Gazificarea cărbunelui

în timpul gazificării, cărbunele este suflat cu oxigen și abur (vapori de apă) în timp ce este încălzit (și, în unele cazuri, sub presiune). Dacă cărbunele este încălzit de surse externe de căldură, procesul se numește “alotermic”, în timp ce procesul “autotermic” presupune încălzirea cărbunelui prin reacții chimice exoterme care apar în interiorul gazificatorului în sine. Este esențial ca oxidantul furnizat să fie insuficient pentru oxidarea completă (arderea) combustibilului. În timpul reacțiilor menționate, moleculele de oxigen și apă oxidează cărbunele și produc un amestec gazos de dioxid de carbon (CO2), monoxid de carbon (CO), vapori de apă (H2O) și hidrogen molecular (H2). (Unele produse secundare, cum ar fi gudron, fenoli, etc. sunt, de asemenea, posibile produse finale, în funcție de tehnologia specifică de gazeificare utilizată.) Acest proces a fost realizat in situ în cadrul cusăturilor naturale de cărbune (denumite gazeificare subterană a cărbunelui) și în rafinăriile de cărbune. Produsul final dorit este de obicei syngas (adică o combinație de H2 + CO), dar gazul de cărbune produs poate fi, de asemenea, rafinat în continuare pentru a produce cantități suplimentare de H2:

3C (adică cărbune) + O2 + H2O h2 + 3CO

dacă rafinatorul dorește să producă alcani (adică., hidrocarburi prezente în gaze naturale, benzină și motorină), gazul de cărbune este colectat în această stare și direcționat către un reactor Fischer-Tropsch. Dacă, totuși, hidrogenul este produsul final dorit, gazul de cărbune (în principal produsul CO) suferă reacția de schimbare a gazului de apă în care se produce mai mult hidrogen prin reacție suplimentară cu vaporii de apă:

CO + H2O CO2 + H2

deși există în prezent alte tehnologii pentru gazificarea cărbunelui, toate utilizează, în general, aceleași procese chimice. Pentru cărbuni de calitate inferioară (i. e., “cărbuni bruni”) care conțin cantități semnificative de apă, există tehnologii în care nu este necesar abur în timpul reacției, cărbunele (carbonul) și oxigenul fiind singurii reactanți. De asemenea, unele tehnologii de gazeificare a cărbunelui nu necesită presiuni ridicate. Unii folosesc cărbune pulverizat drept combustibil, în timp ce alții lucrează cu fracțiuni relativ mari de cărbune. Tehnologiile de gazeificare variază, de asemenea, în modul în care este furnizată suflarea.

“suflarea directă” presupune alimentarea cărbunelui și a oxidantului unul către celălalt din părțile opuse ale canalului reactorului. În acest caz, oxidantul trece prin cocs și (mai probabil) cenușă în zona de reacție unde interacționează cu cărbunele. Gazul fierbinte produs trece apoi combustibil proaspăt și îl încălzește în timp ce absoarbe unele produse de distrugere termică a combustibilului, cum ar fi gudronul și fenolii. Astfel, gazul necesită o rafinare semnificativă înainte de a fi utilizat în reacția Fischer-Tropsch. Produsele de rafinament sunt foarte toxice și necesită facilități speciale pentru utilizarea lor. Ca urmare, instalația care utilizează tehnologiile descrise trebuie să fie foarte mare pentru a fi eficientă din punct de vedere economic. Una dintre aceste plante numite SASOL este situată în Republica Africa de Sud (RSA). A fost construit din cauza embargoului aplicat țării, împiedicând-o să importe petrol și gaze naturale. RSA este bogat în cărbune bituminos și antracit și a fost capabil să aranjeze utilizarea bine cunoscut de înaltă presiune “Lurgi” procesul de gazificare dezvoltat în Germania, în prima jumătate a secolului 20.

