Gaz ziemny - charakterystyka, wystepowanie oraz zastosowanie

Gaz ziemny jest paliwem gazowym pochodzenia naturalnego. Jest mieszaniną węglowodorów gazowych ( metanu CH4, etanu C2H6, propanu C3H8 itp. ), ciekłych oraz zmiennych ilości azotu N2, dwutlenku węgla CO2, siarkowodoru H2S, wodoru H2 i domieszek gazów szlachetnych ( helu He, argonu Ar itp. ). Rozróżnia się gaz ziemny wulkaniczny, pochodzenia nieorganicznego, przeważnie niepalny, g.z. błotny, będący produktem biologicznego rozkładu, składający się przede wszystkim z metanu, oraz g.z. właściwy. Gaz ziemny właściwy występuje w podziemnych złożach, bardzo często razem z ropą naftową. W zależności od składu rozróżnia się gaz "chudy", zawierający do 99% metanu, gaz "mokry", zawierający także węglowodory wyższe, oraz gaz "kwaśny", silnie zanieczyszczony związkami siarki.

W skorupie ziemskiej gaz ziemny występuje:
- swobodnie – w postaci gazowej lub związany w stałych hydratach węglowodorów;
- w postaci rozpuszczonej – w wodach podziemnych lub ropie naftowej.

Gaz ziemny w stanie naturalnym jest bezbarwny, bezwonny, lżejszy od powietrza. Aby mógł być wyczuwalny przez człowieka jest poddawany procesowi nawaniania, który nadaje mu poprzez zastosowanie odpowiedniego nawaniacza specyficzną woń.

W połączeniu z powietrzem w określonych stężeniach ( 5 % - 15 % ) tworzy mieszaninę wybuchową ( zainicjowanie wybuchu może być spowodowane jakąkolwiek iskrą ). Gaz ziemny jest paliwem ekologicznym. Podczas jego wydobycia i transportu zachowywane są wszelkie warunki ochrony środowiska, a przy jego spalaniu emitowane są minimalne ilości szkodliwych zanieczyszczeń. Dzięki swej wysokiej kaloryczności gaz ziemny wykorzystywany jest jako źródło energii w gospodarstwach domowych. Służy do ogrzewania domów, podgrzewania wody użytkowej i gotowania posiłków. Dostarczany jest siecią gazociągów bezpośrednio do domu użytkownika niezawodnie, bez przerwy, przez cały rok. Nie wymaga magazynowania u odbiorcy. Gaz ziemny jest wyjątkowo wygodny w użytkowaniu. Gazowe urządzenia grzewcze nie wymagają praktycznie żadnej obsługi, wystarczy nastawić żądaną temperaturę.
Gaz ziemny przeważnie towarzyszy pokładom ropy naftowej, ale również występuje samodzielnie . Opinie na temat pochodzenia geologicznego gazu ziemnego nie są w pełni zgodne . Jedna z hipotez głosi, że jego pochodzenie geologiczne jest identyczne jak pochodzenie złóż ropy naftowej . Taka sama jak dla ropy jest również technika poszukiwań złóż gazu i wierceń . W złożach gaz znajduje się pod znacznym ciśnieniem, to też sam wydobywa się odwiertem na powierzchnię ziemi.

Po wydobyciu surowy gaz jest przeważnie zanieczyszczony ciałami stałymi (rozdrobniony piasek lub glina ) i ciekłymi ( resztki ropy naftowej – węglowodory ciekłe i woda ) . Przed wprowadzeniem go do rurociągu przesyłowego poddawany jest oczyszczeniu .

Walory gazu to łatwość i wygoda transportu (rurociągami), łatwość sterowania i automatyzacji procesu spalania oraz, co chyba najważniejsze, możliwość osiągnięcia wyższych wskaźników sprawności energetycznej w porównaniu z urządzeniami zasilanymi innymi paliwami.

W państwach, w których ogólna efektywność energetyczna (wyrażona ilością wyprodukowanych dóbr na jednostkę zużytej energii) jest wysoka, udział zużycia paliw gazowych w strukturze zużywanej energii jest z reguły znaczący. Polska powinna dążyć do zwiększenia udziału gazu w strukturze zużywanej w kraju energii pierwotnej.

