Wpływ dodatku wodoru na liczbę metanową gazu ziemnego

• Autorzy: Holewa-Rataj Jadwiga , Kukulska-Zając Ewa

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.12.08

Warianty tytułu

EN

The impact of hydrogen addition on the methane number of natural gas

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Liczba metanowa jest istotnym parametrem charakteryzującym paliwa silnikowe. Wartość liczby metanowej określa podatność paliwa na spalanie stukowe, przy czym im wartość ta jest większa, tym większa jest odporność paliwa na spalanie stukowe. Gaz ziemny należący do grupy H powinien charakteryzować się minimalną liczbą metanową powyżej 65 (PN-EN 16726:2018). W doniesieniach literaturowych dominuje z kolei pogląd, że ze względu na efektywność pracy silnika oraz niską emisję szkodliwych substancji optymalna wartość liczby metanowej dla gazów spalanych w silnikach samochodowych zasilanych gazem CNG lub LNG powinna wynosić powyżej 80. W dobie dążenia do ograniczenia zużycia i zastępowania paliw kopalnych odnawialnymi źródłami energii (OZE) istotne jest sprawdzenie, jak duży wpływ na wartość liczby metanowej gazu ziemnego będzie miało dodanie do niego wodoru, który od kilku już lat znajduje się w centrum uwagi jako doskonały nośnik energii i tzw. czyste paliwo i dla którego przyjęto zerową wartość liczby metanowej. W artykule omówiono wpływ dodatku wodoru do gazu ziemnego na wartość liczby metanowej powstającej mieszaniny, w odniesieniu do minimalnej i optymalnej wartości liczby metanowej. Podczas analizy wykorzystano dane dotyczące 19 różnych składów gazu ziemnego, charakteryzujące gaz ziemny należący do grupy E pochodzący z polskiej sieci dystrybucyjnej. Wyniki przeprowadzonych obliczeń pozwalają stwierdzić, że dodanie wodoru do gazu ziemnego, w ilości pozwalającej na zachowanie parametrów fizykochemicznych gazu określonych w odpowiednich normach, powoduje obniżenie wartości liczby metanowej powstałej mieszaniny gaz ziemny–wodór maksymalnie o 22,1%. Należy dodać, że w żadnym z analizowanych przypadków uzyskana wartość liczby metanowej nie była niższa niż wartość minimalna wynosząca 65. W odniesieniu z kolei do optymalnej wartości liczby metanowej dla paliw gazowych można stwierdzić, że dodatek wodoru do gazu ziemnego, z zachowaniem przyjętych założeń w zakresie parametrów energetycznych i gęstości gazu, może powodować zwiększenie właściwości stukowych powstałej mieszaniny i przyczyniać się do tego, że nie będzie ona optymalnym paliwem. Przeprowadzone obliczenia i analizy wykazały także, że zmiana wartości liczby metanowej mieszaniny gaz ziemny–wodór jest proporcjonalna w stosunku do ilości wodoru wprowadzonego do gazu ziemnego.

EN

: The methane number is an important parameter characterizing motor fuels. The value of the methane number determines the fuel susceptibility to knocking combustion, and the higher its value, the greater the fuel resistance to knocking combustion. Natural gas belonging to the H group should have a minimum methane number above 65 (PN-EN 16726:2018). The dominant view in the literature is that the optimal value of the methane number for gases burned in CNG or LNG fueled car engines should be above 80 due to the efficiency of the engine operation and low emission of harmful substances. In the era of striving to reduce the consumption of fossil fuels and replace them with renewable energy sources (RES), it is important to check how significantly will the hydrogen addition impact the methane number value of natural gas. It is essential because hydrogen has been in the spotlight for several years now as an excellent energy carrier and the so-called clean fuel, and for zero methane number was assumed. The article discusses the effect of hydrogen addition to natural gas on the value of the methane number of the resulting mixture in relation to the minimum and optimal value of the methane number. Data on 19 different compositions of natural gas were used to perform the analysis. They characterized natural gas belonging to group E from the Polish distribution network. The results of the calculations carried out allow us to state that the addition of hydrogen to natural gas, in an amount allowing to maintain the physicochemical parameters of the gas specified in the relevant standards, causes a decrease in the value of the methane number of the resulting natural gas-hydrogen mixture by a maximum of 22.1%. However, in none of the analyzed cases the obtained methane number was lower than the minimum value of 65. With regard to the optimal methane number value for gaseous fuels, it can be concluded that the addition of hydrogen to natural gas (while maintaining the adopted assumptions regarding energy parameters and gas density) can increase the knocking properties of the resulting mixture and make it not an optimal fuel. The performed calculations and analyzes also showed that the change in the methane number value of the natural gas-hydrogen mixture is proportional to the amount of hydrogen introduced into natural gas.

