PROCESY TECHNOLOGICZNE

Analiza jakościowa pozwala określić następujące wielkości:

- skład gazu

- gęstość

- ciepło spalania

- wartość opałową

- liczbę Wobbego

- granicę wybuchowości

- warunki spalania

Parametry P V T - określają stan czynnika w danej chwili

T- mierzymy za pomocą termometrów cieczowych, oporowych lub termopar

P - mierzymy za pomocą manometrów( najczęściej manometry hydrostatyczne lub sprężyste)

V - mierzymy za pomocą gazomierzy: prędkościowe (zwężkowe)

Objętościowe (miechowe, rotorowe)

• Pierwszym krokiem w analizie jakościowej gazu jest pobór próbki gazu (próbka musi być szczelna).

Od jakości pobranej próbki zależy dokładność wykonanej analizy.

Przy pobraniu próbki należy zwrócić uwagę na:

- miejsce poboru próbki; pobranie reprezentacyjnej próbki dla całej masy analizowanego gazu, nie należy pobierać próbki z przestrzeni martwej (co najmniej 10 m od martwego punktu).

• objętość pobranej próbki - powinna nam zapewnić wykonanie co najmniej 2-ch analiz z uwzględnieniem konieczności przedmuchania aparatu pomiarowego

Szczelność pipety zapewniamy, pobierając próbkę pod pewnym nadciśnieniem lub wcześniej wypełniamy solanką, która następnie wytłaczana jest na zewnątrz przez pobierany gaz.

Pobieramy 2 rodzaje próbek:

1. próbka jednorazowa, pobierana doraźnie w celu ustalenia chwilowych własności gazu

2. próbka średnia, pobierana w ciągu dłuższego okresu czasu, w celu ustalenia przeciętnego składu gazu

•Sposoby pobierania:

1. bezpośredni - polegający na wydzieleniu z głównego strumienia gazu, strumienia pomniejszonego i skierowania go do bezpośredniej analizy przy równoczesnym wykonaniu pomiaru objętości

2. pośredni- prowadzi się wówczas gdy wymagane jest pobranie próbki średniej lub gdy niemożliwe jest wykonanie analizy bezpośrednio w miejscu pobrania próbki

•Aparaty do pomiaru składu gazu

- ręczne

- automatyczne

Analiza składu gazu aparatem Orsata polega na selektywnej absorpcji poszczególnych składników gazu w odpowiednio dobranej substancji ciekłej. Zmiana objętości badanej próbki o poszczególnej absorpcji jest miarą objętości badanego składnika w analizowanym gazie.

Oznaczamy:

CO₂ absorbując go w roztworze KOH

O₂ - na drodze absorbcji pirogallolu

CO - w amoniakalnym roztworze chlorku miedzi

C_nH_2n - węglowow. nienasycone na drodze absorpcji w dymiącym H₂SO₄

To co pozostanie oznaczamy na drodze spalania

C_nH_2n+2 / spala. 900⁰C ; H₂ / spal. 300^oC

CHROMATOGRAF GAZOWY.

1. zbiornik lub wytwornica gazu nośnego

2. regulator przepływu gazu nośnego

3. układ osuszania i odtleniania gazu nośnego

4. przepływomierz gazu nośnego

5. dozownik

6. kolumna

7. detektor

8. termostat kolumny

9. regulator temperatury dozownika, kolumny i detektora

10. urządzenie dozujące

11. wzmacniacz sygnału detektora

12. komputer z drukarką

Gaz nośny to gaz obojętny - hel, azot, wodór. Musi być bardzo czysty, suchy, prędkość przepływu musi być określona.

Kolumna chromatograficzna musi być termostowana.

Detektor - elektron, który wyłapuje opuszczające kolumnę poszczególne składniki.

Mamy dwa układy chromatograficzne: gaz - ciało stałe chromatografia adsorpcyjna

gaz - ciecz chromatografia podziałowa

W chromatografii adsorpcyjnej kolumna klasyczna wypełniona jest aktywnym ciałem stałym ( węgiel aktywny, sita molekularne), które charakteryzują się dużym rozwinięciem powierzchni. Kolumna posiada średnicę 3-6 mm a długość nie przekracza kilkunastu metrów.

W chromatografii podziałowej kolumna klasyczna wypełniona jest nośnikiem stałym nieaktywnym (np. ziemią okrzemkową) na powierzchni którego nanosi się wysoko wrzącą ciecz.

