background image

 

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA 

Notatki z kursu: Kriogenika i 

technologie gazowe w energetyce 

na podstawie wykładu prof. dr inż. Maciej Chorowski

 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Rok akademicki 2009/2010 

 

 

 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 2 z 20 

 

 Wyk ład 1 

 

 

 

 

 

 

23 II 2010 

 

 

I. 

Literatura: 

1. 

M. Chorowski, Kriogenika. Podstawy i zastosowania, IPPU MASTA, 2007 

II. 

Pojęcia: 

1. 

Chłodnictwo jest nauką i techniką osiągania i utrzymania temperatur obniżonych w stosunku do temperatur 

początkowych ciała lub temperatury otoczenia. 

2. 

Temperatura, miara energii ruchów cieplnych ciała 

3. 

Energia wewnętrzna, jak energia rośnie to temperatura również rośnie 

4. 

Entalpia 

5. 

Entropia, miara nieuporządkowania 

 

    

  

 

 

III. 

Zasady termodynamiki 

1. 

Zerowa zasada termodynamiki 

 
Jeżeli w przypadku trzech układów A, B oraz C, układ A jest w równowadze z C,a B jest w równowadze z C, to układ A 
jest również w równowadze z B 

2. 

Pierwsza zasada termodynamiki 

 
Energia układu jest zachowana, jeżeli ciepło zostaje uwzględnione 

 

 

              (zmiana energii jest równa zmianie pracy i ciepła) 

3. 

Druga zasada termodynamiki 

 
Nie jest możliwe zbudowanie urządzenia samoczynnego działania cyklicznego tak, aby jedynym efektem jego działania 
było przekazywanie ciepła od ciała chłodniejszego do cieplejszego. 
 
(ogranicza nam kierunek przekazywania ciepła) 

4. 

Trzecia zasada termodynamiki 

 
Nie można osiągnąć temperatury zera bezwzględnego w skończonej serii kroków procesowych przy dążącej do zera 
temperaturze zmiany entropii w jakimkolwiek procesie odwracalnym.  

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 3 z 20 

IV. 

Przykładowe wartości temperatury wybranych zjawisk w skali logarytmicznej 

Chłodnictwo występuje w granicy od   

 

  do   

 

 , zaś kriogenika ozn. metody uzyskiwania temeperatur poniżej      , 

ponieważ obejmuje ona temeperatury wrzenia gazów, których w normalnych warunkach nie da się skroplić, takich jak powietrze, 
tlen, azot, wodór czy hel. 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 4 z 20 

V. 

Zarys historyczny 

 

1883 

Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski skraplają powietrze, tlen i azot (77 K) 

 

1898 

James Dewar stosuje izolację próżniową i skrapla wodór (20,3 K) 

 

1908  

Kammerlingh Onnesskrapla hel (4,2 K) i odkrywa nadprzewodnictwo w rtęci w 1911 roku 

 

1950  

Collins uruchamia seryjną produkcję skraplarek helu 

 

1986 

Bednorz i Mueller odkrywają nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe (obecnie 135 K) 

2007 

Przewidywane uruchomienie nadprzewodzącego akceleratora LHC w Genewie 
(ponad 2000 nadprzewodzących magnesów o łącznej długości 30 km) 

VI. 

Dlaczego stosujemy tak niskie temperatury: 

1. 

Przejawiają się nowe własności materii (skroplenie gazów trwałych, 

nadciekłość i nadprzewodnictwo) 

2. 

Ulegają spowolnieniu bądź zatrzymaniu wszelkie reakcje 

3. 

Zmniejsza się nieuporządkowanie substancji, znikają szumy (krioelektronika) 

VII. 

Izolacja próżniowa 

Pomiędzy ściankami naczynia zostało usunięte powietrze (występuje próżnia) przez co dopływy ciepła z otoczenia do tego 
naczynia zostały utrudnione, ponieważ mechanizmami transportu ciepła są promieniowanie, przewodzenie i konwekcja. 
Konwekcja wymaga ruch ciała w ośrodku by zachodziła. Przewodzenie, zaś występuje poprzez przekazywanie energii z jednej 
cząsteczki do sąsiedniej, a ta do kolejnej itd. np. w gazie. Promieniowanie zostało ograniczone przez posrebrzenie powierzchni 
ścianek. Takie naczynie jest produkowane do dziś, jest to zasada działania termosa. 

