Kivihiilen kaasutus

kaasutuksen aikana hiili puhalletaan läpi hapen ja höyryn (vesihöyryn) avulla samalla kun sitä kuumennetaan (ja joissakin tapauksissa paineistetaan). Jos hiiltä kuumennetaan ulkoisilla lämmönlähteillä, prosessia kutsutaan “allotermiseksi”, kun taas” autoterminen ” prosessi olettaa hiilen kuumentamisen eksotermisten kemiallisten reaktioiden kautta, jotka tapahtuvat kaasuttimen sisällä. On tärkeää, että toimitettu hapetin on riittämätön polttoaineen täydelliseen hapetukseen (palamiseen). Mainituissa reaktioissa happi-ja vesimolekyylit hapettavat hiilen ja tuottavat kaasumaisen seoksen, jossa on hiilidioksidia (CO2), hiilimonoksidia (CO), vesihöyryä (H2O) ja molekyylivetyä (H2). (Eräät sivutuotteet, kuten terva, fenolit jne. ovat myös mahdollisia lopputuotteita riippuen käytetystä kaasutustekniikasta.) Tämä prosessi on toteutettu in situ luonnon kivihiilisaumoissa (ns.maanalainen kivihiilen kaasutus) ja kivihiilen jalostamoissa. Haluttu lopputuote on yleensä syngas (eli yhdistelmä H2 + CO), mutta tuotettua kivihiilikaasua voidaan myös edelleen jalostaa tuottamaan lisämääriä H2:

3c (eli kivihiili) + O2 + H2O → H2 + 3CO

, jos puhdistaja haluaa tuottaa alkaaneja (ts., hiilivetyjä esiintyy maakaasussa, bensiinissä ja dieselpolttoaineessa), hiilikaasu kerätään tässä tilassa ja ohjataan Fischer-Tropsch-reaktoriin. Jos kuitenkin vety on haluttu lopputuote, hiilikaasu (pääasiassa CO-tuote) käy läpi vesikaasun siirtoreaktion, jossa vetyä tuotetaan enemmän lisäreaktiolla vesihöyryn kanssa:

CO + H2O → CO2 + H2

vaikka muita hiilikaasutustekniikoita on tällä hetkellä olemassa, kaikissa käytetään yleensä samoja kemiallisia prosesseja. Heikkolaatuisille hiilille (ts., “ruskeat hiilet”), jotka sisältävät merkittäviä määriä vettä, on olemassa tekniikoita, joissa reaktion aikana ei tarvita höyryä, jolloin hiili (hiili) ja happi ovat ainoat reaktantit. Jotkin kivihiilen kaasutustekniikat eivät myöskään vaadi suuria paineita. Jotkut käyttävät pulveroitua hiiltä polttoaineena, kun taas toiset käyttävät suhteellisen suuria hiilijakeita. Kaasutustekniikat vaihtelevat myös puhalluksen toimitustavassa.

“suora puhallus” olettaa, että hiili ja hapetin syötetään toisiaan kohti reaktorikanavan vastakkaisilta puolilta. Tällöin hapetin kulkee koksin ja (todennäköisemmin) tuhkan läpi reaktiovyöhykkeelle, jossa se vuorovaikuttaa hiilen kanssa. Sen jälkeen tuotettu kuuma kaasu läpäisee tuoreen polttoaineen ja kuumentaa sitä samalla, kun se imee itseensä joitakin polttoaineen lämpöhäviötuotteita, kuten tervat ja fenolit. Näin ollen kaasu vaatii merkittävää puhdistusta ennen kuin sitä käytetään Fischer-Tropsch-reaktiossa. Jalostustuotteet ovat erittäin myrkyllisiä ja vaativat erityisiä tiloja niiden hyödyntämiseksi. Tämän seurauksena kuvattuja teknologioita hyödyntävän laitoksen on oltava erittäin suuri ollakseen taloudellisesti tehokas. Yksi tällaisista kasveista nimeltään SASOL sijaitsee Etelä-Afrikan tasavallassa (RSA). Se rakennettiin maahan kohdistuneen kauppasaarron vuoksi, joka esti sitä tuomasta öljyä ja maakaasua. RSA: ssa on runsaasti bitumipitoista kivihiiltä ja antrasiittia, ja se pystyi järjestämään Saksassa 1900-luvun alkupuoliskolla kehitetyn tunnetun korkeapaineisen “Lurgi” – kaasutusprosessin käytön.

