Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wychwyt i zagospodarowanie dwutlenku węgla jako elementy dekarbonizacji energetyki i przemysłu – stan wiedzy i perspektywy rozwoju

Czekalski Rafał, Kochaniewicz Andrzej

Energetyka

|

2024

|

nr 2

59--67

PL

W artykule przedstawiono aktualny stan wiedzy w zakresie problematyki wychwytu oraz zagospodarowania dwutlenku węgla. W pierwszej części skupiono się na przeglądzie dostępnych metod wychwytu CO2 oraz zwrócono uwagę na metody, które mają największe szanse na komercyjne wdrożenie w przemyśle cementowym, rafineryjnym, hutniczym, papierniczym oraz energetyce. Wykonano obliczenia modelowe w celu określenia wpływu instalacji wychwytu CO2 na wskaźniki pracy bloku na przykładzie bloku gazowo-parowego klasy 600 MW. Analiza integracji wychwytu CO2 z blokiem gazowo-parowym miała na celu określenie energochłonności procesu i wpływu na wskaźniki energetyczne bloku. Uzyskane wyniki obliczeń porównano z wynikami podobnych analiz (różnych bloków energetycznych zasilanych paliwami kopalnymi) dostępnymi w publikacjach naukowych. Dla analizowanego modelu bloku gazowo-parowego zintegrowanego z wychwytem CO2 dokonano próby oszacowania nakładów inwestycyjnych na budowę instalacji CCS (bez uwzględnienia kosztów transportu CO2 oraz kosztów zmiennych). W drugiej części artykułu przedstawiono kwestię zagospodarowania CO2. W tym kontekście rozpatrywane były dwie opcje, tj. zatłaczanie pod ziemię (geologiczne składowanie) oraz utylizacja poprzez konwersję w inny wartościowy produkt. W końcowej części artykułu skupiono się na najistotniejszych barierach dla rozwoju wychwytu i utylizacji CO2, która wynika przede wszystkim z braku precyzyjnych regulacji prawnych, bardzo wysokich kosztów ekonomicznych oraz ograniczeń o charakterze technicznym.

EN

The article presents the state of the art in carbon capture and management. The first part of the article includes a review of available carbon capture technologies and highlights methods that have the greatest chance of commercial application in cement, refining, iron and steel, paper and power industries. The article presents model calculations made to assess the impact of the carbon capture facility on performance indicators of power units using the example of a 600 MW CCGT unit. The integration of CO2 capture with the CCGT unit is analyzed to determine energy consumption of the process and its impact on energy indicators of the unit. The calculation results are compared with the results of similar analysis (of different fossil fuel-fired power units) available in scientific publications. An attempt is made to estimate capital expenditures for construction of the CCS facility (excluding CO2 transport costs and variable costs) for the analyzed model of the CCGT unit integrated with CO2 capture. The second part of the article presents issues related to carbon management. In this context, two options are considered, i.e., underground injection (geological storage) and conversion into another valuable product. The final part of the article focuses on the most significant barriers to development of carbon capture and utilization, resulting mainly from the lack of precise legal regulations, very high economic costs and technical constraints.

2

Bezpośredni wychwyt dwutlenku węgla z powietrza aktualny stan i kierunek badań

Kotowicz Janusz, Niesporek Kamil

Rynek Energii

|

2023

|

Nr 4

44--51

PL

W niniejszym artykule dokonano przeglądu literaturowego dotyczącego technologii bezpośredniego wychwytu dwutlenku węgla z powietrza, zwracając szczególną uwagę na zagadnienia takie jak badania nad opracowaniem wysoce efektywnych sorbentów, ekonomiczne aspekty funkcjonowania przedsiębiorstwa, współpraca ze źródłami OZE w ramach technologii Power-to-X czy oddziaływanie sorbentów na środowisko naturalne. Przedstawiono również aktualny stan projektów realizujących DAC. Zwrócono uwagę na konieczność rozwoju tej technologii, szczególnie mając na uwadze zachodzącą transformację energetyczną. Poruszono również problematykę energochłonności procesu.

EN

This article reviews the literature on direct atmospheric carbon capture (DAC) technology, paying partic ar attention to issues such as research into the development of highly efficient sorbents, the economics of the b›usiness, cooperation with RES sources as part of power—to-X technology or the environmental impact of sorbents. The current status of projects implementing DAC was also presented. Attention was drawn to the 'neces sity of developing this technology, particularly in view of the ongoing energy transition. The energy intensity of the process was also discussed.

