SZKIC HISTORII Ogrewanie węgla be dostępu powietra do temperatury rędu 600-1200 C nosi nawę odgaowanie bądź pirolia. W trakcie tego procesu reaktora (retorta, komora) wydielają się pary, których, po ochłodeniu do temperatury otocenia, wykraplają się produkty ciekłe, a resta poostaje w faie gaowej. W reaktore alega sucha poostałość, cyli koks. Zdecydowana więksość węgli daje małowartościowy koks proskowaty i one kwalifikują się tylko do bepośredniego spalania węgle energetycne. Jedynie tw. węgle spiekające tworą koks o więksym uiarnieniu, który predstawia uslachetnione paliwo stałe. Na skalę premysłową proces piroliy ostał realiowany pocątkowo w Anglii pod koniec XVIII w., w celu otrymania tw. gau świetlnego, który był stosowany do oświetlania ulic. W następnej kolejności ga ten nalał nacnie serse astosowanie jako paliwo domowe do prygotowania posiłków i ciepłej wody (w tej faie wany gaem miejskim). W drugiej połowie XX w. ropowsechniło się gaowe ogrewanie domów, głównie jednorodinnych. Pocątkowo ga wytwarano w gaowniach, które obsługiwały dane miasto, a produktem ubocnym był koks opałowy. Obok nich w XIX w. ropocęto budowę koksowni, których głównym prenaceniem było wytwaranie koksu dla potreb hutnictwa. Realiuje się w nich ten sam proces piroliy. Inne są tylko rowiąania pieców (więkse romiary, wyżsa wydajność) ora wymagany jest nieco inny surowiec, o wyżsych dolnościach spiekania, jesce radiej występujący niż węgle gaowe. Natomiast otrymany w koksowni ga był w asadie taki sam, jak w gaowni, ale tutaj stanowił on już produkt ubocny. Zużywano go na potreby własne do ogrewania komór koksownicych, cęściowo w innych akładach premysłowych o ile najdowały się w pobliżu, a również oddawano do sieci komunalnych. Niemniej występowało jawisko, że ga ten nie najdował bytu i był beużytecnie spalany w tw. pochodniach. Aby uniknąć tego marnotrawstwa, ropocęto budowę gaociągów presyłowych doprowadających ga koksownicy ośrodków jego produkcji do miast oddalonych nawet o paręset kilometrów. Na obecnym terytorium Polski, jesce pred wojną, budowano gaociąg Wałbrycha do Wrocławia i Zgorelca, a po wojnie Górnego Śląska również do Wrocławia i do Warsawy. Te gaociągi presyłowe pracują pod ciśnieniem powyżej 1 MPa (około 10 atm), ostatnio dla gau iemnego stosuje się ciśnienie do 8,4 MPa. W preciwieństwie do tego sieci rodielce w miastach i osiedlach pracują pod ciśnieniem najcęściej 1-2,5 kpa (100-250 mm sł wody). GAZOWA AUTARKIA Jóef Tallat-Kiełps W wiąku budową gaociągów presyłowych następowało amykanie lokalnych gaowni, gdie kosty wytwarania (w akładach nacnie mniejsych od koksowni) były kilkakrotnie wyżse. Gaociągi presyłowe, wychodące niewielu ośrodków wytwarania obejmowały cora więcej miast, a jednoceśnie łącyły e sobą ośrodki produkcji gau tworąc system, który umożliwiał bardiej równomierne asilanie odbiorców. W gaownictwie, podobnie jak w energetyce, od pocątku występował problem nierównomiernym odbiorem gau. Co było o tyle trudne, że wydajność urądeń odgaowania właściwie nie podlega regulacji. Kompensowanie diennych wahań odbioru rowiąano pre budowę naiemnych biorników gau o pojemności rędu dobowej produkcji akładu. Wahania seonowe predstawiały problem trudniejsy. W gaowniach jesienią i imą uruchamiano dodatkowe jednostki. W koksowniach, odwrotnie, latem spalano nadmiar gau w pochodniach. Jednoceśnie więksenie produkcji gau w dotychcasowych procesach pirolitycnych napotykało na dwie granice. Jedną była stosunkowo ogranicona baa surowcowa węgli spiekających, około 1/10 światowych asobów węgla, ora ich wyżsa cena. Druga, jesce poważniejsa, to sybko narastające apotrebowanie gau, niewspółmierne do możliwości bytu otrymywanego równoceśnie koksu, tw. w niemieckiej literature nożyce gaowo koksowe, które acęły się rowierać. Napreciw tym trudnościom wysło opracowanie procesów całkowitego gaowania węgla. Roserono pry tym baę surowcową na węgle energetycne, a jednoceśnie uyskano nacnie więksą możliwość regulowania wydajności. Najbardiej nana w tej diedinie to metoda Lurgi gaowania pod ciśnieniem użyciem tlenu. Wadą jej poostaje wyżsy kost gau (około 50%) w porównaniu koksownicym. Prawdiwy prełom w gaownictwie pryniosło jednak wprowadenie gau iemnego. Głównym składnikiem jest tutaj metan, podcas, gdy w gaie pirolitycnym występuje on w ilości rędu 20%. W wiąku tym wartość opałowa gau iemnego jest dwukrotnie wyżsa rędu 34000 kj/nm 3, ga koksownicy 17000 kj/nm 3. Ponieważ apotrebowanie energii na presył ależy również od objętości, transport gau iemnego, na jednostkę ciepła, jest tańsy. Drugą aletą gau iemnego jest niekwestionowana więksa elastycność dostawy w porównaniu do gaów stucnie wytwaranych. Urądenia wydobywce na danym łożu są dymensjonowane na określoną wydajność maksimum, ale odbiór gau można mniejsyć nawet do era i to stwierdenie obrauje schemat rowiąania problemu 24 RUROCIĄGI Nr 3/40/2005