Słowa kluczowe

PL

liczba metanowa; gaz ziemny; wodór

EN

methane number; natural gas; hydrogen

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 12
• Strony: 945--950
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz.

Twórcy

autor

Holewa-Rataj Jadwiga

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kukulska-Zając Ewa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• CARB, California Air Resources Board, 2008a. CNG Engine Performance Appendix E. <https://www.arb.ca.gov/regact/cng-lpg/appe.doc> (dostęp: 27.08.2020).
• CARB, California Air Resources Board, 2008b. Methane Number and Fuel Composition – Appendix D. <https://www.arb.ca.gov/regact/cnglpg/appd.pdf> (dostęp: 27.08.2020).
• CIMAC, 2015. Impact of Gas Quality on Gas Engine Performance. CIMAC Position Paper, 07-2015: 8.
• Gaz-System, 2019. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Przesyłowej, wersja 27. Warszawa.
• GIE, Gas Infrastructure Europe, 2012. GIE Position Paper on impact of including Methane Number in the European Standard for Natural Gas. Ref.: 12GIE127, November: 5.
• Jaworski J., Kułaga P., Blacharski T., 2020. Study of the effect of addition of hydrogen to natural gas on diaphragm gas meters. Energies, 13, 3006. DOI: 10.3390/en13113006.
• Kramer U., Ferrera M., Künne H., Moreira D.C., Magnusson I., 2015. Natural Gas/Methane Fuels: European Automotive Fuel Quality and Standardization Requirements. Erdgas: 11–13.
• Łach M., 2016. Dokładność wyznaczania współczynnika ściśliwości gazu z podwyższoną zawartością wodoru – porównanie metod obliczeniowych. Nafta-Gaz, 5: 329–338. DOI: 10.18668/NG.2016.05.04.
• Malenshek M., Olsen D.B., 2009. Methane number testing of alternative gaseous fuels. Fuel, 88: 650–656. DOI: 10.1016/j.fuel.2008.08.020.
• Olajossy A., 2005. Nowe możliwości energetycznego wykorzystania gazów o niskiej zawartości metanu. Polityka Energetyczna, 8: 27–39.
• Piskowska-Wasiak J., 2017. Doświadczenia i perspektywy procesu Power to Gas. Nafta-Gaz, 8: 597–604. DOI: 10.18668/NG.2017.08.07.
• PSG, 2019. Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej, wersja 13. Warszawa.
• Schuster T., Holewa-Rataj J., 2018. Statystyczna ocena zgodności wyników wyznaczania liczby metanowej paliw gazowych różnymi metodami. Nafta-Gaz, 4: 298–304. DOI: 10.18668/NG.2018.04.06.
• Schuster T., Holewa-Rataj J., Kukulska-Zając E., 2019. Ocena jakości paliw gazowych w kontekście wprowadzania wodoru do sieci gazu ziemnego. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, 2: 42–46. DOI: 10.15199/17.2019.2.1.
• Wojtowicz R., 2019. An analysis of the effects of hydrogen addition to natural gas on the work of gas appliances. Nafta-Gaz, 8: 465–472. DOI: 10.18668/NG.2019.08.03.
• Akty prawne i dokumenty normatywne
• PN-C-04753:2011 Gaz ziemny – Jakość gazu dostarczanego odbiorcom z sieci dystrybucyjnej.
• PN-EN 16726+A1:2018-11 Infrastruktura gazowa – Jakość gazu – Grupa H.
• Rozporządzenie Ministra Energii z dnia 30 czerwca 2016 r. w sprawie wymagań jakościowych dla sprężonego gazu ziemnego (CNG) (Dz.U. z 2016 r. poz. 1094).
• Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 2010 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu gazowego (Dz.U. z 2010 r. nr 133, poz. 891 z późn. zm.).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).