Niekonwencjonalne technologie wykorzystania węgla. Stanisław Prusek Główny Instytut Górnictwa

Podobne dokumenty
Krzysztof Stańczyk. CZYSTE TECHNOLOGIE UśYTKOWANIA WĘGLA

Otrzymywanie paliw płynnych z węgla

Projekty badawcze realizowane w Centrum Czystych Technologii Węglowych. Dr Krzysztof Kapusta Centrum Czystych Technologii Węglowych GIG

STRATEGICZNY PROGRAM BADAŃ NAUKOWYCH I PRAC ROZWOJOWYCH. Zaawansowane technologie pozyskiwania energii. Warszawa, 1 grudnia 2011 r.

OPRACOWANIE TECHNOLOGII ZGAZOWANIA WĘGLA DLA WYSOKOEFEKTYWNEJ PRODUKCJI PALIW I ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Załącznik 1. Propozycja struktury logicznej Programu (cele i wskaźniki)

PROGRAM DEMONSTRACYJNY CCS. ROZWÓJ CZYSTYCH TECHNOLOGII WĘGLOWYCH w GRUPIE TAURON PE

Nazwisko...Imię...Nr albumu... ZGAZOWANIE PALIW V ME/E, Test 11 (dn )

LIDER WYKONAWCY. PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. Oddział Elektrownia Turów

Czyste Technologie Węglowe. Prof. dr hab. inż. Józef DUBIŃSKI czł. koresp. PAN Naczelny Dyrektor Głównego Instytutu Górnictwa

ROLA I PERSPEKTYWY CZYSTYCH TECHNOLOGII WĘGLOWYCH W PROCESIE TRANSFORMACJI ENERGETYCZNEJ

PERSPEKTYWICZNE WYKORZYSTANIE WĘGLA W TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

SEMINARIUM. Produkcja energii z odpadów w technologii zgazowania Uwarunkowania prawne i technologiczne

Kierownik: Prof. dr hab. inż. Andrzej Mianowski

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

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

KLASTER CZYSTEJ ENERGII

Układ zgazowania RDF

Wsparcie dla badań i rozwoju na rzecz innowacyjnej energetyki. Gerard Lipiński

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Inwestycje PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A. na terenie województwa łódzkiego

Energetyka odnawialna w procesie inwestycyjnym budowy zakładu. Znaczenie energii odnawialnej dla bilansu energetycznego

Zakłady Pomiarowo-Badawcze Energetyki ENERGOPOMIAR Sp. z o.o.

Dyrektywa IPPC wyzwania dla ZA "Puławy" S.A. do 2016 roku

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

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

klasyfikacja kotłów wg kryterium technologia spalania: - rusztowe, - pyłowe, - fluidalne, - paleniska specjalne cyklonowe

ROZPROSZONE SYSTEMY KOGENERACJI

PLAN DZIAŁANIA KT 137. ds. Urządzeń Cieplno-Mechanicznych w Energetyce

Etapy badawcze związane z technologiami biogazowymi realizowane przez ENERGA SA

Innowacyjne układy wytwarzania i przesyłania energii

Niska emisja sprawa wysokiej wagi

Paliwa alternatywne w polskiej energetyce doświadczenia technologiczne i szanse rozwojowe Projekt budowy bloku na paliwo alternatywne RDF

PROF. DR HAB. INŻ. ANTONI TAJDUŚ

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 25 lipca 2011 r.

Energetyczne zagospodarowanie osadów ściekowych w powiązaniu z produkcją energii elektrycznej. Maria Bałazińska, Sławomir Stelmach

Spis treści. Wykaz ważniejszych skrótów i symboli... XIII VII

Plany do 2020, czyli myśl globalnie działaj lokalnie Marek Ściążko Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla. >1.5 t węgla/osobę 1

KONCEPCJA UKŁADU PRODUKCJI METANOLU ZINTEGROWANEGO ZE ZGAZOWANIEM WĘGLA BRUNATNEGO***

Rozwój kogeneracji wyzwania dla inwestora

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski dr inż. Dariusz Wiśniewski

Oferta Kompanii Węglowej S.A. dla sektora ciepłownictwa

Inteligentna Energetyka na podstawie strategii GK PGE

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

Dr Sebastian Werle, Prof. Ryszard K. Wilk Politechnika Śląska w Gliwicach Instytut Techniki Cieplnej

Polska energetyka scenariusze

Czysty wodór w każdej gminie

POLSKA ENERGETYKA STAN NA 2015 r. i CO DALEJ?

Spis treści. Wykaz ważniejszych skrótów i symboli

Polska energetyka scenariusze

Innowacje dla wytwarzania energii

Wykaz zawierający informacje o ilości i rodzajach gazów lub pyłów wprowadzanych do powietrza oraz dane, na podstawie których określono te ilości.

