PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

Realne możliwości utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń węgla kamiennego z odzyskiem energii

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
EN
Feasible prospect of methane removal from ventilation air of coal mine with energy recovery
Języki publikacji
PL
Abstrakty
PL
Omówiono problemy utylizacji niskostężonego metanu emitowanego z powietrzem wentylacyjnym kopalń węgla kamiennego do atmosfery. Dokonano krótkiego przeglądu proponowanych w literaturze metod takiej utylizacji, ze szczególnym uwzględnieniem aspektów realizacji przemysłowej na obiektach w dużej skali. Praca obejmuje doświadczenia IICh PAN w omawianej dziedzinie zarówno eksperymentalne jak i symulacyjne.
EN
The problems related to the utilization of low-concentration methane emitted with the ventilation air from coal mines into the atmosphere are discussed. A short review of the methods of such utilization proposed in the literature was made, with particular emphasis on the aspects of industrial implementation on large-scale facilities. The work includes the experimental and simulation experiences of ICE PAS in the thermal combustion of methane in a flow reversal reactor.
Rocznik
Tom
Strony
75--119
Opis fizyczny
Bibliogr. 95 poz., rys., tab.
Twórcy
  • Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice
  • Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice
  • Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice
  • Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice
  • Instytut Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, ul. Bałtycka 5, 44-100 Gliwice
  • „KATALIZATOR” Spółka z o.o., ul. Torowa 3s, 30-435 Kraków
  • „KATALIZATOR” Spółka z o.o., ul. Torowa 3s, 30-435 Kraków
Bibliografia
  • [1] Protokół z Kioto do Ramowej Konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu, sporządzony w Kioto dnia 11 grudnia 1997 r., Dziennik Ustaw 2005 nr 203 poz. 1684.
  • [2] Somers J.M., Schultz H., Lee,, Coal mine ventilation air emissions: project development planning and mitigation technologies, 13th United States/North American Mine Ventilation SymposiumSudbury, Ontario, Canada, 2010, pp. 115-121.
  • [3] Su S., Beath A., Guo H., Mallett C., 2005, An assessment of mine methane mitigation and utilization technologies, Progress in Energy and Combustion Science, 31, 123-170.
  • [4] SU S., YU X., 2011, Progress in developing an innovative lean burn catalytic turbine technology for fugitive methane mitigation and utilization, Frontiers in Energy, 5(2), 229–235, 10.1007/s11708-011-0147-9.
  • [5] Kolios G., Frauhammer J., Eigenberger G., 2000, Review: Autothermal fixed-bed reactor concepts, Chemical Engineering Science, 55, 5945 - 5967.
  • [6] Ljungström F., F. Ljungström Regenerative Heat Transmission Apparatus, in: USPTO (Ed.)USA, 1930.
  • [7] Hobler T., 1959, Ruch ciepła i wymienniki, WNT Warszawa1959.
  • [8] Cottrell F.G., Purifying gases and apparatus therefor., U.S. Patent OfficeUSA, 1938.
  • [9] Matros Y.S., 1985, Unsteady processes in catalytic reactors, Elsevier, Amsterdam, 1985.
  • [10] Matros Y.S., 1989, Catalytic processes under unsteady state conditions, Elsevier Science BV, Amsterdam, 1989.
  • [11] Källstrand A., MEGTEC Systems, Conference: Proven technology for VAM Abatement - Fourth Session of the Ad Hoc Group of Experts on Coal Mine MethaneGeneva, October 2008, 2008.
  • [12] Nieken U., Kolios G., Eigenberger G., 1994, Control of the ignited steady state in autothermal fixed-bed reactor for catalytic combustion, Chem Eng. Sci., 49, 5507 - 5518.
  • [13] Gosiewski K., Warmuzinski K., 2007, Effect of the mode of heat withdrawal on the asymmetry of temperature profiles in reverse-flow reactors. Catalytic combustion of methane as a test case, Chemical Engineering Science, 62, 2679 – 2689.
