Vergassing van kolen

tijdens de vergassing wordt de kool doorgeblazen met zuurstof en stoom (waterdamp) terwijl deze ook wordt verwarmd (en in sommige gevallen onder druk). Als de kolen door externe warmtebronnen worden verwarmd, wordt het proces “allothermisch” genoemd, terwijl het “autothermisch” proces veronderstelt dat de kolen worden verhit via exothermische chemische reacties die zich in de vergasser zelf voordoen. Het is van essentieel belang dat de bijgeleverde oxidator onvoldoende is om de brandstof volledig te oxideren (verbranding). Tijdens de genoemde reacties oxideren zuurstof-en watermoleculen de kool en produceren een gasmengsel van kooldioxide( CO2), koolmonoxide (CO), waterdamp (H2O) en moleculaire waterstof (H2). (Sommige bijproducten zoals teer, fenolen, enz. zijn ook mogelijke eindproducten, afhankelijk van de specifieke vergassing technologie gebruikt.) Dit proces is in situ uitgevoerd in natuurlijke kolenlagen (ondergrondse steenkoolvergassing genoemd) en in kolenraffinaderijen. Het gewenste eindproduct is meestal syngas (d.w.z. een combinatie van H2 + CO), maar het geproduceerde steenkoolgas kan ook verder worden geraffineerd om extra hoeveelheden H2 te produceren:

3C (d.w.z. steenkool) + O2 + H2O → H2 + 3CO

als de raffinaderij alkanen (d.w.z., koolwaterstoffen aanwezig in aardgas, benzine en diesel), wordt het kolengas in deze toestand opgevangen en naar een Fischer-Tropsch-reactor geleid. Als waterstof echter het gewenste eindproduct is, ondergaat het kolengas (in de eerste plaats het co-product) de watergasverschuivingsreactie, waarbij meer waterstof wordt geproduceerd door een extra reactie met waterdamp:

CO + H2O → CO2 + H2

hoewel er momenteel andere technologieën voor kolenvergassing bestaan, worden in het algemeen dezelfde chemische processen toegepast. Voor laagwaardige kolen (d.w.z., “brown coals”) die aanzienlijke hoeveelheden water bevatten, zijn er technologieën waarin geen stoom nodig is tijdens de reactie, waarbij steenkool (koolstof) en zuurstof de enige reagentia zijn. Bovendien vereisen sommige technologieën voor de vergassing van steenkool geen hoge druk. Sommigen gebruiken verpulverde kolen als brandstof, terwijl anderen werken met relatief grote fracties steenkool. De vergassingstechnologieën variëren ook in de manier waarop het blazen wordt geleverd.

“Direct blazen” veronderstelt dat de kolen en het oxidatiemiddel van de tegenoverliggende zijden van het reactorkanaal naar elkaar worden toegevoerd. In dit geval gaat de oxidator door cokes en (waarschijnlijker) as naar de reactiezone waar het met kolen in wisselwerking staat. Het geproduceerde hete gas passeert dan verse brandstof en verwarmt het terwijl het absorbeert een aantal producten van thermische vernietiging van de brandstof, zoals teer en fenolen. Het gas moet dus aanzienlijk worden verfijnd voordat het in de Fischer-Tropsch-reactie wordt gebruikt. Producten van de verfijning zijn zeer giftig en vereisen speciale faciliteiten voor het gebruik ervan. Bijgevolg moet de installatie die de beschreven technologieën gebruikt, zeer groot zijn om economisch efficiënt te zijn. Een van deze planten genaamd SASOL is gelegen in de Republiek Zuid-Afrika (RSA). Het werd gebouwd als gevolg van embargo toegepast op het land te voorkomen dat het importeren van olie en aardgas. RSA is rijk aan bitumineuze kool en antraciet en was in staat om het gebruik van de bekende hoge druk “Lurgi” vergassing proces ontwikkeld in Duitsland in de eerste helft van de 20e eeuw te regelen.

