Wykonał:Dominika Sztekler Karol Sztekler SLAJD 1

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Wykonał:Dominika Sztekler Karol Sztekler SLAJD 1"

Bronisława Chmielewska
6 lat temu
Przeglądów:

1 Sposoby ograniczania emisji dwutlenku węgla Wykonał:Dominika Sztekler Karol Sztekler SLAJD 1

2 Unia Europejska dąży do zmniejszenia emisji CO 2 o 50 % do 2050 roku. Nie jest to możliwe bez wychwytywania i bezpiecznego dla środowiska składowania CO 2 wytwarzanego w elektrowniach i elektrociepłowniach. miliard kwh energii elktrycznej rok Paliwa: Węgiel Gaz Energia nuklearna Odnawialne źród. ener. Ropa naftowa Podstawowym paliwem wykorzystywanym w energetyce zawodowej jest węgiel, zatem ten sektor jest największym emitorem CO 2, a prace nad redukcją dwutlenku węgla w tej branży są uzasadnione [1]. SLAJD 2

Technologie separacji CO 2 Prace dotyczące separacji dwutlenku węgla prowadzone są w dwóch kierunkach: pierwszy to separacja przed procesem spalania, drugi natomiast to separacja po procesie

3 Technologie separacji CO 2 Prace dotyczące separacji dwutlenku węgla prowadzone są w dwóch kierunkach: pierwszy to separacja przed procesem spalania, drugi natomiast to separacja po procesie spalania [3,8]. Separacja CO 2 przed procesem spalania może być realizowana poprzez: Procesy połączone z konwersją CO Proces bez konwersji CO Zgazowanie węgla w czystym tlenie technologia IGCC [5] SLAJD 3

4 Technologie separacji CO 2 po procesie spalania Absorpcja chemiczna i fizyczna Separacja membranowa Adsorpcja Metody kriogeniczne ADSORBER SLAJD 4

5 Absorpcja chemiczna Najczęściej wykorzystywany proces separacji CO 2 Absorbenty stosowane w procesie separacji CO2 to: Metody absorbcyjne spalin kotłowych ze strumienia Wodne roztwory amin -monoetanoloamina MEA -dietanoloamina DEA -diglikoloamina DGA -metyldietanoloamina MDEA -aminy sterically hindered KS-1, KS-2 Węglan potasu lub sodu Wodny roztwór amoniaku Wodorotlenek sodu Absorpcja fizyczna W metodzie tej wykorzystywane są organiczne i nieorganiczne ciekłe sorbentu typu: Metanol ( Rectisol), glikol (Selexol) ZALETY -MEA uważana jest za najlepszą ciecz absorpcyjną względem CO2 (98-99%), ma zdolność do absorbowania CO2 w warunkach niskiego ciśnienia i zdolności do regeneracji WADY - MEA ulega procesom degradacji na drodze redukcji z SOx i NOx -korozja w absorberach i regeneratorach[6] SLAJD 5

Metody adsorbcyjne Proces adsorpcji składa się z dwóch cyklów: adsorpcji i odzyskiwania CO2 ( regeneracja adsorbentu ) Jedne z najbardziej

VPSA, URPSA,ESA Adsorbenty stosowane w procesie separacji CO2 to: ADSORBER Węgiel aktywny Zeolity syntetyczne, naturalne syntetyzowane z popiołów

innych technik istnieje mniejsze zapotrzebowanie na adsorbent -uzyskuje się wysoką czystość gazu w prosty sposób i krótki czas WADY -istotny wpływ

6 Metody adsorbcyjne Proces adsorpcji składa się z dwóch cyklów: adsorpcji i odzyskiwania CO2 ( regeneracja adsorbentu ) Jedne z najbardziej efektywnych sposobów usuwania CO2 z gazów spalinowych na powierzchni oraz w porach adsorbentu Techniki adsorpcji do oddzielania CO2: PSA, TSA, VPSA, URPSA,ESA Adsorbenty stosowane w procesie separacji CO2 to: ADSORBER Węgiel aktywny Zeolity syntetyczne, naturalne syntetyzowane z popiołów lotnych Żel krzemionkowy i glinowy Tlenek glinu aktywowany ZALETY -najbardziej korzystną techniką adsorpcyjną jest PSA, w której w porównaniu do innych technik istnieje mniejsze zapotrzebowanie na adsorbent -uzyskuje się wysoką czystość gazu w prosty sposób i krótki czas WADY -istotny wpływ składników spalin (szczególnie H2O) -w prowadzeniu procesu mogą przeszkadzać ziarna pyłu zawarte w spalinach, mogące dezaktywować miejsca adsorpcyjne [7] SLAJD 6

