Mariusz aciak* WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 28 ZESZYT 1 2 2011

WIERTNICTWO NAFTA GAZ TOM 28 ZESZYT 1 2 2011 Mariusz aciak* ANALIZA MO LIWOŒCI ZAMIENNOŒCI I ZMIAN JAKOŒCIOWYCH GAZÓW W ASPEKCIE BEZPIECZNEGO U YTKOWANIA I WSPOMAGANIA ZASILANIA SIECI GAZU ZIEMNEGO Z ZASTOSOWANIEM RÓWNOWA NYCH MIESZANIN GAZOWYCH Wzrost zu ycia gazu ziemnego przez odbiorców komunalnych oraz rozwój przemys³u w szczególnoœci petrochemicznego i chemicznego sprawi³, e na ca³ym œwiecie wzros³o zainteresowanie zastosowaniem gazów zamiennych za gaz ziemny, zarówno jako mieszanin gazów palnych, jak i jako mieszanin gazów p³ynnych z powietrzem (SNG syntetyczny gaz ziemny). Przeprowadzane analizy ekonomiczne w wielu przypadkach dowodz¹, e zapewnienie wymiennoœci paliwa gazowego kosztowa³o by mniej, ni zwiêkszenie przepustowoœci gazoci¹gów dla dostarczenia tej samej iloœci gazu ziemnego. Ponadto systemy i instalacje SNG, mo na by uznaæ za inwestycje poprawiaj¹ce bezpieczeñstwo i elastycznoœæ dostaw gazu. Ciep³o spalania i wartoœæ opa³owa charakteryzuj¹ iloœæ energii cieplnej, któr¹ uzyskaæ mo na z jednostki objêtoœci gazu ziemnego w procesie spalania. Wielkoœci te s³u ¹ do obliczenia iloœci energii dostarczonej odbiorcy danej partii gazu. Innym wa nym parametrem, zale nym od ciep³a spalania (H s ) i gêstoœci wzglêdnej (d) gazu jest liczba Wobbego: W = H / d. s s Górna i dolna liczba Wobbego s¹ wielkoœciami decyduj¹cymi o tym, czy gaz ziemny mo e byæ efektywnie u ytkowany w odbiorniku gazu o okreœlonym nominalnym obci¹ eniu cieplnym. Zawartoœci g³ównych sk³adników wêglowodorowych (wêglowodorów alifatycznych od C 1 do C 6+ ) s¹ wielkoœciami, na podstawie których oblicza siê ciep³o spalania, * Wydzia³ Wiertnictwa, Nafty i Gazu AGH, Kraków 253

wartoœæ opalow¹, gêstoœæ wzglêdn¹, wspó³czynnik œciœliwoœci i górn¹ oraz doln¹ liczbê Wobbego. Obliczenia te wymagaj¹ tak e znajomoœci sk³adu frakcji wêglowodorowej C 6 oraz zawartoœci wodoru i niepalnych sk³adników gazu ziemnego, takich jak azot, dwutlenek wêgla, hel oraz argon i tlen i in. Zawartoœci wêglowodorów aromatycznych, par rtêci i zwi¹zków siarki s¹ wielkoœciami, które pozwalaj¹ oceniæ, czy u ytkowanie gazu przez odbiorców komunalnych i przemys³owych nie stanowi zagro enia dla zdrowia ludzi i œrodowiska przyrodniczego. Zamiennoœæ gazów zwi¹zana jest dodawaniem do gazu ziemnego pewnej iloœci gazu bêd¹cego substytutem naturalnego gazu ziemnego przy spe³nieniu kryteriów zamiennoœci w celu zagwarantowania pewnoœci dostaw gazu ziemnego do odbiorców. Gazy mog¹ce byæ u yte w procesach mieszania i wykorzystane jako gazy zamienne to przede wszystkim propan lub mieszaniny propan butan (LPG Liquid Petroleum Gas), gazy wysypiskowe lub biogazy (LFG Landfilll Gas) oraz eter dimetylowy (DME). Jedn¹ z bardziej znanych mieszanek gazowych stosowanych w wielu krajach œwiata do wyrównywania szczytowych zapotrzebowañ jest mieszanka zawieraj¹ca ok. 75% gazu