Największe złoża gazu ziemnego występują w Rosji i USA, a także pod dnem Morza Północnego. Znaczne ilości gazu występują także pod dnem morskim u wybrzeży Ameryki Północnej (wschodnie wybrzeże), Brazylii, Indii (O. Indyjski) i Australii.

W Polsce gaz ten występuje koło Jasła, Lubaczowa, Gorlic, Cieszyna i Sanoka.
Ropa naftowa i gaz ziemny występują w postaci podziemnych zbiorników (złóż).

Wydobycie gazu ziemnego na świecie w 1995 roku
Kraje W petadżulach* Udział w świecie w %
Świat 79687 100,0
Rosja 23233 29,1
Stany Zjednoczone Ameryki 20365 25,6
Kanada 7291 7,2
Wielka Brytania 2705 3,4
Polska 136 0.2

petadżul - jednostka ciepła, 1 petadżul = 1015 dżuli. 1 petadżul odpowiada w przybliżeniu 27 mln m³.

Przeróbka gazu ziemnego może być prowadzona metodami:
1) zachowawczą, polegającą na rozdziale mieszaniny węglowodorów na podstawie różnych własności fizycznych na zespoły o charakterze produktu celowego pod względem technicznym i handlowym,

2) przetwórczą, zmieniającą strukturę chemiczną węglowodorów w celu otrzymania nowych produktów
(Oczywiście metodą zachowawczą można przerobić tylko "gaz mokry" rozdzielając go na zespoły)

Mieszaninę węglowodorów, która stanowi "gaz mokry", rozdziela się na trzy grupy o charakterze produktów celowych:
1) węglowodory czysto gazowe - metan (CH4) i etan (C2H6),

2) węglowodory, które w temperaturze pokojowej i klimatycznej (od +40 do -30O C) można łatwo skroplić przez zastosowanie odpowiedniego ciśnienia - propan (C3H8) i butan (C4H10)

3) węglowodory benzynowe - od pentanu (C5H12) w górę.

1. Przeróbka zachowawcza "gazu mokrego" polega na wyosobnieniu z niego składników należących do drugiej i trzeciej grupy, czyli na tzw. "odgazolinowaniu".
Po odgazolinowaniu w gazie pozostają tylko składniki pierwszej grupy, natomiast składniki drugiej i trzeciej grupy dają tzw. "gaz płynny" i "gazolinę".

Istnieją trzy sposoby odgazolinowania:
1. adsorpcyjna
2. absorpcyjna
3. kompresyjna – (stosowana tylko gdy przeróbce podlega gaz bardzo bogaty
w węglowodory paliwowe).

Metoda adsorpcyjna wykorzystuje węgiel aktywny, który wciąga w swoje mikroskopijne pory drobiny węglowodorów. Aparaty służące do odgazolinowania, na drodze adsorpcyjnej, to naczynia cylindryczne stojące o pojemności 2 - 20m³, które napełnia się węglem, układając go na sitach metalowych. (Naczynia te nazywamy adsorberami.) Jeżeli do adsorbera od dołu wprowadzimy "gaz mokry", to w pierwszym stadium w porach węgla zostaną zatrzymane wszystkie węglowodory począwszy od metanu. Następnie przy dalszym ciągłym doprowadzaniu gazu cięższe węglowodory wypierają lżejsze, które przechodzą do wyższych warstw węgla, a w końcu uchodzą górą z adsorbera jako "gaz suchy".

Metoda absorpcyjna polega na pochłanianiu cięższych składników "gazu mokrego" przez tzw. olej, który stanowi wycięta frakcja oleju gazowego lub nafty, czasem ciężkiej benzyny. Olej pochłania węglowodory gazu tym łatwiej, im wyższą posiadają temperaturę wrzenia i im niższa jest prężność ich par. Węglowodory benzynowe (od pentanu w górę) ulegają przy tym upłynnieniu. Propan i butan upłynnia się również, ale tylko gdy przy procesie absorpcji panuje odpowiednio zwiększone ciśnienie. Absorpcja odbywa się w wieżach zwanych absorpcyjnymi.