VIII. 

Kriogeniczne izolacje termiczne: 

1. 

Izolacja próżniowa 

2. 

Wielowarstwowa izolacja próżniowa 

3. 

Izolacja proszkowo-próżniowa  

IX. 

Porównanie nadprzewodnika z kablem miedzianym 

 
Komercyjnie powszechnie stosowanym nadprzewodnikiem jest NbTi (niobtytan)  o temp. krytycznej 10K. Nadprzewodniki na 
bazie rtęci pozwala na uzyskanie temp. krytycznej 135K, nie jest on produkowany ze względu na szkodliwość. Nadprzewodniki 
wysokotemperaturowe mają pewną wadę, są o strukturze ceramiki, która jest bardzo krucha. Nadprzewodnik jest dobrym 
diamagnetykiem, pole magnetycznego w niego nie wnika (tzw. efekt Meissnera)   

Ciekawostka 

W 2. połowie 
XIX w. gł. 
produktem 
eksportowanym 
przez USA była 
bawełna i lód 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 5 z 20 

X. 

Efekt Messnera 

 

 

 

 

 

 

 

XI. 

Zastosowanie kriogeniki: 

1. 

Badanie właściwości materiałów 

2. 

Medycyna 

3. 

Przetwórstwo żywieniowe 

4. 

Techniki jądrowe i rakietowe 

5. 

Metalurgia 

6. 

Energetyka 

7. 

Transport skroplonych gazów 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 6 z 20 

 

Wyk ład 2 

 

 

 

 

 

 

2 III 2010 

I. 

Sposoby ochładzania, oziębiania ciała: 

1. 

Przez kontakt ciała z ciałem chłodniejszym 

2. 

Zawijanie w mokry ręcznik przy upalnej temperaturze, jest skuteczne ponieważ woda parując (jest to możliwe 

tylko wtedy gdy powietrza nie jest parą nasyconą wilgotna, jak w przypadku deszczowej pogody) musi pobrać energię 
wewnętrzna z ciała, którego chcemy ochłodzić 

3. 

 Jeśli dysponujemy lodem, który ma temperaturę 

  , a chcemy uzyskać temperaturę niższą należy lód posolić, 

ponieważ lód się topi więc pobiera energię do topienia się 

II. 

Lewobieżny obieg Carnota 

Jeżeli celem obiegu jest uzyskanie niższej temperatury w stosunku do temperatury otoczenia, jest to możliwe z 
termodynamicznego punktu widzenia tylko wtedy gdy obieg będzie konsumował dostarczoną z zewnątrz energię, poprzez 
pobieranie ciepła z źródła o niższej temperaturze i wrzucał ciepło do źródła o wyższej temperaturze. 

4-1 sprężanie izentropowe (praca wykonana nad ciałem) 
1-2 sprężanie izotermiczne poprzez oddawanie ciepła do otoczenia 

    

  

 

 

2-3 rozprężanie izentropowe (praca wykonana przez ciało) 
3-4 rozprężanie izotermiczne poprzez pobieranie ciała z 
 Ciepło chłodzenia to obaszar poniżej 3-4   

 otoczenia 

Energia cząsteczki gazu  

   

 
 

   

Gdzie: 

                                   

   

 

 

 

Wniosek: Obniżenie temperatury powoduje spadek energii 

z I zasady termodynamiki 

             

Wniosek: W przypadku przemiany izentropowej (gdzie 

      ) zmiana energii wynika z 

pracy wykonanej nad ciałem lub przez ciało. 