ziemnego i ok. 25% mieszanki propan / powietrze (LPG / air). Inn¹ spotykan¹ mieszanin¹ jest mieszanka gazu ziemnego z parami eteru dimetylowego (DME). DME w postaci ciek³ej mo e byæ równie stosowany jako paliwo silnikowe analogicznie jak LPG. Eter dimetylowy ma wiele zalet: obni a znacznie temperaturê zap³onu mieszaniny, poprawia efektywnoœæ spalania, obni a temperaturê p³omienia mniejsza emisja NO x. Stosowane s¹ próby dodawania go bezpoœrednio do sieci gazoci¹gów niskiego ciœnienia. Wraz z rosn¹cym zu yciem gazu, przemys³ gazowniczy zwi¹zany z produkcj¹, transportem i magazynowaniem gazu ziemnego nie zawsze i nie w ka dym miejscu mo e zapewniæ w 100% szczytowe zapotrzebowanie na to paliwo. Regulowanie zapotrzebowañ szczytowych, szczególnie lokalnych i krótkoterminowych, polegaj¹cych na dostarczaniu i uzupe³nianiu paliwa gazowego w sieci gazowej, mo e byæ spe³niane miêdzy innymi przez tzw. instalacje satelitarne regazyfikuj¹ce skroplony gaz ziemny (LNG) lub przez mieszaniny gazowe. Rozwi¹zania takie nie nios¹ za sob¹ koniecznoœci przewymiarowania sieci gazowej na etapie projektowania lub jej póÿniejszej rekonstrukcji w celu zwiêkszenia jej przepustowoœci. Zwiêkszona przepustowoœæ gazoci¹gów niewykorzystywana poza szczytowym poborem gazu zwiêksza w sposób oczywisty koszty eksploatacji sieci. Znane dotychczasowe metody okreœlania zamiennoœci gazów w przyborach gazowych oparte s¹ przede wszystkim na liczbie Wobbego, decyduj¹cej o obci¹ eniu cieplnym przyboru i szybkoœci spalania, z któr¹ z kolei zwi¹zana jest stabilnoœæ spalania. Wraz z zagro eniem pewnoœci dostaw gazu ziemnego w okresach szczytowego zapotrzebowania, pojawia siê koniecznoœæ dodawania do sieci gazowych, mieszanin gazowych niepowoduj¹cych zmian jakoœciowych rozprowadzanego gazu i niemaj¹cych negatywnego wp³ywu na bezpieczeñstwo u ytkowników. W wielu krajach s¹ to mieszaniny gazu p³ynnego (LPG) z powietrzem. Równie w Polsce przygotowywana jest zmiana przepisów w tym wzglêdzie (obecnie zawartoœæ tlenu w sieci gazowej nie mo e przekraczaæ 0,2%). Wprowadzenie tych zmian wymagaæ bêdzie badañ zwi¹zanych zarówno z procesami mieszania, jak i bezpiecznego u ytkowania mieszanin gazowych. 254

Mieszaniny propan-powietrze, (znane jako LPG-Air lub SNG) s¹ w istocie syntetycznym gazem ziemnym, który jest utworzony przez wymieszanie odparowuj¹cego LPG z powietrzem, najczêœciej w stosunku ok. 45% powietrza i ok. 55% gazu (LPG lub propan). Po wymieszaniu powstaje jednorodna mieszanka, która mo e zostaæ wykorzystana jako bezpoœredni zamiennik za gaz ziemny (do 25% strumienia gazu), w procesach spalania m.in. do regulacji zapotrzebowañ szczytowych. Wiele procesów przemys³owych wykorzystuj¹cych paliwo gazowe przebiega w sposób ci¹g³y. Jakiekolwiek przerwy w dostawie paliwa mog¹ powodowaæ zatrzymanie produkcji i poniesienie w wyniku tego, znacznych strat ekonomicznych. W zak³adach przemys³owych tego typu bran wymagane jest czêsto