3

Ocena korozji stali podczas geologicznej sekwestracji dwutlenku węgla

Masłowski Mateusz

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 5

326--337

PL

W artykule przedstawiono tematykę związaną z korozją stali podczas geologicznej sekwestracji dwutlenku węgla. Ma to związek z tworzeniem się środowiska korozyjnego w obecności wody w środowisku CO2. Następuje wówczas pogorszenie się właściwości stali w wyniku jej reakcji z otaczającym środowiskiem i przechodzeniem wolnego metalu w związki, co wpływa w znacznym stopniu na bezpieczeństwo pracy urządzeń oraz stan rur stalowych. Opracowaną procedurę symulacji zjawiska korozji, metodykę badań, analiz i oceny korozji zweryfikowano testami laboratoryjnymi. Do testów zastosowano próbki stali L-80 (13Cr) wycięte z rury eksploatacyjnej. Natomiast środowisko korozyjne stanowił wilgotny czysty dwutlenek węgla o zawartości wody destylowanej wynoszącej 5000 ppm. Testy korozji przeprowadzono dla dwóch temperatur (40°C i 80°C) i dwóch ciśnień (8 MPa i 20 MPa), umożliwiających uzyskanie CO2 w fazie nadkrytycznej. Na podstawie wykonanych fotografii powierzchni stali nie stwierdzono widocznej korozji. Po testach korozji powierzchnie kuponów miały nadal charakter metaliczny, błyszczący. Wyznaczone na podstawie ubytku masy wartości szybkości korozji także nie wykazały procesu korozji stali w środowisku zawilgoconego CO2 dla zadanych warunków T i P. Dodatkowo wykonane obrazowanie i analiza powierzchni stali pod mikroskopem optycznym pozwoliły na zaobserwowanie początku tworzenia się korozji ogólnej (równomiernej) i wżerowej (miejscowej). Określono wielkości charakteryzujące wżery (średnią i maksymalną głębokość). Głębokość powstałych wżerów była rzędu od 0,00569 mm do 0,017 mm. Największą głębokość uzyskano w teście 4 (T = 80°C i P = 20 MPa). Na tej podstawie wyznaczono wartości szybkości korozji oraz wykonano dodatkową teoretyczną analizę głębokości korozji po 1 roku, 10, 50 i 100 latach. Pozwoliła ona stwierdzić, że niebezpieczna głębokość wżerów dla stali L-80 (13Cr) pojawi się po okresie 10 lat.

EN

This paper discusses steel corrosion during geological sequestration of carbon dioxide. It is caused by formation of a corrosive environment in the presence of water in the CO2 environment. A deterioration of steel properties is a result of its reaction with the surrounding environment and the transition of free metal into compounds. This has a significant impact on the operational safety of equipment and steel pipes. The developed procedure for simulating the phenomenon of corrosion, the methodology of research, analysis and corrosion assessment were verified by laboratory tests. L80 (13Cr) steel samples cut from a service pipe were used for the tests. The corrosive environment was humid pure carbon dioxide with a content of distilled water of 5000 ppm. Corrosion tests were carried out for two temperatures (40 and 80°C) and two pressures (8 and 20 MPa), enabling CO2 to be obtained in the supercritical phase. No visible corrosion was found on the basis of the photographs of the steel surface. After the corrosion tests, the surfaces of the coupons were still metallic and shiny. The corrosion rate values determined on the basis of mass loss also did not show the corrosion process of steel in an environment moistened with CO2 for the given conditions T and P. Additional imaging and analysis of the corrosion pit surface under the optical microscope made it possible to observe the beginning of the formation of general (uniform) and pitting (local) corrosion. The values characterizing the pits (average and maximum depth) were determined. The depth of the resulting pits ranged from 0.00569 mm to 0.017 mm. The greatest depth was obtained in test 4 (T = 80°C and P = 20 MPa). On their basis, it was suggested to determine the value of the corrosion rate and perform an additional theoretical analysis of the corrosion depth after 1, 10, 50 and 100 years. This would enable the emergence of dangerous depth of pits for steel L-80 (13Cr) after a period of 10 years to be observed.

4

Wpływ nanometrycznego karbonizatu z łupin pestek moreli na właściwości mechaniczne kompozytów cementowych

Sisman Mehmet, Teomete Egemen, Yanik Jale, Malayoglu Ugur, Tac Gozde Duman

Cement Wapno Beton

|

2023

|

R. 28, nr 1

2--15

PL

Waloryzacja odpadów rolniczych jest ważna zarówno pod względem ekonomicznym jak i środowiskowym. Celem pracy było zbadanie możliwości wykorzystania karbonizatu z pestek moreli jako wypełniacza do poprawy właściwości mechanicznych zaprawy i wspomagania sekwestracji CO2. Karbonizat został wyprodukowany w wyniku pirolizy łupin pestek moreli w temperaturze 500°C. Karbonizat o wymiarach mniejszych niż 500 nm otrzymano w procesie wysokoenergetycznego mielenia kulowego. Do określenia morfologii ziaren karbonizatu użyto skaningowego mikroskopu elektronowego. Krbonizat w różnych procentach objętościowych [0,00-0,04-0,06-0,08-0,12-0,15%] dodawano do zaprawy. Zaprawę formowano w beleczki o wymiarach 40x40x160 mm. Po dojrzewaniu w wodzie w temperaturze 20°C przez 28 dni wykonano badania wytrzymałości na ściskanie i zginanie. Mieszanka zawierająca 0,04% objętości nanometrycznego karbonizatu wyróżniała się wzrostem wytrzymałości na zginanie i ściskanie odpowiednio o 5% i 15%, a jej energia pękania przy zginaniu i ściskaniu wzrosła odpowiednio o 98% i 38% w stosunku do zaprawy referencyjnej. Ponadto, w mieszance o zawartości 0,12% objętości nastąpił wzrost wytrzymałości na zginanie i ściskanie odpowiednio o 32% i 11%. Natomiast wzrost energii pękania przy zginaniu i ściskaniu wyniósł odpowiednio 52% i 25% w porównaniu z zaprawą referencyjną. Wyjaśniono mechanizmy wpływu nanometrycznego karbonizatu na płynięcie, wytrzymałość i energię pękania. Ziarna karbonizatu mostkują pęknięcia, odwracają je, działają jako miejsca nukleacji hydratacji, wzmacniają matrycę przez jej porowatą strukturę i rozwijają wewnętrzne twardnienie, co prowadzi do wzrostu wytrzymałości i energii pękania. Badanie to wykazuje, że karbonizat produkowany z łupiny pestek moreli ma potencjał do wykorzystania jako mieszanina sekwestrująca węgiel w celu poprawy efektywności zaprawy, a tym samym wykorzystania odpadów jako materiału budowlanego, przyczyniając się do rozwoju gospodarki i ochrony środowiska.

