Zgazowanie węgla

podczas zgazowania węgiel jest wdmuchiwany przez tlen i parę wodną, a także jest podgrzewany (a w niektórych przypadkach pod ciśnieniem). Jeśli węgiel jest ogrzewany przez zewnętrzne źródła ciepła, proces ten nazywany jest” allotermicznym”, podczas gdy proces” autotermiczny ” zakłada ogrzewanie węgla w wyniku egzotermicznych reakcji chemicznych zachodzących wewnątrz samego gazyfikatora. Istotne jest, aby dostarczony utleniacz był niewystarczający do całkowitego utleniania (spalania) paliwa. Podczas wspomnianych reakcji cząsteczki tlenu i wody utleniają węgiel i wytwarzają gazową mieszaninę dwutlenku węgla (CO2), tlenku węgla (co), pary wodnej (H2O) i molekularnego wodoru (H2). (Niektóre produkty uboczne, takie jak smoła, fenole itp. możliwe są również produkty końcowe, w zależności od zastosowanej technologii zgazowania.) Proces ten został przeprowadzony in-situ w pokładach węgla kamiennego (tzw. podziemne zgazowanie węgla) oraz w rafineriach węgla. Pożądanym produktem końcowym jest zwykle gaz syntezowy (tj. kombinacja H2 + CO), ale wytworzony gaz węglowy może być również dalej rafinowany w celu wytworzenia dodatkowych ilości H2:

3C (tj. węgiel) + O2 + H2O → H2 + 3CO

, jeśli rafiner chce wytworzyć alkany (tj., węglowodory obecne w gazie ziemnym, benzynie i oleju napędowym), gaz węglowy jest zbierany w tym stanie i kierowany do reaktora Fischera-Tropscha. Jeżeli jednak wodór jest pożądanym produktem końcowym, gaz węglowy (przede wszystkim produkt CO) podlega reakcji przesunięcia gazu wodnego, w której więcej wodoru powstaje w wyniku dodatkowej reakcji z parą wodną:

CO + H2O → CO2 + H2

chociaż obecnie istnieją inne technologie zgazowania węgla, wszystkie wykorzystują zasadniczo te same procesy chemiczne. Dla węgli niskogatunkowych (tj., “brązowe węgle”), które zawierają znaczne ilości wody, istnieją technologie, w których podczas reakcji nie jest wymagana para wodna, a węgiel (węgiel) i tlen są jedynymi reaktantami. Ponadto niektóre technologie zgazowania węgla nie wymagają wysokich ciśnień. Niektóre wykorzystują sproszkowany węgiel jako paliwo, podczas gdy inne pracują ze stosunkowo dużymi frakcjami węgla. Technologie zgazowania różnią się również sposobem dostarczania dmuchawy.

“bezpośrednie dmuchanie” zakłada, że węgiel i utleniacz są dostarczane do siebie z przeciwnych stron kanału reaktora. W tym przypadku utleniacz przechodzi przez koks i (bardziej prawdopodobne) popioły do strefy reakcji, gdzie oddziałuje z węglem. Wytworzony gorący gaz przepuszcza następnie świeże paliwo i ogrzewa je, jednocześnie pochłaniając niektóre produkty termicznego zniszczenia paliwa, takie jak smoły i fenole. Tak więc gaz ten wymaga znacznej rafinacji przed zastosowaniem go w reakcji Fischera-Tropscha. Produkty rafinacji są wysoce toksyczne i wymagają specjalnych urządzeń do ich wykorzystania. W rezultacie instalacja wykorzystująca opisane technologie musi być bardzo duża, aby była ekonomicznie wydajna. Jeden z takich zakładów o nazwie SASOL znajduje się w Republice Południowej Afryki (RSA). Został zbudowany z powodu nałożonego na kraj embarga uniemożliwiającego import ropy naftowej i gazu ziemnego. RSA jest bogaty w węgiel kamienny i Antracyt i był w stanie zorganizować wykorzystanie dobrze znanego wysokociśnieniowego procesu zgazowania “Lurgi” opracowanego w Niemczech w pierwszej połowie XX wieku.

