Zgazowanie paliw

Zgazowanie paliw

YUGO RUNS BY WOOD-GAS

Wayne Keith w swojej półciężarówce na gaz drzewny

Rower na „drewno”

Przyczyny rozwijania technologii zgazowania

Ekonomia

Energetyczne

bezpieczeństwo

Ekologia

Rezerwy paliw kopalnych

Zgazowanie paliw stałych jest przemianą substancji

palnej w paliwo gazowe, która zachodzi w wyniku

oddziaływania na paliwo czynnikiem zgazowującym w

wysokiej temperaturze, pod ciśnieniem atmosferycznym

lub większym.

czynnik

zgazowuj

ą

cy:

powietrze, tlen,

para wodna…

Temperatura, ci

ś

nienie

popiół

Gaz

Paliwo
stałe

Czynniki zgazowujące:

• powietrze (21% O

2

),

• tlen (O

2

),

• para wodna (H

2

O),

• dwutlenek węgla (CO

2

)

• wodór (H

2

).

Proces zgazowania można zastosować do następujących

paliw:

• węgiel kamienny,

• węgiel brunatny,

• torf,

• łupek bitumiczny,

• biomasa,

• odpady.

W zgazowaniu większości paliw stałych można

wyróżnić dwa stadia:

• odgazowanie paliwa stałego (części lotnych paliwa),

• zgazowanie pozostałości koksowej.

czynnik

zgazowujący:

powietrze, tlen,

para wodna…

Temperatura,

ciśnienie

popiół

Gaz

Paliwo

stałe

koks

Skala czasowa procesu zgazowania

1

10÷100

odgazowanie

zgazowanie pozostało

ś

ci koksowej

Podział technologii zgazowania w zależności od

sposobu pokrywania potrzeb technologicznych procesu:

Sposoby realizacji procesu zgazowania:

Aspekty ekologiczne procesu zgazowania paliw stałych:

Pozytywne:

• łatwość sekwestracji CO

2

,

• możliwość usunięcia większości zanieczyszczeń z

gazu przed procesem spalania np. w turbinie

(cząstki stałe, S, metale ciężkie…),

• mała emisja SO

2

, NO

2

i pyłów.

Negatywne:

• proces związany z emisją ciężkich węglowodorów

(benzen) i siarkowodoru,

• powstają przy tym procesie ścieki.

Porównanie emisji ważniejszych zanieczyszczeń:

SO

2

NO

x

Cz

ą

stki stałe

CO

2

IGCC – integrated gasification combined cycle (blok gazowo- parowy ze
zintegrowanym zgazowaniem paliwa);
CCGT – Combined Cycle Gas Turbine (blok gazowo- parowy )

Zastosowania procesów zgazowania:

1. Energetyka – wytwarzanie energii elektrycznej w

blokach gazowo- parowych ze zintegrowanych ze

zgazowaniem paliwa,

2. Technologia chemiczna – wytwarzanie gazu

syntezowego dla potrzeb technologii chemicznej,

3. Transport – wytwarzanie paliw syntetycznych dla

silników spalinowych (syntetyczna benzyna i olej

napędowy,

4. Paliwa gazowe (SNG).

Podstawowe procesy zgazowania węgla:

a) Lurgi, b) Winklera, c) Koppersa–Totzka

Schemat generatora gazu ze złożem Lurgi

Chemia procesu zgazowania

Schemat zgazowania paliwa:

Rodzaje gazów otrzymywanych w procesie

zgazowania węgla:

Cechy węgla kamiennego jako surowca do zgazowania:

Cechy węgla brunatnego jako surowca do zgazowania:

Charakterystyka procesu pirolizy

Definicja:

Piroliza węgla jest to jego rozkład termiczny bez

dostępu tlenu

Znaczenie procesu pirolizy:

• etap procesu spalania

• etap procesu zgazowania

• samoistna technologia paliwowa

Etapy i produkty pirolizy węgla kamiennego:

Powstawanie produktów pirolizy węgla kamiennego:

Karbonizat

Smoła

W

ę

glowodory

gazowe i wodór

Karbonizat

Tlenek

w

ę

gla i

woda

Porównanie produktów odgazowania węgli:

Porównanie produktów odgazowania węgli

– produkty lotne:

Charakterystyka smoły:

Definicja:

Smoła to ciekłe i półstałe produkty termicznego

rozkładu naturalnych paliw mineralnych i organicznych.

