Plyny

Zemný plyn, ropu a uhlie zaraďujeme medzi fosílne suroviny. Sú to základné suroviny pre výrobu najrôznejších syntetických polymérov a iných chemických produktov. Vznikli pred mnohými miliónmi rokov premenou organického materiálu. Zemný plyn sa skladá z niekoľkých častí :

Zložka Vzorec Podiel (%)
Metán CH4 95,0
Etán C2H6 2.3
Propán C3H8 0.7
Bután C4H10 0.3
Oxid uhl. CO2 0.2
Dusík N2 1.5

Niekedy sa v zemnom plyne nachádza aj trochu hélia.

Najväčšie percento tvorí metán, ktorý vzniká anaeróbnym kvasením celulózy a je súčasťou bahenného plynu. Umelo zavedené anaeróbne kvasenie mestského odpadu v čistiacich staniciach produkuje metán, ktorý sa využíva ako topný plyn.

Pri spaľovaní sa zo zemného plynu uvoľňuje veľké množstvo tepelnej energie, preto má veľký význam ako priemyslové palivo, ktoré nahradzuje jedovatý svietiplyn.

Zemný plyn sa môže spracovať priamo tzv. parciálnou oxidáciou na metanol alebo parciálnou dehydrogenáciou na ľahké alkény a aromáty alebo nepriamo cez syntézny plyn na metanol a celý rad chemikálií cez metanol, alebo priamo zo syntézneho plynu. Vodík získaný zo zemného plynu sa používa na syntézu amoniaku. Zo zemného plynu sa vyrábajú sadze, ktoré sú potrebné v polygrafickom a gumárenskom priemysle (zlepšuje kvalitu gumy, ako farbivo do tušu, do tlačovej černe a krému na topánky), acetylén, kyanovodík a sírouhlík, formaldehyd, metanol, halogénderiváty uhľovodíkov a iné.

CH4 + H2O --------> 3H2 + CO (katalytický rozklad metánu)
CH4 + 1/2O2 ---------> 2H2 + CO

Dôkazom toho, že ropa a zemný plyn sú dôležité suroviny, je aj to, že vzniklo samostatné vedné odvetvie petrochémia, zaoberajúca sa syntézami chemikálií vyrobených z ropy a zemného plynu.

V USA sa 10% zemného plynu spracováva na petrochemikálie. Zemný plyn je lacnejší než ropa, ale ich cena sa postupne približuje cene ropy. Cenu zemného plynu zdražuje doprava. Doprava plynu plynovodom je viac ako dvakrát drahšia než doprava ropy. Doprava plynu loďou je asi päťkrát drahšia než preprava ropy. Preto sa spracovanie premiestňuje do produkčných krajín. Isté zásoby plynov sú temer rovnaké ako ropy. Pravdepodobné zásoby sú oveľa väčšie, ale sú vo veľkých hĺbkach. Dnes sa petrochemicky vyrábajú aj také organické zlúčeniny, ktoré ešte nedávno pripravovali len z produktov karbonizácie uhlia. Do budúcnosti sa predpokladá, že chemické spracovanie uhlia bude znovu nadobúdať na význame tak, ako budú ubúdať zásoby uhlia.

Zemní plyn väčšinou doprevádza ropu, ale môžeme nájsť aj samostatné náleziská. Spotreba ropy a zemného plynu stále stúpajú a preto je dôležité hľadať stále nové a nové náleziská. Najnovšia metóda zisťovania nálezísk ropy a zemného plynu je pomocou družíc. V roku 1980 sa do ČSSR prepravoval plyn tranzitnými plynovodmi z Ruska (Bratstvo a Sojuz). Na Slovensku sú len nepatrné náleziska ropy a zemného plynu – na Záhorí. Najväčším závodom na Slovensku je DUSLO ŠAĽA.

Bioplyn z odpadů

Na skládkách tuhého komunálního odpadu a na čistírnách odpadních vod existuje využitelný zdroj druhotné energie, aplikovatelný jak pro výrobu elektrické energie a tepla, tak i pro pohon motorových vozidel. Tímto zdrojem je bioplyn obsahující především metan a oxid uhličitý. Na jeho složení se ale také nemalou měrou podílejí plynné stopové prvky. Kromě zatížení životního prostředí emisemi skládkového plynu a následného zápachového zatížení, vznikají slučováním s kyslíkem i výbušné plynné směsi. Pouze kontrolovaný provoz skládky či čistírny a odstranění resp. využití bioplynu zaručuje bezpečnost a jistotu spojenou s aktivní ochranou životního prostředí spolu s racionálním využitím nabízené přírodní energie. Provozovatelé uvedených technologií jsou povinni zajistit bezpečné zneškodnění produkovaného bioplynu nebo tento bioplyn energeticky využít. Tato povinnost vyplývá ze zákona o ochraně ovzduší a ze souvisejících prováděcích předpisů. Čerpací stanice je řízena nejmodernějšími prvky průmyslové automatizace a dále je vybavena zabezpečovacími prvky, které umožňují plně automatický provoz. Tento automatický systém řadí tuto čerpací stanici na světovou špičku nejenom svou automatikou, ale především svou jednoduchostí, spolehlivostí a především nenáročností na obsluhu. Součástí celé technologie může být i hořák zbytkového plynu. Konstrukce hořáku je dvouplášťová s výplní spalovacího prostoru izolační hmotou. Při uvádění do provozu je provedeno měření kvality spalování autorizovanou firmou. Pro provoz byl schválen i Českou inspekcí pro životní prostředí ČIŽP. Dokonalým využitím energie z odpadu lze zvýšit ekonomickou návratnost celé této investice a v dalších letech nejen vrátit investorovi vložené finanční prostředky, ale přinést i tolik potřebné zisky. Mobilní čerpací stanice lze použít ke spalování bioplynu ve zbytkovém hořáku nebo pro energetické využití produkovaného bioplynu. Možný je automatický provoz ve zvoleném režimu a plynulá regulace výkonu čerpadel i sacích tlaků. Kontinuálně je odváděn kondenzát i analyzován bioplyn na obsah metanu CH4, kyslíku O2, oxidu uhličitého CO2 (s možností rozšíření o další složky H2S, CO, NOx) a měřeno čerpané množství bioplynu. Spalování bioplynu ve zbytkovém hořáku probíhá s plynulou regulací výkonu. Podle požadavků zákazníka jsou k dispozici různé výkonové řady. Připojit lze libovolný počet potrubních větví. Celou stanici lze přepravovat na dvounápravovém vleku za vhodným vozidlem.

