Ograniczanie emisji

Ograniczanie emisji

CO

CO

2

2

?

?

Emisja gazów cieplarnianych, a

Emisja gazów cieplarnianych, a

przede wszystkim dwutlenku

przede wszystkim dwutlenku

węgla stała się jednym z

węgla stała się jednym z

ważnych problemów

ważnych problemów

ekologicznych ostatnich lat.

ekologicznych ostatnich lat.

Protokół z Kyoto zobowiązuje

Protokół z Kyoto zobowiązuje

kraje do zmniejszenia emisji

kraje do zmniejszenia emisji

gazów cieplarnianych o około 5%

gazów cieplarnianych o około 5%

poniżej poziomu 1990 roku w

poniżej poziomu 1990 roku w

okresie od 2008 do 2012 roku.

okresie od 2008 do 2012 roku.

Wielkości tej redukcji są

Wielkości tej redukcji są

zróżnicowane dla poszczególnych

zróżnicowane dla poszczególnych

krajów

krajów

•

8% dla Unii Europejskiej i krajów z nią

8% dla Unii Europejskiej i krajów z nią

stowarzyszonych (poza Polską i

stowarzyszonych (poza Polską i

Węgrami),

Węgrami),

•

7% dla Stanów Zjednoczonych,

7% dla Stanów Zjednoczonych,

•

6% dla Japonii, Kanady, Węgier i

6% dla Japonii, Kanady, Węgier i

Polski,

Polski,

•

0% dla Rosji i Ukrainy.

0% dla Rosji i Ukrainy.

Sposoby wychwytywania

Sposoby wychwytywania

CO

CO

2

2

1.

1.

Wychwytywanie CO

Wychwytywanie CO

2

2

ze strumienia

ze strumienia

spalin,

spalin,

2.

2.

Wychwytywanie CO

Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze

z gazu ze

zgazowania węgla

zgazowania węgla

3.

3.

Spalanie w wysokiej koncentracji

Spalanie w wysokiej koncentracji

O

O

2

2

+ CO

+ CO

2

2

1. Wychwytywanie CO

1. Wychwytywanie CO

2

2

ze strumienia

ze strumienia

spalin (po procesie spalania)

spalin (po procesie spalania)

1.

1.

Wychwytywanie CO

Wychwytywanie CO

2

2

ze strumienia spalin

ze strumienia spalin

(po procesie spalania)

(po procesie spalania)

Obecnie w dużych instalacjach, do

Obecnie w dużych instalacjach, do

wychwytywania CO

wychwytywania CO

2

2

ze strumienia

ze strumienia

gazu o niskiej temperaturze i niskim

gazu o niskiej temperaturze i niskim

ciśnieniu, wykorzystywany może być

ciśnieniu, wykorzystywany może być

proces

proces

absorpcji chemicznej

absorpcji chemicznej

1.

1.

Wychwytywanie CO

Wychwytywanie CO

2

2

ze strumienia spalin

ze strumienia spalin

(po procesie spalania)

(po procesie spalania)

Proces ten polega na przepuszczaniu

Proces ten polega na przepuszczaniu

schłodzonych i wstępnie oczyszczonych spalin

schłodzonych i wstępnie oczyszczonych spalin

(usuwane jest SO

(usuwane jest SO

2

2

) przez kolumnę absorpcyjną,

) przez kolumnę absorpcyjną,

gdzie dochodzi do kontaktu z

gdzie dochodzi do kontaktu z

rozpuszczalnikiem, który absorbuje większość

rozpuszczalnikiem, który absorbuje większość

CO

CO

2

2

. Bogaty w CO

. Bogaty w CO

2

2

rozpuszczalnik jest

rozpuszczalnik jest

przepuszczany przez desorber gdzie uwalniany

przepuszczany przez desorber gdzie uwalniany

jest ditlenek węgla. Następnie CO

jest ditlenek węgla. Następnie CO

2

2

jest

jest

sprężany i oczyszczany.

sprężany i oczyszczany.

W wyniku zastosowania metody absorpcji, CO

W wyniku zastosowania metody absorpcji, CO

2

2

otrzymywane jest w postaci gazu

otrzymywane jest w postaci gazu

1.

1.

Wychwytywanie CO

Wychwytywanie CO

2

2

ze strumienia spalin

ze strumienia spalin

(po procesie spalania)

(po procesie spalania)

1.

1.

Wychwytywanie CO

Wychwytywanie CO

2

2

ze strumienia spalin

ze strumienia spalin

(po procesie spalania)

(po procesie spalania)

Zazwyczaj w procesach absorpcji

Zazwyczaj w procesach absorpcji

chemicznej stosowane są:

chemicznej stosowane są:

•

aminy (monoetyloamina − MEA,

aminy (monoetyloamina − MEA,

dietyloamina − DEA),

dietyloamina − DEA),

•

wodny roztwór amoniaku lub

wodny roztwór amoniaku lub

kwaśnego węglanu potasu.

kwaśnego węglanu potasu.

1.

1.

Wychwytywanie CO

Wychwytywanie CO

2

2

ze strumienia spalin

ze strumienia spalin

(po procesie spalania)

(po procesie spalania)

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze

z gazu ze

zgazowania węgla

zgazowania węgla

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

Przewidywać można, że w przyszłości duże,

Przewidywać można, że w przyszłości duże,

zintegrowane instalacje zgazowania węgla

zintegrowane instalacje zgazowania węgla

znajdować będą zastosowanie w

znajdować będą zastosowanie w

energetyce.

energetyce.

W stosunku do obecnych instalacji

W stosunku do obecnych instalacji

demonstracyjnych w energetyce, jak też

demonstracyjnych w energetyce, jak też

do instalacji komercyjnych, budowanych

do instalacji komercyjnych, budowanych

w przemyśle chemicznym, dostosowanie

w przemyśle chemicznym, dostosowanie

zintegrowanego układu zgazowania

zintegrowanego układu zgazowania

węgla lub odpadów petrochemicznych

węgla lub odpadów petrochemicznych

do wychwytywania CO

do wychwytywania CO

2

2

, wymagać będzie

, wymagać będzie

realizacji co najmniej czterech zadań.

realizacji co najmniej czterech zadań.

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

1.

1.

Dobudowanie reaktora konwersji

Dobudowanie reaktora konwersji

tlenku węgla

tlenku węgla

2.

2.

Zastąpienia instalacji MEA względnie

Zastąpienia instalacji MEA względnie

(MDEA) instalacją opartą na

(MDEA) instalacją opartą na

absorpcji fizycznej (np.. Selexol™)

absorpcji fizycznej (np.. Selexol™)

3.

3.

Dobudowanie kompresora CO

Dobudowanie kompresora CO

2

2

4.

4.

Dostosowanie turbiny gazowej do

Dostosowanie turbiny gazowej do

spalania gazu o podwyższonej

spalania gazu o podwyższonej

zawartości H

zawartości H

2

2

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

•

Dobudowanie reaktora konwersji tlenku węgla

Dobudowanie reaktora konwersji tlenku węgla

Konwersja wodna tlenku węgla:

Konwersja wodna tlenku węgla:

CO + H

CO + H

2

2

O

O





H

H

2

2

+ CO

+ CO

2

2

(shift)

(shift)

Polega na jego katalitycznym przekształceniu na

Polega na jego katalitycznym przekształceniu na

wodór

wodór

i dwutlenek węgla. Skuteczność tego procesu jest

i dwutlenek węgla. Skuteczność tego procesu jest

zależna od dobrania katalizatorów.

zależna od dobrania katalizatorów.

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

•

Zastąpienia instalacji MEA względnie (MDEA) instalacją

Zastąpienia instalacji MEA względnie (MDEA) instalacją

opartą na absorpcji fizycznej (np.. Selexol™)

opartą na absorpcji fizycznej (np.. Selexol™)

Wysokie ciśnienie gazu, występujące w układach

Wysokie ciśnienie gazu, występujące w układach

zgazowania, przemawia zdecydowanie za metodami

zgazowania, przemawia zdecydowanie za metodami

opartymi na absorpcji fizycznej, w tym za instalacją

opartymi na absorpcji fizycznej, w tym za instalacją

Selexol

Selexol

. Wydzielony w tej instalacji siarkowodór

. Wydzielony w tej instalacji siarkowodór

H

H

2

2

S jest przetwarzany na czystą siarkę w instalacji

S jest przetwarzany na czystą siarkę w instalacji

Clausa.

Clausa.

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

•

Zastąpienia instalacji MEA względnie (MDEA) instalacją

Zastąpienia instalacji MEA względnie (MDEA) instalacją

opartą na absorpcji fizycznej (np.. Selexol™)

opartą na absorpcji fizycznej (np.. Selexol™)

Istotny jest fakt, że poprzez dobudowanie drugiego

Istotny jest fakt, że poprzez dobudowanie drugiego

stopnia instalację

stopnia instalację

Selexol

Selexol

można dodatkowo

można dodatkowo

dostosować do usuwania CO

dostosować do usuwania CO

2

2

.

.

W przeciwieństwie do absorpcji chemicznej

W przeciwieństwie do absorpcji chemicznej

instalacje oparte na absorpcji fizycznej nie

instalacje oparte na absorpcji fizycznej nie

wymagają doprowadzenia znaczących ilości pary

wymagają doprowadzenia znaczących ilości pary

do

do

regeneracji sorbentu.

regeneracji sorbentu.

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

•

Dobudowanie kompresora CO

Dobudowanie kompresora CO

2

2

.

.

CO

CO

2

2

wydzielone z gazu lub ze spalin musi być

wydzielone z gazu lub ze spalin musi być

przetransportowane do miejsca składowania.

przetransportowane do miejsca składowania.

W przypadku dużych instalacji i dużych odległości

W przypadku dużych instalacji i dużych odległości

do tego celu najwłaściwsze wydają się rurociągi.

do tego celu najwłaściwsze wydają się rurociągi.

Wymaga to jednak kompresorów sprężających

Wymaga to jednak kompresorów sprężających

CO

CO

2

2

do 100-150 bar.

do 100-150 bar.

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

•

Dostosowanie turbiny gazowej do spalania gazu o

Dostosowanie turbiny gazowej do spalania gazu o

podwyższonej zawartości H

podwyższonej zawartości H

2.

2.

Konieczna jest modyfikacja układu doprowadzania

Konieczna jest modyfikacja układu doprowadzania

i wtrysku paliwa gazowego. Wynika to z faktu, że

i wtrysku paliwa gazowego. Wynika to z faktu, że

wartość opałowa wodoru wynosi ~10,8 MJ/m

wartość opałowa wodoru wynosi ~10,8 MJ/m

3

3

n

n

,

,

a gazu ziemnego ~35,8 MJ/m

a gazu ziemnego ~35,8 MJ/m

3

3

n

n

.

.

Doprowadzenie tej samej ilości ciepła wymaga więc

Doprowadzenie tej samej ilości ciepła wymaga więc

zwiększenia objętości paliwa o ~330%.

zwiększenia objętości paliwa o ~330%.

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

Przewidywany rozwój technologii zgazowania,

Przewidywany rozwój technologii zgazowania,

w tym technologii pozyskiwania czystego tlenu, jak

w tym technologii pozyskiwania czystego tlenu, jak

również udoskonalenie metod redukcji emisji

również udoskonalenie metod redukcji emisji

gazów kwaśnych rokują, że w ciągu najbliższych 15

gazów kwaśnych rokują, że w ciągu najbliższych 15

lat nastąpi obniżenie o ~20% kosztów energii

lat nastąpi obniżenie o ~20% kosztów energii

elektrycznej produkowanej przez bloki IGCC

elektrycznej produkowanej przez bloki IGCC

z wychwytywaniem CO

z wychwytywaniem CO

2

2

. Oznaczało by to, że około

. Oznaczało by to, że około

roku 2020 koszt ten spadnie do ~4,5 centa/kWh.

roku 2020 koszt ten spadnie do ~4,5 centa/kWh.

2. Wychwytywanie CO

2. Wychwytywanie CO

2

2

z gazu ze zgazowania

z gazu ze zgazowania

węgla (przed procesem spalania)

węgla (przed procesem spalania)

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją

CO

CO

2

2

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

2

2

•

Jak wiadomo spaliny ze spalania

Jak wiadomo spaliny ze spalania

węgla zawierają tylko kilkanaście

węgla zawierają tylko kilkanaście

procent dwutlenku węgla. Uznano, że

procent dwutlenku węgla. Uznano, że

usuwanie CO

usuwanie CO

2

2

mogłoby być

mogłoby być

stosunkowo łatwe w przypadku

stosunkowo łatwe w przypadku

radykalnego zwiększenia jego

radykalnego zwiększenia jego

koncentracji w spalinach.

koncentracji w spalinach.

Wymagałoby to wyeliminowania z

Wymagałoby to wyeliminowania z

tych spalin azotu.

tych spalin azotu.

•

Można by to osiągnąć, gdyby zamiast

Można by to osiągnąć, gdyby zamiast

powietrza do paleniska doprowadzany

powietrza do paleniska doprowadzany

był czysty tlen w ilościach

był czysty tlen w ilościach

koniecznych do spalania węgla.

koniecznych do spalania węgla.

Oczywiście tlen musiałby być

Oczywiście tlen musiałby być

doprowadzany wówczas z

doprowadzany wówczas z

zewnętrznego źródła, tzn. tlenowni.

zewnętrznego źródła, tzn. tlenowni.

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

2

2

•

Dla wychłodzenia komory

Dla wychłodzenia komory

paleniskowej zamiast azotu do

paleniskowej zamiast azotu do

paleniska doprowadzane musiałyby

paleniska doprowadzane musiałyby

być spaliny, tzn. praktycznie biorąc

być spaliny, tzn. praktycznie biorąc

CO

CO

2,

2,

pobierane bezpośrednio z za

pobierane bezpośrednio z za

kotła. Oznaczało by to konieczność

kotła. Oznaczało by to konieczność

wprowadzenia recyrkulacji 70-80%

wprowadzenia recyrkulacji 70-80%

CO

CO

2

2

.

.

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

2

2

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

2

2

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

2

2

•

Wyniki

Wyniki

eksperymentalne wskazują,

eksperymentalne wskazują,

że w przypadku spalania

że w przypadku spalania

tlenowego z recyrkulacją CO

tlenowego z recyrkulacją CO

2

2

emisja NO

emisja NO

x

x

wahała się w granicach

wahała się w granicach

86,1-98,4 mg/m

86,1-98,4 mg/m

3

3

n

n

, co stanowi ok.

, co stanowi ok.

30% emisji NO

30% emisji NO

x

x

występującej w

występującej w

przypadku spalania powietrznego

przypadku spalania powietrznego

270-320 mg/m

270-320 mg/m

3

3

n

n

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

2

2

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

3. Spalanie tlenowe z recyrkulacją CO

2

2

Podsumowanie

Podsumowanie

•

Wykorzystanie absorpcji

Wykorzystanie absorpcji

chemicznej do

chemicznej do

wychwytywania CO

wychwytywania CO

2

2

ze spalin w

ze spalin w

eksploatowanych elektrowniach

eksploatowanych elektrowniach

mogło

mogło

by być obecnie możliwe, podniosłoby

by być obecnie możliwe, podniosłoby

jednak koszt produkowanej energii

jednak koszt produkowanej energii

o ~70%.

o ~70%.

Podsumowanie

Podsumowanie

•

Wykorzystanie zgazowania węgla

Wykorzystanie zgazowania węgla

do

do

wychwytywania CO

wychwytywania CO

2

2

byłoby obecnie

byłoby obecnie

możliwe jedynie poprzez całkowitą

możliwe jedynie poprzez całkowitą

rekonstrukcję elektrowni (wymiana

rekonstrukcję elektrowni (wymiana

kotła

kotła

i turbiny parowej na blok IGCC).

i turbiny parowej na blok IGCC).

Podsumowanie

Podsumowanie

•

Spalanie tlenowe stwarza możliwość

Spalanie tlenowe stwarza możliwość

sekwestracji CO

sekwestracji CO

2

2

, która mogła by być

, która mogła by być

rozważana w odniesieniu do istniejących

rozważana w odniesieniu do istniejących

elektrowni węglowych.

elektrowni węglowych.

Warunkiem jest doprowadzenie tej

Warunkiem jest doprowadzenie tej

technologii do gotowości wdrożeniowej,

technologii do gotowości wdrożeniowej,

w tym do zdecydowanego obniżenia

w tym do zdecydowanego obniżenia

kosztów tlenowni.

kosztów tlenowni.