  • [14] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Jaschik M., 2015, Energy recovery from ventilation air methane via reverse-flow reactors, Energy, 92, 13-23, http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2015.06.004.
  • [15] Silveston P.L., Hudgins R.R., 2013, Periodic Operation of Chemical Reactors, Elsevier, Amsterdam - Boston - Heidelberg - London - New York - Oxford Paris - San Diego - San Francisco - Singapore - Sydney - Tokyo, 2013.
  • [16] Gosiewski K., Sztaba R., A simplified design of reverse flow nonstationary reactor for low reactant concentration in: Y.S. Matros (Ed.) International Conference " Unsteady state processes in catalysis", USP Utrecht, The Netherlands, Tokyo, Japan, Novosibirsk, 1990.
  • [17] Gosiewski K., 1993, Dynamic modelling of industrial SO2 oxidation reactors Part I. Model of ‘hot’ and ‘cold’ start-ups of the plant, Chem. Eng. Process., 32, 111-129.
  • [18] Gosiewski K., 1993, Dynamic modelling of industrial SO2 oxidation reactors Part II. Model of a reverse-flow reactor, Chem. Eng. Process., 32, 233-234.
  • [19] Gosiewski K., 1996, Unsteady States in Metallurgical Sulphuric Acid Plants After SO2 Concentration Drop in the Feed Gas, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 74, 621-625.
  • [20] Unger J., Kolios G., Eigenberger G., 1997, On the Efficient Simulation and Analysis of Regenerative Process in Cyclic Operation, Comput. Chem. Eng., 21, S167 – S172.
  • [21] Burghardt A., 2003, Kryterium autotermiczności reaktora o periodycznie zmiennym kierunku zasilania surowcem, Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 24, 3-18.
  • [22] Gosiewski K., 2004, Effective approach to cyclic steady state in the catalytic reverse-flow combustion of methane, Chem. Eng. Sci., 59, 4095 – 4101.
  • [23] Gosiewski K., 2003, Cykliczny stan ustalony w symulacjach reaktorów rewersyjnych na przykładzie katalitycznego spalania metanu, Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 24, 391-409.
  • [24] Gosiewski K., 1994, Redukcja modelu matematycznego dynamiki półki przemysłowego reaktora kontaktowego, Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 3, 393-413.
  • [25] Gosiewski K., Bartmann U., Moszczyński M., Mleczko L., 1999, Effect of the intraparticle mass transport limitations on temperature profiles and catalytic performance of the reverse-flow reactor for the partial oxidation of methane to synthesis gas, Chem. Eng. Sci., 54, 4589 -4602.
  • [26] Gosiewski K., 2000, Mathematical simulations of reactors for catalytic conversion of methane to syngas with forced concentration cycling, Chem. Eng. Process., 39, 459–469.
  • [27] Gosiewski K., 2001, Simulations of non-stationary reactors for the catalytic conversion of methane to synthesis gas, Chemical Engineering Science, 56, 1501-1510.
  • [28] De Groote A.M., Froment G.F., 1995, Reactor modelling and simulations in synthesis gas production, Rev. Chem. Eng., 11, 145-183.
  • [29] De Groote A.M., Froment G.F., Kobylinski T., 1996, Synthesis gas production from natural gas in a fixed bed reactor with reversed flow, The Canadian Journal of Chemical Engineering, 74, 735-742, 10.1002/cjce.5450740525.
  • [30] Cybulski A., Moulin J.A., 1994, Monoliths in Heterogeneous Catalysis, Catal. Rev.-Sci. Eng., 36, 179-270.
  • [31] Cybulski A., Moulin J.A., (editors), 2006, Structured Catalysts and Reactors - second edition, CRC Taylor&Francis Group, Boca Raton, London, New York, 2006.
