Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The mineral sequestration of CO2 with the use of fly ash from the co-combustion of coal and biomass

Uliasz-Bocheńczyk A., Pawluk A., Pyzalski M.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2017

|

T. 33, z. 4

143--155

EN

As a result of energy production processes, the power industry is the largest source of CO2 emissions in Poland. Emissions from the energy sector accounted for 52.37% (162 689.57 kt) of the total emissions in 2015, which was estimated at 310.64 million tons of CO2. In recent years, the tightening of regulations on the use of renewable energy sources has resulted in an increased amount of biomass used in the professional energy industry. This is due to the fact that the CO2 emissions from biomass combustion are not included in the total emissions from the combustion of fuels, resulting in the zero-emission factor for biomass. At the same time, according to the hierarchy of waste management methods, recycling is the preferred option for the management of by-products generated during energy production. The fly ashes resulting from the biomass combustion in pulverized boilers (which, due to their chemical composition, can be classified as silicate ash) were subjected to analysis. These ashes can be classified as waste 10 01 17 – fly ash from co-firing other than mentioned in 10 01 16 according to the Regulation of the Minister of the Environment of December 9, 2014 on waste catalogues. The maximum theoretical carbon dioxide binding capacity for the analyzed fly ashes resulting from the co-combustion of biomass is 8.03%. The phase composition analysis of the fly ashes subjected to carbonation process has shown, in addition to the components identified in pure fly ash samples (SiO2, mullite), the presence of calcium carbonate − calcite − the primary product of the carbonation process, as indicated by the results of both X-ray and thermogravimetric analysis. The degree of carbonation has been determined based on the analysis of the results of the phase composition of fly ash resulting from the co-firing of biomass and bituminous coal. The calculated degree of carbonation amounted to 1.51%. The carbonation process is also confirmed by the lowered pH of the water extracts, decreasing from 11.96 for pure ashes to 8.7 for CO2 treated fly ashes. In addition, the carbonation process has reduced the leaching of pollutants, most notably chlorides, sulphates, and potassium.

PL

W wyniku procesów produkcji energii, energetyka zawodowa w Polsce jest największym źródłem emisji CO2 w Polsce. Emisja z energetyki stanowiła w 2015 roku 52,37% (162 689,57 kt) całkowitej emisji, która była szacowna na 310.64 milionów ton CO2. W ostatnich latach, wraz z zaostrzeniem przepisów dotyczących wykorzystania odnawialnych źródeł energii, zwiększyła się ilość stosowanej w energetyce zawodowej biomasy, ponieważ emisja CO2 ze spalania biomasy nie jest wliczana do sumy emisji ze spalania paliw, co jest równoważne stosowaniu zerowego wskaźnika emisji. Zarazem w procesach produkcji energii powstają uboczne produkty, które powinny być zgodnie z hierarchią metod postępowania z odpadami przede wszystkim poddane odzyskowi. Badaniom poddano popioły ze spalania biomasy w kotłach pyłowych, które ze względu na skład chemiczny można zaliczyć do popiołów krzemianowych. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów, popioły te można zaklasyfikować jako odpad 10 01 17 – popioły lotne ze współspalania inne niż wymienione w 10 01 16. Maksymalna teoretyczna pojemność związania ditlenku węgla dla analizowanych popiołów ze współspalania biomasy wynosi 8,03%. Badania składów fazowych popiołów poddanych karbonatyzacji wykazały, oprócz składników zidentyfikowanych w czystych popiołach (SiO2, mullit), również obecność węglanu wapnia – kalcytu – podstawowego produktu procesu karbonatyzacji, na co wskazują wyniki badań wykonanych zarówno metodą rentgenograficzną jak i termograwimetryczną. Na podstawie analizy wyników badań składów fazowych popiołów lotnych ze współspalania biomasy z węglem kamiennym określono stopień karbonatyzacji. Obliczony stopień karbonatyzacji wyniósł 1,51%. Zachodzenie procesu karbonatyzacji potwierdza również obniżenie wartości pH wyciągów wodnych badanych popiołów, która uległa redukcji z 11,96 dla czystych oraz do wartości 8,7 dla popiołów poddanych działaniu CO2. Proces karbonatyzacji wpłynął również na obniżenie wymywalności zanieczyszczeń, przede wszystkim chlorków, siarczanów i potasu.

