Przedmiotem wynalazku jest sposób oczyszczania ubogiego gazu ziemnego o zawartosci co najmniej 65% objetosciowych dwutlenku wegla od zanieczy¬ szczen weglowodorowych na drodze spalania i urza¬ dzenie do stosowania tego sposobu.Jak wiadomo, dotychczas nie udalo sie znalezc ekonomicznego rozwiazania dla wykorzystania ubo¬ gich gazów ziemnych zawierajacych glównie dwu¬ tlenek wegla do spalania i w przemysle chemicz¬ nym. Jedna z trudnosci polega na tym, ze znane urzadzenia, przeznaczone do rozdzielenia gazów ziemnych o dobrej jakosci wymagaja stosowania kosztownych materialów katalizujacych, co w przy¬ padku rozdzielania ubogich gazów ziemnych zawie¬ rajacych glównie COz nie jest racjonalne ani pod wzgledem inwestycyjnym, ani pod wzgledem eko¬ nomicznym.Dalsza trudnosc stanowi fakt, ze w naturalnym dwutlenku wegla, zaliczanym do ubogich gazów ziemnych zawierajacych glównie C02 obecne sa azot, metan, oraz ciezsze weglowodory oleiste, cze¬ sciowo w postaci aerozolowej o nieprzyjemnym za¬ pachu. Usuwanie tych palnych skladników, i tym samym wzbogacenie gazu podstawowego w dwu¬ tlenek wegla nie jest zadaniem latwym, lecz jest to zadanie wazne, poniewaz wykorzystanie prze¬ myslowe naturalnego gazowego dwutlenku wegla mozliwe jest jedynie pod warunkiem uprzedniego oczyszczenia od niepozadanych par i gazów towa¬ rzyszacych. Bogate zródla tych gazów czynia jed- 10 19 2i nak bardzo pozadanym opracowanie ekonomicznego rozwiazania zadania. Nalezy przy tym nadmienic, ze przez usuniecie palnych skladników naturalny gazowy dwutlenek wegla uwolniony od zanieczy¬ szczen oleistych o nieprzyjemnym zapachu staje sie przydatny do róznych celów a w tym takze do ce- lów farmaceutycznych, leczniczych oraz spozyw¬ czych. . ¦ f W celu rozwiazania tego zadania proponowano destylacje polaczona z zamrazaniem w warunkach rozprezania. Sposób ten jest jednak bardzo kosz¬ towny, zarówno w zakresie inwestycji, jak równiez prowadzenia procesu, co wynika czesciowo z ostrych przepisów dotyczacych materialów konstrukcyjnych, czesciowo natomiast ze zwiekszonych wymagan konserwacyjnych, oraz duzego zapotrzebowania na energie.Znane sa takze sposoby polegajace na utlenianiu oparte na nadmanganianie potasu i kwasnym we¬ glanie sodu, w których konieczne jest stosowanie kwasu siarkowego, co zwiazane jest z usuwaniem kwasu, i rozwiazaniem problemów korozyjnych.Proponowano tez oczyszczanie gazów na drodze utleniania lub spalania. Sposób ten wymaga jednak takze stosowania katalizatorów, oo zwieksza koszty jego realizacji.Urzadzenie do dysocjacji gazów za pomoca plaz- motriOnu znane jest na przyklad iz opisiU patentowego Republiki Francuskiej nr 72.23256. W urzadzeniu tym do wytwarzania plazmy stosuje sie argon, wo- 111 239111 239 dór, hel albo azot, które sa znacznie drozsze od naturalnego ubogiego gazu ziemnego o duzej za¬ wartosci COj. w zwiekszonym stopniu do przetwarzania w wiazke plazmowa. Tak samo, gaz technologiczny wskutek ciepla wiazki plazmowej podgrzewa sie i przez to staje sie podatniejszy na