W wieży od góry spływa po kółkach olej i pochłania przeciskające się przez kapki węglowodory znajdujące się w fazie gazowej. Olej nasycony zaabsorbowanymi węglowodorami spływa na spód wieży. Gaz uwolniony od składników benzynowych, butanów i propanu opuszcza wieżę przez szczyt jako "gaz suchy", odgazolinowany.

Przeróbka przetwórcza
Węglowodory gazu ziemnego od etanu w górę mogą być poddane odwodornieniu i krakingowi, a uzyskane węglowodory nienasycone będą już surowcem dla szeregu procesów syntezy paliw, jak np. polimeryzacja, lub też syntezy chemicznych produktów niepaliwnych, jak kauczuk i różne masy plastyczne.

Z gazu ziemnego uzyskuje się około 20% wytwarzanej na Świecie energii. Można go znaleźć przeważnie w sąsiedztwie ropy naftowej. Oba te cenne dla współczesnego człowieka surowce powstały w tym samym czasie, w podobnych warunkach.

Zastosowanie:
Gaz ziemny wykorzystuje się do produkcji paliw, zarówno do użytku osób prywatnych jak i na skalę przemysłową, jako niezbędny składnik do produkcji detergentów, włókien sztucznych, farb, plastyku, oraz gumy syntetycznej.

Na obszarach ubogich w złoża gazu człowiek sam nauczył się go otrzymywać. W wyniku procesu odgazowywania węgla kamiennego w koksowniach powstaje gaz oraz koks.

Gaz ziemny jest “najbardziej komfortowym” paliwem dla wszelkich stacjonarnych urządzeń energetycznych takich jak np.: kotły (szczególnie małej mocy, ale i te duże, energetyczne), turbiny, suszarnie, przemysłowe piece grzewcze, kuchnie domowe. W niektórych względy technologiczne lub techniczne sprawiają, że innego paliwa niż gazowe po prostu nie da się zastosować. Tak jest np. przy produkcji żarówek lub w przypadku turbin gazowych

OGRZEWANIE DOMKÓW JEDNO – I WIELORODZINNYCH
W gospodarstwach domowych gaz ziemny ze względu na:
- prostotę wykonania instalacji doprowadzającej gaz;
- pełną automatyzację i regulację procesu spalania;
- komfort związany z wygodą i czystością podczas eksploatacji

Wykorzystywany jest do:
- ogrzewania pomieszczeń gospodarczych i mieszkalnych;
- podgrzewania wody;
- przygotowywania posiłków.

HODOWLA ROŚLIN I ZWIERZĄT
Gaz ziemny w hodowli roślin i zwierząt jest niezastąpionym źródłem energii, zapewniającym stałą oraz odpowiednią do warunków hodowlanych temperaturę
a także umożliwia szybkie oraz równomierne rozprowadzenie ciepłego powietrza do celów grzewczych. Wykorzystywany jest również przy suszeniu zbóż, nasion oraz produkcji pasz i karmy dla zwierząt.

INSTALACJE PRZEMYSŁOWE
Gaz ziemny w przemyśle wykorzystywany jest między innymi:
- do ogrzewania hal, pomieszczeń produkcyjnych, biurowych;
- w procesach technologicznych.

TRANSPORT
Gaz ziemny jest ze względu na atrakcyjną cenę wykorzystywany coraz częściej jako paliwo do pojazdów samochodowych zarówno osobowych jak i ciężarowych.

ZALETY GAZU ZIEMNEGO
- jest jednym z tańszych paliw w Polsce,
- jest konkurencyjnym pod względem ekonomicznym nośnikiem energii w porównaniu z innymi nośnikami,
- jest najbardziej ekonomicznym paliwem używanym przez odbiorców indywidualnych,
- zwiększa komfort użytkowania w porównania z innymi nośnikami energii – wiąże się to z łatwością regulacji i automatyzacji procesów spalania, z wymaganiami dotyczącymi magazynowania, transportu paliwa oraz problemem utylizacji odpadów
- posiada wysoką i stałą wartość opałową istotną przy opalaniu kotłów i pieców grzewczych,
- gwarantowana jest niezmienna jakość paliwa oraz równomierna temperatura spalania,
- spala się bez wytwarzania popiołu, sadzy,
- podczas spalania wytwarzają się śladowe ilości związków siarki oraz azotu,
- jest przyjaznym dla otoczenia ekologicznym źródłem energii.

