1148441925

paliwa oraz przeznaczenia gazu. Końcowa konfiguracja układu produkcyjnego jest wynikiem skomplikowanej optymalizacji procesowej oraz ekonomicznej, której celem jest uzyskanie układu o wysokiej spraw ności i dyspozycyjności przy możliwie niskich kosztach inwestycyjnych i eksploatacyjnych.

Różnorodność dostępnych na ry nku technologii sprawia, że dla świadomego i racjonalnego rozwoju oraz optymalizacji procesów zgazowania węgla konieczny jest dostęp do zaktualizowanego przeglądu technologii i ich podstawowych parametrów' technologicznych. Pozw ala to na wiarygodną ocenę stanu techniki oraz dostosowanie się do zmieniających się potrzeb i wymagali otoczenia.

Zgazowanie węgla

W zależności od struktury' przepływu paliwa w strefie reakcyjnej konstrukcje reaktorów zgazowania można podzielić na trzy zasadnicze typy⁵'⁵': reaktory ze złożem zwartym przesuwnym (moving bed), reaktory ze złożem fluidalnym (Jluidized bed) i reaktory dyspersyjne (enlrained /Iow). Rozwój współczesnych technologii zgazowania związany jest przede wszystkim z intensyfikacją procesu. Z tego też powodu za rozwojowe uważane są reaktory fluidalne i dyspersyjne, pozwalające na uzyskanie wysokich współczynników' wymiany ciepła i masy oraz zminimalizowanie zawartości substancji smołowych w otrzymanym gazie procesowym. Ogólną charakterystykę podstawowych reaktorów zgazowania węgla przedstaw iono w tabeli 1.

Największy udział w produkcji gazu ze zgazowania węgla posiada wciąż praktycznie nicrozwijana technologia zgazowania węgla w złożu stałym. Wiąże się to z dużym potencjałem produkcyjnym zakładów Sasol (Afryka Poludniow a) wytwarzających paliwa płynne poprzez syntezę Fischera i Tropscha. Technologiami o największym potencjale wdrożeniowym są technologie wykorzystujące reaktory dyspersyjne (43% produkcji gazu syntezowego). Znajduje to potwierdzenie w realizowanych i planowanych do 2016 r. wdrożeniach, z których praktycznie wszystkie dotyczą reaktorów tej konstrukcji. Rozpatrując wyłącznie zgazowanie węgla w reaktorach dyspersyjnych, ze względu na ich potencjał rozwojowy, największy udział w produkcji gazu mają technologie Shell oraz GE/Texaco (44 i 33%), a następnie ECUST (15,3%), Udhe Prenflo (4,4%) oraz MHI (3,4%)'¹.

Coraz większe zainteresowanie wzbudzają również reaktory fluidalne. Zastosowanie technologii fluidalnej, ze względu na niższe temperatury zgazowania niż w przypadku reaktorów dyspersyjnych, pozwala na zmniejszenie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych oraz poprawę niezawodności i dyspozycyjności układu. Publikowane w literaturze wyniki prac badawczych w skali pilotowej i demonstracyjnej potwierdzają przydatność technologiczną procesu zgazowania fluidalnego oraz możliwość konkurowania tego rozw iązania z technologiami dyspersyjnymi. Głównymi przedstawicielami tej grupy rozw iązań są technologie KRW. HTW/Uhde, U-GAS/GT1 (SES) oraz KBR Transport Reaktor"¹⁶¹.

Technologia zgazowania fluidalnego (reaktor z cyrkulującym złożem fluidalnym) rozwijana jest również w Kraju przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla (ICliPW) w ramach Strategicznego

Programu Badań Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (Zadanie Badawcze nr 3: „Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej proditkeji paliw i energii elektrycznej”). Rozwijana koncepcja polega na zastosowaniu własnej konstrukcji reaktora zgazowania z cyrkulującym złożem fluidalnym oraz wykorzystaniu ditlenku węgla, jako czynnika zgazowującego. który doprowadza do układu węgiel (pierwiastek C) oraz tlen, wpływając na poprawę efektywności procesu (wzrost strumienia entalpii chemicznej gazu procesowego, spadek zużycia tlenu) oraz obniżenie względnej emisji C0₂.

Oczyszczanie i kondycjonowanie gazu syntezowego

Gaz procesowy kierowany do syntezy chemicznej jest mieszaniną wodom i tlenku węgla(II) w proporcjach wymaganych dla konkretnego zastosowania. W przypadku syntezy' metanolu zawiera on także dillenek węgla, który będąc substratem procesu wpływa jednocześnie aktywująco na stosowane w syntezie katalizatory' miedziowe¹⁷¹. W procesie produkcji wodom (jako paliwa lub surowca do syntezy' amoniaku) wymagane jest jak najwyższe stężenie H₂ w gazie procesowym. W przypadku produkcji energii elektrycznej skład gazu procesowego warunkowany jest względami ekologicznymi oraz wymaganiami turbiny gazowej, związanymi z erozją i korozją jej konstrukcji. a także z koniecznością uzyskania odpowiednich parametrów procesu spalania.

We wszystkich tych kierunkach wykorzystania gazu procesowego ze zgazowania węgla niezbędne jest jego oczyszczenie z pyłu, związków' siarki, azotu, metali alkalicznych i pierwiastków śladowych, co podyktowane jest wymaganiami technologicznymi (ochrona katalizatorów i aparatów), jak i środowiskowymi (emisja). W przypadku zgazowania węgla w reaktorach fluidalnych konieczne jest dodatkowo usunięcie zawartych w surowym gazie kondensujących węglowodorów oraz konwersja metanu i lekkich węglowodorów (C₂-C,). Duże wymagania w zakresie czystości gazu stawiają procesy syntezy chemicznej, głów nie ze względu na wrażliwość stosowanych katalizatorów na związki siarki. W tabeli 2 przedstawiono dopuszczalny poziom zanieczyszczeń gazu syntezowego w zależności od jego zastosowania dla wybranych aplikacji.

Skład gazu z procesu zgazowania węgla z reguły nie odpowiada wymaganiom stawianym procesom syntezy chemicznej, produkcji wodom i energii elektrycznej (tabela 3). Konieczna jest modyfikacja jego składu (wzbogacenie w wodór i zmniejszenie zawartości tlenku węgla(II)) realizowana w procesach konwersji tlenku węgla(II) WGS (walergas shifl) oraz separacji CO,.

Ideowy schemat układu oczy szczania i kondycjonowania gazu procesowego ze zgazowania węgla przedstawiono na rys. 2.

Gaz surowy generowany w reaktorze zgazowania węgla podlega ochłodzeniu i wstępnemu oczyszczeniu, w trakcie którego usuwane są pyły i inne zanieczyszczenia. Po ochłodzeniu do temp. ok. 200°C gaz doprowadzony jest do węzła konwersji tlenku węgla(II). w którym zachodzi również hydroliza zawartego w gazie tlcnosiarczku węgla umożliwiając eliminację węzła hydrolizy COS.

Konfiguracja układu konwersji CO zależy od końcowego wykorzystania gazu. W przy padku produkcji wodom do syntezy' amoniaku lub

Dr inż. Agata CZARDYBON w roku 1996 ukończyła studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Pracę doktorską pt.: .Synteza i badanie właściwości fizykochemicznych rozpuszczalnych polimerów przewodzących o wąskim paśmie zabronionym" obroniła w 2003 r. W latach 2003-2005 odbyła staż naukowy na Uniwersytecie McMaster w Hamilton w Kanadzie. W Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu pracuje na stanowisku adiunkta. Specjalność - technologia chemiczna.

Mgr inż. Józef POPOWICZ w roku 1982 ukończył studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Pracuje w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu. Śpecjalność - inżynieria chemiczna, gospodarka odpadami, termochemiczne przetwórstwo paliw stałych, biomasy i odpadów oraz oczyszczanie i konwersja gazów procesowych.

93/2(2014)|

przemysł

chemiczny

233