EN

Valorization of agricultural wastes is important both economically and environmentally. This study aimed to investigate the use of biochar as a filler to improve the mechanical properties of mortar and to help sequestrate CO2. The biochar was produced by pyrolysis of apricot kernel shell at 500°C. Nanobiochar particles with dimensions less than 500 nm were obtained by high-energy ball milling process. Scanning electron microscope was used for determining the morphology of nanobiochar. The nanobiochar at different volume percentages [0.00-0.04-0.06-0.08-0.12-0.15%] was added to mortar. The mortar was casted into 40x40x160 mm molds. After water curing at 20°C for 28 days, compressive strength and flexural strength tests were performed. The mixture containing 0.04% nanobiochar by volume had an increase in flexural and compressive strengths by 5% and 15% respectively, while its fracture energies for flexure and compression increased by 98% and 38% respectively compared to the reference mortar. Furthermore, the mixture having 0.12% volume had an increase in flexural and compressive strengths by 32% and 11%, respectively, while the increase in fracture energies for flexure and compression was 52% and 25%, respectively, compared to the reference mortar. The mechanisms of nanobiochar effect on flow, strength, and fracture energy were enlightened. The nanobiochars bridge the cracks, divert the cracks, act as hydration nucleation sites, enhance the matrix by its porous structure, and developed internal curing that led to increase in strength and fracture energy. This study suggests that the biochar produced from the apricot kernel shell has the potential to be used as a carbon sequestering mixture to improve performance of mortar and thereby utilizing waste as a construction material, contributing to the economy and environment.

5

Projekty CCS - szansa dla przemysłu i emitentów w dobie transformacji energetycznej

Cygnar Helena, Porębski Michał, Wójcikowski Artur, Tyburcy Jarosław

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2022

|

R. 25, Nr 2 (278)

4-10

EN

CCS (carbon capture and storage) projects are an important element of the energy transition and a solution for the energy industry struggling with high prices of CO2 emission allowances. For the time being, no project has been launched in Poland that would consist in injecting CO2 into an underground formation for permanent storage. In November last year, LOTOS Petrobaltic S.A. together with its partners Grupa LOTOS S.A. and Grupa Azoty S.A. published the "Green Book for the development of CCS projects in Poland". The article below addresses the most important issues identified through an analysis of the legislative environment, both domestic and international, as well as technical aspects that need to be taken into account to implement the first CCS project in Poland. The authors indicate the B3 oil field in the Baltic Sea area as a potential pilot for the commencement of this type of activity in our country. Depleted gas and oil reservoirs are used around the world as storage facilities for CO2 due to confirmed tightness and appropriate parameters of such structures. In addition, the article presents an example of a CCS project launched in the Netherlands (Porthos) and the financing method for such projects.

6

The Link Between Habitats and Carbon Accumulation From Natural Forest Regrowth in Borino Municipality (Southern Bulgaria)

Grigorov Borislav

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2021

|

Vol. 31, no. 1

182--191

EN

Carbon accumulation in forests is an important step towards achieving better climate mitigation levels. The current research aims at uncovering the link between the NATURA 2000 habitats in Borino Municipality, Southern Bulgaria and the expected carbon sequestration from natural forest regrowth for the period 2020-2050. The case study area currently is of a predominantly mountainous character with a number of forests – a prerequisite for enlargement of the carbon pools. Nevertheless, there are also grassland habitats, which participate in this process as well. The results of the research show that the southern parts of the municipality possess a larger potential for carbon accumulation with levels, reaching 1.10 and 1.28Mg C ha⁻¹ yr⁻¹. The promising outcomes may be used as an example of an investigation of climate mitigation and may serve as a basis for broadening the geographical range in other municipalities in the region.

7

Carbon Accumulation Potential from Natural Forest Regrowth of Godech Municipality, Western Bulgaria

Grigorov Borislav

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2021

|

Vol. 31, no. 1

192--199

EN

The present research deals with carbon sequestration, as an important process for mitigating the effects of climate change. The investigation focuses on a 30-year period and it covers only aboveground biomass that builds up from natural forest regrowth, excluding any plantation techniques. Potential carbon sequestration rate from natural forest regrowth in Godech Municipality was measured in Mg C ha⁻¹ yr⁻¹ and the resolution of the map was 1x1 km. The results of the study display that carbon accumulation values in the researched area were consistent with those that were expected in the largest parts of Bulgaria. The biggest share of Godech Municipality falls within the range of 0.82 – 0.96 Mg C ha⁻¹ yr⁻¹ with restricted areas around the villages of Barlya, Smolcha, Gubesh, Murgash and Varbnitsa that may accumulate between 0.96 – 1.11 Mg C ha⁻¹ yr⁻¹. In conclusion, carbon accumulation only from natural forest regrowth provides representative information, however it would have been better if different plantation techniques were regarded as well. The successful results of the investigation should encourage other studies of this type in the neighbouring municipalities.

8

Characteristic of carbon dioxide absorption by cereals in Poland and China

Pawłowski Lucjan, Pawłowska Małgorzata, Cel Wojciech, Wang Lei, Li Chong, Mei Tingting

Gospodarka Surowcami Mineralnymi

|

2019

|

T. 35, z. 1

165--176

EN

The reports of Intergovernmental Panel for Climate Change indicate that the growing emission of greenhouse gases, produced from the combustion of fossil fuels, mainly carbon dioxide, leads to negative climate changes. Therefore, the methods of mitigating the greenhouse gases emission to the atmosphere, especially of carbon dioxide, are being sought. Numerous studies are focused on so-called geological sequestration, i.e. injecting carbon dioxide to appropriate geological strata or ocean waters. One of the methods, which are not fully utilized, is the application of appropriate techniques in agriculture. The plant production in agriculture is based on the absorption of carbon dioxide in the photosynthesis process. Increasing the plant production directly leads to the absorption of carbon dioxide. Therefore, investigation of carbon dioxide absorption by particular crops is a key issue. In Poland, ca. 7.6 mln ha of cereals is cultivated, including: rye, wheat, triticale, oat and barley. These plants absorb approximately 23.8 mln t C annually, including 9.8 mln t C/yr in grains, 9.4 mln t C/yr in straw and 4.7 mln t C/yr in roots. The China, these cereals are cultivated on the area over 24 mln ha and absorb 98.9 mln t C/yr, including 55 mln tC/yr in grains, 36 in straw, and 7.9 mln t C/yr in roots. The second direction for mitigating the carbon dioxide emission into the atmosphere involves substituting fossil fuels with renewable energy sources to deliver primary energy. Cultivation of winter cereals as cover crops may lead to the enhancement of carbon dioxide removal from the atmosphere in the course of their growth. Moreover, the produced biomass can be used for energy generation.

