Produkcja wodoru, z wydzieleniem dwutlenku węgla przygotowanego do sekwestracji jako perspektywiczne rozwiązanie technologiczne

Smoliński, A.; Howaniec, N.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Produkcja wodoru, z wydzieleniem dwutlenku węgla przygotowanego do sekwestracji jako perspektywiczne rozwiązanie technologiczne

Autorzy

Smoliński A. , Howaniec N.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Production of hydrogen, with emission of carbon dioxide prepared to sequestration as a prospective technological solution

Języki publikacji

Abstrakty

Stale rosnące ceny ropy naftowej oraz zwiększenie wymagań prawnych dotyczących emisji gazów cieplarnianych zmusiły największe potęgi gospodarcze świata do poszukiwania nowego, taniego i przyjaznego środowisku nośnika energii. Specjaliści są zgodni, że w najbliższych kilkudziesięciu latach nośnikiem tym będzie wodór. Obecnie wysiłki naukowców na całym świecie skupiają się na opracowywaniu zintegrowanych technologii produkcji wodoru i energii elektrycznej, a w szczególności technologii produkcji wodoru z gazu syntezowego, otrzymanego w procesie zgazowania węgla, połączonej z separacją powstającego w procesie dwutlenku węgla. Prace te w Stanach Zjednoczonych są realizowane między innymi w ramach Hydrogen from Coal Program Departamentu Energii USA oraz w ramach projektu FutureGen, w Europie - w ramach Szóstego Programu Ramowego Badań i Rozwoju Technicznego (Priorytet 6.1 Zrównoważone Systemy Energetyczne) oraz w ramach Europejskiej Platformy Wodoru i Ogniw Paliwowych (HFP), natomiast w Japonii w ramach Clean Coal Cycle (C3) Initiative Japońskiego Ministerstwa Gospodarki, Handlu i Przemysłu (METI) oraz w ramach działań badawczo-rozwojowych New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). Wśród głównych celów stawianych współczesnej energetyce należy wymienić: poprawę sprawności działania elektrowni oraz poszukiwanie efektywnych metod wychwytywania CO2. Ważnym aspektem produkcji energii elektrycznej i wodoru z paliw stałych są metody separacji wodoru i dwutlenku węgla z mieszaniny gazowej. Wśród stosowanych obecnie metod separacyjnych wymienia się: absorpcję chemiczną i fizyczną, frakcjonowanie kriogeniczne, metody adsorpcyjne: adsorpcję zmiennociśnieniową (PSA) i zmiennotemperaturową (TSA) oraz separację membranową. W pracy przedstawiono japońską koncepcję metody produkcji wodoru z separacją CO2 gotowego do sekwestracji - HyPr-RING, w której jako sorbent dwutlenku węgla oraz katalizator procesu zgazowania zastosowano tlenek wapnia.

The continuously increasing oil prices as well as stronger environmental regulations regarding greenhouse emissions made the greatest economic powers search a new, price competitive and environment friendly energy carrier. According to the specialists in the short and medium term hydrogen is likely to become this desired energy carrier. The world research activities in this scope focus on the development of integrated hydrogen and power producing technologies, in particularly technologies of hydrogen production from coal gasification product - synthesis gas, combined with carbon dioxide capture. In the United States this works are carried out in the frame of Hydrogen from Coal Program of the Department of Energy, President's Hydrogen Fuel Initiative and the FutureGen Project, in Europe in the frame of The Sixth EU Framework Programme for Research and Technological Development, Priority: Sustainable development, global change and ecosystems and The European Hydrogen and Fuel Cell Technology Platform (HFP), in Japan - in the frame of Clean Coal Cycle (C3) Initiative of The Ministry of Economy, Trade and Industry (METI) and research and development activities of The New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO). The most important targets of the present-day power industry are: the efficiency improvement and effective CO2 capture and separation methods. The important aspect of combined power and hydrogen production based on fossil fuels are CO2 and H2 separation methods. Separation methods used in industrial applications are chemical and physical absorption, cryogenic separation, pressure (PSA) and temperature (TSA) swing adsorptions and membrane separation. In the paper, the Japanese novel concept of Hydrogen Production by Reaction Integrated Novel Gasification Process (Hypr-RING) is presented, which applies CaO sorbent for CO2 capture.

