UNIVERZITET U TUZLI

RUDARSKO-GEOLOŠKO-GRAĐEVINSKI FAKULTET

BEMS

SEMINARSKI:Prirodni PlinProfesor:Dr.sc.Sanel Nuhanović,red.prof

Student:Armin Goletic

Prirodni Gas (plin)

1

• Šta je prirodni plin

• Upotreba plina

• Sabiranje i priprema plina

• Eksplatacija plina

• Separacija(odvajanje) kapljevite faze• Sušenje prirodnog plina

• Čišćenje prirodnog plina od štetnih primjesa• Transport plina

Šta je Plin ili Gas• Zemni ili prirodni plin je fosilno gorivo koje se najvećim

dijelom (85% do 95%) sastoji od metana (CH4), koji je

2

najjednostavniji ugljikovodik bez mirisa i okusa. Smjesa metana i zraka je eksplozivna. Preostali udio (5% do 15%) su složeniji ugljikovodici, etan, dušik, ugljični dioksid itd.

• Kao fosilno gorivo, prirodni plin ima ograničene zalihe. Procjene su da bi zalihe prirodnog plina, uz današnju razinu iskorištavanja, mogle potrajati još nekih sto godina. Najveći problemi s plinom leže u tome što se udio metana u njemu mijenja od države do države, pa tako na primjer udio metana u prirodnom plinu u Rusiji se kreće oko 98% dok je u Nizozemskoj taj udio od 80% do 85%.

Upotreba Plina• Upotreba prirodnog plina je raznovrsna. Plin se

upotrebljava u kućanstvu, koristi se kao sredstvo za grijanje, u industriji itd., ali se u zadnje vrijeme sve više

3

javlja kao i alternativno gorivo prema nafti za pogon motornih vozila, gdje se upotrebljava u jednom od naziva CNG (engl. compressed natural gas) ili ukapljen na temperaturi od -162°C LNG (engl. liquefied natural gas). Prednosti upotrebe prirodnog plina za pogon je u tome što motori pogonjeni prirodnim plinom ispuštaju za polovicu manje štetnih plinova od odgovarajućih dizel motora koji ispunjavaju normu Euro 2.

• Osim toga, prednost mu se očituje i u činjenici nepostojanja krutih čestica u ispušnoj cijevi, buka je neusporedivo manja kao i niža cijena u odnosu na dizel ili benzin. Prirodni plin je značajan i u pogledu da su autonomija kretanja i nosivost bitno veći nego kod ostalih alternativnih goriva. Budući da CNG ima visoku oktansku vrijednost (120), upotrebljava se kod motora s Ottovim postupkom sagorijevanja, a što ima nešto lošije iskorištenje u odnosu na dizel, ali budući da se koristi u režimu siromašne smjese razlike nisu velike.

Sabiranje i priprema • Osnovna je svrha sustava za sabiranje i pripremu

prirodnog plina za transport do potrošačkih središta da se

4

fluid sakupi sa svih proizvodnih bušotina u centralnu plinsku stanicu za promatrano eksploatacijsko područje i da se zatim pročisti i pripremi za potrošnju. To obično uključuje uklanjanje kapljevite faze (vode i plinskog kondezata), grubo izdvajanje viših ugljikovodika i sušenje plina. Kada prirodni plin sadrži veće količine kiselih komponenata (ugljik-dioksid, sumporovodik), one se moraju ukloniti posebnim postupcima. To vrijedi i za uklanjanje drugih štetnih primjesa( npr. žive), ako se takve nalaze u prirodnom plinu.

• Sustav za sabiranje i pripremu prirodnog plina može imati i uređaj za komprimiranje plina. Taj je uređaj potreban ako je tlak bušotine manji od transportnog tlaka (0.5 MPa). To se događa u fazi eksploatacije bušotine kad je smanjena energija fluida u nalazištu.