“odwrócone dmuchanie” (w porównaniu do poprzedniego typu opisanego jako pierwszy) zakłada, że węgiel i utleniacz są dostarczane z tej samej strony reaktora. W tym przypadku nie ma interakcji chemicznej między węglem a utleniaczem przed strefą reakcji. Gaz wytworzony w strefie reakcji przechodzi przez stałe produkty zgazowania (koks i popioły), a CO2 i H2o zawarte w gazie są dodatkowo chemicznie przywracane do CO i H2. W porównaniu z technologią “bezpośredniego dmuchania” w gazie nie występują toksyczne produkty uboczne: są one wyłączone w strefie reakcji. Ten rodzaj zgazowania został opracowany w pierwszej połowie XX wieku, wraz z “bezpośrednim dmuchaniem”, ale tempo produkcji gazu w nim jest znacznie niższe niż w” bezpośrednim dmuchaniu “i nie było dalszych wysiłków na rzecz opracowania procesów” odwróconego dmuchania “aż do 1980 roku, kiedy Radziecki ośrodek badawczy KATEKNIIUgol’ (R&D Instytut Rozwoju Kansk-Achinsk Coal field) rozpoczął działalność R&D w celu wytworzenia technologii znanej obecnie jako proces” TERMOKOKS-S”. Powodem ożywienia zainteresowania tego typu procesem zgazowania jest to, że jest on ekologicznie czysty i może wytwarzać dwa rodzaje użytecznych produktów (jednocześnie lub osobno): gaz (palny lub gaz syntezowy) i koks o średniej temperaturze. Ten pierwszy może być stosowany jako paliwo do kotłów gazowych i generatorów diesla lub jako gaz syntezowy do produkcji benzyny itp., ten ostatni – jako paliwo technologiczne w metalurgii, jako chłonnik chemiczny lub jako surowiec do produkcji brykietów opałowych. Spalanie produktu gazowego w kotłach gazowych jest ekologicznie czystsze niż spalanie węgla wyjściowego. Tak więc zakład wykorzystujący technologię zgazowania z “odwróconym dmuchaniem” jest w stanie wyprodukować dwa wartościowe produkty, z których jeden ma stosunkowo zerowy koszt produkcji, ponieważ drugi jest objęty konkurencyjną ceną Rynkową drugiego. Ponieważ Związek Radziecki i jego KATEKNIIUgol’ przestał istnieć, technologia została przyjęta przez indywidualnych naukowców, którzy pierwotnie ją opracowali, a obecnie jest dalej badana w Rosji i dystrybuowana komercyjnie na całym świecie. Zakłady przemysłowe wykorzystujące go obecnie funkcjonują w Ułan-Baatar (Mongolia) i Krasnojarsku (Rosja).

Technologia zgazowania sprężonego powietrza powstała w wyniku wspólnego rozwoju Grupy Wison i Shell (Hybrid). Na przykład: Hybrid to zaawansowana technologia zgazowania węgla sproszkowanego, technologia ta w połączeniu z istniejącymi zaletami kotła ciepła odpadowego Shell SCGP, obejmuje więcej niż tylko System transportowy, układ palnika zgazowania pod ciśnieniem sproszkowanego węgla, boczną membranę typu membranowego palnika strumieniowego, a przerywany zrzut został w pełni zatwierdzony w istniejącej instalacji SCGP, takiej jak dojrzała i niezawodna technologia, jednocześnie usunął istniejące komplikacje procesowe oraz w chłodnicy gazu syntezowego (patelni odpadów) i filtrach, które łatwo zawiodły, i połączył obecne istniejące technologia zgazowania, która jest szeroko stosowana w procesie gaszenia gazem syntetycznym. Nie tylko zachowuje oryginalną powłokę SCGP kocioł ciepła odpadowego o cechach węgla o dużej zdolności adaptacyjnej i zdolności do łatwego skalowania, ale także wchłania zalety istniejącej technologii hartowania.

podziemne zgazowanie węglaedytuj

podziemne zgazowanie węgla (UCG) to przemysłowy proces zgazowania, który odbywa się w niezgazowanych pokładach węgla. Polega ona na wtrysku gazowego środka utleniającego, Zwykle tlenu lub powietrza, i doprowadzeniu otrzymanego produktu gazu na powierzchnię przez studnie produkcyjne wywiercone z powierzchni. Gaz produktowy może być stosowany jako surowiec chemiczny lub jako paliwo do wytwarzania energii. Technikę można zastosować do zasobów, które w przeciwnym razie nie są ekonomiczne do ekstrakcji. Stanowi również alternatywę dla konwencjonalnych metod wydobycia węgla. W porównaniu z tradycyjnym wydobyciem węgla i zgazowaniem, UCG ma mniejszy wpływ na środowisko i społeczeństwo, chociaż istnieją obawy dotyczące środowiska, w tym możliwości zanieczyszczenia warstwami wodonośnymi.

technologia wychwytywaniaedytuj

wychwytywanie, wykorzystanie i sekwestracja (lub składowanie) węgla jest coraz częściej wykorzystywane w nowoczesnych projektach zgazowania węgla w celu rozwiązania problemu emisji gazów cieplarnianych związanego z wykorzystaniem węgla i paliw węglowych. Pod tym względem zgazowanie ma znaczną przewagę nad konwencjonalnym spalaniem węgla wydobywanego, w którym CO2 powstający w wyniku spalania jest znacznie rozcieńczany przez azot i tlen resztkowy w spalinach spalinowych pod ciśnieniem zbliżonym do otoczenia, co sprawia, że wychwytywanie CO2 jest stosunkowo trudne, energochłonne i kosztowne (jest to znane jako wychwytywanie CO2 “po spalaniu”).