Słowa kluczowe

wodór produkcja wodoru sekwestracja separacja absorpcja chemiczna absorpcja fizyczna frakcjonowanie kriogeniczne adsorpcja zmiennociśnieniowa adsorpcja zmiennotemperaturowa separacja membranowa zgazowanie węgla

hydrogen production of hydrogen sequestration separation chemical absorption physical absorption cryogenic separation pressure swing adsorption temperature swing adsorption membrane separation coal gasification

Wydawca

Główny Instytut Górnictwa

Czasopismo

Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa

Rocznik

2006

Tom

nr 3

Strony

5--21

Opis fizyczny

Bibliogr. 42 poz.

Twórcy

autor

Smoliński A.

autor

Howaniec N.

Główny Instytut Górnictwa, Zakład Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza, Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice, tel. (032) 259-22-52, smolin@gig.katowice.pl

Bibliografia

1. Abanades J.C. (2002): The maximum capture efficiency of CaO using a carbonation/calcination cycle of CaO/CaCO₃. Chemical Engineering Journal, Vol. 90, s. 303-306.
2. Bisio A., Boots S. (1995): Energy technology and the environment, Vol. 3. New York, Wiley.
3. BP Statistical Review of World Energy June 2005, http://www.worldenergy.org/wecgeis/default.asp.
4. Chiesa P., Consonni S., Kreutz T., Wiliams R. (2005): Co-production of hydrogen, electricity and CO₂ from coal with commercially ready technology. Part A: Performance and emissions. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 30, s. 747-767.
5. Collot A. (2005): Matching gasification technologies to coal properties. International Journal of Coal Geology, Vol. 65, s. 191-212.
6. Dave R., Houghton J., Kane B., Ekmann J., Benson S., Clarke J., Dahlman R., Herdrey G., Herzog H., Cevera J.H., Jacobs G., Judkins R., Ogden J., Palmisano A., Stringer J., Surles T., Wolsky A., Woodward N., York M. (1999): Carbon Sequestration: State of the Science, US Department of Energy Report, http://www.fe.doe.gov/coal-power/sequestration/index-rpt.html.
7. Gaffney T.R., Golden T.C., Mayorga S.G., Brzozowski J.R., Talyer F.W. (1999): Carbon dioxide pressure swing adsorption process using modified alumina adsorbents. US Patent 5917136.
8. Gambini M., Vellini M. (2005): Comparative analysis of H2/O cycle power plants based on different hydrogen production systems from fossil fuels. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 30, s. 593-604.
9. Garcia-Labiano F., Abad A., de Diego L.F., Gayan P., Adanez J. (2002): Calcination of calcium-based sorbents at pressure in broad range of CO₂ concentrations. Chemical Engineering Science, Vol. 57, s. 2381-2393.
10. Gasification Technology Council http://www.gasification.org/resource/database/search.aspx.
11. Göttlicher G., Pruschek R. (1997): Comparison of CO2 removal systems for fossil - fuelled power plant processes. Energy Convers. Mgmt Vol. 38, Suppl., s. 173-178.
12. Granite E.J., O’Brien T. (2005): Review of novel methods for carbon dioxide separation from flue and fuel gases. Fuel Processing Technology, Vol. 86, s. 1423-1434.
13. Gray D., Tomlinson G. (2002): Hydrogen from coal. Mitretek Technical Paper, MTR 2002-31.
14. Herzog H., Drake E., Adams E. (1997): CO2 Capture, Reuse, and Storage Technologies for Mitigating Global Climate Change, DOE/DE-AF22-96PC01257.
15. Komisja Europejska (2004): European Hydrogen and Fuel Cell Projects, Project Synopses, EUR 21241.
16. Kreutz T., Williams R., Consonni S., Chiesa P. (2005): Co-production of hydrogen, electricity and CO2; from coal with commercially ready technology. Part B: Economic analysis. International Journal of Hydrogen Energy Vol. 30 Issue: 7, s. 769-784.
17. Kuramoto K., Fujimoto S., Morita A., Shibano S., Suzuki Y., Hatano H., Lin S.Y., Harada M., Takarada T. (2003): Repetitive Carbonation-Calcination Reactions of Ca-Based Sorbents for Efficient CO₂ Sorption At Elevated Temperatures and Pressures. Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 42, s. 975-981.