“Käänteinen puhallus” (verrattuna edelliseen kuvattuun tyyppiin, joka keksittiin ensin) olettaa hiilen ja hapettimen tulevan reaktorin samalta puolelta. Tällöin hiilen ja hapettimen välillä ei ole kemiallista vuorovaikutusta ennen reaktiovyöhykettä. Reaktiovyöhykkeellä tuotettu kaasu läpäisee kaasutuksen kiinteät tuotteet (koksi ja tuhka), ja kaasun sisältämät CO2 ja H2O palautuvat lisäksi kemiallisesti CO-ja H2-aineiksi. Verrattuna “suora puhallus” -teknologiaan kaasussa ei ole myrkyllisiä sivutuotteita: ne ovat pois käytöstä reaktiovyöhykkeellä. Tämän tyyppinen kaasutus on kehitetty ensimmäisellä puoliskolla 20th century, yhdessä “suora puhallus”, mutta nopeus kaasun tuotannon se on huomattavasti pienempi kuin” suora puhallus “ja ei ollut muita pyrkimyksiä kehittää” Käänteinen puhallus “prosesseja kunnes 1980-s kun Neuvostoliiton tutkimuslaitos KATEKNIIUgol” (R&D Institute for developing Kansk-Achinsk hiilikenttä) alkoi R&d toimia tuottaa teknologian nyt tunnetaan “TERMOKOKS-s” prosessi. Tämän tyyppiseen kaasutusprosessiin liittyvän kiinnostuksen herättäminen johtuu siitä, että se on ekologisesti puhdas ja pystyy tuottamaan kahdentyyppisiä hyödyllisiä tuotteita (samanaikaisesti tai erikseen): kaasua (joko palavia tai syngas) ja keskilämpötilassa olevaa koksia. Ensin mainittua voidaan käyttää polttoaineena kaasukattiloissa ja dieselgeneraattoreissa tai syngaasina bensiinin tuotannossa jne., jälkimmäinen-teknisenä polttoaineena metallurgiassa, kemiallisena absorbenttina tai kotitalouksien polttoainebrikettien raaka-aineena. Tuotekaasun polttaminen kaasukattiloissa on ekologisesti puhtaampaa kuin alkuhiilen poltto. Näin ollen kaasutusteknologiaa “käänteispuhalluksella” hyödyntävä laitos pystyy tuottamaan kahta arvokasta tuotetta, joista toisen tuotantokustannukset ovat suhteellisen nollat, koska toisen tuotantokustannukset katetaan toisen kilpailukykyisellä markkinahinnalla. Koska Neuvostoliitto ja sen KATEKNIIUgol ‘ lakkasivat olemasta, tekniikka hyväksyttiin yksittäisten tutkijoiden, jotka alun perin kehitetty sitä ja on nyt edelleen tutkittu Venäjällä ja kaupallisesti jaetaan maailmanlaajuisesti. Sitä hyödyntävien teollisuuslaitosten tiedetään nykyään toimivan Ulaan-Baatarissa (Mongolia) ja Krasnojarskissa (Venäjä).

Wison Groupin ja Shellin (Hybrid) yhteiskehityksen tuloksena syntynyt paineistettu ilmavirtakaasutustekniikka. Esimerkiksi: Hybridi on kehittynyt pulveroitu hiili kaasutus tekniikka, tämä tekniikka yhdistettynä nykyiset edut Shell SCGP hukkalämpö kattila, sisältää enemmän kuin vain välittää järjestelmä, pulveroitu hiili paineistettu kaasutus polttimen järjestely, lateral jet poltin kalvo tyyppi vesiseinä, ja ajoittainen purkaus on täysin validoitu olemassa scgp kasvi kuten kypsä ja luotettava tekniikka, samaan aikaan, se poistaa nykyisen prosessin komplikaatioita ja syngas jäähdytin (jätepannu) ja suodattimet, jotka helposti epäonnistui, ja yhdistää nykyisen olemassa olevan kaasutus tekniikka, jota käytetään laajalti synteettisen kaasun vaimennus prosessi. Se ei vain säilyttää alkuperäisen Shell SCGP hukkalämpökattila hiilen ominaisuudet vahva sopeutumiskykyä, ja kyky skaalata helposti, mutta myös imevät edut olemassa sammutus tekniikka.