  • [32] Gosiewski K., Pawlaczyk A., 2014, Catalytic or thermal reversed flow combustion of coal mine ventilation air methane: What is better choice and when?, Chemical Engineering Journal, 238, 78-85, http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2013.07.039.
  • [33] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Jaschik M., 2012, Thermal combustion of lean methane–air mixtures: Flow reversal research and demonstration reactor model and its validation, Chem. Eng. J., 207-208, 76-84, 10.1016/j.cej.2012.07.044.
  • [34] Nowak U., Adaptive Linienmethoden für nichlineare parabolishe systeme ,Technical Report TR 93-14, Konrad-Zuse-Zentrum für Informationstechnik - Berlin, 1993.
  • [35] Nowak U., Frauhammer J., Nieken U., 1996, A fullyadaptive algorithm for parabolic partial differential equations in one space dimension, Comput. Chem. Eng. , 20, 547–561.
  • [36] Gosiewski K., Mleczko L., Bartmann U., Moszczyński M., Kossak M., Gosiewska B., Berezowski M., Senkała J., Projekt KBN 3 TO9C 002 10: Symulacje matematyczne nowych rozwiązań reaktorów do katalitycznej konwersji metanu do gazu syntezowego, Instytut Chemii Nieorganicznej, Gliwice, 1999.
  • [37] Gosiewski K., Warmuziński K., Tańczyk M., Moszczyński M., Jaschik J., Zielińska I., Giełzak K., Projekt badawczy KBN nr 3 TO9C 042 18: Katalityczne usuwanie metanu z górniczych gazów wentylacyjnych w reaktorach niestacjonarnych ze wstępnym wzbogacaniem mieszaniny gazowej metodą adsorpcji zmiennociśnieniowej, 2001-2003.
  • [38] Gosiewski K., Warmuzinski K., 2002, Efektywny odzysk ciepła z katalitycznego spalania metanu w reaktorach rewersyjnych, Inżynieria Chemiczna i Procesowa, 23, 397–413.
  • [39] Gosiewski K., 2005, Efficiency of heat recovery versus maximum catalyst temperature in a reverse-flow combustion of methane, Chem. Eng. J., 107, 19-25, 10.1016/j.cej.2004.12.005.
  • [40] European Union Project (Contract No. ICA2-CT-2000-10035): Recovery of methane from vent gases of coal mines and its efficient utilization as a high temperature heat source – Final Report 2003.
  • [41] Gosiewski K., Matros Y.S., Warmuzinski K., Jaschik M., Tanczyk M., 2008, Homogeneous vs. catalytic combustion of lean methane-air mixtures in reverse-flow reactors, Chemical Engineering Science, 63, 5010-5019, 10.1016/j.ces.2007.09.013.
  • [42] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Warmuzinski K., Jaschik M., 2009, A study on thermal combustion of lean methane–air mixtures: Simplified reaction mechanism and kinetic equations, Chemical Engineering Journal, 154, 9-16, http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2009.03.045.
  • [43] Gosiewski K., Jaschik M., Pawlaczyk A., i in., Proj. Bad. Rozwoj. Nr R14 020 02: "Termiczne spalanie metanu z górniczych gazów wentylacyjnych w urządzeniu rewersyjnym z regeneracją i odzyskiem ciepła spalania", Instytut Inżynierii Chemicznej PAN Gliwice, 2010.
  • [44] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Jaschik M., 2010, Utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń węgla kamiennego w termicznym reaktorze rewersyjnym, Inżynieria i Aparatura Chemiczna Nr3, 37-38.
  • [45] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Jaschik M., 2011, Spalanie metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń w termicznym reaktorze rewersyjnym, Przemysł Chemiczny, 90(10), 1917-1923.
  • [46] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Jaschik M., Michalski L., Machej T., Combustion of lean airmethane mixture in a thermal flow reversal reactor, Konference VOC 2011 - Emise organických látek z technologických procesů a metody jejich snižování Pardubice, 2011.