18. Kyoto Protocol to The United Nations Framework Convention on Climate Change (1997).
19. Lila M.M., Finn J.E. (1998): Carbon Dioxide Adsorption on 5A Zeolite Designed for CO2 Removal in Spacecraft Cabins. NASA/TM-1998-208752.
20. Lin S.Y., Harada M., Suzuki Y., Hatano H. (2005b): Process analysis for hydrogen production by reaction integrated novel gasification (HyPr-RING). Energy Conversion and Management, Vol. 46, s. 869-880.
21. Lin S.Y., Harada M., Suzuki Y., Hatano H. (2005a): CO2 separation during hydrocarbon gasification. Energy Vol. 30, s. 2186-2193.
22. Lin S.Y., Suzuki Y., Hatano H., Harada M. (2002): Developing an innovative method, HyPr-RING, to produce hydrogen from hydrocarbons. Energy Conversion and Management, Vol. 43, s. 1283-1290.
23. Lin. S., Harada M., Suzuki Y., Hatano H. (2002): Hydrogen production from coal by separating carbon dioxide during gasification. Fuel, Vol. 81, s. 2079-2085.
24. Mckernan I.W., Holder M.J. (1993): Purification of hydrocarbons. GB Patent 2267096.
25. Ministry of Economy, Trade and Industry (METI), Clean Coal Cycle (C3) Study Group, 2004, Interim Report of the Clean Coal Cycle (C3) Study Group “Japan’s New Coal Policy Towards 2030” -C3 Initiative Towards the Establishment of the Clean Coal Cycle.
26. New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), Outline of NEDO 2004, 2005.
27. Rakowski J. (2003): Przegląd zagadnień technologicznych związanych ze zgazowaniem paliw stałych dla potrzeb energetycznych. Raport energetyki, wrzesień 2003, s. 591-601.
28. Rao M. (1999): CO2 Capture from Industrial Process Gases. DOE-AC26-98FT40419.
29. Rosen M.A., Scott D.S. (1998): Comparative efficiency assessments for a range of hydrogen production processes. International Journal of Hydrogen Energy Vol. 23 No 8, s. 653-659.
30. Ruether J.A. (1999): FETC Programs for Reducing Greenhouse Gas Emissions. DOE/FETC-98/1058.
31. Salvador C., Lu D., Anthony E.J., Abanades J.C. (2003): Enhancement of CaO for CO2 capture in an FBC environment. Chemical Engineering Journal, Vol. 96, s. 187-195.
32. Stanmore B.R., Gilot P. (2005): Review - calcination and carbonation of limestone during thermal cycling for CO2 sequestration. Fuel Processing Technology, Vol. 86, s. 1707- 1743.
33. Stańczyk K. (2005): Rozwój gospodarki wodorowej w oparciu o węgiel kamienny. Dokumentacja z prac wykonanych w ramach działalności statutowej Głównego Instytutu Górnictwa, IX 40.17.
34. Stiegel G.J., Ramezan M. (2006): Hydrogen from coal gasification: An economical pathway to a sustainable energy future. International Journal of Coal Geology, Vol. 65, s. 173-190.
35. Szuba J., Michalik L. (1983): Karbochemia - zarys rozwoju. Katowice, Wydaw. „Śląsk”.
36. Tzimas E., Peteves S.D. (2005): The impact of carbon sequestration on the production cost of electricity and hydrogen from coal and natural gas technologies in Europe in the medium term. Energy, Vol. 30, s. 2672-2689.
37. Uliasz-Boheńczyk A., Mazurkiewicz M., Mokrzycki E., Piotrowski Z. (2004): Utylizacja ditlenku węgla poprzez mineralną karbonatyzację. Polityka Energetyczna T. 7, Zeszyt specjalny, s. 541-554.
38. US Department of Energy, Office of Fossil Energy, 2005, Hydrogen from Coal Program, Research, Development and Demonstration Plan for the Period 2004 through 2015, External draft for Review.
39. Winter C.J. (2003): On the HYway - sustainable assets in Germany’s energy state’s portfolio. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 28, s. 477-481.
40. Word Energy Council: http://www.worldenergy.org/wec-geis/default.asp.
41. Yamashita K., Barreto l. (2005): Energyplexes for the 21st century: Coal gasification for co-producing hydrogen, electricity and liquid fuels. Energy, Vol. 30, s. 2453-2473.
42. Yong Z., Mata V., Rodrigues A.E. (2001): Adsorption of carbon dioxide at high temperature - a review. Separation Purification Technology, Vol. 26, s. 195-205.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BSL2-0017-0024