“suflare inversată” (în comparație cu tipul descris anterior care a fost inventat primul) presupune că cărbunele și oxidantul sunt furnizate din aceeași parte a reactorului. În acest caz, nu există o interacțiune chimică între cărbune și oxidant înainte de zona de reacție. Gazul produs în zona de reacție trece prin produse solide de gazificare (cocs și cenușă), iar CO2 și H2O conținute în gaz sunt în plus restaurate chimic la CO și H2. În comparație cu tehnologia “suflare directă”, în gaz nu sunt prezente subproduse toxice: acestea sunt dezactivate în zona de reacție. Acest tip de gazeificare a fost dezvoltat în prima jumătate a secolului 20, împreună cu “suflarea directă”, dar rata producției de gaze în ea este semnificativ mai mică decât cea din “suflarea directă” și nu au existat eforturi suplimentare de dezvoltare a proceselor de “suflare inversă” până în 1980-s, când o instalație de cercetare Sovietică KATEKNIIUgol “(R&D Institutul pentru dezvoltarea câmpului de cărbune Kansk-Achinsk) a început R&D activități pentru a produce tehnologia cunoscută acum sub numele de proces” TERMOKOKS-S”. Motivul pentru revigorarea interesului pentru acest tip de proces de gazeificare este că este ecologic curat și capabil să producă două tipuri de produse utile (simultan sau separat): gaz (combustibil sau syngas) și cocs de temperatură medie. Primul poate fi utilizat ca combustibil pentru cazane pe gaz și generatoare diesel sau ca syngas pentru producerea benzinei etc., acesta din urmă – ca combustibil tehnologic în metalurgie, ca absorbant chimic sau ca materie primă pentru brichetele de combustibil de uz casnic. Arderea gazului produs în cazanele cu gaz este ecologic mai curată decât arderea cărbunelui inițial. Astfel, o instalație care utilizează tehnologia de gazeificare cu “suflarea inversată” este capabilă să producă două produse valoroase, dintre care unul are un cost de producție relativ zero, deoarece acesta din urmă este acoperit de prețul de piață competitiv al celuilalt. Pe măsură ce Uniunea Sovietică și Katekniiugolul său au încetat să mai existe, tehnologia a fost adoptată de oamenii de știință individuali care au dezvoltat-o inițial și este acum cercetată în continuare în Rusia și distribuită comercial în întreaga lume. Instalațiile industriale care o utilizează sunt acum cunoscute pentru a funcționa în Ulaan-Baatar (Mongolia) și Krasnoyarsk (Rusia).

tehnologia de gazeificare a patului cu flux de aer sub presiune creată prin dezvoltarea comună între Wison Group și Shell (hibrid). De exemplu: Hybrid este o tehnologie avansată de gazeificare a cărbunelui pulverizat, această tehnologie combinată cu avantajele existente ale cazanului de căldură reziduală Shell SCGP, include mai mult decât un sistem de transport, aranjamentul arzătorului de gazificare sub presiune a cărbunelui pulverizat, peretele de apă de tip membrană a arzătorului cu jet lateral, iar descărcarea intermitentă a fost complet validată în instalația SCGP existentă, cum ar fi tehnologia matură și fiabilă, în același timp, a eliminat complicațiile procesului existent și în răcitorul de syngas (tava de deșeuri) și filtrele care au eșuat cu ușurință și au combinat curentul existent tehnologie de gazeificare care este utilizată pe scară largă în procesul de stingere a gazelor sintetice. Nu numai că păstrează cazanul original de căldură reziduală Scgp cu caracteristici de cărbune de adaptabilitate puternică și capacitatea de a crește cu ușurință, dar și de a absorbi avantajele tehnologiei existente de stingere.

gazificarea cărbunelui Subteranedit

gazificarea cărbunelui subteran (UCG) este un proces de gazeificare industrială, care se desfășoară în cusături de cărbune care nu sunt minate. Aceasta implică injectarea unui agent oxidant gazos, de obicei oxigen sau aer, și aducerea gazului produs rezultat la suprafață prin puțuri de producție forate de la suprafață. Gazul produs poate fi utilizat ca materie primă chimică sau ca combustibil pentru generarea de energie electrică. Tehnica poate fi aplicată resurselor care altfel nu sunt economice de extras. De asemenea, oferă o alternativă la metodele convenționale de exploatare a cărbunelui. În comparație cu exploatarea tradițională a cărbunelui și gazificarea, UCG are un impact mai mic asupra mediului și social, deși există preocupări de mediu, inclusiv potențialul de contaminare a acviferelor.

tehnologia de captare a carbonului

captarea, utilizarea și sechestrarea (sau stocarea) carbonului sunt din ce în ce mai utilizate în proiectele moderne de gazificare a cărbunelui pentru a aborda problema emisiilor de gaze cu efect de seră asociate cu utilizarea cărbunelui și a combustibililor carbonici. În acest sens, gazificarea are un avantaj semnificativ față de arderea convențională a cărbunelui extras, în care CO2 rezultat din ardere este diluat considerabil de azot și oxigen rezidual în gazele de ardere sub presiune aproape ambientală, ceea ce face relativ dificilă, consumatoare de energie și costisitoare captarea CO2 (acest lucru este cunoscut sub numele de captare de CO2 “post-combustie”).