PROEKOLOGICZNE ASPEKTY UŻYTKOWANIA GAZU ZIEMNEGO
Międzynarodowe organizacje ekologiczne biją na alarm i jednogłośnie domagają się ograniczenia zanieczyszczania środowiska naturalnego poprzez zmniejszenie emisji szkodliwych substancji i gazów. Efekt cieplarniany spowodowany zanieczyszczeniem atmosfery, może przynieść całej naszej planecie nieodwracalne, katastrofalne skutki.
Dlatego coraz powszechniejsza staje się świadomość, że spośród paliw naturalnych, używanych w gospodarce gaz ziemny jest najczystszym nośnikiem energii. Podczas jego spalania nie powstają zanieczyszczające środowisko naturalne: dwutlenek siarki, tlenki azotu, sadza i popiół.

Za coraz powszechniejszym stosowaniem gazu ziemnego przemawiają także i inne czynniki - wydobywanie, magazynowanie i transport gazu ziemnego odbywa się w warunkach bardziej przyjaznych dla środowiska niż w przypadku innych paliw. Trzeba również pamiętać, że przy spalaniu paliw stałych np. węgla kamiennego czy brunatnego mamy do czynienia ze składowaniem odpadów zanieczyszczających powierzchnię ziemi.

Inne paliwa kopalne zanieczyszczają tylko atmosferę. Emisję dwutlenku węgla można ograniczyć tylko poprzez poprawę efektywności energetycznej produkcji
i zamianę paliw.

Mimo, że od gazu ziemnego "czystsza" wydaje się energia elektryczna, mało kto uświadamia sobie fakt, że źródłem tej energii jest w Polsce przede wszystkim węgiel kamienny i brunatny.
Program rozwoju gazownictwa jest ściśle związany z problemami ekologicznymi Polski, co wynika z bardzo wysokiego poziomu zanieczyszczenia spowodowanego
w dużym stopniu rodzajem stosowanych paliw i technologią ich spalania. Ponadto instytucje finansujące inwestycje związane z ochroną środowiska przeznaczają na gazyfikację i zmianę systemu ogrzewania z węgla na gaz ogromne środki.

Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej na realizację ok. 450 projektów związanych ze zmianą systemu ogrzewania i gazyfikację przeznaczył
w latach 1990-1995 kwotę ok. 180 mln zł., a Ekofundusz na realizację 24 tego typu inwestycji w latach 19993-1997 ok. 13 mln zł.
Na zmianę ogrzewania z węglowego na gazowe Polska otrzymała ponadto grant Banku Światowego w wysokości 25 mln USD ze specjalnego funduszu GEF (Global Enviromental Facility - Fundusz Organizacji Narodów Zjednoczonych), którego rozdysponowaniem zajmuje się Bank Ochrony Środowiska S.A.

Na pomoc finansową mogą liczyć również nowo gazyfikowane regiony wiejskie. Europejski Fundusz Rozwoju Wsi Polskiej przeznaczył na ten cel znaczną część swoich środków. Istnieją też w Polsce i inne organizacje zajmujące się ochroną środowiska.

W 1990 roku ówczesny prezydent Stanów Zjednoczonych George Bush przebywający z oficjalną wizytą w Polsce odwiedził m.in. Kraków. Rezultatem tej wizyty była decyzja Kongresu USA o przyznaniu 20 mln dolarów na działania zmierzające do ograniczenia źródeł niskiej emisji. Dotacja ta zainicjowała utworzeniem w Krakowie rynku inwestycji polegających na zastąpieniu kotłowni węglowych gazowymi. Nad kierunkami i sposobem wydatkowania środków czuwa polsko-amerykański Komitet sterujący.