obróbke termiczna, lecz w czasie ogrzewania dziala takie chlodzaco, i tym. samym moze byc wykorzystany do chlodzenia scian zamknietej przestrzeni reaktorowej, otaczajacej wiazke plazmowa.Ubogi gaz ziemny o zawartosci co najmniej 659/t objetosciowych dwutlenku wegla sposobem i w^ urzadzeniu wedlug wynalazku oczyszczac mozna w dwojaki sposób, a mianowicie przetwarzajac go na dwutlenek wegla o stopniu czystosci, pozwala¬ jacym na stosowanie go nawet w przemysle far¬ maceutycznym czy spozywczym, albo w lecznictwie albo przetwarzajac go na palny gaz tahnolo- giczny. L '- - s ' \ .^' " Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze z czesci strumienia gazu ziemnego tworzy sie wiaz¬ ke plazmy, przez która przepuszcza sie pozostala czesc strumienia gazu ziemnego, zmieszana ze ste- chlometryczna w stosunku do zanieczyszczen pal¬ nych w gazie iloscia tlenu powodujac ich spalenie do dwutlenku wegla.W przypadku wytwarzania technologicznego gaza palnego sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze z czesci strumienia gazu ziemnego tworzy sie wiazke plazmy, przez która przepuszcza sie pozo¬ stala czesc strumienia gazu ziemnego zmieszana z tlenem w ilosci mniejszej od wartosci stechio- metrycznej potrzebnej do calkowitego spalenia pal¬ nych skladników ubogiego gazu ziemnego.Szczególy wynalazku omówione sa na podstawie rysunku, na którym przedstawiono przekrój piono¬ wy urzadzenia sluzacego do realizowania sposobu wedlug wynalazku.Urzadzenie wedlug wynalazku posiada generator plazmowy 4 z lukiem wewnetrznym, wyposazony w elektrode pretowa 16 i elektrode pierscieniowa 17 o chlodzeniu gazowym. Sa one polaczone przewo¬ dem chlodzacym 6. Napiecie otrzymuja z genera¬ tora & Elektroda pierscieniowa 17 generatora plaz¬ mowego 4 polaczona jest z reaktorem lt. Reaktor li posiada rozdzielacz 14 do rozdzielania gazu oraz plaszcz chlodzacy 18 otaczajace elektrode pierscie¬ niowa 17 generatora plazmowego 4, Do elektrody pierscieniowej 17 podlaczony jest ponadto przewód zasilajacy zawierajacy zamek przesuwny 1, roz¬ dzielnie gazu 2 oraz zawór regulujacy 3, i przewód ten prowadzi gaz roboczy do generatora plazmo¬ wego 4. Przewód ten okresla sie w dalszym ciagu jako „pcemwszy" przewód zasilajacy. Do reaktora 19 podlaczony jest okreslany dalej jako „drugi" prze¬ wód zasilajacy tt, zawierajacy zawór dozujacy • i mieszalnik gazu 8, doprowadzajacy przez plaszcz chlodzacy 1* gaz technologiczny do reaktora 10.Pierwszy przewód zasilajacy 19 i drugi przewód zasilajacy JO polaczone sa ze soba, a mianowicie rozdzielnia gazu 8 polaczona jest przez zawór regu¬ lujacy 7 z jednym z krócców mieszalnika gazu 8.Wreszcie, plaszcz chlodzacy 18 polaczony jest z rozdzielaczem 14 reaktora 18 okreslanym dalej jako „trzeci" przewód zasilajacy th Numer 12, wzglednie 18 oznacza króciec laczacy przewód za¬ silajacy 21 z plaszczem chlodzacym 18 reaktora 19, Urzadzenie wedlug wynalazku charakteryzuje , bardzo niskie zapotrzebowanie na energie, wyno¬ szace 2 kilowaty do wytworzenia wiazki plazmy.Zapotrzebowanie to jest tym bardziej wyraznie niskie"'w porównaniu z energia potrzebna do joni¬ zacji na przyklad azotu — 40—50 kilowatów, sto- 1# sowanego na ogól w tym celu.Celem wynalazku jest pominiecie wspomnianych wyzej trudnosci.Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu oczyszczania ubogich gazów ziemnych, czyli gazów 18 ziemnych zawierajacych co najmniej 65 a nawet 70V« obj. CO|, przy zastosowaniu którego tego ro¬ dzaju gazy ziemne moga byc oczyszczone w sposób < ciagly i bezpieczny w urzadzeniu o stosunkowo prostej budowie i wymagajacym malych nakladów M inwestycyjnych, pracujacym bez substancji katali¬ tycznych i przy malym zapotrzebowaniu na ener¬ gie.Podstawa wynalazku jest wniosek, ze osiagniecie wyznaczonego celu, wzglednie wykonanie postawio- M nego zadania mozliwe jest przy zastosowaniu tech¬ niki plazmowej. Jest to sposób bezpieczny i eko¬ nomiczny. Jezeli bowiem po usunieciu wody z gazu ziemnego czesc jego zastosuje sie jako gaz roboczy, a druga czesc jako gaz technologiczny i ten ostatni n podda sie dzialaniu wiazki plazmowej wytworzonej z gazu roboczego, to przy stosunkowo malym za¬ potrzebowaniu na energie mozna zapewnic ciagla obróbke gazu. Zgodnie z powyzszym sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze po oddzieleniu H,0 m od ubogiego gazu ziemnego zawierajacego co naj¬ mniej 05 a nawet 70*/t obj. CO,, mniejsza jego czesc jako gaz roboczy metoda elektryczna przetwarza w wiazke plazmowa, a wieksza jego czesc rozpreza i po wymieszaniu z tlenem przepuszcza sde przez m wiazke plazmowa. Rozprezajac gaz roboczy stosuje sie 00 jako czynnik chlodzacy w rekuperacyjnym ukladzie podgrzewania wstepnego i przygotowuje sie go do powstania wiazki plazmowej. W rekupe¬ racyjnym ukladzie podgrzewania wstepnego pod- « guzowa sie gaz technologiczny cieplem wiazki plaz¬ mowej, i na koniec jxjdgrze»wany gaz technologicz¬ ny przedmuchuje sie przez wiazke plazmowa.W wyniku doswiadczen stwierdono bowiem, ze zapotrzebowanie na energie elektryczna do wytwo- " rzenia wiazki Plazmowej jest zaskakujaco niskie.Poniewaz temperatura wiazki plazmowej wynosi kilka tysiecy stopni Kehrina, w gazie przedmucha¬ nym przez wiazke plazmowa wszystkie skladniki palne i inne zanieczyszczenia oleiste ulegaja calko- * witemu utlenianiu. Zastosowanie rekuperacyjnych ukladów podgrzewania wstepnego zwieksza nie tyl¬ ko ekonomie pracy urzadzenia, lecz równiez jego niezawodnosc. Z jednej strony bowiem gaz robo¬ czy wprowadzony do plazmotronu wytwarzajacego * wiazke plazmowa moze chlodzic elektrody plazmo¬ tronu, bowiem po opuszczeniu zródla gazu ziem¬ nego smtal on bowiem rozprezmy i wskutek tego temperatura jego spadla. Odbierajac zas cieplo elektrod gaz roboczy podgrzewa sie i nadaje sie w111 23» 5 6 wzglednie z rozdzielaczem 14. Reaktor 10 polaczony jest z przewodem transportujacym 22 przez kró- ciec wyplywowy 15.Przedstawione urzadzenie dziala nastepujaco: Pierwszy przewód zasilajacy 19 doprowadzony jest przed zaimkiem przesuwnym 1 do nie oznaczo¬ nego na