2

CO2 mineral sequestration with the use of ground granulated blast furnace slag

Uliasz-Bocheńczyk A., Mokrzycki E.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2017

|

T. 33, z. 1

111--124

EN

The mineral sequestration using waste products is a method of reducing CO2 emissions that is particularly interesting for major emitters and producers of mineral wastes, such as iron and steel industries. The CO2 emissions from iron and steel production amounted to 6,181.07 kt in 2014 (PNIR 2016). The aforementioned industry participates in the EU emission trading system (EU ETS). However, blast furnace processes produce mineral waste – slag with a high content of CaO which can be used to reduce CO2 emissions. Metallurgical slag can be used to carry out direct (a one-step process) or indirect (two-stage process) process of mineral sequestration of carbon dioxide. The paper presents the degree of carbonation of the examined samples of granulated blast furnace slags defined by the six-digit code (10 02 01) for the waste and the respective two-digit (10 02) chapter heading, according to the Regulation of the Minister of the Environment of 9 December 2014 on the waste catalogue. The carbonation process used the direct gas-solid method. The slags were wetted on the surface and treated with CO2 for 28 days; the obtained results were compared with the analysis of fresh waste products. The analyzed slags are characterized by a high content of calcium (nearly 24%), while their theoretical binding capacity of CO2 is up to 34.1%. The X-ray diffraction (XRD) analysis of the phase composition of slags has revealed the presence of amorphous glass phase, which was confirmed with the thermogravimetric (DTA/TG) analysis. The process of mineral sequestration of CO2 has resulted in a significant amount (9.32%) of calcium carbonate – calcite, while the calculated degree of carbonation of the examined blast furnace slag is up to 39%. The high content of calcium, and a significant content of CaCO3–calcite, has confirmed the suitability of the discussed waste products to reduce carbon dioxide emissions.

PL

Mineralna sekwestracja przy wykorzystaniu odpadów jest metodą redukcji CO2 szczególnie interesującą dla znaczących emitentów, którzy są zarazem wytwórcami odpadów mineralnych, tak jak przemysł hutniczy. Emisja CO2 z produkcji żelaza i stali wyniosła 6 181,07 kt w 2014 roku (PNIR 2016). Przemysł ten bierze udział w systemie handlu pozwoleniami na emisję ditelnku węgla − EU ETS, a zarazem w procesach wielkopiecowych powstają odpady mineralne − żużle o wysokiej zawartości CaO, które mogą być stosowane do redukcji emisji CO2. Żużle hutnicze mogą być stosowane do realizacji procesu mineralnej sekwestracji ditelenku węgla metodą bezpośrednią (jednoetapową) oraz pośrednią (dwuetapową). W artykule przedstawiono wyniki badań stopnia karbonatyzacji granulowanych żużli wielkopiecowych klasyfikowanych według Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów do podgrupy 10 02 odpady z hutnictwa żelaza i stali jako odpad o kodzie 10 02 01. Do prowadzenia procesu karbonatyzacji zastosowano metodę bezpośrednią gaz−ciało stałe. Zwilżone żużle były poddawane procesowi sekwestracji ditelnku węgla przez 28 dni, a uzyskane wyniki porównano z analizą świeżych odpadów. Poddane badaniom żużle charakteryzują się wysoką zawartością wapnia, wynoszącą prawie 24%, a ich obliczona teoretyczna pojemność związania CO2 wynosi 34,1%. Analiza składu fazowego żużli wykorzystanych w badaniach, prowadzona metodą rentgenograficzną, wykazała jedynie obecność amorficznej fazy szklistej, co potwierdzają wyniki analizy DTA/TG. Proces mineralnej sekwestracji CO2 spowodowało powstanie w znaczącej ilości 9,32% węglanu wapnia–kalcytu, a obliczony stopień karbonatyzacji badanych żużli wielkopiecowych wynosi maksymalnie 39%. Wysoka zawartość wapnia oraz powstanie znaczącej zawartości CaCO3–kalcytu, potwierdza szczególne predyspozycje tych odpadów do redukcji emisji ditlenku węgla.