Zastosowanie gazu ziemnego w indywidualnych gospodarstwach domowych jest jedną z najbardziej efektywnych metod ograniczania emisji zanieczyszczeń powietrza. Spalanie gazu ziemnego nie powoduje powstawania tlenków siarki, uważanych za główną przyczynę kwaśnych deszczy. Zarówno emisja dwutlenku węgla, poważnej przyczyny efektu cieplarnianego, jak i emisje tlenków azotu są od 20% do 60% mniejsze niż emisje przy spalaniu oleju czy węgla. Wpływ zwiększenia zużycia gazu w gospodarce narodowej na zmniejszenie zanieczyszczenia Środowiska naturalnego analizowany był w 1992 r. przez ekspertów Banku Światowego, którzy w przedstawionym raporcie ocenili, że wzrost zużycia gazu
w Polsce do 27 mld m³ spowoduje zmniejszenie emisji zanieczyszczeń dwutlenku siarki o 640 tys. ton, pyłów o 250 tys. ton oraz tlenków azotu o 170 tys. ton.

Użytkowanie gazu ziemnego zamiast paliw stałych w gospodarstwach domowych jest wysoce korzystne pod względem sprawności energetycznej, komfortu użytkowania oraz ochrony środowiska. W zastosowaniach komunalno-bytowych przewidywania rosnącego zużycia z 5,4 mld m³ w 1996 do poziomu 9 mld m³
w 2010 r., mają swe podstawy w planowanej gazyfikacji kolejnych obszarów Polski.

Prognozowany rozwój gospodarczy Polski i rysujący się deficyt paliw pierwotnych oraz względy ekologiczne wymagają zmiany struktury zużycia energii pierwotnej
i pociągają za sobą znaczny wzrost zapotrzebowania na gaz w gospodarce narodowej.

W wybranych gałęziach przemysłu szersze stosowanie gazu ziemnego towarzyszy procesom modernizacji technologicznej. Rosnące wymagania efektywności zużywania energii oraz kryteria ochrony Środowiska powodują, że w perspektywie kilkunastu lat przewidywane jest znaczne zwiększenie zużycia gazu zarówno w procesach technologicznych, jak też w ciepłowniach przemysłowych. Ocenia się, że zapotrzebowanie na gaz w przemyśle wzrośnie w 2010 r. do poziomu 11-14 mld m³ W Polsce elektrownie i elektrociepłownie opalane są głównie węglem kamiennym i brunatnym. Powoli jednak gaz ziemny wchodzi do energetyki, głównie do kotłowni i ciepłowni w miejscowościach uzdrowiskowych, gdzie podstawowym walorem i potrzebą jest zachowanie czystości środowiska naturalnego. Z tego względu przewiduje się wykorzystanie gazu ziemnego w blokach gazowych (turbiny gazowe) na produkcję energii elektrycznej na potrzeby szczytowe, jak również dla bloków elektroenergetycznych pracujących w podstawie (cykle kombinowane). Notowane rosnące potrzeby w tym zakresie dotyczą głównie modernizacji i rekonstrukcji elektrociepłowni miejskich czy osiedlowych. W regionach gęsto zamieszkanych i zabudowanych energetyka gazowa jest jedynym sposobem radykalnego zmniejszenia stanu zanieczyszczeń atmosfery i poprawy zdrowia ludności.

Spełnienie wszystkich zobowiązań ekologicznych podjętych w ramach ONZ oraz wynikających z procesów integracyjnych z Unią Europejską wymagają nie tylko wielkich nakładów finansowych ale również wysiłków edukacyjnych, organizacyjnych jak i legislacyjnych. Proces ten na pewno będzie trwał długo ale wzrastająca ekologiczna świadomość społeczeństwa jako czynnika stymulującego pozwala na optymizm.

HASŁA PROMUJĄCE GAZ ZIEMNY:
1. Zdrowy, tani i przyjemny – to jest przyszłość – to gaz ziemny
2. Gaz – jaskółką energii XXI wieku
3. Potęga gazu : czyste niebo latem, ciepło zimą
4. Cenisz pieniądze i czas, to doceń gaz
5. Kto z gazem trzyma, temu nie straszna zima
6. Życie to ciepło, ciepło to gaz
7. Chcesz mieć las używaj gaz
8. Kto z gazu korzysta ten dobrym humorem tryska