Sakupljanje(eksplatacija)• Postupak sabiranja prirodnog plina od ušća bušotine ovisi o

količine vode (kondenzirane ili slobodne ležišne vode) koja će se uz plin naći u cjevovodu. Udio je vode vrlo važan jer plinoviti ugljikovodici, ugljik-dioksid i sumporovodik pri

5

određenoj temperaturi i tlaku stvaraju hidrate. To su nestabilne kristalne tvorevine u kojima je uz molekule ugljikovodika vezano više molekula vode (npr. CH4*H2O). Uvjeti za stvaranje hidrata pojedinih ugljikovodika i kiselih primjesa prirodnog plina.

• Plinska i plinsko kondenzatna ležišta se eksplatišu(iskorištavaju) pod uticajem dva režima i razlicitih njihovih kombinacija a to su:

• Zapreminski režim i

• Vodonaporni režim

• Izvor energije u plinskim ležištima s volumetrijskim režimom nalazi se u stlačenom plinu i stijeni, i to u slučaju kada ispod akumulacije plina nema akvifera ili je on jako mali i bez utjecaja na iskorištavanje ležišta. Znatno je povoljniji od vodonapornog režima.Mogući iscrpak se kreće u granicama od 70'0 do 90'0 % ,i ovisi o tlaku napuštanja ležišta.

• Kad se ležište prirodnog plina eksploatira volumetrijski, a to je moguće kad ispod akumulacije plina nema akumulirane vode, ukupan se fluid iz svake bušotine transportira jednim cjevovodom do centralne plinske stanice. Tada se u cjevovodu pojavljuje samo voda od kondenzirane vodene pare iz plina, zbog sniženja tlaka i temperature plina od ležišta do kraja sabirnog sustava. Vodena para kondenzira kad su dostignuti tlak i temperatura rosišta, koji su ovisni o koncentraciji vodene pare u prirodnom plinu.

• Iscrpak plina iz plinskih i plinsko-kondenzatnih ležišta, koja se iskorištavaju pod djelovanjem vodonapornog režima,je manji negoli iz ležišta s volumetrijskim režimom. Kreće se u granicama između 40 i 70%.Ovakvo iskorištavanje ležišta postoji nekoliko razloga:

• -kod jakih vodonapornih režima više od 40% plina može ostati zarobljeno iza vodenog vala pod visokim pritiskom

6

• -fazno ponašanje smjese ugljikovodonika,pri čemu jedan njihov dio kod ulaska u dvofazno područije prelazi iz plinovitog u ukapljeno stanje

• Kad se ležište prirodnog plina eksploatira volumetrijski, a to je moguće kad ispod akumulacije plina nema akumulirane vode, ukupan se fluid iz svake bušotine transportira jednim cjevovodom do centralne plinske stanice. Tada se u cjevovodu pojavljuje samo voda od kondenzirane vodene pare iz plina, zbog sniženja tlaka i temperature plina od ležišta do kraja sabirnog sustava. Vodena para kondenzira kad su dostignuti tlak i temperatura rosišta, koji su ovisni o koncentraciji vodene pare u prirodnom plinu.

• Ako su na kraju sabirnog sustava tlak i temperatura toliko niski da omogućuju stvaranje hidrata, u struju bušotinskog fluida injektiraju se inhibitori koji sprečavaju stvaranje hidrata snižavajući temperaturu njihova stvaranja. Kao inhibitori najčešće se upotrebljavaju dietilen-glikol i metanol.

• Kad se sabire prirodni plin iz ležišta s vodonapornim režimom, očekuje se znatna količina slobodne ležišne vode u plinu. Tada je potrebno uz svaku bušotinu postaviti separator slobodne vode. Nakon odvajanja vode, plin se transportira cjevovodom od svake bušotine do centralne plinske stanice uz dodatak inhibitora, ako je potrebno, protiv stvaranja hidrata.

• Odvojena ležišna voda prikuplja se sa svih bušotina, pa se ili utiskuje u naftna ležišta za podržavanje ležišnog tlaka ili se deponira u istražne bušotine koje su neprikladne za eksploataciju.