Efektywność obiegu Carnota (opisuje nam maksymalną sprawność jakie mogą osiągnąć 
chłodziarki) 

 

 

 

 

 

 

  

   

 

 

 

  

 

  

 

Zadanie 
Jaka energia musi zostać doprowadzona do chłodziarki, która przy  

 

 mogła wytworzyć moc chłodniczą 

   

 

 

      

  

                                                 

 

  

        

  

       

      

  

    

 

  

   

 

 

 

               

 

         

Ważne 

Cząsteczka 1-atomowa 
ma 3 stopnie swobody,  
Cząsteczka 2-atomowa 
ma 5 stopni swobody 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 7 z 20 

Maszyn cieplna, która miałaby zdjęte z siebie ograniczenie Carnota, byłaby tzw. Perpetuum Mobile II rodzaju, czyli zamieniałaby 
energię cieplną na pracę mechaniczną bez wzrostu całkowitej entropii, co jest nie zgodne z II zasadą termodynamiki.  Wniosek: 
Nie można zbudować maszyny sprawniejszej od obiegu Carnota. 

III. 

Linia równowagi 

fazowej 

1-2 sprężanie/kompresja 
2-3 skraplacz (

     jest stałe) 

3-4 rozprężanie 
4-1 parowacz 

Stany skupienia 

1 – przewaga pary 
2 – para 
3 – ciecz 
4 – przewaga cieczy  

Problemy technologiczne zbudowania maszyny 
spełniające założenia obiegu Carnota: parowacz nie „lubi” 
mieszaniny parowo-cieczowej, dławienie izentalpowe zaworem. 

IV. 

Schemat obieg Lindego 

Składa się z: 
sprężarki 
skraplacza 
zawór dławiący 
parownik 

V. 

Równanie stanu gazu doskonałego 

        

Dławienie izentalpowe w gazie doskonałym jest izotermiczne, ponieważ gaz dławiąc się 
zwiększa swoją objętość, ale nie wykonuje żadnej pracy. 
W przypadku dławienia cieczy zmuszamy do zwiększania odległości między molekułami, 
aby przeszły w stan gazowy, więc płyn wykonał pracę wewnętrzną. 

Efektywność obiegu Lindego 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

   

 

 

I i II zasada termodynamiki zapisana w jednym równaniu 

               

 
Ważne: dla przemiany, izobarycznej ciepło jest równo 
entalpii 

VI. 

Rzeczywisty obieg Lindego 

 

 

Ważne 

Temp. wrzenia 
Azot 

    

Neon 

     

(gaz szlachetny) 
Hel 

      

(nigdy nie zamarza) 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 8 z 20 

 

Wyk ład 3 

 

 

 

 

 

 

9 III 2010 

I. 

Układ kaskadowy, dwustopniowy: 

 

 

 

 

 

 

 

Dla temperatury do 

     możemy stosować jednostopniowe sprężarki wg obiegu Lindego, dla niższych temperatur nawet do 

      stosuje się układ kaskadowy złożony z dwóch obiegów Lindego połączonych wspólnym wymiennikiem ciepła 
(skraplacz-parowacz) np. amoniak w stopniu górnym i dwutlenek węgla w stopniu dolnym. 

II. 

Podział gazów biorą pod uwagę ich temperaturę krytyczną i otoczenia: 

1. 

Gazy nietrwałe, temperatur krytyczne jest wyższa od temperatury otoczenia, można jest skroplić przy 

temperaturze otoczenia poprzez sprężenie np. amoniak, propan, butan, chlor 

2. 

Gazy trwałe, nie podlegają skropleniu przez izotermiczne sprężanie, np. powietrze, hel, azot 

III. 

Skraplarka Joule’a-Thomson’a 

Pole zakresowe pod wykresem to moc chłodnicza  
Rec ozn. rekuperację (odzyskanie) 

             
           

Ważne 

Parametry potrójnego 
punktu azotu 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 9 z 20 

Strata 

   dopuszcza się na poziomie    w porównaniu stanu 1’ z 1 

Bilans 

   

 

     

 

            

 

   

  

    

Wydajność skraplania 

   

  

  

 

Entalpia gazu rzeczywistego 

           

  – energia wewnętrzna 

   – praca 

Entalpia z uwzględnieniem strat 

 

 

   

  

   

 

   

 

 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 10 z 20 

 

Wyk ład 4 

 

 

 

 

 

 

16 III 2010 

I. 