w zgazowaniu, z drugiej strony, tlen jest zwykle dostarczany do zgazowywaczy i tylko tyle paliwa jest spalane, aby dostarczyć ciepło do zgazowania reszty; co więcej, zgazowanie jest często wykonywane przy podwyższonym ciśnieniu. Otrzymany gaz syntezowy jest zwykle pod wyższym ciśnieniem i nie jest rozcieńczany azotem, co pozwala na znacznie łatwiejsze, wydajne i mniej kosztowne usuwanie CO2. Zgazowanie i zintegrowane zgazowanie unikalna zdolność do łatwego usuwania CO2 z gazu syntezowego przed jego spalaniem w turbinie gazowej (zwanej” wstępnym spalaniem ” CO2 wychwytywania) lub jego wykorzystania w syntezie paliw lub chemikaliów jest jedną z jego znaczących zalet w porównaniu z konwencjonalnymi systemami wykorzystania węgla.

technologia wychwytywania CO2 opcjeedit

wszystkie procesy konwersji oparte na zgazowaniu węgla wymagają usunięcia siarkowodoru (H2S; kwaśny gaz) z gazu syntezowego w ramach ogólnej konfiguracji instalacji. Typowe procesy usuwania kwaśnego gazu (AGR) stosowane do projektowania zgazowania to albo System rozpuszczalników chemicznych (np., systemy oczyszczania gazów aminowych oparte na MDEA, na przykład) lub fizyczny układ rozpuszczalnikowy (np. Retyzol lub Seleksol). Wybór procesu zależy głównie od zapotrzebowania na oczyszczanie gazu syntezowego i kosztów. Konwencjonalne chemiczne / fizyczne procesy AGR wykorzystujące MDEA, Rectisol lub Selexol są technologiami sprawdzonymi na rynku i mogą być zaprojektowane do selektywnego usuwania CO2 oprócz H2S ze strumienia gazu syntezowego. Do znaczącego wychwytywania CO2 z instalacji zgazowania (np. > 80%) CO w gazie syntezowym musi być najpierw przekształcone w CO2 i wodór (H2) poprzez przejście woda-gaz (WGS) przed instalacją AGR.

w przypadku zastosowań zgazowania lub zintegrowanego cyklu zgazowania (IGCC) modyfikacje instalacji wymagane w celu dodania możliwości wychwytywania CO2 są minimalne. Gaz syntezowy wytwarzany przez zgazownice musi być oczyszczany za pomocą różnych procesów usuwania zanieczyszczeń już w strumieniu gazu, więc wszystko, co jest wymagane do usunięcia CO2, to dodanie niezbędnego wyposażenia, absorbera i regeneratora, do tego procesu.

w zastosowaniach spalania należy wprowadzić modyfikacje komina wydechowego, a ze względu na niższe stężenia CO2 obecne w spalinach, znacznie większe ilości całkowitego gazu wymagają przetwarzania, co wymaga większego i droższego sprzętu.

projekty IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) w Stanach Zjednoczonych z wychwytywaniem i przechowywaniem CO2EDIT

projekt Mississippi Power Kemper został zaprojektowany jako instalacja IGCC na paliwo brunatne, generująca 524 MW energii netto z gazu syntezowego, jednocześnie wychwytywając ponad 65% CO2 generowanego za pomocą procesu Selexol. Technologia w Zakładzie Kemper, Transport-Integrated Gasification (TRIG), została opracowana i jest licencjonowana przez KBR. CO2 zostanie wysłany rurociągiem do wyczerpanych pól naftowych w Missisipi w celu zwiększenia operacji odzyskiwania ropy naftowej. W lipcu 2017 roku Zakład nie zrealizował wszystkich celów, a plany produkcji “czystego węgla” zostały porzucone. Zakład ma kontynuować spalanie wyłącznie gazu ziemnego.

Hydrogen Energy California (HECA) będzie elektrownią POLIGENERACYJNĄ IGCC napędzaną węglem i koksem naftowym o mocy 300 MW (produkującą Wodór zarówno do wytwarzania energii, jak i do produkcji nawozów). Dziewięćdziesiąt procent wyprodukowanego CO2 zostanie wychwycone (przy użyciu Retyzolu) i przetransportowane do pola naftowego Elk Hills dla EOR, umożliwiając odzyskanie 5 milionów dodatkowych baryłek krajowej ropy rocznie. 4 marca 2016 roku Kalifornijska Komisja ds. energii zarządziła rozwiązanie wniosku HECA.

Texas Clean Energy Project (TCEP) będzie napędzanym węglem, opartym na IGCC projektem o mocy 400 MW/poligeneracji (produkującym również nawóz mocznikowy), który wychwyci 90% swojego CO2 we wstępnym spalaniu za pomocą procesu Rektyzolu. CO2 niewykorzystany w produkcji nawozów zostanie wykorzystany do zwiększenia wydobycia ropy naftowej w Zagłębiu Permskim Zachodniego Teksasu.

zakłady takie jak Texas Clean Energy Project, które wykorzystują wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla, zostały reklamowane jako częściowe lub tymczasowe rozwiązanie kwestii regulacyjnych, jeśli można je ekonomicznie opłacalne dzięki ulepszonemu projektowi i masowej produkcji. Nie było sprzeciwu ze strony regulatorów użyteczności i podatników ze względu na wzrost kosztów; i od ekologów, takich jak Bill McKibben, którzy postrzegają jakiekolwiek dalsze korzystanie z paliw kopalnych jako odwrotne do zamierzonego.