scytów. W praktyce system presyłowy prepustowość gaociągów i tłocni dymensjonuje się na scytowe apotrebowanie w seonie. Ewentualnie w raie więksego oddalenia od łoża buduje się biorniki podiemne, których pojemność licona jest w milionach metrów seściennych. Generalnie ujmując, wahania seonowe w Polsce kompensowane są pry pomocy regulowanej wydajności tłocni presyłowych, biorników podiemnych ora miennym obciążeniem łóż krajowych. Wahania dobowe pokrywane są wykorystaniem pojemności samych gaociągów presyłowych ora możliwości regulacyjnych stacji redukcyjno pomiarowych i tłocni gau. Obecnie w Polsce prawie wsyscy odbiorcy komunalni (ok. 90%) mają dostarcany ga iemny wysokometanowy. Pre cas dłużsy istniały jednak dwa systemy gau: koksownicego i iemnego, a w pewnym okresie nawet treci, odrębny system, którym roprowadano ga iemny niskometanowy tw. aaotowany (CH 4 ca 60%, resta aot i dwutlenek węgla) - otrymywany e łóż na pogranicu Dolnego Śląska i Wielkopolski. SZYBKA PIROLIZA Obok jednak klasycnej metody piroliy realiowanej w gaowniach i koksowniach, w drogich urądeniach materiałów ogniotrwałych o dużych gabarytach, w ruchu periodycnym, ogrewanych preponowo, opracowana ostała metoda piroliy w urądeniach o ruchu ciągłym, gdie surowiec wsadowy w reaktore wchodi w bepośredni kontakt nośnikiem ciepła. Górą reaktora głównego odbierany jest ga i pary węglowodorów ciekłych nader podobne w swoim składie jak w koksowniach, gdyż jest to właściwie ten sam proces fiykochemicny, tak, że ga koksownicy również można by naywać pirolitycnym. Ze wględu jednak dla łatwiejsego odróżnienia termin pirolitycny będiemy stosować wyłącnie do gau otrymanego w procesie sybkiej piroliy. Dla obu aś gaów jako wspólny mianownik ga węglowy. Dołem reaktora odbierany jest koksik. Omawiane try grupy metod poyskiwania gau węgla można estawić i porównać ceną gau iemnego e łóż krajowych ora importowanego Rosji. Poiom cen lat osiemdiesiątych. Klasycne koksownie wymagają węgli spiekających. W diedinie całkowitego agaowania bardiej nana Tabela 1 [1] Kosty ł Metoda Surowiec Sprawność Poyskanie Presyt Łącnie Koksowanie drogi 0,9 1800 190 1990 Zgaowanie całkowite tani 0,7 2900 190 3090 Sybka pirolia bardo tani 0,9 1400 190 1590 Ga iemny import Rosji 3170 120 3290 wydobycie krajowe 310 120 430 jest metoda Lurgi pracująca pod ciśnieniem 20 atm użyciem tlenu. Powala ona już wykorystać węgle energetycne, ale wymaga jesce sortymentów ac drobnych. Sybka pirolia wykorystuje natomiast miały węgli energetycnych. Sprawność procesów odgaowania oblicamy porównując sumę wartości opałowej wsystkich produktów gaowych, ciekłych i stałych do wartości opałowej użytego wsadu. Kost gau oblicono dla jednostki ciepła 33 10 6 kj (8 10 6 kcal) loco odbiorca. Oblicenia te wykonano w roku 1980, pryjmując jednoceśnie wariant utyliacji koksiku pirolitycnego spalanie w elektrowni. Są one jednak na tyle atrakcyjne, że nie można prejść nad nimi do porądku be sprawdenia ich dla aktualnego układu cen. Tym bardiej, że jeśli mieniły się relacje cen gau iemnego i węgla, to racej ga bardiej podrożał. Istota proponowanej metody polega na tym aby węgla, pred spaleniem w pierwotnej postaci, odyskać wartościowe składniki ciekłe i gaowe. Już Mendelejew porównał spalanie metanu do palenia banknotami. Opierając wytwaranie gau o węgiel i to w jego najtańsej postaci miałów energetycnych realiujemy jakoby powyżse wskaanie podwójnie. Eliminujemy spalanie metanu i również unikamy spalania wartościowych składników węgla pod postacią paliwa stałego. Tu treba ra jesce podkreślić, że światowe asoby węgla wielokrotnie prekracają asoby gay iemnego. Jednoceśnie pirolia (odgaowanie) jest najtańsą metodą pretwarania węgla. W porównaniu wieloma innymi, opracowanymi później metodami jak gaowanie całkowite, uwodornienie, deintegracja, osiąga najwyżsą sprawność. Można prypomnieć sarkastycną maksymę Voltaire a Nie idźcie nigdy a pierwsym odruchem, bo on jest słusny.. MOŻLIWOŚCI WDROŻENIA SZYBKIEJ PIROLIZY W gaownictwie odróżniamy try diediny: produkcja lub poyskiwanie gau, roprowadanie ora użytkowanie gau. Nasa koncepcja ostanie ropatrona pod kątem gotowości do wdrożenia ora oceny i predyskutowania trudności jakie ewentualnie mogłyby aistnieć w każdym tych diałów. PRODUKCJA Proces ten, w skali półtechnicnej, ostał realiowany już w latach seśćdiesiątych w seregu krajów posiadających więkse łoża węglowe: w Stanach Zjednoconych (firma Garret), w Rosji (Instytut ENIN), w Niemcech (firma Lurgi-Ruhrgas [2]) i w Polsce (Instytut Chemicnej Preróbki Węgla w Zabru [3]). Te dwa ostanie rowiąania są lepiej nane i posłużą do bardiej dokładnego omówienia proponowanej koncepcji. W metodie IChPW [3] cała ilość gorącego koksiku reaktora skierowana ostaje do spalenia w kotle fluidalnym, a gorący popiół RUROCIĄGI Nr 3/40/2005 25
