Badania laboratoryjne nad doborem optymalnych warunków pracy instalacji separacji CO₂ ze spalin o podwyższonej zawartości CO₂

• Autorzy: Wilk A. , Więcław-Solny L. , Śpiewak D. , Spietz T.

Warianty tytułu

EN

Laboratory research on optimal operating conditions of CO₂ separation plant treating flue gases with high CO₂ content

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zapewnienie dostaw energii elektrycznej i ciepła na potrzeby gospodarki i społeczeństwa jest warunkiem dla utrzymania odpowiedniego tempa rozwoju polskiej gospodarki. Niestety, z klasycznymi procesami wytwarzania energii związana jest emisja gazów cieplarnianych, m.in. CO₂. Dostępne metody ograniczania emisji CO₂ z procesów produkcji energii elektrycznej z paliw kopalnych możemy podzielić na trzy główne grupy: separacja ditlenku węgla przed procesem spalania, spalanie w atmosferze tlenowej bądź separacja ditlenku węgla po procesie spalania. Podczas spalania w atmosferze tlenowej (tzw. oxyspalanie) powstają spaliny składające się w głównej mierze z CO₂ i pary wodnej oraz niewielkich ilości tlenu i azotu. W okresie przejściowym przed opracowaniem i wprowadzeniem komercyjnych rozwiązań technologii oxyspalania należy brać pod uwagę również możliwość spalania w powietrzu wzbogaconym w tlen w wyniku czego otrzymujemy spaliny o podwyższonej zawartości CO₂ i konieczne staje się jego odseparowanie od reszty gazów jedną z metodpost-combustion. W artykule przedstawiono wyniki badań prowadzonych nad doborem optymalnych warunków pracy instalacji separacji CO₂ ze spalin o podwyższonym stężeniu ditlenku węgla w porównaniu ze składem spalin z klasycznych procesów spalania. W ramach prowadzonych badań wykonane zostały testy nad doborem jak najlepszego sorbentu do wychwytu ditlenku węgla oraz testy nad określeniem wpływu parametrów procesowych na sprawność oraz energochłonność procesu. Dla określenia przydatności poszczególnych sorbentów przeprowadzono badania szybkości oraz wyznaczono izotermy absorpcji CO₂ w roztworach aminowych. W ramach tych testów przebadano roztwory MDEA ze zmienną zawartością aktywatora, roztwory poliamin oraz roztwory amin z zawadą steryczną. Badania procesowe obejmowały testy nad wpływem natężenia przepływu sorbentu, natężenia przepływu spalin oraz ilości energii dostarczonej do regeneratora na sprawność usuwania CO₂ oraz ilość energii zużytej na separację 1 kg CO₂. Badania te zostały przeprowadzone na roztworach 30%MEA oraz 30%MDEA + 6%PZ.

EN

Available methods for reducing C0₂ emissions resulting from the production of electricity from fossil fuels can be divided into three main groups the separation of carbon dioxide before combustion, combustion in an oxygen atmosphere, and separation of carbon dioxide after combustion. During combustion in an oxygen atmosphere, the flue gases consist mainly of C0₂, water vapor, and small amounts of oxygen and nitrogen. However, the possibility of burning in air enriched in oxygen should also be taken into account, as it then becomes necessary to separate the C0₂ gas from the rest of the gases via one of the post-combustion methods. This paper presents the results of research conducted for the selection of the optimum operating conditions of a C02 separation plant. In this study, tests were performed for the selection of the best sorbent for carbon dioxide capture and for determination of the influence of process parameters on energy consumption and carbon dioxide capture efficiency. To test the usefulness of various sorbents, research was conducted to determine C0₂ absorption speed and C0₂ absorption isotherms in different amine solutions. MDEA solutions were tested containing differing activator amounts, polyamines solutions, and sterically amine solutions. The process research included tests on the influence of sorbent flow rate, gas flow rate, and the amount of energy supplied to the regenerator on C0₂ removal efficiency and the amount of energy used for the separation of 1kg of C0₂. These tests were carried out on a 30% MEA solution and a 30% MDEA + 6% PZ solution.

Słowa kluczowe

PL

CCS; absorpcja aminowa; MEA; MDEA

EN

CCS; amine absorption; MEA; MDEA

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 16, z. 4
• Strony: 217--227
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Wilk A.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Więcław-Solny L.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Śpiewak D.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

autor

Spietz T.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze

Bibliografia

• Commission Decision of 3.11.2010, Bruksela, 2010.
• CHMIELNIAK T., ŁUKOWICZ H., 2012 - Wysoko sprawne „zero-emisyjne" bloki węglowe zintegrowane z wychwytem CO2 ze spalin. Polityka Energetyczna t. 15, z. 3, s. 91-106.
• CLOSMANN F., NGUYEN T., ROCHELLE G.T., 2009 - MDEA/Piperazine as a solvent for CO2 capture. Energy Procedia, t. 1, s. 1351-1357.
• DUANL., ZHAO M., YANG Y., 2012 - Integration and optimization study on the coal-fired power plant with CO2 capture using MEA. Energy, t. 45, z. 1, s. 107-116.
• MITCHELL R., 2008 - Mitsubishi Heavy Industries carbon capture technology. Carbon Capture Journal, t. 1, s. 3-5.
• MOSER P., SCHMIDT S., SIEDER G., GARCIA H., STOFFREGEN T., 2011 - Performance of MEA in a long-term test at the post-combustion capture pilot plant in Niederaussem. International Journal of Greenhouse Gas Control, t. 5, z. 4, s. 620-627.
• NOTZ R., MANGALAPALLY H.P., HASSE H., 2012 - Post combustion CO2 capture by reactive absorption: Pilot plant description and results of systematic studies with MEA. International Journal of Greenhouse Gas Control. t. 6, s. 84-112.
• NOWAK W., CZAKIERT T., 2012 - Spalanie tlenowe dla kotłów pyłowych i fluidalnych zintegrowanych z wychwytem CO2. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa.
• POHORECKI R., MOŻEŃSKI C, 1998 - A new absorbent for carbon dioxide and hydrogen sulphide absorption process. Chemical Engineering and Processing t. 37, s. 69-78.
• RAKOWSKI J., 2008 - Obecne możliwości technologiczne ograniczania emisji CO2 z elektrowni węglowych. Energetyka, t. 6, s. 395-408.
• SZCZYPIŃSKI T., TATARCZUK A., GRUDNIK K., 2013 - Optymalizacja procesu aminowego wychwytu CO2 ze spalin poprzez zmianę konfiguracji układu technologicznego. Przemysł Chemiczny t. 92, z. 1, s. 106-110.
• WANG M., LAWAL A., STEPHENSON P., SIDDERS J., RAMSHAW C., YEUNG H., 2011 - Post-com¬bustion CO2 Capture with Chemical Absorption: A State-of-the-art Review. Chemical Engineering Research and Design. t. 89, z.9, s. 1609-1624.
• WIĘCŁAW-SOLNY L., TATARCZUK A., KRÓTKI A., WILK A., ŚPIEWAK D., 2012 - Dotrzymać kroku polityce energetyczno-klimatycznej UE - postęp badań procesów usuwania CO2 z gazów spalinowych. Polityka Energetyczna t. 15, z. 4, s. 111-123.