posiadanie alternatywnego Ÿród³a energii na wypadek zaistnienia ryzyka przerwania dostawy tego rodzaju energii. W niektórych przypadkach, jak to jest np. w przemyœle szklarskim, brak paliwa powoduje nie tylko straty w produkcji, ale i straty w inwestycjach kapita³owych. Takim Ÿród³em mog¹ byæ w³aœnie instalacje mieszania gazu propan powietrze, czyli produkuj¹ce gaz syntetyczny (SNG) jako zamienny za gaz ziemny. W przeciwieñstwie do oleju napêdowego, oleju opa³owego lub propanu, SNG nie wymaga dodatkowych urz¹dzeñ gazowych, ruroci¹gów, regulatorów, czy te specjalnych systemów odbioru paliwa w fabryce. Ruroci¹g zasilaj¹cy mo e byæ pod³¹czony do ruroci¹gu gazu ziemnego zaraz za stacj¹ pomiarow¹ (oraz stacj¹ redukcyjn¹), przed wejœciem do budynku (-ów). Rozwój techniki budowy zbiorników i instalacji do magazynowania LNG umo liwia przeprowadzenie gazyfikacji mniejszych miast i osiedli po³o onych w rejonach pozbawionych ruroci¹gów przesy³owych. Z wiêkszych instalacji skroplony gaz ziemny dostarczany jest najczêœciej œrodkami transportu drogowego lub kolejowego. Rosn¹ce zainteresowanie skroplonym gazem ziemnym (LNG) w Polsce zwi¹zane z budow¹ terminala roz³adunkowego LNG oraz stopniowy rozwój instalacji satelitarnych LNG zasilaj¹cych niepo³¹czone z sieci¹ gazow¹ skupiska ludzkie, czy te odbiorców przemys³owych zwraca uwagê na koniecznoœæ regulowania jakoœci tego gazu przed skierowaniem go do odbiorcy. Wymagaæ to bêdzie okreœlonych badañ zakresu zmian jakoœciowych gazu wynikaj¹cych z ewentualnego mieszania gazu. Jednym z najtañszych Ÿróde³ energii odnawialnej jest LFG powstaj¹cy samorzutnie (gaz wysypiskowy) lub celowo (biogaz) z materii organicznej. Gaz ten po oczyszczeniu i uzdatnieniu móg³by zostaæ wykorzystany jako zamiennik gazu ziemnego w procesach spalania zarówno przez odbiorców komunalno-bytowych, jak i w przemyœle. Gazy pozyskiwane z nowych Ÿróde³ nie spalaj¹ siê prawid³owo w dotychczas stosowanych przyborach gazowych, mimo e ich w³aœciwoœci odpowiadaj¹ obowi¹zuj¹cym normom lub spalaj¹ siê dobrze, pomimo e nie odpowiadaj¹ tym normom. W zwi¹zku z powy szym, opracowano nowe kryteria oceny i zamiennoœci gazów. Przyjmuje siê, e gazy s¹ wymienne miêdzy sob¹, je eli pal¹ siê bez zak³óceñ w tych samych przyborach, przy tym samym ciœnieniu i gdy zachowane s¹ nastêpuj¹ce warunki: Obci¹ enie cieplne przyboru gazowego nie ulega zmianom. Sk³ad gazu, a tak e iloœæ zassanego powietrza pierwotnego maj¹ istotny wp³yw na dotrzymanie powy szych warunków. Zachowanie tego warunku jest zapewnione w przypadku gdy liczba Wobbego dla obu gazów ma tê sam¹ wartoœæ. Dopuszcza siê odchylenia w granicach ± 5,0%. 255