kotła wraca do reaktora właśnie jako stały nośnik ciepła i podgrewa dalsy strumień paliwa do temperatury ok. 650 C. W metodie niemieckiej [2] gorący koksik odbierany reaktora ostaje rożarony podmuchem powietra, doowanego w dobranej ilości, do temperatury 800-1000 C. Tabela 2 Bilans cieplny procesu odgaowania; wartość opałowa wsadu węglowego 100% [2] [3] Metoda Produkt IChPW Lurgi-Ruhrgas 650 C 590 C 920 C Koksik 61,7 59,7 54,7 Smoła lepik 8,3 20,8 6,1 Oleje 5,0 4,3 4,2 Ga 15,6 6,0 23,0 Straty 9,4 9,2 12,0 W cyklonie następuje rodiał. Drobne frakcje wynosone górą kierowane są do spalenia w kotle cyklonowym. Grubse wracają do reaktora jako nośnik ciepła. W metodie abrańskiej główny parametr procesu temperatura jest w dużym stopniu determinowana awartością popiołu w paliwie. Pry więksej ilości popiołu temperatura reakcji jest wyżsa. W niemieckiej metodie dwa cynniki poddają się sterowaniu: temperatura gau nośnego ora ilość koksiku awracanego do reaktora. Stąd możliwość regulacji temperatury reaktora głównego w serokim akresie. W każdym raie pierwse ogniwo procesu wytwarania gau można unać a rowiąane. Drugie natomiast stadium procesu wytwarania polega na utyliacji proskowatego koksiku i warunkuje realiację całej koncepcji. Są to tradycyjne nożyce gao-koksowe. Najprostsym rowiąaniem byłoby odprowadenie gorącego koksiku bepośrednio do kotła elektrowni wykorystaniem ciepła jawnego. Tak restą jak to ma miejsce w preentowanych metodach. Jednakowoż są to kotły specjalne (cyklonowy, fluidalny), tak, że ainstalowanie piroliy pocątkowo ogranicyłoby się do moderniacji istniejących bloków. Natomiast prestawienie istniejących kotłów na opalanie koksikiem, wymagałoby dopiero prób. W wiąku tym należy wspomnieć o astreżeniach jakoby miał koksowy powodował eroję ścian kotła. To kolei nasuwa pytanie co jest prycyną tej podwyżsonej twardości karboniatu? Cy miana struktury substancji organicnej węgla na skutek powstania więksej ilości wiąań międydrobinowych. Dla wyjaśnienia można prypomnieć, że diament jest właśnie cystym pierwiastkowo węglem. Ewentualnie podwyżsona twardość koksu może mieć również prycynę w topnieniu, slakowaniu popiołu. Wyjściem byłby dobór surowca odpowiednim składem popiołu, ewentualnie obniżenie temperatury piroliy. Tu w pierwsej kolejności nasuwają się węgle brunatne, które, w porównaniu do węgli carnych (tw. kamiennych ), awierają więcej cęści lotnych, pry cym próg ich uwalniania najduje się w temperaturach niżsych. W każdym raie wymagałoby to prób wstępnych, które trwałyby dość długo. Natomiast nany jest od dawna proces utyliacji miałów węglowych popre ich brykietowanie. W ten sam sposób można by też brykietować koksik pirolitycny wykorystując jako lepisce smołę uyskaną w tym samym procesie. Brykiety takie stanowiłyby substytut węgla sortymentowego. Ich własności palne odpowiadałyby w prybliżeniu półkoksom. Aby ewentualnie podnieść ich łatwopalność do poiomu surowego węgla carnego można by do procesu brykietowania dodawać miał węgla brunatnego. I ta koncepcja agospodarowania koksiku nie budi wątpliwości w akresie możliwości realiowania. W tym jednak prypadku należałoby aadaptować metodę L-R koksik w roli nośnika ciepła. Ponieważ możliwość osiągnięcia wyżsej temperatury więksyłaby uysk gau. W ten sposób powstałby nowy premysł gaownicy, tak jak dawniej oparty o węgiel, który wytwarałby ga, brykiety i jako produkt ubocny oleje lekkie. W porównaniu do koncepcji spalania koksiku w elektrowni niniejse rowiąanie wymagałoby budowy brykietowni. Jednoceśnie jednak cała uyskana smoła ostaje agospodarowana w preciwieństwie do koncepcji gaoelektrowni, gdie wystąpi problem budowy nowych akładów karbochemicnych, niewspółmiernie bardiej skomplikowanych niż brykietownie, a także problem bytu półproduktów węglopochodnych, co nie będie miało miejsca w prypadku brykietowni. Za wariantem brykietowni premawia te sereg innych momentów. Nieależność gaownictwa od energetyki, powoli na ujednolicenie składu gau popre dobór temperatury piroliy właściwej dla poscególnych odmian surowca węglowego. Zaraem ta sama temperatura procesu reguluje własności palne koksiku. Koksik otrymany w