Underground coal gasificationEdit

Underground coal gasification (UCG) on teollinen kaasutusmenetelmä, joka suoritetaan louhimattomissa kivihiilisaumoissa. Siinä ruiskutetaan kaasumaista hapettavaa ainetta, yleensä happea tai ilmaa, ja saadaan syntyvä tuotekaasu pintaan pinnalta porattujen tuotantokaivojen kautta. Tuotekaasua voidaan käyttää kemiallisena raaka-aineena tai energiantuotannon polttoaineena. Tekniikkaa voidaan soveltaa resursseihin, jotka eivät muuten ole taloudellisia poimia. Se tarjoaa myös vaihtoehdon perinteisille hiilenlouhintamenetelmille. Perinteiseen hiilikaivostoimintaan ja kaasutukseen verrattuna UCG: llä on vähemmän ympäristövaikutuksia ja sosiaalisia vaikutuksia, vaikka ympäristönäkökohtia on, mukaan lukien pohjavesikerroksen saastumisen mahdollisuus.

hiilidioksidin talteenottoteknologiaa

hiilidioksidin talteenottoa, hyödyntämistä ja varastointia (tai varastointia) hyödynnetään yhä enemmän nykyaikaisissa hiilikaasutushankkeissa hiilen ja hiilipitoisten polttoaineiden käyttöön liittyvän kasvihuonekaasupäästöjä koskevan ongelman ratkaisemiseksi. Tässä suhteessa kaasutuksella on merkittävä etu verrattuna tavanomaiseen louhitun hiilen polttoon, jossa poltosta syntyvä CO2 laimenee huomattavasti typellä ja jäännöshapella lähipaineisessa palopakokaasussa, mikä tekee hiilidioksidin talteenotosta suhteellisen vaikeaa, energiaintensiivistä ja kallista (tätä kutsutaan “jälkipolttamiseksi” CO2-talteenotoksi).

kaasutuksessa taas kaasuttimiin syötetään normaalisti happea ja poltetaan juuri riittävästi polttoainetta, jotta saadaan lämpöä kaasuttamaan loput; lisäksi kaasutus suoritetaan usein korotetussa paineessa. Tuloksena syntyvä synteesikaasu on tyypillisesti korkeammassa paineessa eikä laimennettu typellä, mikä mahdollistaa paljon helpompaa, tehokasta ja halvempaa CO2: n poistoa. Kaasutus ja integroitu kaasutus yhdistetty sykli ainutlaatuinen kyky helposti poistaa CO2 syngas ennen sen palamista kaasuturbiini (kutsutaan “pre-palaminen” CO2 talteenotto) tai sen käyttö polttoaineissa tai kemikaalien synteesissä on yksi sen merkittäviä etuja perinteisiin hiilen käyttöjärjestelmät.

CO2 capture technology optionsEdit

kaikki kivihiilen kaasutukseen perustuvat konversioprosessit edellyttävät rikkivedyn (H2S; happokaasu) poistamista syngaasista osana laitoksen kokonaiskonfiguraatiota. Tyypillisiä kaasutuksen suunnittelussa käytettyjä happokaasun poistoprosesseja (AGR) ovat joko kemiallinen liuotinjärjestelmä (esim., amiinikaasun käsittelyjärjestelmät, jotka perustuvat esimerkiksi MDEA: han) tai fysikaaliseen liuotinjärjestelmään (esim.Rectisol tai Selexol). Prosessin valinta riippuu enimmäkseen syngas puhdistus vaatimus ja kustannukset. Perinteiset kemialliset / fysikaaliset AGR-prosessit, joissa käytetään MDEA: ta, Rectisolia tai Seleksolia, ovat kaupallisesti todistettuja teknologioita, ja ne voidaan suunnitella hiilidioksidin valikoivaan poistamiseen H2S: n lisäksi syngas-virrasta. Merkittävä hiilidioksidin talteenotto kaasutuslaitoksesta (esim. > 80%) synteesikaasun CO on ensin muunnettava CO2: ksi ja vedyksi (H2) vesikaasusiirtymän (WGS) kautta AGR-laitoksen ylävirtaan.

