Rtęć w przemyśle. Technologia usuwania rtęci z węgla przed procesem zgazowania/spalania jako efektywny sposób obniżenia emisji rtęci do atmosfery

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Rtęć w przemyśle. Technologia usuwania rtęci z węgla przed procesem zgazowania/spalania jako efektywny sposób obniżenia emisji rtęci do atmosfery"

Zbigniew Popławski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Rtęć w przemyśle Konwencja, ograniczanie emisji, technologia 26 listopada 2014, Warszawa Technologia usuwania rtęci z węgla przed procesem zgazowania/spalania jako efektywny sposób obniżenia emisji rtęci do atmosfery Tomasz Chmielniak, Marcin Sajdak, Edyta Misztal, Izabela Mazurek, Krzysztof Słowik paliw i energii elektrycznej finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych pt.: Zaawansowane technologie

Marcin Sajdak, Edyta Misztal, Izabela Mazurek, Krzysztof Słowik paliw i energii elektrycznej finansowane przez Narodowe

2 Zakres prezentacji 1. Wprowadzenie 2. Badania eksperymentalne 3. Koncepcja technologiczna procesu 4. Ocena ekonomiczna 5. Podsumowanie 2/20

3 Wprowadzenie Zadanie badawcze: Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej finansowane przez NCBiR w ramach strategicznego programu badan naukowych i prac rozwojowych pt.: Zaawansowane technologie 3/20

elektrycznej finansowane przez NCBiR w ramach strategicznego

4 Badania eksperymentalne: węgiel Węgiel kamienny i brunatny Węgle wybrane do badań w ramach realizacji Zadania Badawczego nr 3 Węgie l Analiza techniczna, % HHV a Analiza elementarna, % Hg d W r W a A a V a kj/kg C a H a N a S t a ppb WK WB /20

Analiza elementarna, % Hg d W r W a A a V a kj/kg C a H a N a S t a ppb WK 21.3 12.

5 Badania eksperymentalne: koncepcja realizacji badań Skala laboratoryjna g Skala wielkolaboratoryjna 3 1,5 2 kg/h Wpływ temperatury Wpływ czasu przebywania Analiza właściwości węgla i karbonizatu Wybór parametrów procesu do dalszych testów Weryfikacja wyników Analiza właściwości węgla i karbonizatu Dystrybucja i analiza produktów procesu Weryfikacja wyników Analiza właściwości węgla i karbonizatu Dystrybucja i analiza produktów procesu Wytyczne realizacji procesu 5/20

testów Weryfikacja wyników Analiza właściwości węgla i karbonizatu Dystrybucja i analiza produktów procesu Weryfikacja

6 Badania eksperymentalne: badania laboratoryjne (1) Węgiel brunatny: Wysokie sprawności separacji już w temperaturze 250 C (69 84 %). W temperaturze 300 C sprawność separacji przekracza 90 %. WB Węgiel kamienny: Akceptowalne sprawności separacji przy temperaturze 350 C (48 %). Czas przebywania 0 10 min.. WK 6/20

W temperaturze 300 C sprawność separacji przekracza 90 %.

7 Badania eksperymentalne: badania laboratoryjne (2) WB Dla węgla brunatnego wzrost temperatury procesu do 500 C powoduje spadek zawartości C, H i części lotnych w karbonizacie odpowiednio o 38, 66 i 61 %. Spadek entalpii chemicznej paliwa wynosi 42 %. Spadek entalpii chemicznej paliwa w przypadku węgla kamiennego wynosi 26 %. Uwzględniając sprawności separacji rtęci i zmiany właściwości paliwa oczyszczonego, optymalnymi temperaturami realizacji procesu dla węgla brunatnego i kamiennego są odpowiednio: 300 C i 350 C. WK 7/20

Spadek entalpii chemicznej paliwa w przypadku węgla kamiennego wynosi 26 %.

