Széngázosítás

a gázosítás során a szenet oxigénnel és gőzzel (vízgőzzel) fújják át, miközben melegítik (és egyes esetekben nyomás alatt). Ha a szenet külső hőforrások melegítik, akkor a folyamatot “allotermikusnak” nevezik, míg az “autotermikus” folyamat feltételezi a szén melegítését exotermikus kémiai reakciók magában a gázosítóban. Alapvető fontosságú, hogy a szállított oxidálószer ne legyen elegendő az üzemanyag teljes oxidálásához (elégetéséhez). Az említett reakciók során az oxigén – és vízmolekulák oxidálják a szenet, és szén-dioxid (CO2), szén-monoxid (CO), vízgőz (H2O) és molekuláris hidrogén (H2) gáznemű keverékét állítják elő. (Egyes melléktermékek, például kátrány, fenolok stb. lehetséges végtermékek is, az alkalmazott gázosítási technológiától függően.) Ezt a folyamatot a természetes szénvarrásokban (a továbbiakban: földalatti széngázosítás) és a szénfinomítókban végezték. A kívánt végtermék általában syngas (azaz a H2 + CO kombinációja), de az előállított széngáz tovább finomítható további H2 mennyiségek előállítására:

3C (azaz szén) + O2 + H2O h2 + 3CO

ha a finomító alkánokat akar előállítani (pl., szénhidrogének jelen földgázban, benzinben és dízelüzemanyagban), a széngázt ebben az állapotban gyűjtik össze, és egy Fischer-Tropsch reaktorba vezetik. Ha azonban a hidrogén a kívánt végtermék, akkor a széngáz (elsősorban a CO-termék) vízgáz-eltolódási reakción megy keresztül, ahol több hidrogént állítanak elő további reakcióval vízgőzzel:

CO + H2O ~ CO2 + H2

bár a széngázosításra jelenleg más technológiák léteznek, általában mindegyik ugyanazokat a kémiai folyamatokat alkalmazza. Alacsony minőségű szénre (pl., “barna szén”), amelyek jelentős mennyiségű vizet tartalmaznak, vannak olyan technológiák, amelyekben nincs szükség gőzre a reakció során, a szén (szén) és az oxigén az egyetlen reagens. Ezenkívül egyes széngázosítási technológiák nem igényelnek nagy nyomást. Egyesek porított szenet használnak üzemanyagként, míg mások viszonylag nagy szénfrakciókkal dolgoznak. A gázosítási technológiák a fúvás szállításának módjában is különböznek.

a”közvetlen fújás” feltételezi, hogy a szén és az oxidálószer a reaktorcsatorna ellentétes oldalairól kerül egymás felé. Ebben az esetben az oxidálószer áthalad a kokszon és (valószínűbb) hamun a reakciózónába, ahol kölcsönhatásba lép a szénnel. A keletkező forró gáz ezután átadja a friss üzemanyagot, és felmelegíti, miközben elnyeli az üzemanyag termikus megsemmisítésének bizonyos termékeit, például a kátrányokat és a fenolokat. Így a gáz jelentős finomítást igényel, mielőtt felhasználnák a Fischer-Tropsch reakcióban. A finomítás termékei rendkívül mérgezőek, felhasználásukhoz speciális létesítmények szükségesek. Ennek eredményeként a leírt technológiákat alkalmazó üzemnek nagyon nagynak kell lennie ahhoz, hogy gazdaságilag hatékony legyen. Az egyik ilyen Sasol nevű növény a Dél-afrikai Köztársaságban (RSA) található. Az ország embargó miatt épült, amely megakadályozta az olaj – és földgázimportot. Az RSA gazdag bitumenes szénben és Antracitban, és képes volt megszervezni a jól ismert nagynyomású “Lurgi” gázosítási eljárás alkalmazását, amelyet Németországban fejlesztettek ki a 20.század első felében.