Uzyskanie niskich temperatur poprzez dławienie izentalpowej: 

Jeżeli gaz rozpręża się adiabatycznie w układzie otwartym, bez wykonania pracy zewnętrznej  oraz bez zmiany prędkości 
ani istotnej zmiany wysokości, to proces taki określa się dławieniem. Warunek zachowania stałej prędkości nie wyklucza 
lokalnej zmiany prędkości, szczególnie w obrębie samego elementu dławiącego. Dławienie gazu może odbywać się w 
trakcie jego przepływu przez porowatą zatyczkę, dyszą, kapilarę czy zawór dławiący. W procesie dławienia gazu nie 
ulega zmianie jego entalpia, co wynika z bilansu energii układu otwartego: 
 

 

   

     

 

   

 

 

 
 

  

 

 

   

 

 

       

 

   

 

     

   

 

 
Ponieważ w procesie adiabatycznego dławienia zarówno ciepło jak i praca przemiany są równe zero, a zmiany prędkości 
gazu 

  oraz jego położenia   są pomijalne, więc: 

 

 

 

   

 

 

 

II. 

Przebieg procesu dławienia na wykresie T-s 

 

III. 

Spadek temperatury gazu w procesie izentalpowego dławienia może zostać wyznaczony przez wyrażenie entalpii jako 

funkcji ciśnienia i temperatury            , a następnie przyrównanie do zera jej różniczki zupełnej. 

      

  
  

 

 

      

  
  

 

 

   

 

IV. 

Po przekształceniu powyżej zależności otrzymuje się różniczkowy efekt dławienia 

 

 

 , który pozwala na określenie 

zmiany temperatury gazy w efekcie zmiany jego ciśnienia. 

 

 

 

   

  

  

 

 

   

 

  
  

 

 

 

  
  

 

 

 

 

V. 

Dla przemiany izobarycznej: 

        oraz       

 

  , więc: 

 

  
  

 

 

   

 

 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 11 z 20 

VI. 

Po przekształceniu wyrażenia przedstawiającego drugą zasadą termodynamiki: 

               

do postaci: 

 

  
  

 

 

     

  

  

 

 

    

oraz po podstawieniu równania Maxwella: 

 

  

  

 

 

     

  
  

 

 

 

otrzymuje się ogólne wyrażenie pozwalające na obliczanie izentalpowego efektu dławienia: 

 

 

 

   

  

  

 

 

 

  

  

  

 

 

  

 

 

 

 

 

Przy wyprowadzaniu wzoru nie czyniono żadnych założeń dotyczących rodzaju gazu, więc jest on prawdziwy zarówno w 
przypadku gazu idealnego, w którym nie występują oddziaływania międzycząsteczkowe jak i dla gazu rzeczywistego. Dla gazu 
idealnego opisanego równaniem Clapeyrona 

 

  
  

 

 

 

 
 

 

 i z równania otrzymuje się zawsze 

 

 

   . Taka wartość wynika z faktu, że między cząstkami gazu idealnego nie występują siły 

wzajemnego oddziaływania. Zwróćmy uwagę, że w procesie dławienia izentalpowego gaz nie wykonuje pracy zewnętrznej. Jeżeli 
między cząstkami gazu nie występują oddziaływania, to zwiększenie średniej odległości pomiędzy nimi nie wymaga wykonania 
pracy kosztem energii cieplnej cząstek 

      , gdzie   jest stałą Boltzmanna. W efekcie temperatura gazu   pozostaje 

niezmieniona. 
 

VII. 

Potencjał Lennarda Jonesa, energia potencjału cząstek w funkcji odległości 

VIII. 

Różne przypadki efektu dławienia: 

1. 

 

 

    oziębianie 

2. 

 

 

    ogrzewanie 

3. 

 

 

    brak zmiany temperatury, punkt inwersji 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 12 z 20 

IX. 

