Dobór wydajności gazów propan-butan dodawanych w celu wspomagania efektywnego spalania gazu ziemnego niskometanowego z użyciem flary

• Autorzy: Budak Paweł , Szpunar Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2021.01.04

Warianty tytułu

EN

How to select the flow rate of propane-butane for the effective burning of natural gas with low methane content using a flare

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule omówiono zagadnienie spalania gazu ziemnego (będącego mieszaniną gazów) przy użyciu flary w przypadku dużej zawartości w nim składników niepalnych, takich jak azot, hel, dwutlenek węgla itp. Spalanie takich mieszanin we flarze wymaga na ogół wzbogacenia składu mieszaniny przez doprowadzenie do strumienia gazów kierowanych do spalenia dodatkowego strumienia gazów palnych, tak aby skład mieszaniny mieścił się powyżej dolnej granicy palności/wybuchowości. W Polsce do gazów wymagających takiego wzbogacania należy m.in. gaz ze złoża Cychry oraz Sulęcin, w którym zawartość składników niepalnych (azotu) wynosi powyżej 90%, a udział składników palnych jest niski. Zapewnienie całkowitego spalania mieszaniny gazów jest szczególnie istotne w przypadku obecności w niej siarkowodoru, który jest gazem trującym i który należy bezwzględnie zutylizować. Wzbogacenie mieszaniny gazów odbywa się przez wprowadzenie do strumienia gazów kierowanych do flary dodatkowych ilości gazu, na ogół propanu-butanu lub innych gazów palnych. W artykule przedstawiono typową konstrukcję urządzenia do spalania mieszanin gazów stosowanego w przemyśle petrochemicznym i naftowym oraz omówiono przeznaczenie typowych części składowych instalacji. Podano zależność empiryczną pozwalającą na ustalenie palności mieszaniny gazów o podanym składzie zawierającej gazy palne i niepalne. Przedstawiono również algorytm obliczeniowy pozwalający na podanie natężenia przepływu gazu propan-butan, który należy doprowadzić do strumienia gazów, aby mieszanina mogła być efektywnie spalona we flarze. Zaprezentowano wyniki obliczeń dla gazów z dużą zawartością azotu, pochodzących z czterech polskich złóż. Przedstawiony sposób ustalania palności mieszanin gazów lub jej braku oraz natężenia przepływu gazów propan-butan wymaganego do całkowitego spalania tej mieszaniny oparty jest na zależnościach empirycznych i może być pomocny przy planowaniu wspomaganego spalania gazu ziemnego (nienadającego się do zagospodarowania) przy użyciu flary w celu jego utylizacji.

EN

The paper discusses the problems related to the burning of gas mixtures containing flammable and non-flammable gases using a flare. Before being burned, such a gas mixture must be “enriched” with other flammable gases before it can be directed to the flare. In the case of some Polish gas reservoirs such as Cychry or Sulęcin, the composition of the gas mixture doesn’t make it possible to burn it using the flare because the content of inflammable components is too high and the gas mixture is inflammable. The gas from the reservoirs mentioned above contains above 90 percent of nitrogen and small percentages of flammable components. Sometimes, besides nitrogen, the gas mixture contains other inflammable gases like carbon dioxide, helium, and oxygen. Usually, the propane/butane is used for that purpose. The possibility of burning the gas mixture using the flare is particularly important if the toxic gases are present in the mixture – hydrogen sulfide in particular. The propane/butane gases are added to the stream of gas mixture meant for burning using a special appliance. The typical arrangement of a gas-burning installation (i.e. the flare) is shown and the destination of its components is discussed. The empirical formula is provided which allows us to recognize if the gas mixture is flammable or not. The composition of the gas mixture must be known to calculate the propane/butane flow rate, including percentages of flammable and inflammable components. The algorithm constructed for calculating the propane/butane flow rate is presented, which must be maintained to assure the flammability of the gas mixture destined for burning using the flare. The results of the calculations for four gas mixtures from the Polish gas reservoirs are provided. The presented method of determining the flammability of gas mixtures (or its inability to be burned) and the flow rate of the propane/butane mixture required for complete combustion is based on empirical relationships, which are provided in the paper and may be helpful in planning the assisted combustion of low methane gases (not suitable for further use) using a flare.

Słowa kluczowe

PL

gaz ziemny; wartość opałowa; ciepło spalania; górna; dolna; granica palności; świeca; mieszanina gazów propan-butan

EN

natural gas; heating value; calorific value; low; high; flammability limits; flare; propane-butane mixture

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 77, nr 1
• Strony: 26--32
• Opis fizyczny: Bbliogr. 9 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Budak Paweł

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Szpunar Tadeusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bertolino A., Stagnic A., Cuoci A., Faravelli T., Parente A., Frassoldati A., 2019. Prediction of flammable range for pure fuels and mixtures using detailed kinetics. Combustion and Flame, 207: 120–133. DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.05.036.
• Budak P., Szpunar T., 2020. Zmiany parametrów mieszaniny gazu ziemnego z wodorem w trakcie eksploatacji komory magazynowej w kawernie solnej. Nafta-Gaz, 11: 39–46. DOI: 10.18668/NG.2020.11.05.
• Chilcoat C., 2013. The Associated Effects of the Shale Gas Revolution. ENERPO Journal, 1.
• Molnarne M., Mizsey P., Schröder V., 2005. Flammability of gas mixtures: Part 2: Influence of inert gases. Journal of Hazardous Materials, 121(1–3): 45–49. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.01.033.
• Schröder V., Molnarne M., 2005. Flammability of Gas Mixtures: Part 1: Fire Potential. Journal of Hazardous Materials, 121(1–3): 37–44. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.01.032.
• Szczypiorska A., 2015. Flara, pochodnia, świeczka – czy to tylko płomień nad rafinerią? <https://infolupki.pgi.gov.pl/pl/technologie/flarapochodnia-swieczka-czy-tylko-plomien-nad-rafineria> (dostęp: 04.08.2020).
• Yaws C.L, Braker W., 2001. Matheson Gas Data Book. 7 edition. McGraw Hill Professional.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• ASTM E918-83 (1999) Standard practice for determining limits of flammability of chemicals at elevated temperature and pressure.
• ISO 10156:2010 Gases and gas mixtures – Determination of fire potential and oxidizing ability for the selection of cylinder valve outlets.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).