Zgazowanie węgla przy zastosowaniu CO2 sposobem na poprawę wskaźników emisyjnych i efektywności procesu

• Autorzy: Tomasz Chmielniak , Marek Ściążko , Aleksander Sobolewski , Grzegorz Tomaszewicz , Józef Popowicz

Warianty tytułu

Coal Gasification with CO2 as Gasification agent - as a Method for Improving Emission Factors and Process Efficiency

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

Atrakcyjność technologii zgazowania paliw wynika z szeregu zalet, do których należy wysoka efektywność procesu, możliwość wielokierunkowego wykorzystania gazu zarówno do produkcji energii jak również w syntezie chemicznej oraz relatywnie niski negatywny wpływ na środowisko naturalne. W pracy przedstawiono przegląd obecnie wykorzystywanych technologii zgazowania węgla, wskazano najbliższe perspektywy rozwoju. Omówiono podstawowe cechy wykorzystania ditlenku węgla jako czynnika zgazowującego w procesie zgazowania, gdzie za najważniejszą można uznać reakcję Boudouarda pomiędzy węglem oraz ditlenkiem węgla. Przedstawiono schemat instalacji zgazowania w ciśnieniowym reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym wchodzącej w skład Centrum Czystych Technologii Węglowych Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla (IChPW) w Zabrzu. Instalacja ta posłuży do przeprowadzenia badań w skali pilotowej, potwierdzajacych zasadność stosowania dodatkowego strumienia ditlenku węgla w reaktorze fluidalnym. Wykonano obliczenia symulacyjne dla uk?adu produkcji metanolu oraz układu IGCC. Obliczenia wykonano dla węgla ZG Janina oraz temperatury i ciśnienia procesu zgazowania odpowiednio 900°C i 1,5 MPa przy wykorzystaniu symulatora procesowego ChemCAD v.6.1.2. dla stanu ustalonego. W przypadku produkcji energii elektrycznej uzyskano wskaźnik emisji na poziomie 713 kg CO2/MWh (netto) plasuje on rozpatrywany układ poniżej wskaźników uzyskiwanych w układach IGCC zintegrowanych z reaktorami dyspersyjnymi oraz w instalacji spalania tlenowego w warunkach ultra-nadkrytycznych. Otrzymane wartości są o około 17-30% niższe niż charakterystyczne dla technologii tradycyjnych (spalanie węgla w kotłach pyłowych). W przypadku produkcji metanolu uzyskane wskaźniki były o około 8-13% niższe niż dla przypadku produkcji metanolu z węgla przy wykorzystaniu technologii zgazowania w reaktorach dyspersyjnych z suchym doprowadzeniem paliwa. (abstrakt oryginalny)

EN

The attractiveness of gasification technology arises from a range of advantages like the high level of process performance, the possibility of multidirectional/multipurpose use of syngas both for energy generation and chemical synthesis, and the relatively low negative environmental impact. This study reviewed currently implemented solutions for coal gasification technologies, identifying the greatest prospects. The main features of the CO2 -enriched gasification technology in which the Boudouard reaction is of the most significance have been discussed. The article presents a scheme for the experimental set-up of investigations into pressurized gasification in a circulating fluidized bed, which will be located in the Clean Coal Technologies Centre of the Institute for Chemical Processing of Coal in Zabrze. This experimental facility will be run in order to study the process characteristics on a pilot scale and to confirm the viability of adding carbon dioxide as a co-gasifying agent. Methanol synthesis and IGCC system simulation calculations have been performed for "Janina" bituminous coal under temperature and pressure conditions of 1000°C and 1.5 MPa, respectively. The calculations were conducted with ChemCAD v. 6.1.2 process simulation software for steady-state conditions. In the case of energy generation, the value of emissions was about 713 kg CO2 /MWh (net), which is less than for IGCC systems integrated with entrained-flow reactors and for oxy-fuel combustion technology under ultra-supercritical conditions. The obtained values of emission indices are about 17-30% lower than those observed for conventional technologies (like pulverized coal combustion). Whereas, in the case of methanol production, the emission-corresponding indices were about 8-13% lower than for cases in which methanol is produced from coal via gasification in dry-feed entrained flow reactors.(original abstract)

Słowa kluczowe

PL

Produkcja energii; Emisja gazów; Elektrownie węglowe

EN

Energy production; Gas emissions; Coal plants

• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2012
• Tom: 15
• Numer: z. 4
• Strony: 125--138

Twórcy

autor

Tomasz Chmielniak

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

autor

Marek Ściążko

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

autor

Aleksander Sobolewski

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

autor

Grzegorz Tomaszewicz

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

autor

Józef Popowicz

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

Bibliografia

• 2010 Worldwide Gasification Database (Excel file); dostęp poprzez: http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/gasification/worlddatabase/index.html.
•   Burmistrz i in. 2010 - Burmistrz P., Chmielniak T., Karcz A., 2010 - Analiza porównawcza produkcji wodoru i związanej z nią emisji CO2 przy zgazowaniu węgla kamiennego w reaktorach Shell oraz Texaco. Polityka Energetyczna, Tom 13, Zeszyt 2, 63-74.
•   Current and Future Technologies for Gasification-Based Power Generation, Volume 2: A Pathway Study Focused on Carbon Capture Advanced Power Systems R&D Using Bituminous Coal, October 7, 2010; DOE/NETL-2009/1389, available at http://www.netl.doe.gov/ technologies/coalpower/ gasification.
•   IChPW 2007-2010, Analizy i studia wykonalności realizowane przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla na zlecenia partnerów komercyjnych.
•   Irfan i in. 2011 - Irfan M.F., Usman M.R., Kusakabe K., 2011 - Coal gasification in CO2 atmosphere and its kinetics since 1948: A brief review. Energy, 36, 12-40.
•   Karcz A., 2009 - Gaz koksowniczy jako surowiec do produkcji wodoru. Polityka Energetyczna, t. 12, z. 1, 111-116.
•   Karcz i in. 2009 - Karcz A., Chmielniak T., Sieciążko M., Strugała A., 2009 - Porównanie emisji CO2 związanej z wytwarzaniem wodoru na drodze zgazowania i pirolizy węgla. Polityka Energetyczna t. 12, z. 2/2, 243-260.
•   Ratafia-Brown i in. 2002 - Ratafia-Brown J., Manfredo L., Hoffmann J., Ramezan M., Saic; Major environmental aspects of Gasification-based power generation Technologies; Final Report, 2002. Project Prepared for Gasification Technologies Program, National EnergyTechnology Laboratory, U.S. Department of Energy.
•   Więcław-Solny i in. 2009 - Więcław-Solny L., Łabojko G., Babiński P., 2009 - Możliwości przemysłowego wykorzystania ditlenku węgla - badania nad zastosowaniem CO2 w procesie otrzymywania gazu syntezowego. Polityka Energetyczna t. 12, z. 2/2, 633-642.
•   Yu Z., Zhou Z., Yu G., 2007 - Opposed Multi-Burner Gasification Technology - Seven New Projects in China; Paper presented at Gasification Technologies Conference, San Francisco.