  • [47] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Jaschik M., Warmuziński K., Machej T., Michalski L., Coal Mine Ventilation Air Methane Mitigation – Theory & Practice, in: T.P.S.U. EMS Energy Institute (Ed.) 14th International Conference on Coal Science & Technology , ICCS&T 2013State College, PA, USA, 2013, pp. 1724-1736.
  • [48] Gosiewski K., Pawlaczyk-Kurek A., 2018, Impact of Thermal Asymmetry on Efficiency of the Heat Recovery and Ways of Restoring Symmetry in the Flow Reversal Reactors, International Journal of Chemical Reactor Engineering, https://doi.org/10.1515/ijcre-2018-0021.
  • [49] Pawlaczyk A., Gosiewski K., 2010, Opis kinetyki niekatalitycznego spalania metanu w wypełnieniu monolitycznym w zakresie niskich i wysokich temperatur, Prace Naukowe IICh PAN, Zeszyt 14, 5-20.
  • [50] Pawlaczyk A., Gosiewski K.J., 2013, Simplified Kinetic Model for Thermal Combustion of Lean Methane–Air Mixtures in a Wide Range of Temperatures, International Journal of Chemical Reactor Engineering, 11, 111-121, 10.1515/ijcre-2012-0074.
  • [51] Pawlaczyk A., Rozprawa doktorska: Opis procesu homogenicznego spalania niskostężonych mieszanin powietrze-metan w wypełnieniu monolitycznym i ocena jego przydatności do modelowania reaktorów rewersyjnych., Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, Gliwice, 2013, pp. 213.
  • [52] Rehacek J., Kubicek M., Marek M., 1992, Modeling of a Tubular Catalytic Reactor with Flow Reversal, Chemical Engineering Science, 47, 2897-2902, 10.1016/0009-2509(92)87148-J.
  • [53] Gosiewski K., Machej T., Janas J., Sadowska H., Warmuziński K., 2001, Kinetyka katalitycznego spalania metanu w małym stężeniu, Inżynieria Chemiczna i Procesowa 22, 599-612.
  • [54] Barbe P., Battinleclerc F., Come G.M., 1995, Experimental and Modeling Study of Methane and Ethane Oxidation between 773 and 1573 K, J. Chim. Phys. Phys.-Chim. Biol., 92, 1666-1692, DOI 10.1051/jcp/1995921666.
  • [55] Basevich V.Y., 1987, Chemical kinetics in the combustion processes: a detailed kinetic mechanism and its implementation, Progress in Energy and Combustion Science, 13, 199-248.
  • [56] de Joannon M., Sabia P., Tregrossi A., Cavaliere A., 2004, Dynamic Behavior of Methane Oxidation in Premixed Flow Reactor, Combust. Sci. Technol., 176, 769-783, 10.1080/00102200490428387.
  • [57] Frenklach M., Wang H., Rabinowitz M.J., 1992, Optimization and analysis of large chemical kinetic mechanisms using the solution mapping method - combustion methane, Progress in Energy and Combustion Science, 18, 47-73.
  • [58] Kordylewski W., 2008, Spalanie i paliwa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2008.
  • [59] Pyatnitskii Y.I., Il'chenko N.I., 2000, Kinetic of homogeneous oxidative addition of methane at atmospheric pressure, Theoretical and Experimental Chemistry 36, 342-346.
  • [60] Simmie J.M., 2003, Detailed chemical kinetic models for the combustion of hydrocarbon fuels, Progress in Energy and Combustion Science 29, 599-634.
  • [61] Tsang W., Hampson R.F., 1986, Chemical Kinetic Data Base for Combustion Chemistry. Part I. Methane and Related Compounds, J. Phys. Chem. Ref. Data, 15, 1087-1279, 10.1063/1.555759.