Produkty otrzymywane ze smoły:

• związki aromatyczne: benzen, toluen, ksyleny, fenol,

naftalen, antracen, karbazol,

• oleje,

• paki.

Wydajność smoły w procesie koksowania

Produkty rozkładu termicznego smoły:

Parametry procesów zgazowania węgli

Aspekty ekologiczne procesu zgazowania paliw stałych:

Technologie zgazowania II generacji

Instalacja Schella Buggenum (IGCC)

Schemat procesy Texaco

Wpływ czynnika zgazowującego

na skład gazu generatorowego:

Węgiel brunatny; T=450

°

C; P= 20 bar

Zastosowanie technologii zgazowania węgla

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

M

W

th

g

a

z

u

chemia

energetyka synteza F-T

paliwa

gazowe

planowane

pracuj

ą

ce

Wykorzystywanie technologii zgazowania węgla:

Aspekty ekologiczne procesu zgazowania paliw stałych:

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

M

W

th

g

a

z

u

chemia

energetyka synteza F-T

paliwa

gazowe

planowane

pracuj

ą

ce

Instalacje zgazowania węgla na świecie:

Zakłady Sasol w Secundzie (RPA) (reaktory Lurgi)

Główne produkty:

•oleje napędowe
•benzyny
•SNG

Instalacje demonstracyjne w energetyce

(reaktory zawiesinowe)

Przykład instalacji GE – Texaco

Tampa Electric Polk Power Station

GE’s IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) process

4CO

Instalacje w UE:

supercritical pulverized coal (SCPC) oxyfuel – „spalanie w tlenie”

Zgazowanie biomasy

Zgazowanie biomasy jest uważane za obiecujący sposób jej

konwersji w paliwo gazowe mogące znaleźć zastosowanie w:

• turbinach gazowych,

• tłokowych silnikach spalinowych i

• ogniwach paliwowych.

Zdolność do odgazowania biomasy:

Typy gazogeneratorów na biomasę:

Wyróżnia się dwie podstawowe grupy reaktorów

stosowanych do zgazowania biomasy:

1. Ze złożem stałym

2. Ze złożem cyrkulującym.

Z reguły gazogeneratory małej wydajności są

reaktorami ze złożem stałym, natomiast stosowane w

spalarniach odpadów i w energetyce gazyfikatory o

większej wydajności są reaktorami ze złożem

fluidalnym.

Reaktory ze złoże stałym do

zgazowania biomasy

Aspekty ekologiczne procesu zgazowania paliw stałych:

Reaktory ze złoże fluidalnym do

zgazowania biomasy

Schemat reaktora fluidalnego

Zgazowanie drewna w złożu fluidalnym:

Współspalanie gazu generatorowego w kotle pyłowym:

Technologia otrzymywania SNG została rozwinięta w

latach 70

Powody zainteresowania technologią SNG:

•wysokie ceny gazu ziemnego

•bezpieczeństwo energetyczne

•ulepszanie technologii.

Technologia wytwarzania SNG:

Reakcje metanizacji:

CO + 3H

2

→

CH

4

+ H

2

O (-∆H

0

298

=206 kJ/mol)

CO

2

+ 4H

2

→

CH

4

+2 H

2

O (-∆H

0

298

=165 kJ/mol)

Reakcje s

ą

egzotermiczne i zachodz

ą

w obecno

ś

ci katalozatora

Skład syngazu:

Dziękuję