Równanie van der Waalsa opisujący własności gazu rzeczywistego: 

 

    

 

 

 

                 

więc efekt dławienia jest postaci: 

 

 

 

  

  

   

 

 

  

zaś temperatur inwersji: 
 

 

   

 

  
  

 

X. 

Przebieg krzywych inwersji gazów kriogenicznych 

 

XI. 

Maksymalne temperatury inwersji gazów stosowanych w kriogenice 

 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 13 z 20 

 

Wyk ład 5 

 

 

 

 

 

 

23 III 2010 

I. 

Procesy prowadzące do obniżenia temperatury gazu: 

1. 

Rozprężanie izentropowe z wykonaniem pracy zewnętrznej 

2. 

Ekspansja izentalpowa (dławienie) 

3. 

Wypływ swobodnych gazów 

II. 

Istotą rozprężania izentropowego jest wykonanie pracy zewnętrznej kosztem energii wewnętrznej gazu, a więc zawsze 

prowadzącej do obniżenia temperatury, zgodnie z zasadą ekwipartycji Maxwella energia przypadająca na każdy stopnień 
swobody 

     

 
 

                                   

 
aby gaz mógł wykonać pracę musi zostać najpierw sprężony, aby w trakcie rozprężania jego temperatura obniżyła się w stosunku 
do temperatury otoczenia. 

III. 

Rozprężanie izentropowe z wykonaniem pracy zewnętrznej 

 

 

Sprawność izentropowej sprężarki 

 

 

 

 

 

 

   

  

 

 

   

 

 

 

 

1-2 rozprężanie izentropowe, teoretyczny 

idealnie odnawialny proces (bez strat i tarcia) 

Jest to najbardziej efektywniejszy sposób na obniżenie temperatury 

IV. 

Wyrażenie entropii jako funkcji ciśnienia i temperatury 

            

i przyrównanie do zera (proces jest izentropowy)  

      

  

  

 

 

      

  
  

 

 

       

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 14 z 20 

V. 

Różniczkowy efekt procesu rozprężania izentropowego  

 

 

 

 

 

   

  

  

 

 

   

 

  
  

 

 

 

  
  

 

 

 

 

Z zależności termodynamiczny 

 

 

  

  

 

 

     

  

  

 

 

 

  

  

 

 

 

 

 

 

 

 

Stąd: 

 

 

 

   

  

  

 

 

 

  

  
  

 

 

 

 

 

 

 

Po wstawieniu równania dla gazu doskonałego otrzymujemy: 
 

 

 

 

     

 

 
 

 

VI. 

Rozprężarka tłokowa 

 

 

 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 15 z 20 

VII. 

Chłodziarka Stirlinga składa się z dwóch izoterm i dwóch izochoro, zbudowana jest z cylindra, którym umieszczone są 

dwa tłoki, pomiędzy nimi znajduje się regenerator. Komora znajdująca się z lewej strony regeneratora jest komorą ciepłą i jej 
temperatura wynosi 

 

 

. Z komory tej do otoczenia odprowadzone jest ciepło 

 

 

 

 

. Komora z prawej strony tłoka jest zimna i jej 

temperatura wynosi 

 . 

 

4 procesy zachodzące w cyklu pracy chłodziarki: 

1-2 izotermiczne sprężanie gazu w komorze cieplnej 
2-3 izochoryczne oziębianie gazu w regeneratorze 
3-4 izotermiczne rozprężanie gazu z wykonaniem pracy zewnętrznej 
4-1 izochoryczne ogrzewanie gazu w regeneratorze 

VIII. 

Efektywność chłodziarki Stirlinga jest stała i niezależna od czynnika roboczego (gaz doskonały czy gaz rzeczywisty van 

der Waalsa) 
 

 

   

 

 

 

 

   

 

 
Chłodziarką Stirlinga można uzyska temperaturę rzędu: 

dla I-stopniowej 70K 
dla II-stopniowej 20K 
dla III-stopniowej 4K 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 16 z 20 

 

Wyk ład 6 

 

 

 

 

 

 

30 III 2010 

I. 