PL

Z raportów Międzynarodowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) wynika, że rosnąca emisja gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania paliw kopalnych, prowadzi do negatywnych zmian klimatu. Wobec takiego zagrożenia poszukuje się metod prowadzących do ograniczenia emisji do atmosfery gazów cieplarnianych, w szczególności dwutlenku węgla. Badania nad ograniczeniem emisji dwutlenku węgla koncentrują się głównie nad tzw. sekwestracją geologiczną, czyli zatłaczaniem dwutlenku węgla do odpowiednich pokładów geologicznych lub wód oceanicznych. Jednym ze sposobów, nie w pełni wykorzystanych, jest stosowanie odpowiednich technik w rolnictwie. Roślinna produkcja w rolnictwie oparta jest na absorpcji dwutlenku węgla w procesie fotosyntezy. Zwiększenie produkcji roślinnej prowadzi bezpośrednio do wzrostu absorpcji dwutlenku węgla. Dlatego ważnym zagadnieniem jest poznanie absorpcji dwutlenku węgla przez poszczególne uprawy. W Polsce na obszarze o powierzchni 7,6 mln ha uprawia się zboża: żyto, pszenicę, pszenżyto, owies i jęczmień. Rośliny te absorbują rocznie około 23,8 mln t C, z tego 9,8 mln t C/rok w ziarnach, 9,4 mln t C/rok w słomie i 4,7 mln t C/rok w korzeniach. W Chinach zboża te uprawiane są na powierzchni przekraczającej 24 mln ha i absorbują 98,9 mln t C/rok, z tego w ziarnach 55 mln t C/rok, w słomie 36 mln t C/rok, a 7,9 mln t C/rok w korzeniach. Drugim kierunkiem ograniczania emisji dwutlenku węgla do atmosfery jest zastępowanie paliw kopalnych, stanowiących źródło energii pierwotnej, przez odnawialne źródła energii. Uprawa zbóż ozimych jako roślin okrywowych może prowadzić do intensyfikacji usuwania dwutlenku węgla z atmosfery. Ponadto wyprodukowana biomasa może być wykorzystana jako surowiec do produkcji energii.

9

An impact of mechanical stress in coal briquettes on sorption of carbon dioxide

Wierzbicki M.

Archives of Mining Sciences

|

2017

|

Vol. 62, no. 3

483--494

EN

The presence of gases (methane or carbon dioxide) in hard coal is connected with numerous threats for miners employed in underground mining facilities. When analyzing the coal-methane system, it is necessary to determine the relationship between pressure and gas sorption. Such a relationship should be determined under conditions similar to the natural ones – when it comes to both temperature and pressure. The present paper discusses the results of research conducted with the use of coal briquettes under the state of mechanical stress. Carbon dioxide sorption isotherms were determined for different values of stress affecting the coal material. For five coal samples collected in different mines of the Upper Silesian Coal Basin, Langmuir’s sorption isotherms were determined. The results point to significant impact that mechanical stress has upon the sorption process. It is about 1 percent of the value obtained for coal not subjected to stress per 1 MPa. The research results can also prove useful when analyzing hard coal seams from the perspective of their carbon dioxide sequestration abilities.

PL

Obecność gazów (metanu lub dwutlenku węgla) w węglu kamiennym połączona jest z licznymi zagrożeniami dla pracowników zatrudnionych w podziemnych zakładach górniczych. Analizując układ węgiel-metan, konieczne jest określenie zależności między ciśnieniem a wielkością sorpcji gazu. Taki związek powinien być określony w warunkach podobnych do tych naturalnych – jeśli chodzi zarówno o temperaturę układu węgiel-metan i ciśnienie. Niniejszy artykuł omawia wyniki badań prowadzonych z użyciem brykietów węglowych poddanych naprężeniom mechanicznym. Próbki węgla pobrano w pięciu kopalniach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, pokazanych na mapie z Rys. 1. Pobrane próbki poddane zostały analizie technicznej, analizie składu mecerałowego oraz badaniom powierzchni właściwej metodą sorpcji niskociśnieniowej Właściwości pobranych węgli zestawiono w Tab. 1. W brykieciarce, pokazanej schematycznie na Rys. 2 wykonano brykiety węglowe o znanych właściwościach oraz znanych wartościach rezydualnych naprężeń radialnych. Wartości tych naprężeń zestawiono w Tab. 3. Wyznaczono izotermy sorpcji (z modelu Langmuira) dla dwutlenku węgla dla różnych wartości naprężeń mechanicznych oddziałujących na materiał węglowy. Wyniki wskazują na znaczący wpływ naprężeń w brykiecie na proces sorpcji. Wywarcie naprężenia mechanicznego wartości około 10 bar skutkuje ograniczeniem maksymalnej sorpcji Langmuira o około 1%, co pokazano na Rys. 9. przedstawiającym zależność maksymalnej sorpcji Langmuira od wartości naprężeń radialnych dla wszystkich przebadanych próbek węgla. Wyniki badań mogą okazać się przydatne przy analizie pokładów węgla z punktu widzenia ich zdolności do sekwestracji dwutlenku węgla.

