Role of catalytic technologies in combustion of gaseous fuels

• Autorzy: Budzianowski W.

Warianty tytułu

PL

Rola technologii katalitycznych w spalaniu paliw gazowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Natural gas and other gasified fossil and renewable fuels contribute to the market of gaseous fuels. Generation of energy from those fossil or renewable fuels in an efficient and environment-friendly manner forms the need for further development of existing technologies and researches on prospective ones. The current paper refers to a role of catalytic technologies in direct or indirect combustion for the generation of energy. It is shown that catalysts can stabilize flames in gas turbine combustors, i.e. that the fuel can be burnt efficiently at temperatures low enough to avoid significant oxidation of atmospheric nitrogen. Further, the catalysts play a vital role in conversion of e.g. methane-rich fuel-air mixtures into a synthesis gas. The syngas is much more reactive in combustion than methane used for its production. The paper also shows examples of some other, prospective catalytic technologies linked with gaseous fuels conversion, i.e. autothermal combustion of lean fuel-air mixtures, gaseous radiant burners, solid-oxide fuel cells and portable power generators.

PL

Gaz ziemny oraz inne zgazowane kopalne i odnawialne paliwa tworzą łącznie szeroki rynek paliw gazowych. Wytwarzanie energii z tych paliw w sposób efektywny i przyjazny dla środowiska wymaga ciągłego, intensywnego doskonalenia istniejących technologii i naukowego badania nowych. Bieżący artykuł dotyczy roli technologii katalitycznych w bezpośrednim i pośrednim spalaniu gazów dla generacji energii. Pokazano, że katalizatory mogą stabilizować spalanie płomieniowe węglowodorów w komorach spalania turbin gazowych, w efekcie umożliwiając efektywne spalanie gazu w temperaturach wystarczająco niskich by uniknąć istotnego utleniania atmosferycznego azotu. Następnie omówiono relatywnie nową ścieżkę konwersji paliw węglowodorowych z krokiem oksyformingu. Wskazano, iż katalizatory odgrywają w niej istotną rolę w konwersji bogatych w paliwo mieszanek paliwowo-powietrznych do gazu syntezowego (CO+H2), który jest znacznie bardziej reaktywny w spalaniu niż pierwotne węglowodory. Wskazano także przykłady innych, obecnie ciągle raczej przyszłościowych technologii katalitycznych w związku z energetycznym wykorzystaniem gazu, t.j. autotermiczne spalanie ubogich mieszanek paliwowo-powietrznych, promiennikowe komory spalania gazu, ogniwa paliwowe stałotlenkowe (SOFCs) i zminiaturyzowane generatory energii dla zastosowań przenośnych.

Słowa kluczowe

EN

catalytic combustion; conversion of gaseous fuels; novel technologies of combustion of (natural) gas

PL

katalityczne spalanie; konwersja paliw gazowych; nowe technologie spalania gazu (ziemnego)

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2009
• Tom: nr 3
• Strony: 59--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Budzianowski W.

• Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Anson D., Decorso M., Parks W.P. Jr.: Catalytic combustion for industrial gas turbines. International Journal of Energy Research 20 (1996).
• [2] Appel C., Mantzaras J., Schaeren R., Bombach R., Inauen A., Tylli N., Wolf M., Griffin T., Winkler D., Carroni R.: Partial catalytic oxidation of methane to synthesis gas over rhodium: In situ Raman experiments and detailed simulations. Proceedings of the Combustion Institute 30 (2005).
• [3] Buchoski J., Kaproń H.: Rynek ciepła w otoczeniu innych rynków i urzędowej regulacji. Rynek Energii 2008, nr 6.
• [4] Budzianowski W.M., Koziol A.: Stripping of ammonia from aqueous solutions in the presence of carbon dioxide: Effect of negative enhancement of mass transfer. Chemical Engineering Research and Design 83(A2) (2005).
• [5] Budzianowski W.M., Miller R.: Auto-thermal combustion of lean gaseous fuels utilizing a recuperative annular double-layer catalytic converter. Canadian Journal of Chemical Engineering 86 (2008).
• [6] Budzianowski W.M., Miller R.: Catalytic converters and processes in selected energy technologies: I. gas turbines and II. radiant burners in drying (A review). Recent Patents on Chemical Engineering 2 (2009).
• [7] Budzianowski W.M., Miller R.: Design of dynamics of a recuperative catalytic combustor: enhancement in operation and control. Chemical Product and Process Modeling 4(2) (2009) 11.
• [8] Budzianowski W.M., Miller R.: Multicomponent catalytic combustion: the effect of energy release and detailed surface mechanisms. Environment Protection Engineering 34(4) (2008).
• [9] Budzianowski W.M., Miller R.: Sposób i urządzenie do ustalania wpływu czynników na szybkość reakcji egzotermicznych. zgłoszenie patentowe nr P385044, (2008).
• [10] Budzianowski W.M., Miller R.: The effect of process factors on the reaction rate of catalytic combustion: determination by a new method and a new reactor configuration. Chemical and Process Engineering 30 (2009).
• [11] Budzianowski W.M., Miller R.: Towards improvements in thermal efficiency and reduced harmful emissions of combustion processes by using recirculation of heat and mass (A review). Recent Patents on Mechanical Engineering 2 (2009).
• [12] Budzianowski W.M., Miller R., Gnutek Z.: Modifications of a gas recuperation cycle for catalytic combustion of low calorific fuels in a gas turbine. in Termodynamika w nauce i gospodarce, ed. by Gnutek Z. Gajewski W., Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 1 (2008) 116-121. Presented at XX Jubileuszowy Zjazd Termodynamików, Wrocław, September 2-6 2008.
• [13] Chmielniak T., Kosman G., Łukowicz H.: Integracja instalacji wychwytu CO2 z kondensacyjnymi blokami energetycznymi. Rynek Energii, 2008, nr 6.
• [14] Cho J.H., Lin C.S., Richards C.D., Richards R.F., Ahn J., Ronney P.D.: Demonstration of an external combustion micro-heat engine. Proceedings of the Combustion Institute 32 (2009).
• [15] Deutschmann O., Maier L.I., Riedel U., Stroemman A.H., Dibble R.W.: Hydrogen assisted catalytic combustion of methane on platinum. Catalysis Today 59 2000.
• [16] Gnutek Z., Chorowski M., Walendziewski J., Kałużyński M., Surma A.: Opracowanie Regionalnego Programu – Energia. Sieć Naukowo-Gospodarcza Energia, Wrocław, (2007).
• [17] Groppi G., Ibashi W., Tronconi E., Forzatti P.: Structured reactors for kinetic measurements in catalytic combustion. Chemical Engineering Journal 82 (2001).
• [18] Hayes R.E., Kolaczkowski S.T.: Introduction to catalytic combustion. Gordon and Breach Science Publishers, Amsterdam 1997.
• [19] Kamrat W.: Paliwa gazowe dla energetyki – stagnacja czy rozwój. Rynek Energii, 2007, nr 4.
• [20] Karim A.M., Federici J.A., Vlachos D.G.: Portable power production from methanol in an integrated thermoelectric/microreactor system. Journal of Power Resources 179 (2008).
• [21] Kee R.J., Zhu H., Sukeshini A.M., Jackson G.S: Solid oxide fuel cells: operating principles, current challenges and the role of syngas. Combustion Science and Technology 180 (2008).
• [22] Kotowicz J., Iluk T.: Układy gazowo-parowe zintegrowane ze zgazowaniem. Rynek Energii 2008, nr 3.
• [23] Lichota J.: A controller based on artificial neural networks. Rynek Energii, 2008, nr 4.
• [24] Lichota J.: Sterowanie turbiną gazową na rynku energii elektrycznej z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych. Rynek Energii 2008, nr 2.
• [25] Mokrzycki E., Ney R., Siemek J.: Światowe zasoby surowców energetycznych – wnioski dla Polski. Rynek Energii 2008, nr 6.
• [26] Reyniers M.F., de Smet C.R.H., Govind Menon P., Marin G.B.: Catalytic processes to convert methane: Partial or total oxidation. Part I: Catalytic partial oxidation. Cattech 6 (2002).
• [27] Salge J.R., Dreyer B.J., Dauenhauer P.J., Schmidt L.D.: Renewable hydrogen from nonvolatile fuels by reactive flash volatilization. Science 314 (2006).
• [28] Szymczyk J.: Jak należy prowadzić gospodarkę w kraju przy wzroście cen paliw na rynku światowym? Rynek Energii 2007, nr 4.
• [29] Szecówka L., Teodorczyk A.: Modeling of NOX reduction in natural gas reburning process with pressure pulsations. Archivum Combustionis 27 (2007).
• [30] York A.P.E., Xiao T., Green M.L.H., Claridge J.B.: Methane oxyforming for synthesis gas production. Catalysis Reviews - Science and Engineering 49 (2007).