Uzyskanie niskich temperatur poprzez wypływ swobodny ze stałej objętości 

 

   

 
 

   

Obniżeniu temperatury związane jest z obniżeniem energii, więc gaz wykonał pracę: 

               

 

 

 

 

 

II. 

Opisanie powyższego procesu za pomocą równań 

1. 

Proces adiabatyczny 

 

 

 

   

 

    

 

  

 

   

 

     

 

  

 

   

 

  

2. 

Gaz jest gazem doskonałym 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

 

   

 

 

 

   

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

       

 

3. 

Quasi różniczkowy współczynnik swobodny wypływu 

 

 

   

  
  

  

 

 

 

 

 

 

 

     

 

       

 

 

 

III. 

Sprężarka Claude’a (chłodziarki z regeneracyjnymi wymiennikami ciepła zbudowane z  porowatej substancji mającej 

dużą przewodność cieplną) 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 17 z 20 

IV. 

Chłodziarka Giffora McMahona 

 

1. 

 

 

  1            ,  

 

  0              , tłok B na dole 

2. 

 

 

  1            ,  

 

  0              , tłok B u góry 

3. 

 

 

  0              ,  

 

  1            , tłok B u góry 

4. 

 

 

  0              ,  

 

  1            , tłok B na dole 

V. 

Chłodziarki Solvaya (problem z uszczelnieniem tłoka i cylindra) 

VI. 

Rura pulsacyjna 

 

VII. 

Chłodziarka Braytona 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 18 z 20 

 

Wyk ład 7 

 

 

 

 

 

 

12 IV 2010 

I. 

Składniki powietrza: azot, tlen, dwutlenek węgla, argon, wodór, neon, hel, krypton, ksenon, i inne. 

II. 

Minimalna praca potrzebna do rozdziały mieszanin gazów 

1. 

Schemat (gaz jest sprężony izotermicznie) 

 

2. 

Wzór ogólny na pracę 

             

 

 

 

 

   

 

III. 

Rozdział powietrza: 

1. 

Metody kriogeniczne: 

 

Z pojedynczą kolumną Lindego 

 

Z podwójną kolumną Lindego 

2. 

Metody nie kriogeniczne: 

 

Absorpcyjne (nadciśnieniowe PSA, podciśnieniowe VSA) 

 

Membranowe 

IV. 

Równowaga fazowa mieszaniny binarnej (dwu składnikowej) 

V. 

Kolumna rektyfikacyjna służy do rozdzielenia mieszaniny gazów za pomocą częściowego wykroplenia mieszaniny 

gazowej i odparowaniu rozdzielanego gazu.  Na każdej półce w kolumnie rektyfikacyjnej jest pewna ilość cieczy, która jest 
ogrzewana gazem przepływającym przez nią od spodu poprzez dziurki na dni półki, w wyniku tego procesu z kolumny 
odprowadzany jest u góry gaz o niższej temperaturze wrzenia, a na dole ciecz o wyższej temperatury wrzenia, dlatego też góra 
część kolumny jest ochładzana, zaś dolna cześć jest podgrzewana. Minimalny gradient temperatury jak  musi występować w 
kolumnie rektyfikacyjnej to różnica temperatur składników o wyższej temperaturze wrzenia z temperaturą składników o niższej 
temperatury wrzenia. 

VI. 

Schemat półki w kolumnie rektyfikacyjnej 

VII. 

Pojedyncza kolumna Lindego 

VIII. 

Podwójna kolumna Lindego 

IX. 

Zalety metody kriogenicznej: 

1. 

Największa wydajność 

2. 

Największa jakość produktu 

3. 

Postęp technologiczny w wytwarzaniu podzespołu, modularyzacja 

4. 

Bezpieczeństwo 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 19 z 20 

 

Wyk ład 8 

 

 

 

 

 

 

19 IV 2010 

I. 

Punkt potrójny   

 

                     , punkt krytyczny   

 

                   ,  

II. 

Gazy cieplarniane 

  

 

    

 

   

 

  (najsilniej zatrzymuje promieniowanie czerwone) 

III. 