P³omieñ pali siê stabilnie, nie wykazuje sk³onnoœci do odrywania siê lub przeskakiwania do wnêtrza palnika. Stabilnoœæ p³omienia zale y od maksymalnej szybkoœci spalania gazu oraz wspó³czynnika zassania powietrza. Przy jego wzroœcie stabilnoœæ p³omienia maleje. Spalanie powinno byæ zupe³ne. W spalinach zawartoœæ tlenku wêgla nie powinna przekraczaæ iloœci dopuszczalnych. Nieca³kowite spalanie objawia siê wystêpowaniem w spalinach tlenku wêgla oraz ó³tymi koñcami p³omieni. Dopuszczalne stê enie tlenku wêgla w nierozcieñczonych spalinach wynosi 0,1 0,05% obj. Graniczn¹ wartoœæ tego gazu okreœla siê równie stosunkiem stê eñ tlenku wêgla do dwutlenku wêgla, który nie powinien przekraczaæ wartoœci 0,01. Sposoby okreœlaj¹ce wymiennoœæ gazów charakteryzuj¹ dany gaz w odniesieniu do opisanych wy ej zjawisk za pomoc¹ wskaÿników liczbowych lub za pomoc¹ diagramów wymiennoœci, na których gaz jest scharakteryzowany przez po³o enie punktu w uk³adzie wspó³rzêdnych. Najbardziej znan¹ metod¹ okreœlenia zamiennoœci gazów jest metoda Delbourga, w której gaz scharakteryzowany jest przez: skorygowan¹ (rozszerzon¹) liczbê Wobbego, potencja³ spalania, D, wspó³czynnik tworzenia siê sadzy, I ch, wspó³czynnik powstawania ó³tych koñców, I j. Dwa ostatnie wspó³czynniki zale ¹ od iloœci wêglowodorów zawartych w gazie. Uniwersalnym sposobem okreœlenia zamiennoœci gazu jest metoda rachunkowa Weavera. Nie wymaga ona okreœlenia gazu odniesienia. Przeznaczona jest dla przyborów gazowych u ytku domowego i ciœnienia gazu p = 1,25 kpa. Zamiennoœæ okreœla siê przez obliczenie szeœciu wskaÿników dla dwóch gazów, z których jeden przyjmuje siê jako gaz odniesienia. Je eli wymienione wskaÿniki zamiennoœci, z których: dwa dotycz¹ obci¹ enia cieplnego przyboru gazowego, dwa stabilizacji p³omienia, dwa jakoœci spalania, czyli tworzenia siê sadzy oraz tlenku wêgla i wartoœci ich mieszcz¹ siê w podanych przez Weavera granicach, to gazy s¹ zamienne wzglêdem siebie. WskaŸniki Weavera to: WskaŸnik zamiennoœci dla obci¹ enia cieplnego I H, WskaŸnik wymiennoœci dla zassania powietrza pierwotnego I A, WskaŸnik wymiennoœci dla cofania p³omienia I F, WskaŸnik wymiennoœci dla odrywania siê p³omienia I L, WskaŸnik wymiennoœci dla tworzenia tlenku wêgla I I, WskaŸnik wymiennoœci dla wystêpowania ó³tych koñców I Y. 256

Kryteria zmiennoœci gazów i definicja zamiennoœci w praktyce dotyczy spalania gazów w przyborach gazowych. W przypadku wymiany gazu w piecach przemys³owych kryteria zamiennoœci s¹ zazwyczaj ma³o przydatne z powodu innych warunków spalania i wymiany ciep³a. W przemys³owych piecach grzewczych gaz spala siê w zamkniêtych komorach spalania. Dop³yw powietrza jest regulowany. Spaliny odprowadzane s¹ kana³ami i kominem do atmosfery. Ró nica temperatur nagrzewanego wsadu (paliwa gazowego) i p³omienia jest du o mniejsza ni w przypadku przyborów gazowych domowego u ytku. W piecach wymiana ciep³a odbywa siê g³ównie przez promieniowanie w 85% do 95%. Wartoœæ strumienia cieplnego p³yn¹cego od gazu do ogrzewanego wsadu nie jest proporcjonalna do obci¹ enia cieplnego palników. Ciep³o dostarczane przez promieniowanie w przybli eniu wzrasta proporcjonalnie do czwartej potêgi temperatury Ÿród³a promieniowania. Na