3

Mineralna karbonatyzacja przy zastosowaniu surowców naturalnych –metodą redukcji CO2?

Uliasz-Bocheńczyk A., Mokrzycki E.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2014

|

T. 30, z. 3

99--110

PL

Mineralna karbonatyzacja jest jedną z metod ograniczania antropogenicznej emisji CO2. Metoda ta polega na wykorzystaniu naturalnego zjawiska wiązania ditlenku węgla przez surowce naturalne lub beton. Od pojawienia się w 1990 r. w NATURE pierwszej publikacji dotyczącej mineralnej sekwestracji CO2, prowadzone są badania nad wykorzystaniem zjawiska wiązania ditlenku węgla. W wyniku procesu ditlenek węgla wiązany jest w stałej formie, co powoduje, że metoda ta jest bezpieczna ekologicznie. Dodatkowo w wyniku reakcji, która jest egzotermiczna, uwalnia się ciepło, które może być potencjalnie wykorzystane. Proces ten może być stosowany jako ostatni etap technologii CCS (Carbon Capture and Storage). Mineralna karbonatyzacja może być realizowana jako metoda in-situ i ex-situ. Mineralna sekwestracja proponowana jest i badana zarówno dla surowców mineralnych, jak i odpadów. W Polsce szczególnie interesującą opcją jest zastosowanie do wiązania CO2 na drodze mineralnej karbonatyzacji odpadów energetycznych o wysokiej zawartości CaO i ograniczonym wykorzystaniu gospodarczym. Do wiązania CO2 przeanalizowano oprócz odpadów energetycznych również żużle hutnicze i pyły z pieców cementowych. Drugą opcją prowadzenia mineralnej karbonatyzacji jest stosowanie surowców naturalnych. Do mineralnej sekwestracji CO2 mogą być potencjalnie stosowane minerały, takie jak: oliwin, serpentyn czy talk. W artykule przedstawiono możliwości zastosowania surowców mineralnych do obniżenia emisji ditlenku węgla. Przeanalizowano również surowce mineralne występujące w Polsce, które potencjalnie mogą być stosowane do sekwestracji CO2 w ramach procesu ex situ i in situ. Artykuł jest wstępną analizą możliwości wykorzystania tego typu surowców do wiązania CO2 w Polsce.

EN

Mineral carbonation is one possible approach to reducing anthropogenic CO2 emissions. This method involves the use of a natural phenomenon of carbon dioxide causing CO2 to bond with natural or concrete materials. Since the appearance of the first publication on the mineral sequestration of CO2 (in 1990 in Nature), research has been conducted into making use of the carbon dioxide bond. The objective was to bind carbon dioxide into a solid form, a method rendering it environmentally safe. In addition, as a result of the reaction being exothermic, heat is released which can potentially be used. This process may be employed as the last step of CCS (Carbon Capture and Storage). Mineral carbonation can be implemented as a method both in situ and ex situ. Mineral sequestration is proposed and has been tested for both minerals and waste. In Poland, a particularly interesting option is the binding of CO2 through mineral carbonation of energy waste with a high content of CaO and limited economic use. Binding of CO2 has also been analyzed with use of the metallurgical slag and dust from cement kilns. Another option for mineral carbonation is the use of natural raw materials. To bind CO2 through mineral carbonation, minerals such as olivine, serpentine, and talc can be applied. This paper is a preliminary analysis presenting the possibility of using mineral raw materials to reduce carbon dioxide emissions. It also analyzes minerals occurring in Poland which can potentially be used to sequester CO2 in ex situ and in situ processes.

4

Ocena możliwości sekwestracji ditlenku węgla w wodnych zawiesinach wybranych popiołów lotnych

Uliasz-Bocheńczyk A., Gawlicki M., Pomykała R.

