Fluidalne zgazowanie węgla w atmosferze CO₂

• Autorzy: Chmielniak T. , Ściążko M. , Sobolewski A.

Warianty tytułu

EN

Fluidized bed gasification of coal in a CO₂ atmosphere

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono przegląd obecnie wykorzystywanych technologii zgazowania węgla. Omówiono podstawowe cechy wykorzystania ditlenku węgla jako czynnika zgazowującego w procesie zgazowania, gdzie za najważniejszą można uznać reakcję Boudouarda pomiędzy węglem oraz ditlenkiem węgla. Przedstawiono schemat instalacji zgazowania w ciśnieniowym reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym wchodzącej w skład Centrum Czystych Technologii Węglowych Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla (IChPW) w Zabrzu. Instalacja ta posłuży do przeprowadzenia badań w skali pilotowej potwierdzających zasadność stosowania dodatkowego strumienia ditlenku węgla w reaktorze fluidalnym. Przeprowadzone obliczenia termodynamiczne ciśnieniowego reaktora zgazowania z cyrkulującym złożem fluidalnym wykazały, że zastosowanie w procesie jako surowca ditlenku węgla wpływa na wzrost stopnia konwersji węgla w porównaniu z układem klasycznym (tj. bez doprowadzenia CO₂) przy jednoczesnym wzroście ilość CO w wytwarzanym gazie. CO₂ jest również nośnikiem tlenu, co wpływa na znaczne obniżenie jego konsumpcji w procesie. W efekcie rośnie sprawność zgazowania węgla, która dla przyjętych warunków realizacji procesu osiąga ok. 90 % (sprawność zimna zgazowania w stosunku do paliwa, które uległo konwersji). Zastosowanie CO₂ jako czynnika zgazowującego wpływa na spadek emisyjności procesów produkcyjnych, zintegrowanych ze zgazowaniem węgla. Przeprowadzone symulacje wskazują, że w przypadku produkcji energii elektrycznej wskaźnik emisji wynosi 715 kg CO₂/MWh (netto), co plasuje rozpatrywany układ poniżej wskaźników uzyskiwanych w układach IGCC, zintegrowanych z reaktorami dyspersyjnymi oraz w instalacji spalania tlenowego w warunkach ultra+nadkrytycznych. Otrzymane wartości są o ok. 17-30% niższe niż charakterystyczne dla technologii tradycyjnych (spalanie węgla w kotłach pyłowych). W przypadku produkcji metanolu uzyskane wskaźniki były o około 8-13% niższe niż dla przypadku produkcji metanolu z węgla przy wykorzystaniu technologii zgazowania w reaktorach dyspersyjnych z suchym doprowadzeniem paliwa.

EN

This paper presents an overview of currently used coal gasification technologies. It discusses the basic features of the use of carbon dioxide as gasifying agent in the gasification process, in which Boudouard reaction between coal and carbon dioxide can be regarded as the most important. A diagram of the gasification installation in pressurized reactor with circulating fluidized bed has been presented which is an integral part of the Centre of Clean Coal Technologies of the Institute for Chemical Coal Processing (IChPW) in Zabrze. The installation will be used for carrying out of investigations in a pilot-scale confirming the legitimacy for application of the additional stream of carbon dioxide in a fluidized bed reactor. The results of thermodynamic calculations performed for pressurized coal gasification in circulating fluidized bed reactor show that using carbon dioxide as a process reactant leads to higher coal conversion degree (in comparison to conventional solution, without CO₂ addition), as well as increase of CO content in produced gas and decrease in oxygen consumption (CO₂ is also an oxygen carrier). Calculated (for assumed conditions) cold gas efficiency of the coal gasification process using CO₂ as gasification agent amounts to approximately 90 %. Use of CO₂ in gasification process has an influence on lowering emissivity of production processes integrated with coal gasification. Conducted simulations indicates that in case of energy generation, the value of emission index reaches 715 kg CO₂/MWh (net), which is less than for IGCC systems integrated with entrained-flow reactors and for oxy-combustion installation under ultra-supercritical conditions. The obtained values of emission indices are approximately 17–30% lower than indices characteristic to conventional technologies (like pulverized coal combustion). Whereas, in the case of methanol production, the emission-corresponding indices were approximately 8–13% lower than results obtained in methanol production from coal via gasification in dry-feed entrained flow reactors.

Słowa kluczowe

PL

węgiel; zgazowanie; ditlenek węgla; emisja gazów cieplarnianych

EN

coal; gasification; carbon dioxide; greenhouse gas emission

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 1
• Strony: 6--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chmielniak T.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Ściążko M.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Sobolewski A.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

Bibliografia

• 1. Current and Future Technologies for Gasification-Based Power Generation, Volume 2: APathway Study Focused on Carbon Capture Advanced Power Systems R&D Using Bituminous Coal, October 7, 2010; DOE/NETL-2009/1389, available at http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/ gasification.
• 2. 2010 Worldwide Gasification Database (Excel file); dostęp poprzez: http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/gasification/worlddatabase/index.html
• 3. Chmielniak T., Tomaszewicz G., Zgazowanie paliw stałych - stan obecny i przewidywane kierunki rozwoju. Karbo, 2012, t. 57, nr 3, s. 191.
• 4. Chmielniak T., Ściążko M., State of Development and Analysis of Available Gasification Technologies Used for Solid Fuels and Wastes. Development of coal, biomass and wastes gasification technologies with particular interest on chemical sequestartion of CO₂, A. Strugała (Ed.), AKNET, Kraków, 2012.
• 5. Minchener A.J., Coal gasification for advanced power generation. Fuel, 2005, t. 84, s. 2222.
• 6. Collot A.G., Matching gasification technologies to coal properties. International Journal of Coal Geology, 2006, t. 65, s. 191.
• 7. Coca M.T., Elcogas; Integrated gasification combined cycle technology: IGCC. Its actual application in Spain: ELCOGAS. Puertollano, Elcogas S.A., Club Espanol de la Energia.
• 8. Ratafia-Brown J., Manfredo L., Hoffmann J., Ramezan M, SAIC; Major environmental aspects of Gasification-based power generation Technologies; Final Report, 2002. Project Prepared for Gasification Technologies Program, National Energy Technology Laboratory, U.S. Department of Energy.
• 9. Parekh R. D., Handbook of gasifiers and gas treatment systems, 1982. Prepared for the United States Department of Energy (Contract No. DE-AC01-78ET10I59).
• 10. Chmielniak T., Ściążko M., Zgazowanie węgla - stan rozwoju technologicznego. Czysta energia, produkty chemiczne i paliwa z węgla - ocena potencjału rozwojowego. Pod redakcją: T. Borowieckiego, J. Kijeńskiego, J. Machnikowskiego, M. Ściążko, Wydawnictwo Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze, 2008.
• 11. Irfan M.F., Usman M.R., Kusakabe K., Coal gasification in CO₂ atmosphere and its kinetics since 1948: A brief review. Energy, 2011, t. 36, s. 12.
• 12. The Shell Coal Gasification Process For Sustainable Utilisation of Coal; Gasification brochure. Shell Global Solutions. Dostępny na: http://www.shell.com/static/globalsolutions/downloads/innovation/coal_gasification_brochure.pdf.
• 13. IChPW 2007-2010, Analizy i studia wykonalności realizowane przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla na zlecenia partnerów komercyjnych.
• 14. Finkenrath M, Cost and Performance of Carbon Dioxide Capture from Power Generation International Energy Agency IEA 2011, Dostępny w: http://www.egcfe.ewg.apec.org/projects/EW-G052010A/References/IEA_costperfccs jowergen.pdf.