temperaturach niżsych awiera więcej cęści lotnych, cyli jest łatwiej palny. Z kolei gau jest mniej, ale ma on wyżsą wartość opałową. Kost brykietów, ackolwiek otrymuje się je odpadowego surowca miałów, jest na ogół wyżsy od surowego węgla sortymentowego e wględu na wkład pracy pry ich wyrobie. Jednak gaobrykietownie byłyby budowane jedynie w prypadku, gdyby cena gau pirolitycnego była odpowiednio niżsa od gau importu. Międy innymi na tyle niżsa aby można było brykiety spredawać po cenie konkurencyjnej w stosunku do węgla sortymentowego. Pocynione wstępne oblicenia właśnie na to wskaują. Dla potreb gaobrykietowni i gaoelektrowni należałoby, więksyć odpowiednio wydobycie węgla w tym akresie, w jakim ostanie on wykorystany dla wytwarania gau ora olejów lekkich. Około 20 mln ton. W końcowej konkluji można postawić wniosek, aby w pierwsej faie budować dwie instalacje piroliy o wy- 26 RUROCIĄGI Nr 3/40/2005
dajności odpowiadającej dolności prerobowej istniejących brykietowni węgla carnego i brunatnego. Równoceśnie nie powinno się tracić ocu sprawy wstępnego odgaowania wsadu elektrowni i preprowadić badania dla obu rodajów węgla. Premawia a tym naka racjonalnej gospodarki surowcami aby uniknąć spalania pod kotłem banknotów gaowych. Ostatecny kierunek będie ależał od praktycnych wględów jak apotrebowania i opłacalności bytu produktów karbochemicnych, które będą uyskiwane w tym wariancie. Natomiast oleje lekkie prydatne do silników Diesel a uyskiwane w obu wariantach stanowią produkt pożądany i nie nastręcają żadnego problemu e bytem. W posumowaniu stwierdić można, że ogniwo produkcyjne piroliy jest gotowe do realiacji. Wiąże się jednak tym budowa ocyscalni ścieków fenolowych, które powstają w sposób nieunikniony pry chłodeniu gau. Ilość ich można wydatnie mniejsyć stosując w więksym akresie chłodenie preponowe. Całkowicie jednak wyeliminować nie można. PRZESYŁ Spadki ciśnienia w trakcie presyłu gau poostają funkcją objętości gau, ciężaru właściwego ora lepkości. Ten ostatni cynnik, pry orientacyjnych preliceniach, można pominąć. W akresie ciśnień wysokich i średnich ewentualne podwyżsenie ciśnienia stanowi jedynie problem ekonomicny wyżse użycie energii. W sieciach rodielcych możliwość podnosenia ciśnienia, e wględu na prybory gaowe odbiorców, poostaje ogranicona i w tym aspekcie agadnienie winno być bliżej preanaliowane. Wór na spadek ciśnienia w sieciach niskoprężnych [4] p = 6, 483 1 Q γ λ 1/ D 2 5 Gdie: l długość odcinka gaociągu m Q prepływ objętościowy m 3 /h γ ciężar właściwy gau kg/nm 3 λ współcynnik tarcia D średnica [cm] Gdie: w sybkość liniowa m/sek d średnica m Pry cym w p =2 w Stosunek licby Re gau pirolitycnego do popredniej licby Re gau iemnego wyniesie: Re p w d, Re = 2 γ = 4 7 w d γ W akresie prepływów laminarnych i krytycnych współcynnik λ mienia się w sposób skomplikowany (rys 1.) i w praktyce może być odcytany najlepiej w sposób graficny. Te odcyty i oparte na nich prelicenia wykonano dla dwu średnic 100 i 250mm, a następnie estawiono w Tabeli 3. Z tym, że gwoli prejrystości dla średnicy 250 opuscono stadia pośrednie prytacając to co istotne wrost oporów. Jak widać nacny wrost spadku ciśnienia, cyli wrost oporów nawet trykrotny wystąpi wyłącnie dla prepływów laminarnych, ale już od połowy strefy II, krytycnej, mniejsa się wydatnie i dalej już systematycnie malejąc, albowiem w akresie turbulentnym, e wrostem licby Re, współcynnik tarcia mniejsa się. Prepływy laminarne i strefy krytycnej obejmują około 20% sieci niskoprężnej, poostałe 80% stanowią prepływy turbulentne [4]. Na podstawie Tabeli 3 można osacować, że dwukrotny i więksy wrost oporów wystąpi co najwyżej w 15% prypadków. W poostałych 85% wrost oporów utryma się poniżej 50%. Z tym jesce, że średnica 100 mm, która predstawia skrajnie niekorystny wariant, jest stosowana radko. Bliżsa wartościom preciętnym jest średnica 250 mm, a dla prekrojów więksych wrost oporów (ocywiście w strefie turbulentnej) będie jesce mniejsy. Ponadto żeby jesce mniejsyć obawy wiąane wprowadeniem gau pirolitycnego można prypomnieć, że więksość istniejących w Polsce sieci ostała aprojektowana jesce dla gau węglowego. Pry wymianie sieci średnic na ogół nie mniejsano, a cęstokroć p p p Pry cym Q p =2 Q γ 0, 75 kg / nm p γ p 0, 32 kg / nm 4 p p = 0, 32 λ λ = 1, 71 0, 75 λ λ Współcynnik tarcia λ jest funkcją licby Re Re = w d γ 3 3 Tabela 3 Ga iemny Re Ga pirolitycny średnica mm 100 250 Re λ λ λ p /λ Δp p /Δp Δp p /Δp 1500 0,042 0,70 10 4 0,0450 1,07 1,83 1,62 2000 0,032 0,94 10 4 0,0435 1,36 2,33 2,03 2500 0,038 1,18 10 4 0,0420 1,11 1,90 1,62 3000 0,046 1,41 10 4 0,0415 0,90 1,54 1,32 4000 0,048 1,89 10 4 0,0410 0,85 1,45 1,27 RUROCIĄGI Nr 3/40/2005 27