wynik procesu wygrzewania ma w piecach zasadniczy wp³yw kalorymetryczna temperatura spalania gazu dostarczanego do pieca. W literaturze przedmiotu znaleÿæ mo na szereg opracowañ dotycz¹cych wykorzystania LFG zarówno w postaci biogazów, jak i gazów wysypiskowych. W przypadku gazu wysypiskowego, powstaje on przez beztlenowy rozk³ad odpadów komunalnych (MSW Municipal Solid Waste) na sk³adowiskach i sk³ada siê g³ównie z metanu (CH 4 ) i dwutlenku wêgla (CO 2 ) oraz z mniejszych iloœci azotu i tlenu, a tak e pewnej liczby œladowych iloœci lotnych zwi¹zków organicznych (VOCs Volatile Organic Compounds). Ostatnio wykorzystanie LFG spotyka siê ze sporym zainteresowaniem jako alternatywne Ÿród³o energii do produkcji ciep³a, energii elektrycznej lub paliw. Produkcja LFG zazwyczaj rozpoczyna siê natychmiast po osadzeniu sk³adowiska MSW i osi¹ga szczyt wydajnoœci produkcji po oko³o 10 latach, trwaj¹c przez 40 lat lub d³u ej. Innym Ÿród³em LFG mog¹ byæ biogazy produkowane celowo w biogazowniach. Jakoœæ LFG jako paliwa roœnie wraz ze wzrostem zwartoœci CH 4 i jego sk³ad mo e znacznie siê ró niæ w zale noœci od rodzaju sk³adowiska, up³ywu czasu, metody obróbki wstêpnej itp. Wartoœæ opa³owa LFG waha siê zazwyczaj w granicach od 12,56 do 25,12 MJ / m 3, co wystarcza do wykorzystania go jako paliwa w ró nych systemach cieplnych, jednak metody te mog¹ ró niæ siê w zale noœci jakoœci LFG. Dotychczas przeprowadzone badania dotyczy³y m.in. wp³ywu CO 2 zawartego w LFG na prêdkoœci spalania, na zawê anie granic palnoœci i wybuchowoœci oraz na emisjê zanieczyszczeñ. Qin i in (2001) przeprowadzili kompleksowe badania podstawowe i œrodowiskowe na temat wykorzystania LFG do wytwarzania energii. W innych badaniach, Lee i in. (2008) zaproponowali nowe korelacje okreœlania prêdkoœci spalania paliw LFG i LFG LPG w funkcji stosunku równowa noœci. Odkryli, e zawartoœæ CO 2 w LFG wp³ywa na zwiêkszenie strat ciep³a przez promieniowanie w niskich p³omieniach przy jednoczesnym obni eniu emisji NO x. Lee i Hwang (2007) badali stabilnoœæ p³omieni przy spalaniu mieszanin LFG/LPG w urz¹dzeniach gazowych gospodarstwa domowego oraz w przemys³owych palnikach wirowo-strumieniowych bez wstêpnego mieszania gazu i powietrza. Badaniom zosta³y poddane ró ne rodzaje mieszanin gazowych, które tak dobrano, aby uzyskaæ wartoœci liczby Wobbego (W s ) i wartoœci opa³owej (H i ) równowa ne odpowiednio wartoœciom charakterystycznym dla gazu ziemnego (grupa E). W badaniach, ¹dane 257

w³asnoœci LFG u ywane do produkcji mieszanin gazowych by³y uzyskiwane przez dobierane ró nych sk³adów objêtoœciowych CH 4 w zakresie od 55% do 30% w mieszaninie tworz¹cej LFG. Podstawowe cechy paliw zosta³y osi¹gniête poprzez porównanie temperatury p³omienia, prêdkoœci spalania oraz stabilnoœci ich spalania. Celem by³o okreœlenie, czy mieszaniny maj¹ podobne stabilne strefy p³omienia niezale nie od jakoœci LFG i czy paliwa te mog¹ w pe³ni zast¹piæ CH 4, bez