  • [62] Warnatz J., Maas U., Dibble R.W., 2000, Combustion: physical and chemical fundamentals, modeling and simulation, experiments, pollutant formation, 3rd ed., Springer, Heidelberg, 2000.
  • [63] Fissore D., Barresi A., A.,, 2008, Robust control of a reverse-flowreactor Chemical Engineering Science, 63, 1901 – 1913.
  • [64] Annamalai K., Puri I.K., 2007, Combustion Science and Engineering, CRC Press Taylor&Francis Group2007.
  • [65] Boshoff-Mostert L., Viljoen, H.J., , 1996, Analysis of homogeneous combustion in monolithic structures, Chem. Eng. Sci., 89, 1107-1111.
  • [66] Coffee T.P., Kotlar A.J., Miller M.S., 1983, The Overall Reaction Concept in Premixed, Laminar, Steady-State Flames .1. Stoichiometries, Combustion and Flame, 54, 155-169, Doi 10.1016/0010-2180(83)90029-9.
  • [67] Coffee T.P., Kotlar A.J., Miller M.S., 1984, The Overall Reaction Concept in Premixed, Laminar, Steady-State Flames .2. Initial Temperatures and Pressures, Combustion and Flame, 58, 59-67, Doi 10.1016/0010-2180(84)90078-6.
  • [68] Dobrego K.V., Gnesdilov N.N., Lee S.H., Choi H.K., 2008, Overall chemical kinetics model for partial oxidation of methane in inert porous media, Chem. Eng. J., 144, 79-87, 10.1016/j.cej.2008.05.027.
  • [69] Hanamura K., Echigo R., Zhdanok S.A., 1993, Superadiabatic Combustion in a Porous-Medium, International Journal of Heat and Mass Transfer, 36, 3201-3209, Doi 10.1016/0017-9310(93)90004-P.
  • [70] Nemeth A., Sawyer R.F., 1969, The overall kinetics of high-temperature methane: oxidation in flow reactor, The Journal of Physical Chemistry, 73, 2421-2424.
  • [71] Slepterev A.A., Salnikov V.S., Tsyrulnikov P.G., Noskov A.S., Tomilov V.N., Chumakova N.A., Boehmite A.N., 2007, Homogeneous high-temperature oxidation of methane, React. Kinet. Catal. Lett., 91, 273-282, 10.1007/s11144-007-5158-5.
  • [72] Westbrook C.K., Dryer F.L., 1981, Simplified Reaction-Mechanisms for the Oxidation of Hydrocarbon Fuels in Flames, Combust. Sci. Technol., 27, 31-43, Doi 10.1080/00102208108946970.
  • [73] Wilk M., Magdziarz A., 2010, Modele chemiczne procesu spalania metanu jako głównego składnika gazu ziemnego, Archiwum Spalania, 10, 51-63.
  • [74] Gosiewski K., Warmuzinski K., Jaschik M., Tanczyk M., 2007, Kinetics of thermal combustion of lean methane–air mixtures in reverse flow reactors, Chemical and Process Engineering, 28, 335-345.
  • [75] Coekelbergs R.F.R., Mathieu M.P., 1963, Quelques aspects cinétiques de la pyrolise du methane, Génie Chimique, 89, 183-193.
  • [76] Gosiewski K., Pawlaczyk A., Raport z prac wykonanych w 2013 roku w ramach działalności statutowej Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, Gliwice, 2013.
  • [77] Gosiewski K., Pawlaczyk-Kurek A., 2019, Aerodynamic CFD simulations of experimental and industrial thermal flow reversal reactors, Chem. Eng. J., 373, 1367-1379, 10.1016/j.cej.2019.03.274.
  • [78] Wunning J.G., Flameless combustion and its applications, USA.
  • [79] Wunning J.A., Wunning J.G., 1997, Flameless oxidation to reduce thermal NO-formation, Progress in Energy and Combustion Science, 23, 81-94, Doi 10.1016/S0360-1285(97)00006-3.