więksano. Jednoceśnie rury PE, a takie instaluje się obecnie, powodu gładkości ścian, mają lepsą prepustowość nawet do 20% od starych żeliwnych i stalowych, a dla takich właśnie rur wykonano oblicenia estawione w Tabeli 3. Można atem mieć nadieję, że do pokonania więksonych oporów gau pirolitycnego, poa nielicnymi wyjątkami, wystarcy podnieść ciśnienie w stacjach red-pom w akresie dopuscalnym dla sieci niskoprężnej. Ponadto w prypadku nowych sieci prewidianych od pocątku dla gau iemnego istnieją ich projekty i łatwo je prelicyć na ga pirolitycny. Znane jest też rowiąanie, gdy treba wydatnie więksyć prepustowość sieci rodielcej, że podnosi się w niej ciśnienie ponad wartość granicną, wówcas na pryłącach do odbiorców instaluje się reduktory domowe. Pry cym kost tych urądeń porównywalny jest kostem gaomiera. UŻYTKOWANIE Skład gau pirolitycnego może ulegać serokim wahaniom w tej samej instalacji ależnie od temperatury, procesu. Obrauje to poniżsa Tabela 4. Za bardiej odpowiedni unać należy ga wysokotemperaturowy e wględu na więksy uysk ora mniejsą awartość ciężkich węglowodorów, które wykaują skłonność do tworenia sady w casie spalania. Ten również skład i wydajność gau pryjęto do dalsych orientacyjnych obliceń. Wadą nieapreconą gau pirolitycnego jest wysoka awartość trującego tlenku węgla. Występował on również w gaie koksownicym do 10%, który tego powodu służył jako środek samobójcy. Prysłowiowe dawniej odkręcanie kurka gaowego. Obecnie wprowadenie takiego gau do sieci jest niemożliwe. Nie stanowi to jednak poważnego problemu. Znana jest reakcja konwersji tlenku węgla parą wodną i wymycie powstałego dwutlenku węgla w płucce cynnikiem alkalicnym. CO + H 2 O CO 2 + H 2 O CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O Tabela 4 Skład gau [3] Składniki Operacja ta stanowić będie ostatni proces ocyscania pred skierowaniem gau do sieci, albowiem musi być preprowadona na gaie pobawionym siarki i smoły, ponieważ cynniki te atruwają kataliator. Koncepcja tego procesu pod nawą odtruwanie nana jest od dawna i była nawet realiowana w skali technicnej. [5] Ra jesce należy podkreślić, że podane estawy ilustrują jak serokie są granice doboru pożądanego składu gau. Nieależnie jednak od możliwości w tym akresie otrymany ga pirolitycny będie miał inne własności palne, jak to się określa, nie będie wymienny gaem iemnym. A to kolei będie wymagało prestawienia pryborów u odbiorców. Jednakowoż operacja ta jest stosunkowo prosta, nie droga i w presłości więksość odbiorców na terenie Polski presła pre ten abieg. Niektóry nawet dwukrotnie koksownicego na niskometanowy, a następnie na wysokometanowy. Specyficnym użytkownikiem gau są akłady aotowe. Nie jest on tam nośnikiem energii, ale służy jako surowiec do uyskania wodoru, który kolei stanowi składnik do syntey amoniaku. Znane są dwie metody w tym akresie. Katalitycna konwersja parą wodną ogrewaniem preponowym ora półspalanie tlenem. Ten ostatni proces stosowany był również do gau koksownicego, ackolwiek w obu prypadkach rokładowi podlega jedynie metan. Oblicenia wykonane na podstawie danych literaturowych [6] powalają stwierdić, że górna granica wydajności wodoru bliża się do stechiometrycnej: 2m 3 H 2 1m 3 CH 4. Oblicenia analogicne dla gau pirolitycnego (skład Tabeli 4) wykaują uysk 1,2m 3 wodoru 1m 3 gau pirolitycnego. Kosty gau Tabeli 1 odnosą się do równoważnika ciepła w prybliżeniu 1 tys. m 3 gau iemnego i 2 tys. m 3 gau pirolitycnego. Stąd porównawcy kost surowca do otrymania 1 tysiąca m 3 wodoru Z gau iemnego: Z gau pirolitycnego: Odgaowanie 590ºC 920ºC składniki % 3290 = 1645 ł/tys. m 3 H 2 10 3 2 1590 = 663 ł/tys. m 3 H 2,4 10 3 2 Cyli kost gau pirolitycnego do otrymania wodoru w stosunku do importowanego metanu wynosiłby 663 1645 = 40% Dla ścisłości należy anacyć, że są to jedynie kosty gau surowca loco akład aotowy be kostów konwersji. W każdym raie relacja ta jest jesce bardiej korystna niż w prypadku wykłego spalania. 1590 3290 = 48% Ga otrymany 920ºC po konwersji tlenku węgla H 2 13,4 48,1 69,6 CH 4 50,3 23,0 23,9 C 2 H 6 9,2 0,4 0,4 C 2 H 4 + C 2 H 2 3,2 2,8 2,9 C 3 + C 4 8,0 0,2 0,2 CO 11,5 20,2 1,0 CO 2 4,0 3,4 1,0 N 2 0,2 1,0 1,0 Uysk gau m 3 /t 60 380 28 RUROCIĄGI Nr 3/40/2005