10

Carbon accumulation in the bulk soil and different soil fractions during the rehabilitation of desertified grassland in Horqin Sandy Land (Northern China)

Li Y., Zhao X., Wang S., Zhang F., Lian J., Huang W., Mao W.

Polish Journal of Ecology

|

2015

|

Vol. 63, nr 1

88--101

EN

Desertification, which affects more than two-thirds of the world’s arid and semi-arid regions, is a significant global ecological and environmental problem. There is a strong link between desertification of the drylands and emission of CO2 from soil and vegetation to the atmosphere. The Horqin Sandy Land is a severely desertified area in China’s agro-pastoral ecotone due to its fragile ecology, combined with unsustainable land management. We estimated changes of organic carbon content in the bulk soil (0–5 cm), in the light-fraction of soil organic matter (based on density fractionation), and in the various particle-size fractions in areas with mobile sand dunes after implementing grazing exclusion (12 and 27 years) and tree and shrub planting (22 and 24 years). Carbon stocks in the bulk soil and all soil density and particle-size fractions increased significantly in the exclosure and plantation plots. The average rates of carbon accumulation in the bulk soil in the exclosure and plantation plots were 16.0 and 17.8 g m-2 y-1, respectively, versus corresponding values of 2.3 and 7.1 g m-2 y-1 for the light fraction, 4.3 and 8.0 g m-2 y-1 for the coarse fraction, 5.0 and 3.4 g m-2 y-1 for the fine sand, 4.5 and 4.2 g m-2 y-1 for the very fine sand, and 1.8 and 1.8 g m-2 y-1 for the silt+clay fraction. The older the exclosure and plantation, the more carbon accumulated in the bulk soil and in each fraction. The carbon pool exceeded the level in non-desertified grasslands after 27 years of grazing exclosure and 24 years of the shrub plantation. Our results suggest that both grazing exclusion and planting trees and shrubs can restore desertified grassland, creating a high potential for sequestering soil carbon, but that the plantations appeared to accumulate soil carbon faster than the exclosures.

11

Receptury zaczynów cementowych tworzących kamienie odporne na CO2

Kut Ł.

Nafta-Gaz

|

2014

|

R. 70, nr 5

293--300

PL

W ostatnich latach na całym świecie bardzo często poruszane są tematy związane z emisją dwutlenku węgla do środowiska oraz wynikającymi z tego problemami. Niektóre kraje postanowiły szukać sposobów na zmniejszenie ilości produkowanego dwutlenku węgla i ewentualnej możliwości jego bezpiecznego magazynowania. Jednym z takich sposobów jest sekwestracja dwutlenku węgla, czyli jego podziemne składowanie i deponowanie w strukturach geologicznych. Do cementowania rur w otworach przeznaczonych do sekwestracji CO2 powinny być używane zaczyny uszczelniające, które wykazują podwyższoną odporność na korozję oraz niską przepuszczalność, dla zapobiegania ewentualnym migracjom gazu przez powstały kamień cementowy. Ograniczenie oddziaływania CO2 na kamień cementowy oraz zmniejszenie jego przepuszczalności można uzyskać poprzez wprowadzenie do zaczynu cementowego dodatków puzzolanowych (np. pyłu elektrownianego) oraz materiałów zawierających duże ilości SiO2 (np. mączki krzemionkowej). Obniżenie porowatości i przepuszczalności możliwe jest dzięki zastosowaniu specjalnych dodatków i domieszek o różnej wielkości uziarnienia. W artykule zamieszczono wyniki badań prowadzonych w INiG – PIB dla zaczynów cementowych i cementowo-lateksowych. Kamienie cementowe powstałe po utwardzeniu zaczynów przechowywane były w środowisku wodnym nasyconym CO2. Po zaplanowanych okresach badano ich parametry mechaniczne oraz przepuszczalności. Po wykonaniu badań laboratoryjnych wytypowano receptury zaczynów cechujących się podwyższoną odpornością na działanie CO2 oraz stosunkowo niską przepuszczalnością.

EN

In recent years all over the world very often discussed are issues related to carbon dioxide emissions into the environment and problems related to it. Some countries have decided to fight the problem and look for ways to reduce the amount of carbon dioxide produced and the possible opportunities for its safe storage. One such method is carbon sequestration, which is the underground storage and deposition in geological structures. The cementing pipes in the holes for CO2 sequestration should be used for sealing slurries, which exhibit increased resistance to CO2 and low permeability, to prevent the possible migration of gas through the resulting cement stone. Reduce the impact of CO2 on cement stone and reduce its porosity and permeability can be achieved by the introduction of grout pozzolans additives such as power plants and dust containing large amounts of materials such as powdered silica SiO2 while the permeability reduction through the use of ingredients with different grain sizes. This paper presents the results of research carried out in The Oil and Gas Institute – National Research Institute for cement slurries and cement slurries with latex additvie. Cement stones obtained after curing was stored in a saturated aqueous CO2. After a set period of time studied its mechanical properties and permeability. Once the recipes were chosen slurries characterized by increased resistance to CO2 and relatively low permeability.

12

Wpływ CO2 na zmiany porowatości i parametry mechaniczne kamienia cementowego

Kut Ł.