Odsíření bioplynu

K odsíření se využívá klasický způsob tzv. suchého odsiřování. Provádí se adsorbcí s chemickou reakcí ve vrstvě odsiřovací hmoty. Výsledným produktem je čistá síra, která je zachycena na sorbentu. Při provozu technologického zařízení nedochází k úniku škodlivých emisí. Adsorbce i regenerace probíhají ve vrstvě odsiřovací hmoty současně. Kyslík potřebný k regeneraci se dodává do čištěného bioplynu ve formě přídavného vzduchu. Teoreticky by obě reakce mohly probíhat nekonečně dlouho. Ve skutečnosti však regenerací uvolněná elementární síra postupně obaluje částice odsiřovací hmoty. Tím dochází k postupnému zhoršování podmínek a snižování účinnosti odsiřování. Po poklesu pod určitou hodnotu je proto potřeba nasycenou odsiřovací hmotu nahradit čerstvou hmotou. Pro zajištění plynulého a kvalitního odsiřování bioplynu a pro zvýšení kapacity odsiřovací hmoty se nabízí použití dvojice odsiřovacích jednotek v sérii, tj. za sebou. Jedna odsiřovací jednotka funguje jako pracovní a druhá dočišťovací. Odsiřovací jednotky se v pořadí pracovní a dočišťovací cyklicky střídají.
Když koncentrace sulfanu v odsířeném bioplynu z dočišťovací jednotky překročí stanovenou hodnotu, pracovní jednotka se odstaví a vymění odsiřovací hmoty v pracovní jednotce. Po změně zapojení odsiřovacích jednotek tak, že v předchozím cyklu dočišťovací jednotka je pak jednotkou pracovní a v předchozím cyklu pracovní jednotka s čerstvou odsiřovací hmotou jednotkou dočišťovací. Odsiřovací hmota je pro usnadnění výměny uložena v kónických kontejnerech. K jejich výměně je možno použít autojeřábu nebo pevného nosníku s kladkostrojem o nosnosti min. 1600 kg. Měření koncentrace sulfanu se provádí pomocí indikačního papírku. Nasycená hmota se zlikviduje buďto spálením v určeném technickém zařízení nebo uložením na skládku odpadů. Odsiřovací hmota je zařazena do II. třídy vyluhovatelnosti.
Odsiřovací zařízení může být připojeno buď na potrubí z vyhnívací nádrže do plynojemu, nebo na potrubí z plynojemu do kotelny ČOV. Předností prvního řešení je ochrana plynojemu, kotlů a komínů před korozí způsobenou účinky sulfanů. Zařízení se umísťuje ve venkovním prostředí.

Zemní plyn v dopravě
Plnící stanice vozidel

Plnící stanice zemního plynu umožňuje plnění nádrží vozidel stlačeným zemním plynem. Je tvořena kompresorovou stanicí, stabilními zásobníky, výdejními stojany pro rychlé plnění a výdejními místy pro pomalé plnění. Tato zařízení jsou umístěna v odpovídajících stavebních objektech. Pro zabezpečení funkce stanice je nutno vybudovat plynovou přípojku, provést napojení na inženýrské sítě a na komunikační dopravní systém.
Plnící stanice slouží ke stlačení zemního plynu na plnící tlak v zásobnících, ze kterých je pomocí výdejních stojanů a výdejních míst prováděno plnění vozidel, zejména autobusů dopravních podniků.

Úprava vozidel pro provoz na zemní plyn

Jedná se zpravidla o úpravy vozidel s naftovým motorem (např. LIAZ, AVIA, Zetor), u kterých je nutno změnit celý systém zážehu na klasické zapalování se svíčkami a elektronickým systémem zapalování. Další nutnou úpravou je snížení kompresního poměru motoru úpravou hlav. Celý systém je doplněn o plynové rozvody, upravena je také elektroinstalace a jako poslední je do vozidla zabudována nádrž. Celý rozvod plynu je konstruován na tlak 25 MPa. V současné době je výhodné provádět úpravy vozidel hromadné dopravy nebo vozidel rozvážkových, které mají pevné jízdní trasy a pevnou základnu, na které je možno doplnit nádrž přes noc tzv. pomalým plněním