Co jest restą roumiałe, gdyż ga ten już pred konwersją awiera duży procent wodoru. W dalsej prysłości będie do preanaliowania cy w prypadku gau pobawionego tlenku węgla, który awiera blisko 70% wodoru nie byłoby opłacalne wydielenie tego składnika pre separację kriogenicną. Frakcja wymrożona, składająca się samych prawie węglowodorów, mogłaby być skierowana do konwersji katalitycnej lub półspalania, ewentualnie służyć jako opał. Można też będie roważyć skierowanie do akładów aotowych bepośredniego gau surowego be odtruwania. PROBLEM SZCZYTÓW Obok trech omówionych wyżej diedin sytuuje się odrębny problem scytów. W systemie gau iemnego nalał on opisany wyżej łatwy sposób rowiąani, lec wraca równoceśnie gaem wytwaranym, ac w postaci łagodonej. Ilustruje to poniżsy wykres rys. 2. Predstawia on pobór gau pre gospodarstwa domowe w ciągu doby. W koksowniach wydajność urądeń produkcyjnych predstawia linia prosta. Pole poniżej linii produkcji obrauje wymaganą pojemność biornikową i musi restą pokrywać pole scytu powyżej linii produkcji. Natomiast urądenia sybkiej piroliy wykaują możliwość regulowania wydajności w granicach 70-110% be istotnego spadku sprawności. Na wykresie pola pojemności biornikowej i scytu są mniejse. Krywe dla odbiorów miesanych: domowych, ogólno-komunalnych i premysłowych różnego typu wykaują inny prebieg, lec asada poostaje ta sama. Roumowanie powyżse odnosi się do określonej miejscowości asilanej jednej wytwórni. W prypadku budowy urądeń piroliy o dużej wydajności sereg miejscowości będie asilanych gaociągami wysokoprężnymi. Zaistnieje wówcas, podobnie jak w systemie gau iemnego, możliwość kompensowania wahań odbioru dobowego pojemnością samych gaociągów presyłowych ora możliwości regulacyjnych stacji redukcyjno pomiarowych i tłocni gau. Odnośnie wahań seonowych można będie wykorystywać jak diś biorniki podiemne, uruchamiać jak dawniej rokładanie metanu wytwarające ga wymienny gaem węglowym ora uruchamiać odpowiednie reerwowe jednostki piroliy. W prypadku, gdy rowiąane ostanie opalanie koksikiem pirolitycnym gaoelektrowni te ostatnie będą równoceśnie pokrywać scyty gaowe ora energetycne. OGÓLNY OBRAZ PRZESTAWIENIA Roważając prestawienie na ga pirolitycny mamy w asadie na myśli w faie docelowej wyeliminowanie importu, w możliwie daleko idącym akresie, lec nie prerwanie eksploatacji łóż krajowych, które dostarcają ga najtańsy (Tabela 1). Be wchodenia w scegóły, co na tym etapie jest niewykonalne, można tylko wytworyć obra ogólny. A więc południowo-wschodnia cęść Kraju, arądana pre Tarnowskie Okręgowe Zakłady Gaownice poostanie be mian. Źródła nowego gau ostaną wiąane e łożami węgla w środkowym pasie kraju, obejmującym Górny Śląsk ora górne lewisko Warty: agłębie Bełchatowskie i Konińskie, a także agłębiem Turosowskim na Dolnym Śląsku. Tutaj też winno ropocąć się prestawianie obejmując: Okręgi Dolnośląski, Wielkopolski (e Scecinem) i Górnośląski. Okręgi Pomorski i Maowiecki, jeżeli w ogóle będą prestawione, to w ostatniej kolejności. Licyć się też należy budową odcinków nowych gaociągów lub tłocni. W tak naskicowanym obraie nie uwględniono priorytetu prysługującego akładom aotowym w Tarnowie i Puławach, które leżą na terenie Tarnowskich i Maowieckich akładów. Kwestię tę należy ostawić do opracowania scegółowego. Być może stanie opłacalna np. budowa specjalnie dla Puław gaobrykietowni w lubelskim agłębiu węglowym lub ewentualnie powiąanie obu tych akładów gaoelektrowniami w Połańcu i Koienicach. Ponadto w ramach obniżenia kwot importowych mniejsa się średnia cena gau oferowana wsystkim odbiorcom na terenie całego Kraju. POTENCJALNA POLEMIKA Całość powyżsych wywodów amknąć można ogólnym stwierdeniem, że wprowadenie gau pirolitycnego jest możliwe, ale wiąże się dodatkowym wysiłkiem e strony pracowników gaownictwa. W tym aspekcie należy też ocenić licne obiekcje, które niewątpliwie będą podnosone. Międy innymi najdie się tam apewne argument, że niniejse wnioski oparte ostały o prestarały materiał doświadcalny i nie uwględniają nowych osiągnięć. Jednakowoż tamte eksperymenty odwierciedlają budowę materiału węglowego i mają charakter wręc teoretycny. Bowiem ta wieda nie ostała w najmniejsym stopniu dementowana. Tak jak ważne do diś poostają prawo ciążenia Newtona i nacnie starse prawo Archimedesa. Nowse próby mogą jedynie aowocować bardiej doskonałymi rowiąaniami technicnymi. To prypomina jak w latach diewięćdiesiątych argumentowano a eliminacją gau koksownicego podnosąc, że awiera on pył, smołę i wiąki siarki, Jest to formalnie półprawda, a w praktyce kłamstwo. Taki istotnie ga opusca komorę. Ale ga iemny unosi a łoża be porównania więcej pyłu i wody w postaci awiesiny kropel. Niejednokrotnie też awiera więcej wiąków siarki niż ga węglowy. Lec oba te rodaje gau pred skierowaniem do odbiorców, w jednakowym stopniu podlegały ocysceniu godnie wystarcająco ostrymi normami. W tym aspekcie preprowadona w latach diewięćdiesiątych likwidacja systemu gau koksownicego budi poważne wątpliwości. Eliminowano tańsy produkt krajowy na rec drożsego importu. Ga koksownicy RUROCIĄGI Nr 3/40/2005 29