a” fordított fújás ” (az előbb leírt típushoz képest, amelyet először találtak ki) feltételezi, hogy a szenet és az oxidálószert a reaktor ugyanazon oldaláról szállítják. Ebben az esetben nincs kémiai kölcsönhatás a szén és az oxidálószer között a reakciózóna előtt. A reakciózónában keletkező gáz áthalad a gázosítás szilárd termékein (koksz és hamu), és a gázban lévő CO2 és H2O kémiailag szintén CO és H2 lesz. A “közvetlen fújás” technológiához képest a gázban nincsenek mérgező melléktermékek: ezek a reakciózónában le vannak tiltva. Ezt a fajta gázosítást a 20.század első felében fejlesztették ki, a “közvetlen fújással” együtt, de a gáztermelés mértéke lényegesen alacsonyabb, mint a “közvetlen fújással”, és nem volt további erőfeszítés a “fordított fújási” folyamatok fejlesztésére 1980-ig, amikor egy szovjet Kutatóintézet KATEKNIIUgol’ (R&D Intézet a Kansk-Achinsk szénmező fejlesztéséért) megkezdte R&D tevékenységek a ma “TERMOKOKS-S” folyamat néven ismert technológia előállítására. Az ilyen típusú gázosítási folyamat iránti érdeklődés újjáélesztésének oka az, hogy ökológiailag tiszta és kétféle hasznos terméket képes előállítani (egyidejűleg vagy külön-külön): gáz (éghető vagy syngas) és középhőmérsékletű koksz. Az előbbi használható gázkazánok és dízelgenerátorok üzemanyagaként, vagy benzin előállítására szolgáló szindázként stb., az utóbbi – technológiai üzemanyagként a kohászatban, kémiai abszorbensként vagy nyersanyagként a háztartási üzemanyag brikettekhez. A termékgáz gázkazánokban történő elégetése ökológiailag tisztább, mint a kezdeti szén elégetése. Így a “fordított fújással” gázosítási technológiát alkalmazó üzem két értékes terméket képes előállítani, amelyek közül az egyik viszonylag nulla termelési költséggel rendelkezik, mivel az utóbbit a másik versenyképes piaci ára fedezi. Mivel a Szovjetunió és a KATEKNIIUgol’ megszűnt létezni, a technológiát az egyes tudósok fogadták el, akik eredetileg kifejlesztették, és most tovább kutatják Oroszországban és kereskedelmi forgalomban forgalmazzák világszerte. Ma már ismert, hogy Ulaan-Baatarban (Mongólia) és Krasznojarszkban (Oroszország) működnek ipari üzemek.

a Wison Group és a Shell (Hybrid) közös fejlesztésével létrehozott nyomás alatti légáramú ágyas gázosítási technológia. Például: Hibrid egy fejlett porított szén gázosítás technológia, ez a technológia együtt a meglévő előnyeit Shell SCGP hulladékhő kazán, magában foglalja a több, mint egy szállító rendszer, porított szén nyomás gázosítás égő elrendezése, oldalsó jet égő membrán típusú víz fal, és a szakaszos mentesítés már teljes mértékben érvényesítette a meglévő SCGP növény, mint az érett és megbízható technológia, ugyanabban az időben, ez eltávolította a meglévő folyamat szövődmények és a syngas hűtő (hulladék pan) és szűrők, amelyek könnyen nem, és kombinált a jelenlegi meglévő meglévő gázosítás égő elrendezés, a gázosítási technológia, amelyet széles körben használnak a szintetikus gázoltási folyamatban. Ez nem csak megtartja az eredeti Shell SCGP hulladékhő kazán szén jellemzői erős alkalmazkodóképesség, és képes skálázni könnyen, hanem elnyelik az előnyeit a meglévő oltási technológia.

földalatti széngázosítás

földalatti széngázosítás (UCG) egy ipari gázosítási folyamat, amelyet nem bányászott szénvarrásokban hajtanak végre. Ez magában foglalja egy gáznemű oxidálószer, általában oxigén vagy levegő befecskendezését, valamint a kapott termékgáz felszínre juttatását a felületről fúrt termelési kutakon keresztül. A termékgáz felhasználható vegyi alapanyagként vagy üzemanyagként az energiatermeléshez. A technika alkalmazható olyan erőforrásokra, amelyek kinyerése egyébként nem gazdaságos. Alternatívát kínál a hagyományos szénbányászati módszerekkel szemben is. A hagyományos szénbányászathoz és gázosításhoz képest az UCG-nek kisebb a környezeti és társadalmi hatása, bár vannak környezetvédelmi aggályok, beleértve a víztartó réteg szennyeződésének lehetőségét is.

szén-dioxid-leválasztási technológiaedit

a szén-dioxid-leválasztást, – felhasználást és-megkötést (vagy-tárolást) egyre inkább alkalmazzák a modern szén-gázosítási projektekben a szén és a széntartalmú tüzelőanyagok használatával kapcsolatos üvegházhatásúgáz-kibocsátási aggályok kezelésére. Ebben a tekintetben a gázosításnak jelentős előnye van a bányászott szén hagyományos égetésével szemben, amelyben az égésből származó CO2-t jelentősen hígítja a nitrogén és a maradék oxigén a közeli környezeti nyomású égési kipufogógázban, ami viszonylag megnehezíti, energiaigényes és drága a CO2 befogása (ezt “égés utáni” CO2-befogásnak nevezik).

a gázosítás során viszont általában oxigént juttatnak a gázosítókhoz, és éppen annyi üzemanyagot égetnek el, hogy a többi gázosításához szükséges hőt biztosítsák; ezenkívül a gázosítást gyakran magas nyomáson hajtják végre. A keletkező syngas jellemzően nagyobb nyomáson van, és nem hígítja nitrogénnel, így sokkal könnyebb, hatékonyabb és kevésbé költséges a CO2 eltávolítása. A kombinált ciklusú gázosítás és integrált gázosítás egyedülálló képessége, hogy könnyen eltávolítja a CO2-t a syngáz-ból a gázturbinában történő elégetése előtt (az úgynevezett “előégetés” CO2-leválasztás), vagy üzemanyagokban vagy vegyi anyagok szintézisében való felhasználása az egyik jelentős előnye a hagyományos szénfelhasználási rendszerekkel szemben.