Separacija(odvajanje) kapljevite faze

7

Na ulazu u centralnu plinsku stanicu plin iz bušotina prihvaća ulazni razdjelnik u kojem se smanjuje tlak plina. Nakon toga se fluid odvodi u separatore za razdvajanje plina od vode, koja je nastala kondenzacijom vodene pare iz plina, i plinsko kondenzata, tj. od ugljikovodika koji su pri tom tlaku i temperaturi u kapljevitoj fazi. Razdvajanje se najprije provodi u separatorima bez hlađenja (gravitacijski i ciklonski separatori). Postoje dvofazni separatori u kojima se odvaja plin od ukupne kapljevite faze ( voda i plinski kondenzat) i trofazni separatori u kojima se uz plin odvajaju posebno voda i posebno plinski kondenzat.

Nakon toga plin ulazi u postrojenje za odvajanje viših ugljikovodika. U njemu se smanjuje tlak plina propuštanjem kroz redukcijski ventil, pa plin ekspandira i hladi se. Sam proces ovisi o sastavu plina. Suhi se plin najprije pregrijava, da bi nakon ekspanzije i hlađenja njegova temperatura bila još uvijek viša od temperature stvaranja hidrata. Pri separaciji mokrog plina mora se zbog velikog udjela viših ugljikovodika postići ekspanzijom što niža temperatura. Istodobno mora se međutim spriječiti stvaranje hidrata, što se postiže injektiranjem inhibitora.

Za niskotemperaturnu separaciju može se primijeniti i turboekspanzijski proces. Tada plin ekspandira prolazeći kroz turbinu uz proizvodnju mehaničke energije. Tada se uz jednake tlakove postižu niže temperature, a dobiva se i mehanička energija koja se može iskoristiti za pogon kompresora, pumpa ili električnih generatora.

Sušenje prirodnog plina Odvajanje vodene pare (vlage) iz prirodnog plina potrebno

je da bi se spriječila njena kondenzacija i akumuliranje u plinovodima zbog sniženja tlaka i temperature. Da bi se naime snizila temperatura rosišta, potrebno je smanjiti koncentraciju vodene pare u plinu (Slika 2.). Voda je u

8

plinovodima nepoželjna jer smanjuje transportni kapacitet i povećava mogućnost korozije jer se sa sniženjem temperature povećava mogućnost stvaranja hidrata i njihova sakupljanja, što može uzrokovati i prekid protoka plina. Zbog toga se prirodni plin u centralnoj plinskoj stanici suši toliko da za naše klimatske prilike rosište ne bude više od – 15 °C. Za područja s hladnijom klimom rosište mora biti i niže.

Najčešće se vlaga iz plina uklanja apsorpcijom, a kao apsorbent upotrebljava se trietilen-glikol. Apsorpcijsko se postrojenje sastoji od apsorpcijske kolone, u kojoj se vlaga iz plina otklanja protustrujnom cirkulacijom koncentriranog trietilen-glikola, i regeneratora, u kojem se glikol pri temperaturi višoj od 200 °C oslobađa voda, pa se može ponovno upotrijebiti kao apsorbent.

Čišćenje prirodnog plina od štetnih primjesa

Kao što je već spomenuto, prirodni plin može sadržavati i štetne primjese od kojih su najvažnije ugljik-dioksid i sumporovodik. Dopušteni sadržaj tih štetnih primjesa ovisi o namjeni plina.

9

Za čišćenje prirodnog plina od ugljik-dioksida i sumporovodika razvijeno je mnogo postupaka. To mogu biti kemijski procesi ( apsorpcija kiselih komponenata u otopini), fizikalni procesi (otapanje kiselih komponenata u prikladnom otapalu), fizikalno-kemijski procesi ( kombinacija apsorpcije i otapanja) i suhi procesi (adsorpcija kiselih plinova na adsorbentima). Kad je udio sumporovodika visok, primjenjuje se postupak kojim se dobiva sumpor.

