Zgazowanie węgla –

podstawy i technologie

Wstęp

• IGCC, jest najczystszą węglową alternatywą dla wytwarzania

energii

• Elektrownie IGCC mogą być łatwo dostosowane do

koncentracji CO2 i do późniejszego przechowywania i
sekwestracji

• Gazyfikacja otwiera drogę dla konkurencji węgla z gazem

ziemnym i ropą poprzez wytwarzanie produktów takich jak
paliwa, chemikalia i nawozy

Czynniki wpływające na

zapotrzebowanie na

gazyfikację

• Wysoka cena ropy naftowej i gazu ziemnego

• Bezpieczeństwo dostaw

• Bogate złoża węgla

• Alternatywa surowców i biomasy

• Troska o ochronę środowiska ( emisję zanieczyszczeń )

• Elastyczność ( poligeneracja )

Statystyka

•

Liczba elektrowni kombinowanych ze zgazowaniem IGCC 138

•

Liczba gazogeneratorów

417

•

Całkowita wydajność 56000MW

•

SUROWCE:

–

Węgiel

55%

–

Pozostałości ropy naftowej 36%

•

PRODUKTY:

–

Chemikalia

44%

–

Ciecz FISHER-TROPSH

30%

–

Moc

18%

•

Prognoza wzrostu

5% rocznie

Zalety systemu IGCC

•

Sprawność cieplna powyżej 45% (LHV) i możliwość podniesienia do 50%

•

Elastyczność surowcowa ( prawie wszystkie paliwa z wystarczającą zawartością
węgla mogą być użyte )

•

Elastyczność produkcji ( elektryczność, paliwa ciekłe, wodór, chemikalia itd.. )

•

Emisja zanieczyszczeń poniżej obecnych norm i potencjalne zejścia do zerowej emisji

•

Mniejsza ilość zanieczyszczeń i mniejsze zużycie wody

•

Zrównoważony rozwój ( dużo zasobów węgla )

•

Ekonomiczne ( tanie paliwa, niskie koszty wychwytywania CO

2 i pozbywania się

odpadów)

•

Demonstracyjne jednostki pracowały na terenie USA i Europy ( nawet do 300MW )

Demonstracyjne jednostki

IGCC

Porównanie danych o

emisji

Podstawy w procesie

IGCC

Możliwości

technologiczne systemu

IGCC

Czym jest gazyfikacja?

Konwersją paliw stałych lub

ciekłych do mieszanki lekkich

gazów palnych (tzw. gaz

syntezowy) w obecności

reaktywnych gazowych atmosfer.

Proces gazyfikacji węgla

Warunki pracy

• TEMPERATURA

700 – 1800 C deg.

• CIŚNIENIE

0,1 – 10 MPa

• ATMOSFERA Powietrze, O

2

, H

2

,

H

2

O, CO

2

lub

mieszanka tych gazów

Rodzaje gazu

syntezowego

• Gaz o niskiej wartości opałowej 3.8<CV<7.6 MJ/m

3

wykorzystywany jako paliwo dla turbin gazowych i do wytapiania i
bezpośredniego odtleniania rudy żelaza

• Gaz o średniej wartości opałowej

10.5<CV<16 MJ/m

3

wykorzystywany jako paliwo dla turbin gazowych, jako zamiennik
gazu ziemnego i jako surowiec do syntezy chemicznej

• Gaz o wysokiej wartości opałowej

CV>21 MJ/m

3

wykorzystywany jako zamiennik dla gazu ziemnego

Chemia gazyfikacji

Uwagi dotyczące

równowagi

Skład gazu w funkcji temperatury na poziomie 0.1 MPa

Uwagi dotyczące

równowagi

Wpływ ciśnienia na dystrybucję węgla, dopływ powietrza

= 0.4

Uwagi dotyczące

równowagi

Wpływ temperatury powietrza na współczynnika

konwersji węgla na poziomie 0,1 MPa

Uwagi dotyczące

równowagi

Efekt wpływu ilości powietrza na kaloryczność suchego

gazu LHV przy temperaturze 850

o

C i 0,1 MPa

Uwagi dotyczące

równowagi

Stężenie gatunków siarki na poziomie 850

o

C i 0,1 MPa

Uwagi dotyczące

równowagi

Stężenie gatunków azotu na poziomie 850

o

C i 0,1 MPa

Klasyfikacja

gazogenratorów

• ·       Stosownie do konstrukcji:

• -        Stałe złoże
• -        Złoże fluidalne
• -        Reaktor przepływowy
• -        Transport (CFB) – cyrkulacyjne złoże fluidalne

• ·       Stosownie do rodzaju czynnika zgazowującego:

• -        tlenowy
• -        powietrzny

• ·       Stosownie do sposobu podawania węgla:

• -        Dozowanie „suchego” paliwa
• -        Slurry

Konfiguracja

gazogeneratora

Konfiguracja

gazogeneratora

Konfiguracja

gazogeneratora

Porównanie cech

gazogeneratorów

Gazogenerator firmy

Sasol FBDB

•

Gazogenerator ze stałym
złożem

•

Counter- courrent operation

•

Czynnik zgazowania: tlen i para

•

Odbiór suchego popiołu

•

Zgazowanie pod ciśnieniem

•

Dozowanie grubego węgla

•

Podwójne ściany zbiornika
(chłodzone wodą)

•

135 gazogeneratorów w pracy
na całym świecie (80 w
Południowej Afryce)

•

możliwość gazyfikacji węgla na
poziomie 70% na całym świecie

Gazogenerator firmy

British Gas-Lurgi

• Gazogenerator ze złożem

stałym - szlakującym

• Czynnik zgazowania: tlen i

para

• Tolerancja dla drobnego pyłu

węglowego

• Tar injection
• Mieszadło (stirrer) pozwala na

gazyfikację brykietów węgla

• Wyłożenia ogniotrwałe
• Odpowiedzi dla niskiej

reaktywności i wysokiej klasy
węgli

• Konwersja węgla >99%

Wysoko temperaturowy

gazogenerator Winklera

• Gazogenerator

fluidalny(pęcherzykowy)

• Praca pod ciśnieniem
• Dozowanie suchego paliwa
• Czynnik zgazowania:

powietrze, tlen i para wodna

• Ekstrakcja suchego popiołu
• Popiół może zawierać aż do

20% węgla

• Sutiable for low rank, reactive,

non-caking coals

Gazogenerator firmy

Kellogg Rust

Westinghouse

• Gazogenerator

fluidalny(pęcherzykowy)

• Praca pod ciśnieniem
• Dozowanie suchego paliwa
• Czynnik zgazowania:

powietrze i para wodna

• Odbiór suchego popiołu
• Wychwytywanie siarki poprzez

węglany wapnia

• Nadaje się do wszystkich

rodzajów węgla

Gazogenerator firmy

Kellogg Brown Root

• Gazogenerator fluidalny(CFB)
• Praca pod ciśnieniem
• High-velocity transport regime
• Czynnik zgazowania:

powietrze i tlen

• Nie szlakująca praca

urządzenia

• Dozowanie suchego paliwa
• Konwersja węgla >99%
• Suitable for low rank, high

reactivity and hihg-moisture
coals

Proces gazyfikacji

technologii Shell

Gazogenerator SCGP

firmy Shell

• Entrained-flow gasifier
• Praca pod ciśnieniem
• Czynnik zgazowania: tlen
• Dozowanie suchego paliwa
• Water-cooled membrane-wall

vessel

• Side fired, upward flown
• Nadaję się do wielu rodzajów

surowców

Proces gayzfikacji

technologii TEXACO

Gazogenerator firmy

TEXACO

• Entrained-flow slagging gasifier
• Czynnik zgazowania: tlen
• Top-fired, downward flow
• Praca pod ciśnieniem
• Slurry feed
• Co-current down flow
• Refractory-lined vessel
• Nadaje się do węgli o wysokiej reaktywności z niską

zawartością związanej wilgoci

Gazogenerator firmy

Coco-Phillips

• Entrained-flow slagging

gasifier

• Czynnik zgazowania: tlen
• Praca pod ciśnieniem
• Slurry feed
• Two-stage operation
• Side-fired, upward flown
• Ciągłe usuwanie żużla
• Refractory-lined vessel
• Nadaje się do wszystkich

rodzajów węgla

Gazogenerator firmy

Siemens

• Entrained-flow slagging

gasifier

• Czynnik zgazowania: tlen i

para

• Praca pod ciśnieniem
• Dozowanie suchego paliwa
• Single-stage, top-fired
• Water-cooled vessel
• Nadaje się do wszystkich

rodzajów węgla

Gazogenerator PRENFLO

• Entrained-flow slagging

gasifier

• Czynnik zgazowania: tlen i

para

• Dozowanie suchego paliwa
• Side-fired, upward flown
• Water-cooled membrane-wall

vessel

• Nadaję się do różnych

surowców

Gazogenerator firmy

Mitsubishi Heavy

Industries

• Entrained-flow slagging

gasifier

• Enriched air blown
• Two-stage operation
• Side-fired, upward flown
• Dozowanie suchego paliwa
• Water-cooled vessel

Inne technologie

gazyfikacji węgla

• Technologia Oposed Multi-Burner (OMB) (China)

• Zgazowywarka EAGLE (Japan)

• Technologia Pratt & Whitney Rocketdyne (PWR) (USA)

• Technologia Westinghouse Plasma Gasification (WPC)

(USA)

• Underground Coal Gasification (UCG)

PODSUMOWANIE

• W ciągu ostatnich 20 lat wytwarzanie energii

elektrycznej stało się dużym nowym rynkiem dla
technologii zgazowania węgla, ponieważ zgazowanie jest
postrzegane jako sposób na poprawę ochrony środowiska

• Technologie gazyfikacji są opracowywane w celu

zapewnienia energetyce sprawniejszych, czystszych i
bardziej ekonomicznych alternatyw dla
konwencjonalnych technologii wytwarzania energii

• Zgazowanie jest kluczową technologią na bardziej

wydajne i przyjazne dla środowiska wykorzystanie
bogatych zasobów węgla do produkcji energii
elektrycznej oraz paliw i chemikaliów