Nafta-Gaz

|

2013

|

R. 69, nr 7

532--545

PL

Na najbliższe lata planuje się w naszym kraju wiercenia otworów przeznaczonych do sekwestracji dwutlenku węgla. Do cementowania tych otworów powinny być użyte zaczyny uszczelniające, które wykazują podwyższoną odporność na działanie CO2 oraz odpowiednio niską porowatość. Ograniczenie oddziaływania CO2 na kamień cementowy oraz zmniejszenie jego porowatości można uzyskać poprzez wprowadzenie do zaczynu cementowego dodatków puzzolanowych (np. pył elektrowniany) oraz materiałów zawierających duże ilości SiO2 (np. mączka krzemionkowa). Obniżenie porowatości jest możliwe dzięki zastosowaniu specjalnych dodatków i domieszek o różnej wielkości uziarnienia. Badania prowadzono dla zaczynów cementowych i cementowo-lateksowych. Kamień cementowy powstały po utwardzeniu zaczynów przechowywany był w środowisku wodnym nasyconym CO2. Po określonym czasie badano parametry mechaniczne kamieni cementowych oraz ich porowatości. Po wykonaniu badań wytypowano receptury zaczynów cechujących się podwyższoną odpornością na działanie CO2 oraz stosunkowo niską porowatością.

EN

In the coming years in our country there are plans for drilling wells for carbon sequestration. For cementing these wells sealing slurries, which exhibit improved resistance to the action of CO2 and low porosity, respectively should be used. Reducing the impact of CO2 on cement stone and decreasing its porosity can be achieved by the introduction of grout pozzolans additives such as power plant dust and materials containing large amounts of powdered silica SiO2 while porosity reduction can be achieved through the use of ingredients with different grain sizes. The research was conducted for cement slurries and cement slurries with latex additves. Cement stone obtained after curing was stored in a saturated aqueous CO2. After a set period of time mechanical properties of cement stone and its porosity were studied. Once the research was over slurry recipes characterizing increased resistance to CO2 and relatively low porosity were chosen.

13

Stanowisko laboratoryjne wypierania się płynów w ośrodkach porowatych w aspekcie sekwestracji CO2

Blicharski J., Smulski R.

AGH Drilling, Oil, Gas

|

2012

|

Vol. 29, no. 1

89-96

PL

W artykule przedstawiono stanowisko laboratoryjne do badania wypierania się płynów w ośrodkach porowatych pod kątem geologicznej sekwestracji CO2 w sczerpanych złożach węglowodorów. Scharakteryzowano główne elementy stanowiska tj. komorę ciśnieniową do badania próbek skalnych, układ zatłaczania gazów wyposażony w bezpulsacyjną pompę, układ pomiaru ilościowego i jakościowego wypierających się płynów oraz układ zbioru rejestracji danych. Stanowisko to umożliwia badanie różnych zjawisk fizycznych występujących przy wypieraniu się płynów w ośrodkach porowatych w szerokim zakresie ciśnień i temperatur, odwzorowujących rzeczywiste warunki panujące w złożu. W ramach kalibracji stanowiska wykonano pomiary współczynnika przepuszczalności wzorcowego rdzenia, uzyskując korelujące się wyniki.

EN

Article describes laboratory apparatus for conducting core flood displacement experiments during CO2 injection into depleted hydrocarbon reservoirs. Authors made characteristics of main components of experimental apparatus e.g: corefood cell with porous material, injection system, production system and data recording system. Described apparatus allows for investigation of various physical phenomena which occur in fluid displacement processes at reservoir conditions. In order to calibrate apparatus a set of experiments were conducted on reference core sample of known parameters to evaluate its permeability. Achieved results show good agreement with reference values.

14

Discrepancies in the assessment of CO2 storage capacity and methane recovery from coal with selected equations of state. Part II. Reservoir simulation

Lutynski M. A., Battistutta E., Bruining H., Wolf K. A. A.

Physicochemical Problems of Mineral Processing

|

2011

|

Vol. 47

207-212

EN

Enhanced Coalbed Methane is a technology that helps mitigate CO2 emissions and at the same time recover methane from coal seams. Usually CO2 in coalbeds is stored under supercritical conditions and adsorption, as a crucial parameter, is responsible for the capacity of coalbed to store CO2. In the first part of this study three equations of state with the same set of experimental data were tested. In this study Langmuir parameters serve as an input data for the reservoir simulator. A sensitivity study for the two sets of Langmuir parameters and two permeability values was performed. Although differences in the results of simulation with Langmuir parameters calculated with PR and SW seem to be insignificant, on a larger field scale these discrepancies can be noteworthy. Improper calculation of sorption data may lead into a significant mismatch with field production.

PL

Intensyfikacja wydobycia metanu z pokładu węgla za pomocą zatłaczania dwutlenku węgla jest technologią, która nie tylko przyczynia się do zwiększenia uzysku tego surowca energetycznego ale jednocześnie zmniejsza emisję CO2. Pojemność pokładu węglowego jako zbiornika CO2 wyznacza się na podstawie badań sorpcji w laboratorium. Zaadsorbowany w matrycy węglowej CO2 znajduje się w stanie krytycznym i pomiar jego sorpcyjności jest istotnym czynnikiem, który determinuje wykorzystanie danego pokładu węgla jako zbiornika tego gazu. W pierwszej części studium dokonano analizy wpływu zastosowanego trzech równań stanu gazu tj. równania Penga-Robinsona (PR), równania Soave-Redlicha- Kwonga (SRK) oraz bardzo dokładnego równania stanu gazu dla CO2 Spana i Wagnera (SW), jako równania referencyjnego na obliczenie pojemności sorpcyjnej tego gazu na węglu na podstawie tych samych danych eksperymentalnych. Wyznaczone parametry Langmuira posłużyły jako dane wejściowe do symulatora złożowego. W celu określenia wpływu obliczonych parametrów Langmuira na uzysk metanu wykorzystano symulator złożowy ECLIPSE 300 z opcją Coalbed Methane. Symulacje przeprowadzono dla dwóch wartości przepuszczalności pokładu węgla: 1.5 md reprezentującej niskoprzepuszczalne węgle europejskie oraz 20 md reprezentującej wysokoprzepuszczlane węgle północnoamerykańskie. Z przeprowadzonych analiz wynika, że wyznaczenie parametrów izotermy Langmuira dla danych obliczonych za pomocą równania stanu gazu PR zawyża dzienny uzysk gazu w początkowym okresie produkcji w przypadku pokładu o przepuszczalności 1.5 md, natomiast w przypadku pokładu o przepuszczalności 20 md produkcja w początkowym okresie jest zaniżona. Pomimo, że różnice w uzysku gazu dla parametrów Langmuira obliczonych z równania PR i SW wydają się być niewielkie w przypadku większej skali rozpatrywanego problemu różnica ta może być znacząca.