  • [80] Milani A., Wünning J., 2002, What is Flameless Combustion?, Online Combustion Handbook, Combustion File No: 171, http://www.handbook.ifrf.net/handbook/cf.html?id=171.
  • [81] Salomons S., Hayes R.E., Poirier M., Sapoundjiev H., 2003, Flow reversal reactor for the catalytic combustion of lean methane mixtures, Catalysis Today, 83, 59-69, 10.1016/S0920-5861(03)00216-5.
  • [82] Sapoundjiev H., Aubé F., Trottier R., Report: Elimination of dilute methane emissions from underground mine and oil and natural gas production sectors, CANMET, Natural Resources Canada, 1999.
  • [83] Technical and Economic Assessment: Mitigation of Methane Emissions from Coal Mine Ventilation Air, in: EPA (Ed.) Coalbed Methane Outreach Program, 2000, pp. 96.
  • [84] 2012, Shanxi LuAn Group Gaohe Mine VAM Destruction and Utilization Project, https://cdm.unfccc.int/Projects/DB/TUEV-RHEIN1352801900.72/view.
  • [85] MEGTEC Systems Inc., Leaflet: Ventilation Air Methane (VAM) Processing, MEGTEC Solutions for VAM Abatement, Energy Recovery & Utilization, 2014.
  • [86] Kumar S., Shah P.R., Shankar S., Kumar S., 2006, A Comprehensive Model for Catalytic Membrane Reactor, Journal of Chemical Reactor Engineering ( Article A5), 4, 1-25.
  • [87] U.S. Underground Coal Mine Ventilation Air Methane Exhaust Characterization, Coalbed Methane Outreach Program, U.S. EPA 2010, pp. 1-16.
  • [88] Presentation: MEGTEC Systems VAM Processing – Long-Term System Operability, MEGTEC Systems Inc., October 19th ,2011, pp. 26.
  • [89] Hager M., Presentation MEGTEC Systems: Long-Term Experience ofVAM Processing, Methane Expo 2013, Vancouver Convention Center Canada, 2013, pp. 25, available from: https://www.globalmethane.org/expo_canada13/coal.html.
  • [90] Piekarczyk W., Studium techniczne i kosztowe instalacji wykorzystania ciepła ze spalin, Z.P.B. Energopomiar - Zakład Techniki Cieplnej, Gliwice, 2014, pp. 1-7.
  • [91] Piekarczyk W., Wykorzystanie ciepła odpadowego powstałego w instalacji utylizacji metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń węgla kamiennego, Seminarium: utylizacja metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń, Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, Gliwice, 2015, pp. 43-58.
  • [92] Piekarczyk W., Gosiewski K., Gładysz P., Stanek W., Combined cooling, heat and power from ventilation air methane - an exergy and thermo-ecological analysis, 4th International Conference on Contemporary Problems of Thermal Engineering CPOTEKatowice, Poland, 2016, pp. 1-14.
  • [93] Piekarczyk W., Gosiewski K., 2017, Wytwarzanie energii elektrycznej, ciepła i chłodu z metanu zawartego w powietrzu wentylacyjnym kopalń węgla kamiennego, Wiadomości Górnicze, Nr 11.
  • [94] Gosiewski K., Raport z prac wykonywanych w 2015 roku w ramach działalności statutowej: Oparta o symulacje matematyczne i metody obliczeniowe analiza możliwości utylizacji ciepła rewersyjnego spalania metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń do produkcji chłodu dla klimatyzacji głębokich wyrobisk górniczych, Instytut Inżynierii Chemicznej PAN, 2015, pp. 1-16.
  • [95] Gosiewski K., 2016, Ocena możliwości utylizacji energii spalania metanu z powietrza wentylacyjnego kopalń węgla kamiennego do odsalania ścieków, Prace Naukowe Instytutu Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, Nr 20, 91-115.
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-0ac35353-a3ee-4105-ab27-ff1faae6415d
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.