în gazeificare, pe de altă parte, oxigenul este furnizat în mod normal la gazificatoare și doar suficient combustibil este ars pentru a furniza căldura pentru a gazifica restul; mai mult, gazificarea este adesea efectuată la presiune ridicată. Syngasul rezultat este de obicei la o presiune mai mare și nu este diluat de azot, permițând îndepărtarea mult mai ușoară, eficientă și mai puțin costisitoare a CO2. Capacitatea unică a ciclului combinat de gazificare și gazeificare integrată de a îndepărta cu ușurință CO2 din syngas înainte de arderea sa într-o turbină cu gaz (numită captare de CO2 “pre-combustie”) sau utilizarea sa în sinteza combustibililor sau substanțelor chimice este unul dintre avantajele sale semnificative față de sistemele convenționale de utilizare a cărbunelui.

opțiuni pentru tehnologia de captare a CO2EDIT

toate procesele de conversie bazate pe gazificarea cărbunelui necesită îndepărtarea hidrogenului sulfurat (H2S; un gaz acid) din syngas ca parte a configurației generale a instalației. Procesele tipice de îndepărtare a gazelor acide (AGR) utilizate pentru proiectarea gazeificării sunt fie un sistem de solvenți chimici (de ex., sisteme de tratare a gazelor aminice bazate pe MDEA, de exemplu) sau un sistem de solvent fizic (de exemplu, Rectisol sau Selexol). Selectarea procesului depinde în mare parte de cerința și costurile de curățare a gazului de sinteză. Procesele AGR chimice/fizice convenționale care utilizează MDEA, Rectisol sau Selexol sunt tehnologii dovedite comercial și pot fi proiectate pentru îndepărtarea selectivă a CO2 în plus față de H2S dintr-un flux de syngas. Pentru captarea semnificativă a CO2 de la o instalație de gazeificare (de ex. > 80%) CO din gazul de sinteză trebuie mai întâi convertit în CO2 și hidrogen (H2) printr-o etapă de schimbare a apei-gazului (WGS) în amonte de instalația AGR.

pentru aplicațiile de gazeificare sau ciclul combinat de gazeificare integrată (IGCC), modificările necesare instalației pentru a adăuga capacitatea de captare a CO2 sunt minime. Syngasul produs de gazificatoare trebuie tratat prin diferite procese pentru îndepărtarea impurităților deja în fluxul de gaz, astfel încât tot ceea ce este necesar pentru îndepărtarea CO2 este Adăugarea echipamentului necesar, un absorbant și regenerator, la acest proces tren.

în aplicațiile de ardere, trebuie făcute modificări la stiva de evacuare și din cauza concentrațiilor mai mici de CO2 prezente în evacuare, volume mult mai mari de gaz total necesită prelucrare, necesitând echipamente mai mari și mai scumpe.

IGCC (ciclu combinat de gazificare integrată) proiecte bazate în Statele Unite cu captarea și utilizarea/stocarea CO2EDIT

proiectul Kemper al Mississippi Power a fost conceput ca o instalație IGCC cu lignit-combustibil, generând o putere netă de 524 MW din syngas, în timp ce captează peste 65% din CO2 generat folosind procesul Selexol. Tehnologia de la instalația Kemper, Transport-Integrated Gazeification (TRIG), a fost dezvoltată și este licențiată de KBR. CO2 va fi trimis prin conducte către câmpurile petroliere epuizate din Mississippi pentru operațiuni îmbunătățite de recuperare a petrolului. Uzina a ratat toate țintele sale, iar planurile de generare a” cărbunelui curat ” au fost abandonate în iulie 2017. Se preconizează că instalația va continua să ardă numai gaze naturale.

Hydrogen Energy California (HECA) va fi o instalație de poligenerare IGCC alimentată cu cărbune și cocs de petrol de 300 MW (care produce hidrogen atât pentru generarea de energie, cât și pentru fabricarea îngrășămintelor). Nouăzeci la sută din CO2 produs va fi capturat (folosind Rectisol) și transportat la câmpul petrolier Elk Hills pentru EOR, permițând recuperarea a 5 milioane de barili suplimentari de petrol intern pe an. La 4 martie 2016, Comisia pentru Energie din California a ordonat încetarea cererii HECA.

proiectul Texas Clean Energy (TCEP) al Summit-ului va fi un proiect de 400mW de putere/poligenerare bazat pe cărbune IGCC (care produce și îngrășământ cu uree), care va capta 90% din CO2 în pre-combustie folosind procesul de Rectisol. CO2 care nu este utilizat în fabricarea îngrășămintelor va fi utilizat pentru recuperarea îmbunătățită a uleiului în Bazinul Permian din vestul Texasului.

instalații precum Proiectul Texas Clean Energy care utilizează captarea și stocarea carbonului au fost prezentate ca o soluție parțială sau intermediară la problemele de reglementare dacă pot fi făcute viabile din punct de vedere economic prin proiectarea îmbunătățită și producția în masă. A existat opoziție din partea autorităților de reglementare a utilităților și a contribuabililor din cauza costurilor crescute; și din partea ecologiștilor precum Bill McKibben, care consideră că orice utilizare continuă a combustibililor fosili este contraproductivă.