7 POŁĄCZENIE PROCESU ADSORPCJI I ABSORPCJI CHEMICZNEJ Połączeniem procesu adsorpcji i absorpcji chemicznej jest proces, w którym CO 2 jest chemicznie absorbowany przez węglan potasu, sodu osadzony na węglu aktywnym materiałach zeolitowych, w wyniku czego powstaje wodorowęglan potasu sodu [9,10] Carbonator CO 2 Free gas Carbonation CO 2 H 2 O Regeneration Regenerator K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 2KHCO 3 2KHCO 3 K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 2 NaHCO o C KHCO 3, NaHCO 3 KHCO 3, NaHCO 3 K 2 CO 3, Na 2 CO 3 2 NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O > 150 o C Exothermic ΔH = 141,2 kj/mol K 2 CO 3 K 2 CO 3, Na 2 CO 3 Endothermic ΔH = 141,2 kj/mol K 2 CO 3 H 2 O, CO 2 Dzięki temu, iż węglan potasu, sodu wsparty jest na porowatym materiale węglu aktywnym, zeolicie cały proces prowadzić można cyklicznie w układzie stałego złoża Flue gas Fluidization gas Dzięki temu procesowi: -uzyskuje się wysoką czystość CO 2 ->99% - skuteczność odzysku CO 2-95% SLAJD 7

Przed wprowadzeniem układów do separacji CO 2 na skalę przemysłową należy przeprowadzić badania symulacyjne, które pozwolą odpowiedzieć na szereg pytań, aby to zrobić należy: opracować model

8 Przed wprowadzeniem układów do separacji CO 2 na skalę przemysłową należy przeprowadzić badania symulacyjne, które pozwolą odpowiedzieć na szereg pytań, aby to zrobić należy: opracować model numeryczny separacji dwutlenku węgla wybraną metodą adsorpcyjną (PTSA), następnie włączyć ten układ do modelu opracowanego bloku energetycznego (referencyjnego), dokonać analizy wpływu procesu separacji i układu sprężania CO 2 sprawność i moc bloku referencyjnego. na SLAJD 8

Układ do separacji CO 2 ze spalin Przyjęto następujące założenia: ciepło wydzielane w procesie adsorpcji CO 2 w całości przejmowane jest przez strumień oczyszczanych spalin, sorbent po

9 Układ do separacji CO 2 ze spalin Przyjęto następujące założenia: ciepło wydzielane w procesie adsorpcji CO 2 w całości przejmowane jest przez strumień oczyszczanych spalin, sorbent po regeneracji nie jest oczyszczany z pozostającego jeszcze w nim CO 2, produktem regeneracji sorbentu jest czysty dwutlenek węgla. znane są parametry fizyczne sorbentów np. izotermy adsorpcji. Desorber SLAJD 9

Referencyjny model bloku energetycznego z jednostką separacji CO 2 Jednostka sprężania 7 6 5 4 3 Para Jednostka separacji Czynnik chłodniczy Czynnik chłodniczy

10 Referencyjny model bloku energetycznego z jednostką separacji CO 2 Jednostka sprężania Para Jednostka separacji Czynnik chłodniczy Czynnik chłodniczy Strumień gazów spalinowych: 475,25kg/s Strumień CO 2 : 89,61 kg/s Moc całkowita: Parametry pary świeżej :ciśnienie temperatura 380 MW p 1 =169 bar t 1 =535 o C SLAJD 10

11 Analiza wpływu stopnia separacji CO 2 na zapotrzebowanie na sorbent Zapotrzebowanie na sorbent T/s 7,0 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 5A NaA Stopienseparacji CO 2 volume % p=const.=2.5 bar T=const.=125 0 C Najlepszym sorbentem jest zeolit syntetyczny 5A, ponieważ posiada on największą pojemność sorpcyjna, w rezultacie czego przy 100% separacji CO 2 z gazów spalinowych zapotrzebowanie na niego jest trzy razy mniejsze w porównaniu do zeolitu Na-A SLAJD 11