Sekwestracja 

  

 

 czynność mająca na celu wychwycenie, transport oraz unieszkodliwcie lub stałe zdeponowanie i 

odizolowanie od biosfery 

IV. 

Transport 

  

 

: wysokociśnieniowe rurociągi w fazie ciekłej, transport drogowy i morki 

V. 

Składowanie   

 

1. 

W formacjach geologicznych: 

 

Składowanie w zamkniętych kopalniach podziemnych 

 

Intensyfikacja wydobycia ropy naftowej EOR 

Stosowane na świecie, ok. 74 w USA, pozwala zmagazynować 32Mt   

 

 na rok 

 

Zatłaczanie do pozabilansowych pokładów węgla z jednoczesnym odzyskaniem metanu ECBM 

Węgiel kamienny jest doskonałym absorbentem   

 

 ze względu na dużą powierzchnię właściwą, jest świetnym 

naturalnym magazynem 

  

 

, wypycha jednocześnie metan 

 

Składanie w kawernach solnych 

2. 

W oceanach 

  

Oceany zawierają ok. 40 tys. Gt rozpuszczonego węgla, a ich pojemność magazynowania jest znacznie większa, 

zaś w atmosferze jest ok. 750Gt   

 

 

 

Tłoczenie gazu na małych głębokościach do 1000m, aby uległ rozpuszczeniu 

 

Tłoczenie poniżej 3000m, aby utworzyć tzw. „jezioro   

 

” 

 

Zrzucanie suchego lodu ze statków od oceanów 

 

Wprowadzenie 

  

 

 za pomocą rury holowanej przez płynący statek 

 

Tłoczenie poniżej 3000m do rowów oceanicznych 

3. 

Karbonizacja 

  

 

 polega na trwałym związaniu do postaci węglanów z różnymi minerałami. Minerały, które 

podlegają reakcji karbonizacji z   

 

: serpentynit, talk, oliwin. Materiały wiążące 

  

 

: żużel, popioły lotne, odpady 

azbestowe. Wady tej metody: długi czas reakcji, ogromne ilość odpadów potrzebne do związania   

 

. Zalety tej metody: 

trwałe i bezpieczne związanie   

 

, możliwość wykorzystywania uzyskanych materiałów, naturalny sposób to zalesianie. 

 

 

background image

 

 

Notatki z kursu: Kriogenika i technologie gazowe w energetyce 

 

Opracował Łukasz Wicha 

Strona 20 z 20 

 

Wyk ład 9 

 

 

 

 

 

 

4 V 2010 

I. 

Gaz ziemny dzielimy ze względu na zawartość: 

1. 

Węglowodorów (suchy – mało propanu i wyższych węglowodorów, mokry – dużo propanu i wyższych 

węglowodorów) 

2. 

Azotu (bezazotowe,  niskoazotowe, wysokoazotowe) 

II. 

Gaz ziemny wysokometanowy (GZ-50) ma ciepło spalania 

      

  

 

 

 

 i wartość opałową 

            

      

  

 

 

 

; wykorzystany jest, jako źródło energii cieplnej do przygotowania ciepłej wody 

  

użytkowej i ogrzewania, w  przemyśle chemicznym, hutnictwie, klimatyzacji; w energetyce zarówno do  

  

bezpośredniej produkcji pary wodnej, jak i w układzie gazowo-parowym, gdzie sprawność sięga ponad 

  

90%. 

III. 

CNG jest to sprężony gaz ziemny, jest tańszy od LNG. 

IV. 

Własności metanu: 

1. 

Gęstość          

 

 

 

 

2. 

Temperatura topnienia / wrzenia 

                  

3. 

Punkt potrójny                  

4. 

Punkt krytyczny 

             

V. 

LNG ma 650 razy mniejszą objętość od gazowego stanu gazu ziemnego, gęstość        

 

 

 

, jest 

           nośnikiem energii 

   

  

  

 

, ciecz bez zapachu, nie powoduje korozji 

VI. 

Do uzyskania LNG stosuje się trzy stopniowy układ skraplania gazu ziemnego: z zaworami dławiącymi  

            lub z rozprężarkami.