In order to determine the suitability of Polish coals for steam gasification, five Polish hard coals and three brown coals, which are used for power and heat production, were examined in this work. The examinations of the process of steam gasification were conducted with the use of a laboratory plant which allows for measurements within a broad pressure range with the thermovolumetric method. Reactivity evaluations for the examined coals were conducted on the basis of an analysis of the shape of the kinetic curves of formation of major gasification products and a comparison of the curves of the carbon conversion degree of the examined raw materials. In order to evaluate the reactivity of the examined coals, the following factors were utilized: a comparison of the shape of the curves of the carbon conversion degree and the maximal value of the carbon conversion degree, the time of partial conversion τ0.5, the reactivity index R0.5, as well as the reaction rate constant of carbon conversion. The yields, composition and calorific value of the resulting gas were determined as well as the reaction rate constants of formation of particular gaseous products of gasification. Additionally, for the examined coals, ash fusibility and the content of selected impurities, e.g. sulfur, chlorine and mercury, were given.
PL
W pracy, w celu określenia przydatności polskich węgli dla potrzeb procesu zgazowania parą wodną, przebadano pięć polskich węgli kamiennych i trzy brunatne stosowane do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Badania procesu zgazowania parą wodną przeprowadzono na instalacji badawczej, która umożliwia pomiary w szerokim zakresie ciśnień metodą termowolumetryczną. Oceny reaktywności badanych węgli przeprowadzono, opierając się na przebiegu krzywych kinetycznych wydzielania się głównych produktów zgazowania oraz porównując krzywe stopnia konwersji pierwiastka C w badanych surowcach. Dla oceny reaktywności badanych węgli wykorzystano: porównanie przebiegu krzywych stopnia konwersji pierwiastka C oraz maksymalnego stopienia konwersji, czas połowicznej konwersji τ0,5, indeks reakcyjności R0,5 oraz stałą szybkości konwersji pierwiastka C. Wyznaczono również uzyski i skład wytwarzanego gazu, a także obliczono stałe szybkości tworzenia się poszczególnych produktów gazowych zgazowania. Dodatkowo dla analizowanych węgli podano temperatury topliwości popiołu oraz zawartość wybranych zanieczyszczeń: siarki, chloru i rtęci.
Rozwój technologii produkcji wodoru z gazu syntezowego otrzymywanego przez zgazowanie węgla wymaga prowadzenia systematycznych badań nad wytypowaniem do tego procesu węgla o najlepszych właściwościach. Miarą przydatności węgla do procesu produkcji wodoru jest jego reaktywność. Do tej pory nie opracowano jednak znormalizowanych metod badania reaktywności węgli. W artykule opisano opracowane w Zakładzie Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza GIG, kompletne stanowisko do badań reaktywności węgli w procesie zgazowania, w reaktorze ze złożem stałym, przeznaczonych do produkcji gazu bogatego w wodór.
EN
Progress in hydrogen production from syngas, as a product of coal gasification process, demands undertaking systematic research works on selecting optimal coals in terms of process requirements. The factor determining coal suitability for hydrogen production is its reactivity. There are no existing standardized methods of coal reactivity testing. The main task of the work presented was a design and construction of a complete fixed bed reactor installation for coal reactivity testing in the gasification process, oriented on hydrogen-rich gas production.
Światowa produkcja energii elektrycznej bazuje na zastosowaniu paliw stałych, płynnych i gazowych. W Polsce, zajmującej czołowe miejsce pod względem produkcji węgla kamiennego w Europie, 65% zapotrzebowania energetycznego zaspokajane jest z wykorzystaniem tego właśnie surowca. Węgiel kamienny poddawany jest przeróbce głównie w procesach spalania i zgazowania. Na całym świecie nieustannie dąży się do udoskonalania technologii wytwarzania energii elektrycznej przez poprawę sprawności instalacji przemysłowych, przy jednoczesnym uwzględnieniu aspektów środowiskowych, takich jak na przykład redukcja zanieczyszczeń powietrza w wyniku minimalizacji emisji gazów cieplarnianych, powstających w procesie spalania. Głównym produktem procesu zgazowania węgla jest gaz syntezowy, znajdujący wiele zastosowań przemysłowych, zwłaszcza w syntezie chemicznej (w ubiegłym stuleciu była to głównie synteza produktów chemicznych do wytwarzania paliw silnikowych). Zarówno w przypadku spalania, jak i zgazowania węgla, pierwszym etapem procesu jest, trwająca ułamki sekundy, piroliza, czyli proces termicznego rozkładu węgla, której produktami są średniokaloryczny gaz, ciekłe węglowodory oraz stała pozostałość - karbonizat. Jednym z parametrów charakteryzujących węgiel oraz powstający w wyniku jego pirolizy karbonizat, pod względem efektywności zastosowań w procesach przemysłowych, jest reaktywność. Określa ona zdolność węgla lub produktów jego przetwórstwa do przemian termochemicznych w procesach spalania bądź zgazowania i jest zależna od wielu czynników, między innymi od: zawartości części lotnych, popiołów, stopnia uwęglenia wyjściowego węgla oraz warunków przeobrażeń fizykochemicznych, jakim podlega węgiel podczas pirolizy. Brak jest obecnie znormalizowanych metod badania reaktywności węgla lub otrzymanych z niego karbonizatów z uwagi na różnorodność warunków prowadzenia procesów i stosowanych metod zgazowania i spalania węgla oraz brak prostej metodyki laboratoryjnej. W artykule, na podstawie danych literaturowych, opisano metody badania reaktywności węgli lub karbonizatów z zastosowaniem: analizatorów termograwimetrycznych (TGA), reaktorów DTR (Field's Drop Tube Reactor), reaktorów ze złożem stałym (Fixed Bed Reactor), reaktorów ze złożem fluidalnym (Fluidized Bed Reactor - FBR), bomb kalorymetrycznych, reaktorów WRB (Wire Mesh Reactor) oraz reaktorów HRR (Hot Rod Reactor), ze wskazaniem zalet i wad każdej z nich.
EN
The world' s power production is based on solid, liquid and gaseous fuels. In Poland, being the leading European hard coal producer, 65% of energy needs depends on this solid fuel. Hard coal is processed mainly in combustion and gasification systems. The world's trend is the continuous upgrading of power production technologies by improvements in the effectiveness of the industrial systems, while taking into account the environmental aspects, like e.g. reduction of green house gases emission from combustion systems. The main product of gasification is synthesis gas, widely applied in industry, especially in industrial synthesis (during the last century mainly in the synthesis of chemical products for engine fuels production). The first stage of both: the gasification and combustion processes is pyrolysis - lasting fractions of a second process of thermal decomposition of coal, resulting in production of medium calorific gas, liquid hydrocarbons and solid residue - chars. One of the parameters describing coal and its chars in terms of their effectiveness in industrial processes is their reactivity. The reactivity determines an ability of coal and coal processing products to undergo thermochemical transformations in combustion and gasification processes and depends on many factors, like chemical composition of coal and chars: content of volatiles, ashes and carbon, as well as the terms under which the physical and chemical changes during pyrolysis take place. The reactivity is not tested on a standardized basis, mainly because of the wide variety of reaction terms and methods of combustion and gasification used and lack of simple laboratory testing method. In the paper, short characteristics of reactors depicted in the literature as used in reactivity testing, such as: thermogravimetric analyzers (TGA), Field's Drop Tube Reactors (DTR), Fixed Bed Reactors, Fluidized Bed Reactors (FBR), Calorimetric Bombs, Wire Mesh Reactors (WMR) and Hot Rod Reactors (HRR) are presented.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.