“omgekeerd blazen” (in vergelijking met het eerder beschreven type dat het eerst werd uitgevonden) gaat ervan uit dat de kolen en het oxidatiemiddel aan dezelfde zijde van de reactor worden geleverd. In dit geval is er geen chemische interactie tussen kool en oxidator vóór de reactiezone. Het gas dat in de reactiezone wordt geproduceerd, passeert vaste producten van vergassing (cokes en as) en CO2 en H2O in het gas worden bovendien chemisch hersteld tot CO en H2. In vergelijking met de” direct blowing ” -technologie zijn er geen toxische bijproducten in het gas aanwezig: deze zijn uitgeschakeld in de reactiezone. Dit type vergassing werd in de eerste helft van de 20e eeuw ontwikkeld, samen met het “direct blazen”, maar de snelheid van de gasproductie is aanzienlijk lager dan die in het “direct blazen” en er werden geen verdere inspanningen gedaan om de “omgekeerde blazen” processen te ontwikkelen tot 1980-s, toen een Sovjet onderzoek faciliteit KATEKNIIUgol’ (R&d Instituut voor de ontwikkeling van Kansk-Achinsk kolenveld) begon R&D activiteiten om de technologie nu bekend als “TERMOKOKS-S” proces te produceren. De reden voor de hernieuwde belangstelling voor dit soort vergassingsprocédés is dat het ecologisch schoon is en in staat is twee soorten nuttige produkten (gelijktijdig of afzonderlijk) te produceren: gas (brandbaar of syngas) en cokes met een gemiddelde temperatuur. De eerste kan worden gebruikt als brandstof voor gasketels en dieselgeneratoren of als syngas voor de productie van benzine, enz., de laatste – als technologische brandstof in de metallurgie, als een chemisch absorberend middel of als grondstof voor huishoudelijke brandstof briketten. De verbranding van het productgas in gasketels is ecologisch schoner dan de verbranding van de eerste steenkool. Zo kan een installatie die gebruik maakt van vergassingstechnologie met het “omgekeerde blazen” twee waardevolle producten produceren waarvan de ene relatief nul productiekosten heeft, aangezien de andere wordt gedekt door concurrerende marktprijs van de andere. Aangezien de Sovjet-Unie en haar KATEKNIIUgol’ ophielden te bestaan, werd de technologie overgenomen door de individuele wetenschappers die het oorspronkelijk ontwikkelden en wordt nu verder onderzocht in Rusland en wereldwijd commercieel gedistribueerd. Industriële installaties die het gebruiken zijn nu bekend om te functioneren in Ulaan-Baatar (Mongolië) en Krasnojarsk (Rusland).

technologie voor de vergassing van beddenbedden onder druk, gecreëerd door de gezamenlijke ontwikkeling van Wison Group en Shell (Hybrid). Bijvoorbeeld: Hybride is een geavanceerde poederkool kolenvergassing technologie, deze technologie in combinatie met de bestaande voordelen van Shell SCGP waste heat boiler, omvat meer dan alleen een systeem, poederkool onder druk vergassing brander regeling, laterale jet-brander membraan type muur van water, en de periodieke ontlading is volledig gevalideerd in de bestaande SCGP plant, zoals volwassen en betrouwbare technologie, op hetzelfde moment, het verwijderen van de bestaande proces complicaties en in de syngas-koeler (afval pan) en de filters die eenvoudig is mislukt, en in combinatie met de huidige bestaande vergassing technologie die veel wordt gebruikt in synthetisch gas blussen proces. Het behoudt niet alleen de originele Shell SCGP afvalwarmteboiler van kolen kenmerken van sterk aanpassingsvermogen, en het vermogen om gemakkelijk op te schalen, maar ook absorberen de voordelen van de bestaande blustechnologie.

ondergrondse steenkoolvergassing

ondergrondse steenkoolvergassing (UCG) is een industrieel vergassingsproces dat wordt uitgevoerd in niet-gewonnen kolenlagen. Het gaat om injectie van een gasvormige oxiderende agent, meestal zuurstof of lucht, en het brengen van het resulterende product gas naar het oppervlak door middel van productieputten geboord van het oppervlak. Het productgas kan worden gebruikt als chemische grondstof of als brandstof voor energieopwekking. De techniek kan worden toegepast op middelen die anders niet economisch te extraheren zijn. Het biedt ook een alternatief voor conventionele kolenmijnbouwmethoden. In vergelijking met de traditionele steenkoolwinning en vergassing heeft UCG minder milieu-en sociale gevolgen, hoewel er milieubezwaren bestaan, waaronder de mogelijke verontreiniging van de aquifer.

Koolstofafvangtechnologie edit

koolstofafvang, – gebruik en-opslag (of opslag) wordt in toenemende mate gebruikt in moderne steenkoolvergassingsprojecten om het probleem van de broeikasgasemissies in verband met het gebruik van steenkool en koolstofhoudende brandstoffen aan te pakken. In dit opzicht heeft vergassing een aanzienlijk voordeel ten opzichte van de conventionele verbranding van gewonnen kolen, waarbij CO2 afkomstig van verbranding aanzienlijk wordt verdund door stikstof en restzuurstof in het uitlaatgas van de dicht bij de omringende drukverbranding, waardoor het relatief moeilijk, energie-intensief en duur is om CO2 af te vangen (dit wordt “CO2-afvang na verbranding” genoemd).