rysunku zródla gazu ziemnego, w miejsce którego mozna wstawic równiez butle gazowa. Jed¬ noczesnie drugi przewód zasilajacy 20 polaczony jest ze zródlem tlenu, na przyklad z butla tlenowa przed zaworem regulujacym 9. Z generatora 5 po¬ daje sie napiecie do elektrod. Przez otwarcie zam¬ ka przesuwnego 1 gaz ziemny doprowadza sie do rozdzielni 2, z której pierwszy przewód zasilajacy 19 prowadzi gaz roboczy przez zawór regulacyjny 3 do generatora 4, z drugiej strony natomiast przez zawór regulacyjny 7 do mieszalnika gazu 8.Ilosc gazu ziemnego kierowanego do generatora plazmowego 4 reguluje sie zaworem regulujacym 3 w taki sposób, zeby mniejsza jego czesc doplywala do generatora 4. Wskutek dlawienia gaz ziemny ulega rozprezaniu i ochlodzony dochodzi do elek¬ trody pierscieniowej 17, skad przewodem chlodza¬ cym 6 do komory chlodniczej, otaczajacej elektrode pretowa 16. Stad gaz ziemny przeplywa do prze¬ strzeni roboczej generatora plazmowego 4, gdzie w znany sposób ulega przetwarzaniu w wiazke plazmowa. Wieksza czesc wplywajacego gazu ziem¬ nego dochodzi do mieszalnika gagu 8 po otworze¬ niu zaworu regulujacego 7, i w mieszalniku miesza sie z tlenem wplywajacym przez zawór regulacyj¬ ny 9. Powstaly w ten sposób gaz technologiczny jest stosunkowo zimny, poniewaz gaz ziemny roz¬ preza sie na zaworze regulujacym 7, a tlen na za¬ worze regulujacym 9. Drugi przewód zasilajacy 20 prowadzi wiec stosunkowo zimny gaz technologicz¬ ny do plaszcza chlodzacego 18, i skutecznie ochla¬ dzajac podgrzane wiazka plazmowa sciany wewne¬ trzne plaszcza sam tez ulega podgrzaniu, Podgrzany gaz technologiczny dochodzi przez trzeci przewód zasilajacy 21 do rozdzielnika 14, z którego wyply¬ wajac przez otwory ukosne, dochodzi do wiazki plazmowej wyrzuconej z elektrody pierscieniowej 17. Stosunki przeplywajacych ilosci oddawane sa na rysunku w przyblizeniu róznymi grubosciami przewodów zasilajacych.Przyklad. W czasie doswiadczen laboratoryj¬ nych elektrode pretowa 16 i elektrode pierscienio- niowa 17 zasilano pradem o natezeniu mniejszym od 30 amperów i o napieciu 200—400 woltów. Gaz ziemny zawieral ponad 60 procent dwutlenku we¬ gla. Maksymalna moc potrzebna do zainicjowania wiazki plazmowej wynosila 5,8 kilowata, i wartosc ta spadla do okolo 2 kilowatów po ustabilizowaniu wiazki. W wysokosci 5 milimetrów nad otworem wyplywowym generatora plazmowego 4 tempera¬ tura wiazki plazmowej wahala se w granicach od 8500 do 10 000 K.W tablicy podatno sklad gazu roboczego przeply¬ wajacego przez pierwszy przewód zasilajacy 19, ga¬ zu technologicznego, wplywajacego przez drugi przewód zasilajacy 20 oraz gazu izdysoojowanego, wyplywajacego przez przewód transportujacy 22.Z danych przytoczonych w tablicy jednoznacznie wynika, ze nie ma przszkody przed zastosowaniem sposobu wedlug wynalazku w praktyce przemyslo¬ wej. Odnosi sie to zarówno do czesciowego utlenia¬ nia weglowodorów, jak równiez do przeksztalcenia dwutlenku wegla w tlenek wegla. Woda, nadmiar tlenu i azotu, powstajace w czasie rekombinacji