skierowano do premysłu, głównie hutnictwa, gdie astąpił on stosowany uprednio jesce tańsy ga cadnicowy. Cadnice natomiast likwidowano. Warto na koniec odnieść się w paru daniach do wskaań Europejskiej Dyrektywy Gaowej, której wytycne i cele można streścić następująco: Ujednolicenie regulacji w akresie presyłu, dystrybucji ora magaynowania, w tym również skroplonego gau iemnego. Nie dotycy to jednak posukiwań i wydobycia gau. Ujednolicenie rachunkowości w gaownictwie Stabiliację dostaw Wspólny jednolity rynek gau Dostęp do sieci stron trecich, który jest obligatoryjny w tym stopniu, że ostały sprecyowane warunki, które jedynie powoliłyby takiego dostępu odmówić Zaleca wprowadenie gau iemnego do elektrowni i ciepłowni O ile pierwse ctery wylicone punkty nie budą więksych astreżeń, to już dostęp do sieci stron trecich, w polskich warunkach, gdie główny dostawca gau najduje się poa granicami, jest nie do pryjęcia. Kost doprowadenia jednostki gaowej do odbiorcy komunalnego (gospodarstwa domowe) awiera w sobie kost amortyacji konserwacji rogałęionej sieci miejskiej o niskiej prepustowości. Jest też niewspółmiernie wyżsy niż doprowadenie tejże jednostki do odbiorcy premysłowego, który jeden używa tyle gau, co wiele tysięcy odbiorców domowych i do którego wystarcy jedna rura. Krajowy dystrybutor gau uśrednia te kosty w interesie ludności. Jeżeli jednak odbiorcy premysłowi będą mogli akupić ga bepośrednio od agranicnego dostawcy kost gau dla odbiorców domowych wrośnie wielokrotnie. Prestawienie elektrowni i ciepłowni na opalanie gaem iemnym jest najprostsym i najtańsym sposobem na mniejsenie emisji dwutlenku siarki. W polskich jednak warunkach onaca to wrost ależności od importu i pogorsenie bilansu płatnicego. Ponadto jest nieracjonalne, o cym już wspomniano, punktu widenia długofalowej gospodarki surowcami. Zasoby węgla wielokrotnie prewyżsają asoby nacnie cenniejsego nośnika energii jakim jest ga iemny, Duży aś akład (elektrownia) stosunkowo łatwiej poradi sobie ujemnymi skutkami spalania węgla niż drobni odbiorcy. Tak więc trendy repreentowane pre Europejską Dyrektywę Gaową, tam gdie one wprowadają modyfikacje technologicne, można, nasego punktu widenia nawać racej modą, niekorystną ekonomicnie. HISTORIA SPOPULARYZOWANIA KONCEPCJI Na Krajowym Zjeźdie Gaownicym, który odbył się w Kalisu w 1978 r., organiowanym w ramach PZITS (Polskie Zresenie Inżynierów i Techników Sanitarnych), na sekcji produkcji gau, autor, premawiając jako ostatni, wycerpująco referował agadnienie. Ze wsystkich wystąpień było ono najdłużse. Bepośrednio potem abrał głos prewodnicący obradom sekcji, dyrektor Instytutu Gaownicego w Krakowie, pry cym agadnienie piroliy pyłowej pominął absolutnym milceniem. Dodać treba, że ten Instytut pracował nad wdrożeniem metody wytwarania gau węgla pre całkowite gaowanie, cyli nad metodą konkurencyjną w stosunku do piroliy. Wystąpienie to ostało natomiast dużym ainteresowaniem pryjęte pre warsawską filię Instytutu Gaownictwa, a nawet pre pracowników ówcesnego Zjednocenia Gaownicego, które stanowiło włade nacelne nad całym gaownictwem. W końcu jednak preważyło danie krakowskiej dyrekcji i agadnienie ostało umorone be jakiejkolwiek dyskusji. Jesce bardiej ciekawa była reakcja Instytutu w Zabru. Podlegał on ministerstwu hutnictwa (podcas gdy gaownictwo energetyce), a więc poostawał nieależny i wydawało się, że był osobiście ainteresowany w wypromowaniu opanowanej pre siebie technologii na serse wody, podcas, gdy dotychcas astosowanie jej poostawało marginalne. Po umoreniu inicjatywy podjętej w Kalisu, autor referował omawiane agadnienie na sympojum organiowanym pre Instytut Chemicnej Technologii Węgla Politechniki Wrocławskiej. Obecny tam dyrektor abrańskiego instytutu, Henryk Zieliński, ocenił to wystąpienie w słowach wysoce pochlebnych. W ślad a tym wrocławski oddiał PZITS wystosował do Zabra dwukrotnie pismo propoycją podjęcia konkretnych kroków celem wypromowania sybkiej piroliy jako źródła gau systemowego. Poostały one jednak be echa. Co najduje swe pełne wyjaśnienie w tym, że predkładane propoycje mierały do apewnienia Polsce nieależności energetycnej, a wsystkie resorty miały wówcas niepisany aka podejmowania jakichkolwiek diałań mierających w tym kierunku. Tu treba wyjaśnić, że w Niemcech sytuacja była asadnico inna ich węgiel jest nacnie drożsy od polskiego, a atem opłacalność produkcji gau węglowego rysuje się tam całkowicie odmiennie. GAZ KOKSOWNICZY Obok produkcji gau węglowego nowymi metodami istnieje możliwość poyskania, a racej prywrócenia do systemu gau koksownicego, który do lat diewięćdiesiątych był oddawany do sieci lec, w wiąku ogólnym prestawieniem na ga iemny, ostał stamtąd wycofany i skierowany do premysłu, głównie do hutnictwa, gdie astąpił stosowany uprednio tańsy ga cadnicowy. Cadnice demontowano. Ponadto około 45% wytwa- 30 RUROCIĄGI Nr 3/40/2005