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2012

|

T. 28, z. 2

103-112

PL

Energetyka zawodowa jest największym emitentem antropogenicznego ditlenku węgla. Podstawowymi paliwami w Polsce są paliwa stałe - węgiel kamienny oraz węgiel brunatny, w procesach spalania w których powstają znaczne ilości odpadów, głównie popiołów lotnych. Popioły z węgla brunatnego, ze względu na skład chemiczny i fazowy, a tym samym właściwości, mają dotychczas ograniczone zastosowanie gospodarcze. Jedną z możliwości ich wykorzystania jest mineralna sekwestracja ditlenku węgla, ze względu na relatywnie dużą zawartość aktywnych CaO i MgO, które mogą reagować z ditlenkiem węgla w zawiesinach wodnych. W artykule przedstawiono teoretyczną pojemność związania oraz wyniki badań pochłaniania CO2 przez zawiesiny popiołowo-wodne sporządzone z popiołów lotnych ze spalania węgla brunatnego z El. Pątnów i El. Turów. Obliczona dla badanych popiołów maksymalna teoretyczna pojemność związania ditlenku węgla wyniosła odpowiednio: 14% dla popiołów z El. Pątnów oraz 14,4% dla popiołów z El. Turów. Badania wykazały, że najwięcej CO2 - 8,15 g/100 g popiołu - zostało pochłonięte przez zawiesiny sporządzone z popiołu fluidalnego z El. Turów o stosunku masowym popiołu do wody wynoszącym 0,8:1. W przypadku popiołu z El. Pątnów pochłanianie było mniejsze i wyniosło maksymalnie 8,7 g CO2/100 g popiołu. Największy przyrost pochłaniania CO2 obserwowano w pierwszych 30 minutach prowadzenia procesu karbonatyzacji w zawiesinach popiołu lotnego z El. Pątnów i pierwszych 15 minutach w zawiesinach popiołu lotnego z El. Turów. Po tym czasie pochłanianie wzrastało już powoli. Stwierdzono wzrost temperatury w komorach instalacji, potwierdzający zachodzenie procesu karbonatyzacji oraz jej endotermiczny charakter. Najwyższą temperaturę - 44,8 C zarejestrowano w zawiesinie popiołów z El. Turów o stosunku popiołu do wody - 0,8:1, w której stwierdzono również największe pochłanianie CO2. Przedstawione wyniki badań potwierdzają przydatność tych popiołów do sekwestracji ditlenku węgla.

EN

Power production is the largest source of emissions of anthropogenic carbon dioxide. The main fuels in Poland are solid fuels - hard coal and lignite. Their combustion produces large quantities of waste, primarily fly ash. The ashes from lignite, due to the chemical and phase composition, and thus their properties, have - so far - limited economic use. Among their possible applications is the use of mineral sequestration of carbon dioxide - this is the result of their relatively high content of active CaO and MgO, which can react with carbon dioxide in aqueous suspensions. The paper presents maximum theoretical capacity of CO2 bonding for examined fly ashes and the results of the research on absorption of CO2 by the ash-water suspensions from fly ash resulting from the combustion of lignite from Pątnów and Turów power plants. Calculated for the examined fly ashes maximum theoretical capacity of CO2 bonding amounted to 14% for the ashes from Pątnów power plant and 14.4% for the fly ashes from Turów power plant. Studies have shown that most CO2 - 8.15 g/100 g of ash, was absorbed by suspension with ashes from Turów power plant with a mass ratio of ash to water of at 0.8:1. In the case of ash from Pątnów power plant absorption was lower and amounted to a maximum - 8.7 g CO2/100 g ash. The largest increase CO2 absorption was observed in the first 30 minutes of carbonation in the suspensions of fly ash from Pątnów power plant and the first 15 minutes in suspensions of fly ash from Turów power plant. After this time, the absorption has increased slowly. An increase in temperature in the chamber system, confirming the occurrence of the process of carbonation and its endothermic character. The highest temperature - 44.8 C recorded in the suspension with ashes from Turów power plant, which has also the greatest absorption of CO2. The results confirm the usefulness of these ashes to sequester carbon dioxide.