12 Analiza wpływu stopnia separacji CO 2 na moc sprawność obiegu Moc elektryczna bloku MW Moc bloku referencyjnego Bez sprezaniem CO2 Upust4, p=5,3 bar,t=246c Z sprezaniem CO Stopien separacji CO2% Sprawnosc obiegu % 40,0 39,5 39,0 38,5 38,0 37,5 37,0 36,5 36,0 35,5 35,0 34,5 34,0 33,5 33,0 32,5 32,0 Sprawnosc obiegu referencyjnego Bez sprezaniem CO2 Z sprezaniem CO2 Upust4, p=5,3 bar,t=246c Stopien sepracji CO2 % Dla bloku bez układu sprężania CO 2 przy 100% separacji CO 2 spadek mocy wynosi 2,7 MW. Przy zastosowaniu układu do sprężania CO 2 moc spada o około 56MW. Dla bloku bez układu sprężania CO 2 przy 100% separacji CO 2 spadek sprawności bloku wynosi 0,8% Natomiast w przypadku zastosowania układu do sprężania CO 2 sprawność spada o około 5,6 %, natomiast dla upustu SLAJD 12

13 Wnioski Badania nad separacja dwutlenku węgla prowadzone są w dwóch kierunkach separacja przed procesem jak i po procesie spalania jednakże,jednym z efektywnych sposobów wyseparownie CO 2 z gazów spalinowych jest proces adsorpcji na powierzchni oraz porach adsorbentu. Metoda adsorpcyjna Pressur Swing Adsorbtion PSA lub też mieszana PTSA umożliwia wyseparowanie z gazów spalinowych CO 2 w prosty sposób i w krótkim czasie, stanowi w ten sposób jedną z obiecujących technik usuwania CO 2. Na podstawie wstępnych badań symulacyjnych wynika że najlepszym sorbentem jest zeolit syntetyczny 5A, ponieważ posiada on największą pojemność sorpcyjna, w rezultacie czego przy 100% separacji CO 2 z gazów spalinowych zapotrzebowanie na niego jest trzy razy mniejsze w porównaniu do zeolitu Na-A Dla bloku bez układu sprężania CO 2 przy 100% separacji CO 2 spadek mocy wynosi 2,7 MW. Przy zastosowaniu układu do sprężania CO 2 moc spada o około 56MW. Dla bloku bez układu sprężania CO 2 przy 100% separacji CO 2 spadek sprawności bloku wynosi 0,8% Natomiast w przypadku zastosowania układu do sprężania CO 2 sprawność spada o około 5,6 %, natomiast dla upustu Energochłonność separacji, a tym samym jej wpływ na moc i sprawność bloku, zależy w znacznym stopniu od własności sorpcyjnych sorbentów w różnych warunkach termodynamicznych; wskazuje to na konieczność ciągłego poszukiwania sposobów pozyskiwania tanich i efektywnych sorbentów. SLAJD 13

14 Literatura 1. James Ekman What is the promise of new fossil technology over the next 25 years Janusz Kotowicz, Katarzyna Janusz Sposoby redukcji CO2 procesów energetycznych Mazurkiewicz M., Uliasz - Bocheńczyk A., Mokrzycki E., Piotrowski Z., Pomykała R.: Metody separacji i wychwytywania CO2. Polityka energetyczna, tom 8, zeszyt specjalny K. Dreszer, L. Więcław- Solny Obniżenie emisji CO2 z sektora energetycznego możliwe ścieżki wyboru technologii 2008 Polska 7. R.T. Yang, Gas separation by adsorption processes, Butterworths, Boston, G. Gottlicher, R. Pruschek, Comparison of CO 2 removal systems for fossil - fuelled power plant processes, Energy Conversion and Managment 1997, vol. 38, str. S173 - S X. Pchen, C.S Zhao Capture using dry potasium based sorbent in bulding fluidized bed reactor Chine C. Lee, H. J.Hae, S.J. Lee,Y.H Park Novel regenerable potasium based dry sorbent CO2 capture ad low temperature Korea 2009 SLAJD 14

Podobne dokumenty

Sorbenty fizyko-chemiczne do usuwania dwutlenku węgla

Sorbenty fizyko-chemiczne do usuwania dwutlenku węgla mgr inż. Dominika Bukalak POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA Wysowa, 04-07 maja 2010 SLAJD 1 Problem emisji CO 2 Rys. 1 Emisja dwutlenku węgla na świecie [1]