adnych modyfikacji urz¹dzeñ zasysaj¹cych powietrze do spalania. Metodyka badañ obejmowa³a miêdzy innymi: porównanie stabilnoœci spalania LFG i mieszanin paliw LFG-gaz ziemny. Przeprowadzone zosta³y eksperymenty z okreœlaniem prêdkoœci spalania i wyznaczaniem stref stabilnych p³omieni zarówno z u yciem palników stosowanych w gospodarstwach domowych, jak i stabilnoœci p³omienia w palnikach przemys³owych bez wstêpnego mieszania siê gazu i powietrza. Profile temperatur paliw mieszanych okaza³y siê podobne o czystego CH 4. Chocia LFG zawiera do oko³o 45% obojêtnych gazów takich jak CO 2 i N 2, uzyskano stosunkowo wysokie temperatury p³omieni, tj. oko³o 1900 K. Obliczenia termodynamiczne i uzyskane wyniki obliczeñ zarówno szybkoœci spalania, jak i stabilnoœci p³omienia potwierdzi³y, e mieszaniny LFG/LPG mog¹ byæ stosowane wymiennie z gazem ziemnym bez zmian w urz¹dzeniach spalaj¹cych gaz. W doœwiadczeniach szczególn¹ uwagê poœwiêca siê do okreœlenia podstawowych w³aœciwoœci mieszanin palnych, a mianowicie laminarnej szybkoœci spalania, minimalnej energii zap³onu, opóÿnienia zap³onu, granic palnoœci oraz œrednic wygaszania. Ich wartoœci zale ¹ g³ównie od rodzaju i sk³adu mieszanki, temperatury, ciœnienia, itp. Okreœlenie szybkoœæ spalania jest jednym z podstawowych obliczeñ dotycz¹cych zamiennoœci paliw gazowych. Ocenê u ytecznoœci propanu i LPG jako sk³adników mieszanin wykorzystywanych jako zamiennych przeprowadzili m. in. (Huzayyin i in. 2007). Dotyczy- ³a ona w szczególnoœci zmian w laminarnej szybkoœci spalania (S L ) oraz wyznaczenia tzw. indeksu wybuchu (K G ) mieszanin LPG/powietrze i propan/ powietrze w szerokim zakresie stosunku stê eñ (Φ 0.7 2.2), temperatury pocz¹tkowej (T i = 295 400 K) i ciœnienia (P i = 50 400 kpa). W tym celu skonstruowano cylindryczny zbiornik ciœnieniowy bombê, do prowadzenia badañ. Szybkoœæ spalania okreœlono za pomoc¹ ró nych modeli w zale noœci od zmian ciœnienia (P t) centralnego zap³onu procesu spalania przy minimalnej energii zap³onu. 1/ T 1/3 1/3 Pk G = max = Π k i L P i K ( dp/ dt) V (36 ) ( P P) S, L LO ( / 0 ) α S S T T ( P / P0 ) β =, gdzie (dp/dt) max to maksymalna szybkoœæ wzrostu ciœnienia wybuchu, S L0, P 0 i T 0 to odpowiednio szybkoœæ spalania, ciœnienie i temperatura w warunkach normalnych. Jak wykaza- ³y badania maksymalna szybkoœæ spalania laminarnego dla propanu wynosi³a 455 mm/s przy Φ = 1,1, natomiast dla LPG 432 mm/s (Φ 1,5). Maksymalny wskaÿnik eksplozji, powszechnie nazywany parametrem nasilenia eksplozji lub indeksem wybuchu (K G ), 258

