjska (405,1 mld m 3 ).

W. Brytania

94,6

Niemcy

85,9

Włochy

79,0

Ukraina

72,9

Francja

45,0

Holandia

39,5

Hiszpania

32,3

Rumunia

17,3

Polska

13,6

Węgry

13,4

Czechy

8,5

Słowacja

5,9

Norwegia

4,5

Irlandia

3,9

Litwa

3,2

mld m 3

Portugalia

3,0

Szwecja

0,8

100

Rysunek 1. Zużycie gazu ziemnego w wybranych krajach europejskich w 2005 r.

Z punktu widzenia wielkości zużycia gazu ziemnego Polska sytuuje się w środku

rankingu europejskiego (rysunek 1). Jednak, jeśli przyjąć za punkt odniesienia liczbę

mieszkańców, to okazuje się, że Polska wykorzystuje gaz w stopniu znacznie niższym niż

większość krajów europejskich (tabela 3). Spowodowane jest to specyficzną strukturą bilansu

paliwowego Polski. W większości krajów europejskich gaz ziemny należy do podstawowych

surowców energetycznych. Przykładowo w krajach takich jak Niemcy, Holandia, Włochy,

czy Wielka Brytania w elektrowniach opalanych gazem wytwarza się od 20% do blisko 50%

całkowitej produkcji energii elektrycznej, gdy tymczasem polska energoelektryka oparta jest

prawie w całości na węglu kamiennym i brunatnym.

Głównymi konsumentami gazu w Polsce są przemysł i budownictwo (42% ogółu

zużycia) oraz gospodarstwa domowe (27% zużycia). Ciepłownictwo i energetyka zużywa

11% rocznej konsumpcji, zaś najmniej zużywa transport – 2,8%.

Tabela 3. Zużycie gazu na osobę w wybranych krajach europejskich w 2005 r.

Państwo

Ludność

(mln)

Zużycie gazu

(mld m 3 /rok)

Zużycie gazu na

głowę mieszkańca

(m 3 / osobę)

W. Brytania

59,6

94,6

1587

Hiszpania

43,7

32,3

739

Polska

38,1

13,6

357

Czechy

10,2

8,5

833

Węgry

10,1

13,4

1327

Słowacja

5,3

5,9

1113

Litwa

3,4

3,2

941

Transport gazu ziemnego

Zasadniczym problemem transportu gazu jest jego mniejsza gęstość energii. Powoduje

to większe koszty przewozu i inwestycji potrzebnych do stworzenia łańcucha transportowego.

Wartość opałowa ropy naftowej wynosi 45,96 MJ/kg, natomiast gazu ziemnego tylko

36,1 MJ/kg. Przed transportem gaz ziemny musi być albo sprężony, albo upłynniony. Oba te

procesy są energochłonne, a więc i kosztowne. Z tego powodu, w przeciwieństwie do ropy

naftowej i węgla nie ma dotychczas żadnego zamkniętego rynku międzynarodowego,

a wyższe koszty transporty prowadzą do większej regionalizacji. Powstały więc ograniczone

obszarowo rynki gazu ziemnego: Ameryka Północna, Europa Zachodnia i Wschodnia oraz

Azja Południowo-Wschodnia.

Gaz ziemny może być transportowany w postaci gazu sprężonego CNG (ang.

Compressed Natural Gas) rurociągami, lub upłynnionego LNG (ang. Liquefied Natural Gas)

w tankowcach. Obecnie najbardziej rozpowszechniony jest transport rurociągowy – obejmuje

ok. 75% handlu tansgranicznego.

Przy transporcie lądowym stosowane są rurociągi o średnicy do 1,4m i ciśnieniu

roboczym do 100 barów. Ponieważ ciśnienie to spada o ok. 0,1 bara/km, to co 100 – 150 km

stosowane są pośrednie stacje sprężające. Umożliwia to transportowanie gazu na duże

odległości, ale jest związane z większym nakładem kosztów, które wzrastają prawie liniowo

wraz ze wzrostem długości odcinka.

Skroplony gaz ziemny (LNG) to gaz w stanie płynnym, którego objętość jest około

600-krotnie zmniejszona w procesie schłodzenia pod ciśnieniem atmosferycznym

do temperatury -162 o C. Skraplanie gazu ziemnego wiąże się z bardzo dokładnym jego

oczyszczeniem z dwutlenku węgla, propanu butanu, azotu, helu, itp. LNG jest bezbarwny,

bezwonny, nie ma właściwości korozyjnych ani toksycznych, a gaz otrzymany w wyniku

regazyfikacji, czyli przejścia ze stanu skroplonego w gazowy, jest najwyższej jakości.

Gaz upłynniony ma ok. 2-krotnie większą gęstość energii, niż CNG, co umożliwia

stosowanie mniejszych i lżejszych zbiorników. LNG jest od blisko 40 lat wytwarzany

w dużych ilościach bezpośrednio u źródła i jest przewożony tankowcami na znaczne

odległości.

Około 63% wszystkich transportów LNG jest przeznaczonych dla Japonii. Ze względu

na wyspiarskie położenie tego kraju może on importować gaz ziemny tylko w formie

upłynnionej. Gaz ten z miejsca wydobycia transportowany jest do portów jako CNG,

następnie zostaje upłynniony i załadowany do tankowców. W porcie docelowym, LNG po

wypompowaniu ze statków i ponownym doprowadzeniu do postaci gazowej (ciepło pochodzi

z wód morskich, których temperatura jest wystarczająca do odparowania gazu płynnego) jest

przesyłany jako CNG siecią rurociągów do odbiorców.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: