Przegląd technologii produkcji tlenu dla bloku węglowego typu oxy

Transkrypt

1 Przegląd technologii produkcji tlenu dla bloku węglowego typu oxy

2 Metody zmniejszenia emisji CO 2 - technologia oxy-spalania Metoda ta polega na spalaniu paliwa w atmosferze o zwiększonej koncentracji tlenu. W energetyce stosuje się układy spalania w podwyższonej atmosferze tlenu w kotle pyłowym. Tlen miesza się ze spalinami i doprowadza do komory spalania. Koncentracja tlenu w mieszance spalinowej wynosi 30-40% Powstające spaliny złożone są głównie z CO 2 i wody dlatego na proces separacji CO 2 składa się instalacja osuszania, separacji kriogenicznej i sprężania do ciśnienia wymaganego do transportu rurociągiem

3 Kriogeniczna separacja powietrza Metoda bazująca na kriogenicznym rozdziale składników gazowych powietrza została opracowana w 1900r. i jest najbardziej zaawansowaną technologią produkcji tlenu. Kriogeniczna separacja powietrza opiera się na właściwościach fizyko-chemicznych azotu i tlenu. Pierwiastki te posiadają różne temperatury punktu wrzenia, co jest wykorzystane w procesie destylacji kriogenicznej. Technologia pozwala uzyskać tlen z wysoką końcową czystością wynoszącą 99,5% oraz stopniem odzysku 97,85%. Zapotrzebowanie na energię elektryczną do napędu urządzeń pomocniczych w tlenowni zależne jest od rozmiarów prowadzonego procesu. W produkcji O 2 na dużą skalę rzędu kilkunastu tysięcy ton energochłonność równa jest 220 kwh/mgo 2

4 Kriogeniczna separacja powietrza separator wody chłodnica woda sita molekularne chłodnica expander kolumna rozdziału wysokociśnieniowego argon kolumna rozdziału niskociśnieniowego sprężarka powietrze sprężarka tlen wymienniki ciepła chłodnica kolumna argonu

5 Hybrydowa membranowo-kriogeniczna metoda produkcji tlenu Retentat LP GN Powietrze VENT Moduł membranowy S HX ZD Permeat VP LP GO ZD HX LP GN T LPC LN ZD MHX Powietrze Strumień wzbogacony w tlen GO ZD HPC MHX Azot LOX

6 Technologia produkcji tlenu z wykorzystaniem membran wysokotemperaturowych Metoda opiera się na zjawisku przewodnictwa jonów tlenu O 2- przez materiał membrany, które zachodzi w temperaturze C Cząsteczki tlenu adsorbują na powierzchni membrany, łącza się z wolnymi elektronami i ulegają dysocjacji jonowej. Jony tlenu transportowane są na drugą stronę membrany, gdzie oddają elektrony rozpadając się na tlen cząsteczkowy i następnie ulegają desorpcji w fazę gazową. Siłę napędową procesu stanowi różnica ciśnień cząstkowych po obu stronach membrany. Metoda pozwala otrzymać tlen o czystości 100%.

7 Technologia produkcji tlenu z wykorzystaniem membran wysokotemperaturowych (po2)f(x) (po2)f(x) pf air pf retentate C retentate po C air flue gas+o2 JO2 flue gas O2 membrane membrane vacuum VP pp po JO2

8 Integracja membrany wysokotemperaturowej z obiegiem bloku węglowego

9 Integracja membrany wysokotemperaturowej z obiegiem bloku węglowego

10 Wady i zalety stosowania membran wysokotemperaturowych Wady Rozwiązanie four-end Zalety Oczyszczanie wysokotemperaturowe spalin ( ) z pyłu i zanieczyszczeń niekorzystnych dla membran Praca wentylatora recyrkulacyjnego w wysokiej temperaturze ( ) związku tej temperatury z poborem mocy Stabilne właściwości membran ceramicznych zdolnych do transportu jonowego pomimo zanieczyszczeń po stronie permeatu takich gazów jak: SO 2, CO 2 (czy H 2 O) Strumień tlenu zmniejsza się w miarę upływu czasu Niskie stężenie tlenu w mieszance ograniczone rozwiązaniem konstrukcyjnym obiegu Materiał membrany ulega degradacji w czasie Sprawność obiegu siłowni zależy od sposobu integracji obiegu części parowej z obiegiem membrany Proste rozwiązanie podgrzania membrany do temperatury operacyjnej

11 Wady i zalety stosowania membran wysokotemperaturowych Wady Skomplikowane rozwiązanie konstrukcyjne podgrzania membrany do temperatury operacyjnej Rozwiązanie three-end Zalety Stały poziom strumienia tlenu Wyższe stężenie tlenu w mieszance Duża powierzchnia membrany Materiał membrany nie musi być odporny na działanie spalin

12 Podsumowanie Obecnie tlen dla procesów energetycznych produkowany jest w separatorach kriogenicznych. Metody hybrydowa membranowo-kriogeniczna oraz przy użyciu membran ceramicznych mogą być technologią alternatywną, gdyż pozwalają obniżyć energochłonność procesu poniżej wartości 0,22 kwh/mgo 2