Określ metodę oczyszczania gazu ziemnego, jeżeli w czasie pracy instalacji następuje kilkakrotne rozprężanie gazu z równoczesnym schładzaniem strumienia oczyszczanego gazu.
Metoda opisana w pytaniu to odazotowanie gazu ziemnego, czyli usuwanie nadmiaru azotu z mieszaniny gazowej. Kluczową wskazówką jest tutaj kilkakrotne rozprężanie gazu połączone ze schładzaniem strumienia. W praktyce jest to związane z procesami niskotemperaturowymi, często kriogenicznymi, gdzie wykorzystuje się różnice właściwości fizycznych składników gazu, głównie metanu i azotu. Przy rozprężaniu gaz się ochładza, między innymi przez efekt Joule’a-Thomsona albo pracę ekspandera, a potem możliwe jest rozdzielanie składników w niskiej temperaturze, np. przez rektyfikację kriogeniczną. Moim zdaniem to jedna z bardziej charakterystycznych podpowiedzi w takich pytaniach: jeśli pojawia się wielostopniowe rozprężanie i chłodzenie, to trzeba myśleć o usuwaniu azotu, a nie o typowym osuszaniu czy odsiarczaniu. W zakładach uzdatniania gazu odazotowanie stosuje się wtedy, gdy zawartość N₂ obniża wartość opałową gazu i gaz nie spełnia parametrów jakościowych wymaganych dla sieci przesyłowej. Dobra praktyka branżowa wymaga też wcześniejszego oczyszczenia gazu z wody, CO₂, H₂S i cięższych węglowodorów, bo przy niskich temperaturach mogłyby powstać hydraty, zatory lodowe albo osady. Czyli kolejność technologiczna ma tu duże znaczenie, nie tylko sama nazwa metody.
W tym pytaniu łatwo pomylić kilka procesów uzdatniania gazu, bo wszystkie dotyczą poprawy jakości surowca przed przesyłem albo dalszym przerobem. Trzeba jednak patrzeć na mechanizm działania instalacji. Odgazolinowanie absorpcyjne polega głównie na wydzielaniu cięższych węglowodorów, takich jak propan, butan i składniki benzynowe, zwykle przy użyciu oleju absorpcyjnego albo innych układów separacyjnych. Tam najważniejsza jest absorpcja składników ciekłych lub łatwo skraplających się, a nie kilkakrotne rozprężanie jako główny objaw pracy instalacji. Osuszanie adsorpcyjne również wygląda inaczej: gaz przechodzi przez złoże adsorbentu, na przykład sita molekularne, żel krzemionkowy lub aktywowany tlenek glinu, a para wodna zostaje zatrzymana na powierzchni porów. W takim układzie mówi się raczej o cyklach adsorpcji i regeneracji złoża, temperaturze regeneracji, punkcie rosy wody, a nie o typowym schładzaniu przez rozprężanie. Odsiarczanie natomiast jest usuwaniem H₂S i czasem CO₂, najczęściej metodami aminowymi, adsorpcyjnymi albo chemicznymi. Charakterystyczne są tu kolumny absorpcyjne, regeneracja roztworu aminy i kontrola korozji, bo siarkowodór jest toksyczny i agresywny. Typowy błąd myślowy polega na tym, że skoro gaz jest oczyszczany, to każda metoda brzmi podobnie. A w technice gazowniczej liczy się zasada rozdziału: adsorpcja zatrzymuje wodę na złożu, absorpcja przenosi składniki do cieczy, reakcje chemiczne usuwają gazy kwaśne, a niskotemperaturowe rozprężanie i chłodzenie pasuje do odazotowania. Z mojego doświadczenia najlepiej zapamiętać to po haśle: azot usuwa się przez procesy kriogeniczne, gdy trzeba poprawić kaloryczność gazu i spełnić wymagania jakościowe sieci.