Badania eksperymentalne: badania laboratoryjne (3) Skala ~ 100 g 100,0 KWK Janina KWK Janina 1 KWK Wieczorek KWB Bełchatów 92,9 93,8 94,0 WB: weryfikacja wyników w skali 100 g g, % H ia a n w s u u ś

8 Badania eksperymentalne: badania laboratoryjne (3) Skala ~ 100 g 100,0 KWK Janina KWK Janina 1 KWK Wieczorek KWB Bełchatów 92,9 93,8 94,0 WB: weryfikacja wyników w skali 100 g g, % H ia a n w s u u ś ć o n w ra S p 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 30,3 39,1 28,0 23,8 0 min 0 min 0 min 0 min 250 C 300 C 20 min 350 C 450 C 73,5 51,0 78,3 27,2 28,7 0 min 20 min WK Janina: wzrost temperatury powoduje uzyskanie sprawności usuwania Hg > 90%, lecz wiąże się to ze spadkiem entalpii chemicznej paliwa oczyszczonego. 550 C 8/20

30,3 39,1 28,0 23,8 0 min 0 min 0 min 0 min 250 C 300 C 20 min 350 C 450 C 73,5 51,0 78,3 27,2 28,7 0 min 20 min WK Janina: wzrost

9 Badania eksperymentalne: skala wielkolaboratoryjna proces ciągły (1) Skala 1,5 kg/h Parametry procesu pirolizy: proces ciągły piec obrotowy wydajność: 1,5 kg/h temperatura: WB: 300 C, WK: 450 C czas przebywania: 30 min uziarnienie węgla: 0,5 3,15 mm atmosfera: N 2 (30 l/h) 9/20

obrotowy wydajność: 1,5 kg/h temperatura: WB: 300 C, WK: 450 C czas

10 Badania eksperymentalne: skala wielkolaboratoryjna proces ciągły (2) Węgiel brunatny 300 o C: Sprawność usuwania Hg: 92-93% Strata entalpii chemicznej paliwa: 3-7% Węgiel kamienny 450 o C: Sprawność usuwania Hg: 16-24% Strata entalpii chemicznej paliwa: 11-20% 10/20

entalpii chemicznej paliwa: 3-7% Węgiel kamienny 450 o C:

11 Badania eksperymentalne: skala wielkolaboratoryjna proces ciągły (3) 11/20

12 Koncepcja technologiczna: założenia Wydajność instalacji: 250 t/h węgla surowego (strumień entalpii chemicznej paliwa: 626 MW th ) Sprawność usuwania rtęci z węgla: 90 % Temperatura realizacji procesu: 300 C Temperatura paliwa po wysuszeniu: 110 C Straty ciepła w suszarce i w układzie pirolizy:1 % (strumienia ciepła doprowadzonego do układu) Sprawność cieplna komory spalania: ~ 90 % 12/20

realizacji procesu: 300 C Temperatura paliwa po wysuszeniu: 110 C Straty ciepła w suszarce i w

13 Koncepcja technologiczna: schemat układu 13/20

14 Koncepcja technologiczna: bilans masy i energii Strumień Bilans masy Strumień Bilans masy WEJŚCIE kg/h % Węgiel brunatny ,37 Paliwo generacja ciepła ,21 Powietrze ,33 Azot ,70 Woda kotłowa 6 bar ,11 Woda kotłowa 39 bar ,98 Woda grzewcza ,68 Woda technologiczna ,62 Razem wejście ,00 WYJŚCIE kg/h % Paliwo po usunięciu rtęci ,4 Popiół ,2 Spaliny z suszenia ,2 Spaliny z pirolizy niskotemp ,5 Rtęć z sorbentem 0,1 0,0 Woda grzewcza ,7 Para 6 bar ,1 Para 39 bar ,0 Razem wyjście ,0 14/20

technologiczna 14 277 1,62 Razem wejście 881 232 100,00 WYJŚCIE kg/h % Paliwo po usunięciu rtęci 126 654 14,4 Popiół 10 303 1,2 Spaliny z suszenia 416 154