moga byc usuniete przy zastosowaniu znanych me¬ tod.Tablica Skladnik 1 Cl c2 ' c, c4 c5 C6 c7 C8+ CO, o2 N2 CO HaO Weglo¬ wodory 1 Lacznie Gaz ziemny (gaz robo¬ czy) •/• obj. 29,75 2,73 0,76 0,42 0,26 0,17 0,13 0,13 62,30 0,32 3,03 0,00 0,00 34,35 100,00 Gaz techno¬ logiczny •/• obj. 29,19 1,86 0,52 0,27 0,16 0,14 0,06 0,04 58,87 6,22 2,67 0,00 0,00 32,24 100,00 Gaz zdyso- cjowany •/• obj. 0,283 0,014 0,005 0,031 0,028 0,049 0,052 0,047 6,070 0,240 2,260 57,510 33,411 0,509 100,00 Pod wzgledem zrealizowania sposobu wedlug wy¬ nalazku waznym elementem jest to, ze do utrzy¬ mywania ustabilizowanej wiazki plazmowej oczy¬ szczenie gazu ziemnego tus jest konieczne, i jak wyniki doswiadczalne wskazuja, w czasie rekom¬ binacji nie mozna stwierdzic powstawania cyjan- kowodoru. Mozna wiec stwierdzic, ze sposób wedlug wynalazku pozwala, bez zastosowania zlozonych konstrukcji i materialów katalitycznych termicznie na przetwarzanie gazów ziemnych na bazie COj, przy czym do zrealizowania sposobu sluzy urza¬ dzenie o malych gabarytach, do którego zasilania nie jest potrzebna wielka ilosc energii. Zródlo zasi¬ lania elektrycznego mozna wykonac na przyklad jako turbine gazowa, zasilana gazem ziemnym, z którego równiez w warunkach polowych wydoby¬ cia mozna zapewnic prad dla elektrod.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób oczyszczania ubogiego gazu ziemnego o zawartosci co najmniej 65*/o objetosciowych dwu¬ tlenku wegla od zanieczyszczen weglowodorowych na drodze spalania z wytworzeniem czystego dwu¬ tlenku wegla, znamienny tym, ze z czesci strumie¬ nia gazu ziemnego tworzy sie wiazke plazmy, przez •która przepuszcza sie pozostala czesc strumienia gazu ziemnego zmieszane ze stecMometryczna w stosunku do zanieczyszczen palnych w gazie ilo¬ scia tlenu. 2. Sposób oczyszczania ubogiego gazu ziemnego o zawartosci co najmniej 65f/o objetosciowych dwu¬ tlenku wegla od zanieczyszczen weglowodorowych na drodze spalania z wytwarzaniem palnego gazu,. 10 15 20 25 30 35 5t 55111 239 znamienny tym, ze z czesci strumienia gaizu ziem¬ nego tworzy sie wiazke plazmy, przez która prze¬ puszcza sie pozostala czesc strumienia gazu ziem¬ nego zmieszana z tlenem w ilosci mniejszej od war¬ tosci stechiometrycznej potrzebnej do calkowitego spalania palnych skladników ubogiego gazu ziem¬ nego. 3. Urzadzenie do oczyszczalnia ubogiego gazu ziemnego o zawartosci co najmniej 65°/o objetoscio¬ wych dwutlenku wegla od zanieczyszczen weglo- 8 10 wodorowych na drodze spalania, znamienne tym, ze sklada sie z plazmotronu (4) i polaczonego z nim w szereg reaktora (10) i posiada przewody (19) i (20) zaopatrujace plazmotron (4) i reaktor (10) w gaz ziemny, przy czym przewód (20) laczy sie ze zród¬ lem tleniu poprzez zawór mieszajacy (8), oraz zawory regulacyjne (3) do regulacji czesci strumienia gazu ziemnego do wytwarzania plazmy (7), do regulacji czesci strumienia gazu ziemnego do zmieszania z tlenem oraz (9) do regulacji doplywu tlenu.ZGK Oddz. 2 Chorzów, zam. 6236/31 — 110 egz.Cena 45 zl PL