kaasutussovelluksissa tai integroidussa Kaasutussyklissä (IGCC) CO2: n talteenottokyvyn lisäämiseksi tarvittavat laitosmuutokset ovat vähäisiä. Kaasuttimien tuottamia synteesikaasuja on käsiteltävä eri prosesseilla jo kaasuvirrassa olevien epäpuhtauksien poistamiseksi, joten hiilidioksidin poistamiseen tarvitaan vain tarvittavat laitteet, absorboija ja regeneraattori, tähän prosessijunaan.

polttosovelluksissa pakokaasupinoon on tehtävä muutoksia, ja koska pakokaasussa on vähemmän hiilidioksidia, paljon suuremmat kaasumäärät vaativat käsittelyä ja vaativat suurempia ja kalliimpia laitteita.

IGCC: hen (Integrated Gasification Combined Cycle) perustuvat hankkeet Yhdysvalloissa, joissa hiilidioksidin talteenotto ja käyttö/varastointiedit

Mississippi Powerin Kemper-projekti suunniteltiin ruskohiilipolttoaineena toimivaksi IGCC-laitokseksi, joka tuottaa 524 MW: n nettotehon syngaasista ja ottaa yli 65% SELEXOL-prosessilla tuotetusta hiilidioksidista. Kemperin laitoksen teknologia, Transport-Integrated Gasification (TRIG), on kehitetty ja on KBR: n lisensoima. CO2 lähetetään putkea pitkin Mississippin tyhjentyneille öljykentille tehostettua öljyntorjuntaa varten. Voimala jäi kaikista tavoitteistaan ja suunnitelmista “puhtaan hiilen” tuotannosta luovuttiin heinäkuussa 2017. Voimalan odotetaan jatkavan pelkän maakaasun polttamista.

Hydrogen Energy California (HECA) tulee olemaan 300mw: n verkko -, hiili-ja maaöljykoksikäyttöinen IGCC-polygeneraatiolaitos (joka tuottaa vetyä sekä sähköntuotantoon että lannoitteiden valmistukseen). Yhdeksänkymmentä prosenttia tuotetusta CO2: sta otetaan talteen (Rectisolin avulla) ja kuljetetaan Elk Hillsin öljykentälle EOR: lle, mikä mahdollistaa 5 miljoonan lisätynnyrin talteenoton kotimaisesta öljystä vuodessa. Maaliskuuta 2016 Kalifornian energiakomissio määräsi HECA-hakemuksen lopetettavaksi.

Summitin Texas Clean Energy Project (TCEP) on kivihiiltä käyttävä, IGCC-pohjainen 400mw: n teho/polygeneraatioprojekti (tuottaa myös urealannoitetta), joka ottaa talteen 90% CO2: sta esipoltossa Rectisol-prosessin avulla. Hiilidioksidi, jota ei käytetä lannoitteiden valmistuksessa, käytetään tehostettuun öljyn talteenottoon Länsi-Texasin permikauden altaassa.

Texas Clean Energy Projectin kaltaisia voimaloita, joissa hyödynnetään hiilidioksidin talteenottoa ja varastointia, on mainostettu osittaisena tai väliaikaisena ratkaisuna sääntelykysymyksiin, jos ne voidaan tehdä taloudellisesti kannattaviksi parantamalla suunnittelua ja massatuotantoa. Hyötyalan sääntelyviranomaiset ja verotusalan toimijat ovat vastustaneet tätä kustannusten nousun vuoksi,ja ympäristönsuojelijat, kuten Bill McKibben, ovat vastustaneet fossiilisten polttoaineiden käytön jatkamista.