15 Koncepcja technologiczna: sprawność cieplna Nr Przypadek/produkt WB,% 1 Paliwo oczyszczone (gorące) + para SP, NP, woda grzewcza 89,3 2 Paliwo oczyszczone (gorące) + para +wg 76,2 2 Paliwo oczyszczone (gorące) + para 74,4 3 Paliwo oczyszczone (zimne/temp. otoczenia) 73,1 Przypadek Spalanie Zgazowanie Piroliza Przepływ gazu, kg/h Strumień rtęci, kg/h 0,0474 0,0440 0,0427 Koncentracja rtęci, mg/kg 36,8 153, ,8 Wzrost koncentracji rtęci: x 29 spalanie / x 7 zgazowanie 15/20

16 Ocena ekonomiczna: koszty produkcji Cena zakupu węgla surowego: 8 PLN/GJ Koszty produkcji: 61 mln (200 mln) PLN Koszt węgla oczyszczonego: 10 PLN/GJ Wzrost ceny węgla (bez marży): 25 % Uzyskujemy paliwo czyste (bez rtęci), suche o wysokiej wartości opałowej rośnie efektywność jego przetwórstwa 16/20

PLN/GJ Wzrost ceny węgla (bez marży): 25 % Uzyskujemy paliwo czyste (bez

17 Ocena ekonomiczna: porównanie, spalanie USD/kg Hg USD/kg Hg Dane /20

885 USD/kg Hg 350 000 300 000 250 000 200 000 150 000 100 000 50 000 151 678 359 353 113

18 Podsumowanie (1) Usuwanie rtęci z węgla na drodze pirolizy niskotemperaturowej przed procesem zgazowania/spalania jest interesującą alternatywą w stosunku do wtórnych metod obniżania emisji rtęci. Ze względu na wyższą koncentrację rtęci oraz znacznie niższe strumienie oczyszczanego gazu w proces separacji jest relatywnie łatwy do zastosowania i (jak wynika z pierwszych szacunków) jest atrakcyjny ekonomicznie. Zastosowanie procesu pozwala na uzyskanie wysokich sprawności usuwania rtęci z węgla brunatnego (>90%). W przypadku węgla kamiennego uzyskane sprawności są zdecydowanie niższe (24 % przy 450 o C). 18/20

Ze względu na wyższą koncentrację rtęci oraz znacznie niższe strumienie oczyszczanego gazu w proces separacji jest relatywnie łatwy do zastosowania i

19 Podsumowanie (2) Istotną zaletą rozwijanej technologii jest jej integracja z procesem suszenia. Produktem technologii jest oczyszczone paliwo o wyższej kaloryczności i zdecydowanie niższej zawartość wilgoci. Pozwala to na jego bardziej efektywne wykorzystanie w procesach zgazowania i spalania. Powinno to być uwzględnione przy porównaniu i ocenie badanej technologii tle innych, obecnie dostępnych i rozwijanych. Przeprowadzona ocena ekonomiczna pozwala stwierdzić, iż proponowana koncepcja technologii usuwania rtęci z węgla brunatnego na drodze niskotemperaturowej pirolizy jest technologią opłacalną i konkurencyjną na tle obecnie stosowanych. 19/20

Pozwala to na jego bardziej efektywne wykorzystanie w procesach zgazowania i spalania.

20 Dziękuję za uwagę Zadanie badawcze Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach strategicznego programu badan naukowych i prac rozwojowych pt.: Zaawansowane technologie 20/20

finansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach

Podobne dokumenty

Pilotowa instalacja zgazowania węgla w reaktorze CFB z wykorzystaniem CO 2 jako czynnika zgazowującego

Pilotowa instalacja zgazowania węgla w reaktorze CFB z wykorzystaniem CO 2 jako czynnika zgazowującego A. Sobolewski, A. Czaplicki, T. Chmielniak 1/20 Podstawy procesu zgazowania węgla z wykorzystaniem