bij de vergassing daarentegen wordt normaal gesproken zuurstof aan de vergassers geleverd en wordt net genoeg brandstof verbrand om de warmte te leveren om de rest te vergassen; bovendien wordt vergassing vaak uitgevoerd bij verhoogde druk. Het resulterende syngas is meestal bij hogere druk en niet verdund door stikstof, waardoor veel gemakkelijker, efficiënt en minder dure verwijdering van CO2. Vergassing en geïntegreerde vergassing combined cycle ‘ s unieke vermogen om gemakkelijk CO2 uit het syngas te verwijderen voordat het wordt verbrand in een gasturbine (“voorverbranding” CO2-afvang) of het gebruik ervan in brandstoffen of chemische synthese is een van de belangrijke voordelen ten opzichte van conventionele kolengebruiksystemen.

opties voor CO2-opvangtechnologie edit

voor alle conversieprocessen op basis van kolenvergassing is verwijdering van waterstofsulfide (H2S; een zuurgas) uit het syngas nodig als onderdeel van de totale installatieconfiguratie. Typische acid gas removal (AGR) processen gebruikt voor vergassing ontwerp zijn ofwel een chemisch oplosmiddel systeem (bijv. amine gasbehandelingssystemen op basis van MDEA, bijvoorbeeld) of een fysisch oplosmiddelsysteem (bijvoorbeeld Rectisol of Selexol). Process selectie is meestal afhankelijk van de syngas cleanup eis en kosten. Conventionele chemische / fysische AGR-processen met MDEA, Rectisol of Selexol zijn commercieel bewezen technologieën en kunnen worden ontworpen voor selectieve verwijdering van CO2 naast H2S uit een syngasstroom. Voor een significante afvang van CO2 uit een vergassingsinstallatie (bijv. > 80%) de CO in het syngas moet eerst worden omgezet in CO2 en waterstof (H2) via een water-gas-shift (WGS) – stap vóór de AGR-installatie.

voor vergassingstoepassingen of geïntegreerde gecombineerde Vergassingscyclus (IGCC) zijn de aanpassingen van de installatie die nodig zijn om CO2 op te vangen minimaal. Het door de vergassers geproduceerde syngas moet worden behandeld door middel van verschillende processen voor het verwijderen van onzuiverheden die al in de gasstroom aanwezig zijn, dus alles wat nodig is om CO2 te verwijderen is het toevoegen van de nodige apparatuur, een absorber en regenerator, aan deze proces trein.

bij verbrandingstoepassingen moeten wijzigingen worden aangebracht in de uitlaatgasstapel en vanwege de lagere CO2-concentraties in de uitlaat moeten veel grotere volumes van het totale gas worden verwerkt, waardoor grotere en duurdere apparatuur nodig is.

IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) based projects in the United States with CO2 capture and use/storagedit

Mississippi Power ‘ S Kemper Project was ontworpen als een bruinkool-brandstof IGCC-installatie, die een netto 524 MW aan vermogen genereerde uit syngas, terwijl meer dan 65% van de CO2 werd opgevangen die werd gegenereerd met behulp van het selexol-proces. De technologie in de Kemper-fabriek, Transport-Integrated Gasification (TRIG), werd ontwikkeld en is in licentie gegeven door KBR. De CO2 zal per pijpleiding naar uitgeputte olievelden in Mississippi worden gestuurd voor verbeterde olieterugwinningsoperaties. De fabriek miste al haar doelstellingen en plannen voor de productie van “schone steenkool” werden in juli 2017 opgegeven. De centrale zal naar verwachting alleen aardgas verbranden.Waterstofenergie Californië (HECA) zal een IGCC-polygeneratiecentrale van 300 MW netto, met steenkool en petroleumcokes gestookt zijn (die waterstof produceert voor zowel de opwekking van elektriciteit als de productie van kunstmest). Negentig procent van de geproduceerde CO2 wordt opgevangen (met behulp van Rectisol) en voor EOR naar Elk Hills Oil Field getransporteerd, waardoor 5 miljoen extra vaten binnenlandse olie per jaar kunnen worden teruggewonnen. Op 4 maart 2016 beval de California Energy Commission de HECA-aanvraag te beëindigen.Het Texas Clean Energy Project (Tcep) van Summit zal een op steenkool gebaseerd, op IGCC gebaseerd vermogen/polygeneratieproject van 400 mW (dat ook ureummeststof produceert) zijn, dat 90% van zijn CO2 zal opvangen bij voorverbranding met behulp van het Rectisolproces. De CO2 die niet wordt gebruikt bij de productie van meststoffen zal worden gebruikt voor verbeterde oliewinning in het West Texas Perm Basin.

installaties zoals het Texas Clean Energy Project, die gebruik maken van koolstofafvang en-opslag, zijn aangeprezen als een gedeeltelijke of tussentijdse oplossing voor regelgevingskwesties, indien zij economisch levensvatbaar kunnen worden gemaakt door een verbeterd ontwerp en massaproductie. Er is verzet geweest van nutsregelgevers en belastingbetalers als gevolg van hogere kosten; en van milieuactivisten zoals Bill McKibben, die elk voortgezet gebruik van fossiele brandstoffen als contraproductief beschouwen.