15

Discrepancies in the assessment of CO2 storage capacity and methane recovery from coal with selected equations of state. Part I. Experimental isotherm calculation

Lutynski M. A., Battistutta E., Bruining H., Wolf K. A. A.

Physicochemical Problems of Mineral Processing

|

2011

|

Vol. 47

159-168

EN

The injection of carbon dioxide into coalbeds to increase methane recovery is an emerging technology which was tested in various pilot installations. Carbon dioxide stored in coalbeds is usually in supercritical state and therefore investigation of supercritical adsorption of this gas on coal is a subject of various studies. In the paper impact of three equations of state i.e. Peng Robinson (PR), Soave-Redlich-Kwong (SRK) and the most accurate Span-Wagner, as a reference, on the calculation of sorption capacity was investigated. Langmuir parameters were calculated on the basis of experimental results of CO2 volumetric sorption by a Selar Cornish coal sample. It is concluded that the use of cubic equation of state (PR and SRK) for the calculation of supercritical CO2 sorption on coal gives unreliable results by lowering apparent absolute adsorption in the lower pressure range (< 9 MPa) and unrealistically increasing it at higher pressures.

PL

Intensyfikacja wydobycia metanu z pokładu węgla za pomocą zatłaczania dwutlenku węgla jest technologią, która nie tylko przyczynia się do zwiększenia uzysku tego surowca energetycznego ale jednocześnie zmniejsza emisję CO2. Obecnie na Świecie istnieje kilka instalacji pilotowych, w których ta technologia poddawana jest badaniom. W Europie pokłady węglowe bogate w metan występują zazwyczaj na głębokościach przekraczających 750 m i temperaturach powyżej 40C, a więc w warunkach, w których CO2 jest w stanie krytycznym. Adsorpcja tego gazu w stanie krytycznym na węglach jest obecnie przedmiotem intensywnych badań. Do wyznaczonych w laboratorium izoterm sorpcji dopasowywane są następnie modele sorpcyjne jak np. izoterma Langmuira, izoterma BET czy model Dubinina-Raduszkiewicza. W pracy przedstawiono wyniki badań sorpcji dwutlenku węgla na węglu antracytowym Selar Cornish z zagłębia Południowej Walii (Wielka Brytania). Do analiz wyników użyto trzech równań stanu gazu stosowanych do określenia gęstości CO2 tj. równania Penga-Robinsowa (PR), równania Soave-Redlicha-Kwonga (SRK) oraz bardzo dokładnego równania stanu gazu dla CO2 Spana i Wagnera (SW), jako równania referencyjnego. Do uzyskanych danych sorpcji całkowitej dopasowano model izotermy Langmuira jako powszechnie stosowany w symulatorach złożowych. Obliczone parametry izotermy Langmuira tj. VL oraz PL w przypadku równania SW wyniosły odpowiednio 0.03648 sm3/kg oraz 0,597 MPa, natomiast dla równania PR wartości te wyniosły odpowiednio 0.03071 sm3/kg oraz 0,406 MPa. Odchyłka w obliczonych parametrach w stosunku do równania referencyjnego dla tej samej izotermy wyniosła odpowiednio -18,8% oraz -31,9%

16

Analiza adsorpcyjnego układu oczyszczania spalin kotłowych na potrzeby sekwestracji dwutlenku węgla

Sztekler K., Panowski M., Klajny R.

Systems : journal of transdisciplinary systems science

|

2010

|

Vol. 14, No sp.

186--192

PL

Energetyka zawodowa oparta jest na spalaniu paliw kopalnych, co powoduje że jest ona głównym emitorem CO2. Obecnie badania nad separacja dwutlenku węgla prowadzone są w dwóch kierunkach: separacji przed i po procesie spalania. Wcześniejsze badania modelowe prowadzone w Katedrze Ogrzewnictwa, Wentylacji i Ochrony Atmosfery na Politechnice Częstochowskiej z wykorzystaniem adsorpcyjnej metody separacji dwu-denku węgla ze spalin kotłowych wykazały, że wychwyt CO2 wiąże się z dużym zapotrzebowaniem na sorbent co sprawia że koszt separacji staje się bardzo wysoki. Przyczyną tego faktu jest głównie duży strumień gazów spalinowych generowanych w kotle energetycznym, z jednoczesnym niskim udziałem CO2 w spalinach. W pracy przedstawiono rezultaty obliczeń symulacyjnych adsorpcyjnej jednostki separacji dwutlenku węgla, włączonej w obieg nadkrytycznego bloku energetycznego, których głównym celem było oszacowanie maksymalnego strumienia gazów spalinowych, dla którego techniczna realizacja procesu adsorpcyjnej separacji CO2 z bloku energetycznego dużej mocy byłaby możliwa. Model symulacyjny całego układu cieplnego z uwzględnieniem układu adsorpcyjnego wykonano w środowisku symulacyjnym IPSEpro firmy SimTech, a wyniki obliczeń przedstawiono w niniejszej pracy.