jest wielkoœci¹ sta³¹ dla gazów palnych tworz¹cych mieszaninê wybuchow¹ i oblicza siê go na podstawie szybkoœci spalania laminarnego (S L ) i wynosi on 93 bar m/s dla propanu, i prawie 88 bar m/s dla LPG. Okreœlaj¹c parametry wybuchu mieszanin, mo na stwierdziæ, e dla niskich wartoœci ciœnieñ pocz¹tkowych P i, maksymalne ciœnienie wybuchu P max dla mieszanin z propanem osi¹ga wartoœci wy sze ni dla LPG, jednak wraz ze wzrostem ciœnienia P i, sytuacja siê zmienia i P max dla mieszanin z LPG staje siê wiêksze. Maksymalna wartoœæ wzrostu ciœnienia wybuchu (dp/dt) max dla propanu jest o ok. 20% wiêksza ni dla LPG (zale y od sk³adu). Znaczenie wzrostu ciœnienia P i na indeks wybuchu K G jest zdecydowanie wiêksze od wp³ywu wzrostu temperatury T i. Te i inne wyniki wskazywa³yby wyraÿnie na propan jako na gaz maj¹cy wiêcej cech predysponuj¹cych go do stosowania w procesach zamiany ni LPG. Niew¹tpliwie jedn¹ z nich jest brak butanu stanowi¹cego jeden ze sk³adników LPG. Przyczyn¹ tego mo e tu byæ znacznie wiêkszy od innych sk³adników ciê ar w³aœciwy butanu uniemo liwiaj¹cy dok³adne zmieszanie gazów. Reasumuj¹c, na podstawie analizy badañ mo na wiêc stwierdziæ, e: (a) Mieszaniny propan-powietrze (znane jako LPG-Air lub SNG), mog¹ zostaæ wykorzystane jako bezpoœredni zamiennik za gaz ziemny w procesach spalania m.in. do regulacji zapotrzebowañ szczytowych (w odpowiedniej proporcji i stê eniu). (b) Jednym z najtañszych Ÿróde³ energii odnawialnej jest LFG powstaj¹cy samorzutnie (gaz wysypiskowy) lub celowo (biogaz) z materii organicznej. Wartoœæ opa³owa LFG waha siê zazwyczaj w granicach od 12,56 do 25,12 MJ/mn 3. (c) Adiabatyczne temperatury p³omieni wszystkich mieszanin typu LFG/LPG s¹ bardzo podobne do profili temperaturowych CH 4, jednak wartoœci tych temperatur spadaj¹ ze zmniejszeniem siê procentowej zawartoœci CH 4 w mieszaninie z LFG. (d) Prêdkoœæ maksymalna spalania paliw mieszanych spada liniowo wraz ze spadkiem zawartoœci CH 4 w LFG. Jednak nawet w przypadku mieszaniny, wykonanej z udzia³em LFG o zawartoœci oko³o 70% gazów obojêtnych, pomiary szybkoœci spalania wskazuj¹, e mo e byæ ona wykorzystana w dowolnym uk³adzie spalania. (e) Wiêkszoœæ mieszanin LFG/LPG ma bardzo podobne stabilne strefy p³omienia niezale nie od jakoœci LFG i mog¹ one zast¹piæ ca³kowicie CH 4 bez adnych modyfikacji urz¹dzeñ gazowych. (f) Stabilnoœæ strefy p³omienia mieszanin spada wraz ze spadkiem zawartoœci CH 4 w LFG. Mieszanina LFG/LPG mo e zast¹piæ CH 4 ca³kowicie lub z pewnymi ograniczeniami obejmuj¹cymi np. regulacjê palnika zasysaj¹cego powietrze do spalania. (g) Maksymalna wartoœæ wzrostu ciœnienia wybuchu (dp/dt) max dla propanu jest o ok. 20% wiêksza ni dla LPG, natomiast maksymalne ciœnienie wybuchu P max przy wy- szych ciœnieniach pocz¹tkowych P i jest wiêksze dla LPG. (h) Lepsze wyniki we wszystkich doœwiadczeniach zwi¹zanych z wymiennoœci¹ gazów, osi¹ga siê w przypadku zastosowania mieszaniny o niskiej zawartoœci lub o ca³kowitym braku butanu jako sk³adnika w LPG (propan techniczny jako LPG). 259