ranego gau koksownie używają na potreby własne do podpału pieców. Otóż dla potreb hutnictwa i do podpału pieców można wybudować nowocesne cadnice wytwarające ga słaby np. metodą 1GT U-Gas. Gay tego typu, e wględu na niską wartość opałową (rędu 4 MJ/nm 3 ), nie nadają się do roprowadania w systemie gaownicym, lec awse były stosowane w pobliżu miejsca wytwarania, ponieważ kosty w odniesieniu do jednostki ciepła są niżse od gau koksownicego, mocnego. I to będie kost dodatkowych ilości gau, które ostaną wolnione podpału. Do cego należy jesce dolicyć udiał kostów wiąanych prystosowaniem systemu grewcego pieców do gau słabego. Uyskane aś w ten sposób ilości gau koksownicego stanowić będą równoważnik kalorycny rędu jednej cwartej importowanego gau iemnego. Ga koksownicy awiera tlenek węgla ackolwiek w ilościach niżsych (do 8%) niż ga pirolitycny jednak licyć się należy żądaniem usunięcia tego składnika. W każdym raie ga pirolitycny może być otrymany w składie, który będie wymienny gaem koksownicym. KONKLUZJA Celem niniejsego artykułu jest wrócenie uwagi sfer technicnych na możliwości asadnicej modyfikacji w jednej gałęi energetyki polskiej. Pierwsym krokiem musi być weryfikacja prytoconych wyżej sacunków. Za wkroceniem na tę drogę premawia naka posanowania i racjonalnej gospodarki asobami pryrody. Na gruncie aś polskim dochodą dalse argumenty: Otrymanie tańsego gau krajowego surowca Zwięksenie samodielności energetycnej kraju Poprawa bilansu płatnicego reygnacja importu Ożywienie koniunktury wewnętrnej Tworenie nowych miejsc pracy Piśmiennictwo 1. Jóef Tallat-Kiełps Gaoelektrownia. Ga Woda i Technika Sanitarna r. 1982, nr 8 2. Sommer H. Betriebserfahrungen mit dem L.R. Verfahren ur Bevorentgasung von Kohle in Verbindung mit einer Kesselfeuerung V.G.B Kraftwerkstechnik 1974 nr 5 3. Olbracht Zbraniborski. Odgaowanie węgla e stałym nośnikiem ciepła w powiąaniu e spalaniem karboniatu Instytut Chemicnej Preróbki Węgla w Zabru 4. Jóef Tallat-Kiełps Oblicenia prepływów hydraulicnych w gaociągach c. I Ga Woda i Technika Sanitarna r. 1980 nr 2 5. Rudolf Riedl Urędenia i ruch gaowni PWT Warsawa 1952 6. Ga do synte chemicnych otrymany pre konwersję metanu parą wodną lub para wodną i tlenem Kalendar chemicny tom II-2 Warsawa PWT r. 1955 7. Jery Mękalski Nierównomierności apotrebowań gau Zesyty Problemowe r. 1971 nr 2 Biuro Gaoprojekt Jóef Tallat Kiełps ur. w 1923 r. na Litwie Kowieńskiej. W 1948 r. ropocął studia na Politechnice Wrocławskiej i wtedy prystąpił do konspiracyjnej organiacji WiN. Arestowany w 1952 r., skaany na karę śmierci. Na uchylenie wyroku cekał siedem miesięcy. W wyniku amnestii wolniony w 1956 r. Więienie opuścił jako inwalida. Studia ukońcył w 1958 r. e specjalnością chemicna technologia węgla i pre 30 lat pracował w gaownictwie. Wiele lat ajmował się posukiwaniami nowego źródła gau, które astąpiłoby gaownie klasycne. Opracował projekt stacji cadnic do opalania koksowni: Biały Kamień, Bolesław Chrobry, Miesko i Victoria w Wałbrychu. Jako alternatywy dla importu gau iemnego poostawały: budowa nowych gaokoksowni wględnie instalacji całkowitego gaowania węgla. Autor wysunął trecią. Jest to opisana powyżej pirolia miałów węgli energetycnych. Pred prejściem na emeryturę (w 1989 r.) ajmował się nowatorskim wówcas tematem agospodarowanie gau powstającego w procesie ocyscania ścieków. W 1982 r. prystąpił do Klubu Służby Niepodległości (KSN), kierowanego pre śp. Wojciecha Ziembińskiego. Pod jego kierownictwem wychodił biuletyn Zamek. Jako Kaimier Mastowtt opublikował koncepcję utworenia Międymora, które obejmowałoby obok Polski państwa od Estonii po Cechy, Ukrainę i tereny dawnej Jugosławii (Nr 3 luty 1989 r.). Drugi cykl o podobnym charaktere obejmuje roważania możliwych konfiguracji politycnych na terenach postowieckiego imperium i Bliskiego Wschodu (Zamek nr 8 grudień 1992). W roku 1990 wypowiediał się preciw kandydature Lecha Wałęsy na preydenta. Odmówił pryjęcia Złotego Kryża Zasługi prynanego mu pre emigracyjnego preydenta Kacorowskiego. Redaktor biuletynu sekcji gaownicej Polskiego Zresenia Inżynierów i Techników Sanitarnych pt. Gaownictwo w Świecie. RUROCIĄGI Nr 3/40/2005 31