EN

The combustion of coal in energy sector plays the major role in CO2 emission. Currently, two ways of carbon dioxide separation are investigated. These are separation before and after combustion. Research on CO2 separation from exhaust gas by adsorption, previously performed in Department of Heating, Ventilation and Air Protection, have shown huge sorbent demand that causes energetic and financial costs of separation to be very high, where entire flue gas stream is taken into account. The main reason is that flue gas stream is huge while in the same time CO2 concentration in exhaust gas is low. Therefore, the main aim of presented work was the assessment of maximum of flue gas stream for which the separation of CO2 by adsorption would be technically and economically possible. Simulation calculations of supercritical power plant with integrated CO2 separation unit were done with use of IPSEpro software by SimTech and results of these calculations were shown in the paper.

17

Zeroemisyjny kompleks energochemiczny. Europejskie przedsięwzięcie Konsorcjum PKE S.A. – ZAK S.A.

Tymowski H., Tchórz J., Pieter M.

Energetyka

|

2010

|

nr 8

543-553

PL

Omówiono szczegółowo Projekt Elektrowni Poligeneracyjnej „Kędzierzyn”. Ważnym aspektem realizacji projektu będzie demonstracja możliwości dywersyfikacji bazy surowcowej dla przemysłu chemicznego i energetyki, a tym samym zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego kraju poprzez substytucję gazu ziemnego gazem ze zgazowania węgla. Inicjatywa PKE S.A. i ZAK S.A. polegająca na realizacji projektu opartego na węglu kamiennym daje możliwość zademonstrowania komercyjnej technologii spełniającej wszystkie wymagania UE zawartej w pakiecie energetycznym (Energy Package).

EN

The article thoroughly discusses the project of poligeneration power plant „Kędzierzyn”. An essential aspect of realizing the project is presentation of possibility to diversify the raw material basis for chemical and power industries and, in the same way, improve the national energy security by substitution of natural gas with the one coming from coal gasification. The initiative of PKE S.A. and ZAK S.A. consisting in realization of a project based on hard coal, gives a possibility to demonstrate a commercial technology meeting all European Union requirements and comprised in the Energy Package.

18

Niemieckie doświadczenia w zakresie sekwestracji dwutlenku węgla

Grzybek I., Madej B.

WUG : bezpieczeństwo pracy i ochrona środowiska w górnictwie

|

2009

|

nr 2

40-42

19

Sekwestracja CO2, doświadczenia i perspektywy dla przemysłu naftowego

Lubaś J.

Wiadomości Naftowe i Gazownicze

|

2009

|

R. 12, Nr 4 (132)

4--6

20

Economic analysis of use of the early application CO2 and CO2 /N2- eor technology in Poland

Nagy S., Olajossy A.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

Vol. 53, no 1

115-124

EN

Enhanced oil recovery methods are applied more frequently nowadays, mainly because of economic reasons. The classic waterftooding methods that aim to maintain the reservoir pressure are substituted or updated by the Water Alternating Gas technology (WAG). It involves alternating injection of water and gas, or simultaneous injection of water into the bottom of reservoir and gas into the cap of it. The new intelligent methods (which use synergy of gathering and processing reservoir data, special injection systems and modification of viscosity if injection fluids) are very promising in new EOR. The application of high-nitrogen content gas, residue gases after methanenitrogen separation processes, carbon dioxide or solutions containing carbon dioxide and nitrogen are considered in terms of the oil recovery efficiency, defined as obtaining of a maximal depletion during twenty years of exploitation. For the selected small oil reservoir in the Polish Lowland, it was performed model research with usage of a pseudo-compositional simulator. Various aspects of gas injection concerning increasing of the reservoir pressure and increase of recovery has been analyzed. Presented results show possibility to increase of recovery factor from 11 % and 36% up to 53/56% in case of CO2/N2 and CO2 EOR. The presented results are promising and show potential possibilities of ńsing oil recovery up to 60% for average oil price higher than 40 $ per bbl.

PL

Metody wtórne w procesach eksploatacji ropy naftowej są stosowane coraz powszechniej w świecie, głównie z przyczyn ekonomicznych. Klasyczne metody nawadniania złoża celem podtrzymania ciśnienia złożowego są zastępowane lub uzupełniane poprzez technologię WAG - naprzemiennego zatłaczania wody i gazu, czy równoczesnego zatłaczania wody do spągu złoża i gazu do czapy oraz poprzez nowe "inteligentne" metody wykorzystujące synergistyczny efekt nowych technik zbierania i przetwarzania informacji oraz aplikacji specjalnych technologii zatłaczania gazu/wody do wyselekcjonowanych partii złoża, modyfikacji mobilności płynów etc. Wykorzystanie gazu ziemnego zaazotowanego, azotu odpadowego po separacji metanu i węglowodorów lub też roztworów zawierających dwutlenek węgla i odpadowy azot jest rozważane w aspekcie skuteczności procesu sczerpania złoża,. Dla przykładowego złoża ropy naftowej Niżu Polskiego wykonano badania modelowe z wykorzystaniem symulatora pseudokompozycyjnego. Analizowano różne aspekty zatłaczania gazu w celu podniesienia ciśnienia złożowego oraz zwiększenia wydobycia. Zaprezentowane wyniki są obiecujące i pokazują potencjalne możliwości zwiększenia od 11 % i 36% do 56% wydobycia ropy naftowej ze złoża w przypadku użycia CO2/N2 i CO2 w porównaniu do przypadku eksploatacji pierwotnej złoża. Wykonano dla tych przykładów szereg analiz ekonomicznych, które zamieszczono w niniejszej pracy. Instalacje wspomagające mogą być opłacalne i mogą prowadzić do wzrostu końcowego współczynnika wydobycia ropy do 60% dla średniej ceny ropy na poziomie 40 USD.