(i) Ró nica gêstoœci (ciê arów w³aœciwych) sk³adników mieszanin gazowych stosowanych w procesach zamiennoœci gazów, stanowiæ mo e w pewnych warunkach istotny problem, niedostrzegany czasem na etapie projektowania procesu. (j) Prowadzone próby dodawania eteru dimetylowego (DME) bezpoœrednio do sieci gazoci¹gów niskiego ciœnienia daj¹ pozytywne wyniki. DME jako paliwo gazowe ma wiele zalet: obni a znacznie temperaturê zap³onu mieszaniny DME/gaz ziemny (ni - sza energia aktywacji), poprawia efektywnoœæ spalania, obni a temperaturê p³omienia mniejsza emisja NO x. Inne zalety poza wymiennoœci¹ metanu to ³atwoœæ transportu i bezpieczeñstwo dostaw. (k) Pierwszym i podstawowym kryterium zamiennoœci gazów niezmiennie pozostaje zachowanie sta³oœci liczby Wobbego (±5,0%). LITERATURA [1] Grzybczyk B., aciak M., Grela I.: Energetyka gazowa. Obs³uga i eksploatacja urz¹dzeñ i sieci. Wyd. Tarbonus, Tarnobrzeg Kraków 2008 [2] aciak M. i in.: Instalacje i sieci gazowe. Wyd. Verlag Däshofer, Warszawa 2010 [3] Lee C.E., Hwang C.H., Lee H.Y.: A study on the interchangeability of LFG-LPG mixed fuels with LFG quality in domestic combustion appliances. Fuel, 87, 2008 [4] C.E. Lee, C.H. Hwang.: An experimental study on the flame stability of LFG and LFG-mixed fuels. Fuel, 86, 2007 [5] Lee C.E., Oh C.B., Jung I.S., Park J.: A study on the determination of burning velocities of LFG and LFG mixed fuels. Fuel, 81, 2002 [6] Lee C.E., Lee S.R., Han J.W., Park J.: Numerical study on effect of CO 2 addition in flame structure and NO x formation of CH 4 -air counter flow diffusion flames. Int. J. Energy Res., 25, 2001 [7] Qin W., Egolfopoulos F.N., Tsotsis T.T.: Fundamental and environment aspects of landfill gas utilization for power generation. Chem. Eng. J., 82, 2001 [8] Qin W., Egolfopoulos F.N., Tsotsis T.T.: A detailed study of the combustion characteristics of landfill gas. WSS/CI 1999 Fall Meeting 1999:99F-033, 1999 [9] Huzayyin A.S., Moneib H.A., Shehatta M.S., Attia A.M.A.: Laminar burning velocity and explosion index of LPG air and propane air mixtures. Fuel, 87, 2008 [10] Johnson F., Rue D.M.: Gas interchangeability tests: Evaluating the range of interchangeability of vaporized LNG and natural gas. Final Report, Gas Research Institute, GRI-03/0519, 2002 [11] Eaton G.D.: Peak Shaving with Synthetic Natural Gas. Ely Energy 2005 [12] Ruffcorn S., Feinberg K.: Propane air standby systems: gas energy uninterrupted. EsMagazine 2001 [13] Marchionna M., Patrini R., Sanfilippo D., Migliavacca G.: Fundamental investigations on di-methyl ether (DME) as LPG substitute or make-up for domestic uses. Fuel Processing Technology, vol. 89, Issue 12, 2008 260

[14] Halchuk R.A.: Gas Quality Specifications and Interchangeability for End Use Applications. AGA Operations Conference, Dallas, TX, 2001 [15] Williams T.A.: Technical background and Issues of Gas Interchangeability. AGA Staff Paper, 2006 [16] Technical Report Page 5.1 Title: 2007 Annual Technical Report to TransCanada PipeLines Ltd. TR 2103 5.0 Gas Interchangeability Program, NOVA Chemicals, 2007 [17] White Paper on Natural Gas Interchangeability and Non-Combustion End Use, NGC+ Interchangeability Work Group, February 28, 2005 261