ADSORPCJA - NA POWIERZCHNI CIAŁA STAŁEGO

ABSORPCJA - W CIECZY

Chromatografia podziałowa może być również realizowana w kolumnie kapilarnej, której średnica wynosi 02-05 mm a długość przekracza kilkaset metrów. Faza stacjonarna w tej kolumnie jest bezpośrednio na ściankach kapilary.

Podstawą chromatografii gazowej jest rozdzielenie w kolumnie, badanej mieszaniny pomiędzy 2 fazy :

1. faza ruchoma, którą stanowi gaz nośny

2. faza nieruchoma, którą stanowi wypełnienie kolumny

Próbka gazu badanego przenoszona jest do kolumny chromatograficznej przez fazę ruchomą gazu badanego, przy czym w kolumnie składniki te przemieszczają się z odmiennymi prędkościami, zależnymi przede wszystkim od współczynnika podziału pomiędzy te 2 fazy.

Sposoby interpretacji analizy jakościowej za pomocą retencji czyli czasu od startu do pojawienia się max danego piku albo przez porównanie z wzorcowymi chronomatogr.

Ilościowa polega na określeniu pola powierzchni pod pikiem. Ilość składnika jest wprost proporcjonalna do powierzchni pod pikiem.

Detektor analizuje ilość jakiegoś składnika.

Dwa typy detektorów :

a) cieplno - przewodnościowy

Działa na zasadzie zmiany przewodnictwa cieplnego różnych gazów (hel, azot, wodór). Układ pozostaje w równowadze do czasu pojawienia się innego składnika, zmienia się wówczas temperatura grzejników spiralnych oraz ich opór zaburzając równowagę układu. Sygnał na wyjściu z detektora przekazywany jest do rejestratora

b) płomieniowo - jonizacyjny

Działa na zasadzie zmiany oporu elektrycznego płomienia wodorowego, podczas wprowadzenia do niego śladowych ilości związków organicznych. Cząsteczki tych związków ulegają jonizacji a wielkość powstałego prądu zależy od liczby cząsteczek czyli od ilości danego składnika. W tym detektorze gazem nośnym nie może być wodór.

DO ANALIZY JAKOŚCIOWEJ:

Gęstość.

Dwa sposoby wyznaczania gęstości

- metoda dynamiczna - wykorzystuje prawo Schyllinga (? Nizeschinga ?), które mówi, że stosunek czasu wypływu gazu do czasu wypływu powietrza ……….

Ciepło spalania i wartość opałowa.

•Oczyszczanie gazu.

Zanieczyszczenia

Stałe, ciekłe, gazowe

- stałe to cząsteczki złoża oraz rdza wynoszona z rur - usuwane są w procesie separacji

- ciekłe, do których zalicza się solankę oraz koncentrat wynoszony ze złoża

- gazowe, do których zalicza się azot, CO₂,H₂S, parę wodną oraz węglowodory cięższe i pary rtęci

Parę wodną usuwamy z uwagi na powstawanie korków lodowych i gazohydratów.

H₂S usuwamy z uwagi na silnie działanie toksyczne, korozyjne, hydratotwórcze

N₂ - usuwamy z uwagi na obniżenie kaloryczności

He - korzyści

CO₂ - działanie hydratotwórcze, korodujące, balast

Hg - działanie toksyczne, korozyjne

Norma określająca zanieczyszczenia w gazie:

Węglowodory cięższe 30 mg/m³

H₂S 7 mg/m³

Pary Hg 30 μg/m³

N₂, CO₂ zawartość zależy od rodzaju gazu i przeznaczenia, decyduje l.Wobbego

Opłacalność usuwania He powyżej 0,1%

Para wodna - wyrażona przez temp. pkt. Rosy; przy ciśnieniu 5,5 MPa osuszamy do temperatury +3,7^oC w okresie letnim

-5,0^oC w okresie zimowym

Pyłu nie może być więcej niż 1mg/m³

Rys. z xera

Separacja wstępna - usuwa się w niej cząsteczki stałe oraz ciekłe, przy czym wykorzystuje się do tego siłę ciężkości, odśrodkową, zderzenia cząstek, działania ultradźwięków, filtrację, koagulację lub kilka tych zjawiska jednocześnie

Z uwagi na to, którą z tych sił wykorzystujemy wyróżnia się typy separatorów:

1. grawitacyjne

2. żaluzyjne

3. odśrodkowe(cyklonowe)

4. siatkowe

5. filtry

6. mieszane

ad.1) grawitacyjne- najczęściej stosowane; pod względem kształtu i usytuowania aparatu ciśnieniowego dzieli się na:

- cylindryczne - poziome lub pionowe

- kuliste

Wybór jednego z separatorów zależy od natężenia przepływu, ciśnienia, koncentracji stałych zanieczyszczeń a także od żądanej efektywności separacji

ad.2) inercyjne- wewnątrz usytuowane elementy typu aluzyjnego lub też pęku siatek; oddzielanie odbywa się pod wpływem siły bezwładności, stąd efektywność oddzielania zależy od prędkości liniowej uderzenia gazu o daną przeszkodę. Separatory te stosowane są w przypadku, gdy nie jest wymagany duży stopień oczyszczenia

ad.3) wykorzystuje się siłę odśrodkową, powstającą przy nadaniu strumieniowi gazu ruchu obrotowego. Stosuje się duże prędkości przepływu, dzięki czemu można stosować małe gabaryty urządzeń, z uzyskaniem równocześnie dużej efektywności

ODSIARCZANIE GAZU

Metody odsiarczania wykorzystują zjawisko adsorpcji i absorpcji, stąd metody dzielimy na:

1. adsorpcyjne (węgiel aktywny, sita molekularne)

2. absorpcyjno-desorpcyjne

1. absorpcja fizyczna

2. absorpcja chemiczna

3. absorpcyjno-utleniające

Przy wyborze danej metody kierujemy się stopniem zasiarczenia gazu, obecnością w gazie CO₂, ciśnieniem parcjalnym gazów kwaśnych(H₂S, CO₂), pożądanym stopniem oczyszczenia gazu.

Podział ze względu na sposoby prowadzenia:

- metody okresowe- prowadzone najczęściej bez regeneracji sorbentu(metody adsorpcyjne), zakres stosowania tych metod ogranicza się do oczyszczenia gazów zawierających poniżej 0.1℅ H₂S

- metody ciągłe, które mogą przebiegać bez odzysku siarki (absorpcyjno-desorpcyjne) lub też metody z jednoczesnym odzyskiem siarki, do których zaliczamy metody absorpcyjno-utleniające

Dopuszczalne stężenia H₂S i CO w powietrzu:

CO 30 mg/m³

H₂S 10 mg/m³

Hg 10 μg/m³

Wykrywanie siarkowodoru

Metoda jakościowa

Za pomocą octanu kadmu(CH₃COOO)₂Cd

(CH₃COOO)₂Cd + H₂S - żółtopomarańczowe zabarwienie lakmusu

(CH₃COOO)₂Pb + H₂S - zabarwienie czarne pap. lakmusowego

Metoda ilościowa

W zależności od koncentracji H₂S

1) metody chemiczne stosowane do większych koncentracji

a) absorpcji objętościowej, stosowana przy dużych koncentracjach- polega na pomiarze zmiany objętości badanej próbki gazu po absorpcji siarkowodoru w roztworze siarczanu miedzi. Pomiar wykonuje się w pipecie Henkla

b) metoda wagowa do mniejszych koncentracji - polega na przeprowadzeniu H₂S w nierozpuszczalną postać osadu czyli kontaktując H₂S z siarczanem miedzi a następnie powstały osad praży się do stałej masy. Ilość siarkowodoru obliczamy z równania stechiometrycznego.

c) metoda miareczkowa do koncentracji poniżej 1℅ - polega na miareczkowym oznaczaniu H₂S za pomocą roztworu jodu o stężeniu 0,1 g_n

Roztwór gazonormalny charakteryzuje się tym, że 1 cm³ odpowiada 1 cm³ reagującego z nim gazu w warunkach normalnych.

Wykrywanie siarkowodoru metodą miareczkową.

d) metoda kolorymetryczna bardzo małych koncentracji - polega na przeprowadzeniu reakcji barwnych H₂S z odczynnikami a następnie porównaniu intensywności tego zabarwienia z intensywnością skali wzorców

e) metoda interferometryczna do śladowych ilości - porównanie zdolności załamania światła gazu badanego z gazem odsiarczonym.

Metoda adsorpcyjna

Adsorbowanie cząsteczek gazu na powierzchni ciał stałych(węgiel aktywny, sita molekularne), w których adsorpcja przebiega na powierzchni mikrokanalików, w których adsorpcja przebiega na powierzchni mikrokanalików, przyciąganie sił międzycząsteczkowych

W przypadku słabej adsorpcji fizycznej w węglu aktywnym, zamieniamy ją na chemiczną polegającą na uaktywnieniu powierzchni węgla na drodze impregnacji różnymi substancjami chemicznymi np. jod, S

---