Spremanje i transport• Zbog njegove male gustoće, prirodni plin nije lagano

spremati ni transportirati. Plinovodi su nepraktični za prijenos preko oceana. Mnogi postojeći plinovodi u Sjevernoj Americi su pri rubu svoga kapaciteta, te su nagnali mnoge političare sjevernih država SAD-a da progovore o mogućim nedostacima. Kada se pak govori o Europi, na njenom zapadu su plinovodi poprilično gusti. Novi plinovodi se planiraju ili su već u procesu izgradnje u

10

Istočnoj Europi i među nalazištima plinova u Rusiji, Bliskom Istoku, Sjevernoj Africi i Zapadnoj Europi.

• Nosači, odnosno tankeri LNG-a, prenose ukapljeni prirodni plin (LNG) preko oceana, dok cisterne mogu prenositi ukapljeni, ali i komprimirani prirodni plin (CNG) na manje udaljenosti. U razvoju je transport plina preko mora tankerima koji bi prevozili komprimirani prirodni plin. U nekim uvjetima, takav bi transport mogao konkurirati prijevozu ukapljenog plina.

• Prirodni se plin transportira u plinovitom stanju kopnom i po morskom dnu plinovodima, dok se u udaljene prekomorske zemlje transportira specijalnim brodovima (metajnerima) u ukapljenom stanju.

TRANSPORT PLINOVODIMA

Prema transportnoj udaljenosti plinovodi se mogu rasvrstati u tri kategorije: u tranzitne, magistralne i distribucijske plinovode.

Tranzitnim plinovodima transportiraju se velike količine prirodnog plina iz jedne zemlje u drugu prelazeći i preko teritorija jedne ili više zemalja. Takvi plinovodi najčešće prenose plin pod tlakom od 7 do 10 MPa, a grade se od čeličnih cijevi promjera do 1500 mm, a dugi su i više tisuća kilometara.

Magistralni plinovodi služe za transport plina unutar granica zemlje ili užeg područja, najčešće od mjesta proizvodnje ili od mjesta uvoza do potrošačkih središta ili velikih industrijskih potrošača. Rade s tlakom manjim od 7 MPa, a promjer im najčešće nije veći od 1000 mm. Slika 3. Prikazuje plinsku mrežu u Europi, a Slika 4. Plinsku mrežu u Hrvatskoj.

Distribucijskim se plinovodima dovodi plin od mjesta preuzimanja na magistralnom plinovodu do mjesta predaje potrošačima. Glavni dijelovi distribucijske

11

mreže rade s tlakom manjim od 0,8 MPa, a razdjelna distribucijska mreža za dovod do stambenih zgrada s tlakom manjim od 3 kPa. Promjeri distribucijskih plinovoda iznose od 50 do 600 mm.

Kad se plin transportira na velike daljine, najčešće se radi i o velikim količinama plina. Zbog tehničkih i ekonomskih ograničenja ne upotrebljavaju se cijevi promjera većeg od 1440 mm, a ni tlakovi veći od 7 MPa, rjeđe do 10 MPa. U takvim su cjevovodima otpori strujanju toliki da uzrokuju velik gubitak tlaka, pa tlak već nakon 100 do 150 km padne na vrijednost koja onemogućuje ekonomičan transport plina. Zbog toga se u plinovode ugrađuju kompresorske stanice kojima se tlak plina povećava na početnu vrijednost. Smatra se da optimalan omjer početnog i krajnjeg tlaka između dvije kompresijske stanice treba da iznosi oko 1,45. U praksi taj omjer iznosi 1,33 do 1,60, a katkada i 1,70.

Osim kompresorskih stanica u plinovode se ugrađuju i uređaji potrebni za normalno funkcioniranje plinovoda. To su automatski zaporni uređaji, stanice za ispuhivanje i rasterećenje plinovoda, stanice za uvođenje i vađenje pročistača plinovoda i redukcijsko-mjerne stanice.

12