CO2 capture technology optionsEdit

minden széngázosításon alapuló átalakítási folyamat megköveteli a hidrogén-szulfid (H2S; savas gáz) eltávolítását a syngas-ból a teljes üzemkonfiguráció részeként. A gázosítás tervezésénél alkalmazott tipikus savgáz-eltávolítási (AGR) eljárások vagy kémiai oldószerrendszerek (pl., amin gázkezelő rendszerek MDEA-n alapulpéldául) vagy fizikai oldószerrendszer (például Rectisol vagy Selexol). A folyamat kiválasztása leginkább a syngas tisztítási követelményeitől és költségeitől függ. Az MDEA-t, Rectisolt vagy Selexolt alkalmazó hagyományos kémiai/fizikai AGR-eljárások kereskedelmileg bevált technológiák, és a H2S mellett a co szelektív eltávolítására is tervezhetők syngas-áramból. Gázosító üzemből (pl. > 80%) a szingáz CO-ját először CO2-vá és hidrogénné (H2) kell átalakítani egy víz-gáz-shift (WGS) lépéssel az AGR-erőmű előtt.

gázosítási alkalmazásokhoz vagy integrált gázosítási kombinált ciklushoz (Igcc) a CO2-megkötés képességének hozzáadásához szükséges növénymódosítások minimálisak. A gázosítók által termelt syngáz-t különféle eljárásokkal kell kezelni a már a gázáramban lévő szennyeződések eltávolítása érdekében, így a CO2 eltávolításához csak a szükséges berendezés, abszorber és regenerátor hozzáadása szükséges ehhez a folyamatvonathoz.

égési alkalmazásokban módosítani kell a kipufogógázt, és a kipufogógázban lévő alacsonyabb CO2-koncentráció miatt sokkal nagyobb mennyiségű teljes gáz szükséges a feldolgozáshoz, ami nagyobb és drágább berendezéseket tesz szükségessé.

IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) alapú projektek az Egyesült Államokban CO2 leválasztással és felhasználással/tárolással

a Mississippi Power Kemper projektjét lignitüzemanyagú IGCC-erőműként tervezték, amely nettó 524 MW energiát termel syngasból, miközben a Selexol eljárással előállított CO2 több mint 65% – át befogja. A Kemper létesítményben a Transport-Integrated Gasification (Trig) technológiát a KBR fejlesztette ki és engedélyezte. A CO2-t csővezetéken küldik a Mississippi kimerült olajmezőire a fokozott olajvisszanyerési műveletek érdekében. Az erőmű minden célkitűzését elmulasztotta, és a “tiszta szén” előállítására vonatkozó terveket 2017 júliusában elvetették. Az erőmű várhatóan csak földgázt éget.

a Hydrogen Energy California (HECA) egy 300 MW nettó szén-és petrolkoksz-üzemű IGCC poligenerációs erőmű lesz (amely hidrogént termel mind az energiatermeléshez, mind a műtrágyagyártáshoz). Az előállított CO2 kilencven százalékát (Rectisol alkalmazásával) fogják le, és az Elk Hills Olajmezőbe szállítják az EOR számára, lehetővé téve évente további 5 millió hordó hazai olaj visszanyerését. Március 4, 2016, A Kaliforniai Energia Bizottság elrendelte a HECA alkalmazás megszüntetését.

a Summit Texas Clean Energy Project (Tcep) szénüzemű, IGCC-alapú 400 mW teljesítmény/poligenerációs projekt lesz (karbamid műtrágyát is előállítva), amely Co-jának 90%-át elfogja2 előégetés során a Rectisol folyamat. A műtrágyagyártásban nem használt CO2-t a nyugat-texasi Permi medence fokozott olajvisszanyerésére használják.

az olyan üzemeket, mint a Texas Clean Energy Project, amelyek szén-dioxid-leválasztást és-tárolást alkalmaznak, részleges vagy ideiglenes megoldásnak tartják a szabályozási kérdésekre, ha a jobb tervezés és a tömegtermelés révén gazdaságilag életképessé tehetők. A közüzemi szabályozók és a díjfizetők ellenezték a megnövekedett költségeket; és olyan környezetvédők, mint Bill McKibben, akik a fosszilis tüzelőanyagok további felhasználását kontraproduktívnak tekintik.