ENERGETYCZNE WYKORZYSTANIE GAZU W ELEKTROCIEPŁOWNI GORZÓW

Gekon Generator Koncepcji Ekologicznych

Urządzenie do rozkładu termicznego odpadów organicznych WGW-8 EU

PIROLIZA. GENERALNY DYSTRYBUTOR REDUXCO :: ::

Reaktory małej mocy: szanse i wyzwania

Zał.3B. Wytyczne w zakresie określenia ilości ograniczenia lub uniknięcia emisji zanieczyszczeń do powietrza

Wybrane aspekty odzysku energii z odpadów. Dr inż. Ryszard Wasielewski Centrum Badań Technologicznych IChPW

Innowacje w TAURON. tauron.pl

Warszawa, dnia 27 grudnia 2018 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 17 grudnia 2018 r.

Warszawa, dnia 28 grudnia 2017 r. Poz Rozporządzenie. z dnia 20 grudnia 2017 r.

Strategia rozwoju systemów wytwórczych PKE S.A. w ramach Grupy TAURON w perspektywie roku 2020

Spis treści. Wstęp 11

WYSOKOTEMPERATUROWE ZGAZOWANIE BIOMASY. INSTYTUT BADAWCZO-WDROŻENIOWY MASZYN Sp. z o.o.

Stan obecny i perspektywy wykorzystania energii odnawialnej

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: STC s Punkty ECTS: 5. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Polityka energetyczna w UE a problemy klimatyczne Doświadczenia Polski

Inwestycje w energetyce

Spalanie w tlenie. PRZEDMIOT BADAŃ i ANALIZ W PROJEKCIE STRATEGICZNYM\ Zadanie 2

Budujemy wartość i bezpieczną przyszłość Gospodarka ubocznymi produktami spalania w PGE Górnictwo i Energetyka Konwencjonalna S.A.

BUDOWA INSTALACJI DEMONSTRACYJNEJ CCS ZINTEGROWANA Z NOWYM BLOKIEM 858 MW W ELEKTROWNI BEŁCHATÓW. Warszawa, czerwiec 2011r.

PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA GAZU ZIEMNEGO DO PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ W POLSCE

Energetyczne wykorzystanie odpadów z biogazowni

REDUXCO. Katalizator spalania. Leszek Borkowski DAGAS sp z.o.o. D/LB/6/13 GreenEvo

wodór, magneto hydro dynamikę i ogniowo paliwowe.

Wykorzystanie gazu pozasystemowego do produkcji energii elektrycznej i cieplnej na przykładzie PGNiG SA Oddział w Zielonej Górze

eko polin EKOPOLIN Sp. z o.o. WNIOSEK O ZMIANĘ POZWOLENIA ZINTEGROWANEGO DLA INSTALACJI ELEKTROWNIA TURÓW W BOGATYNI

Nie taki węgiel straszny jak go malują Omówienie właściwości ogrzewania paliwami stałymi (nie tylko węglem). Wady i zalety każdego z paliw

Ekonomiczne i środowiskowe skutki PEP2040

Raport z inwentaryzacji emisji wraz z bilansem emisji CO2 z obszaru Gminy Miasto Płońsk

gospodarki energetycznej Cele polityki energetycznej Polski Działania wspierające rozwój energetyki odnawialnej w Polsce...

PROJEKT INDYWIDUALNY MAGISTERSKI rok akad. 2018/2019. kierunek studiów energetyka

Program dla sektora górnictwa węgla brunatnego w Polsce

Instytut Maszyn Przepływowych im. R. Szewalskiego Polskiej Akademii Nauk Wysokotemperaturowe zgazowanie biomasy odpadowej

Czysta Energia Europy. Przemysł i energetyka - Nie dla rozbieżności interesów?

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

Zestawienie wzorów i wskaźników emisji substancji zanieczyszczających wprowadzanych do powietrza.

1. WPROWADZENIE SPOSÓB OBLICZENIA WIELKOŚCI EMISJI TABLICE WIELKOŚCI WYKORZYSTYWANYCH DO OBLICZEO WSKAŹNIKÓW... 4

PGE Zespół Elektrowni Dolna Odra Spółka Akcyjna

RM R O Z P O R Z Ą D Z E N I E RADY MINISTRÓW z dnia 8 lipca 2011 r.

Warszawa, dnia 27 grudnia 2016 r. Poz Rozporządzenie. z dnia 15 grudnia 2016 r.

PGNiG TERMIKA nasza energia rozwija miasta

O procesie zgazowania węgla słów kilka...

Bezemisyjna energetyka węglowa

4. ODAZOTOWANIE SPALIN

Technologia i efektywność energetyczna zgazowania węgla

Niezależność energetyczna JSW KOKS S.A. w oparciu o posiadany gaz koksowniczy

Warszawa, dnia 11 sierpnia 2015 r. Poz Rozporządzenie. z dnia 21 lipca 2015 r.

Nowa CHP Zabrze. czyste ciepło dla Zabrze i Bytomia. Adam Kampa, CHP Plant Development Manager

Transkrypt:

Niekonwencjonalne technologie wykorzystania węgla Stanisław Prusek Główny Instytut Górnictwa

Podstawowe procesy i produkty wykorzystania węgla Spalanie - energia cieplna, energia elektryczna Uwodornienie (upłynnianie) - paliwa płynne Węgiel Odgazowanie (piroliza) - karbonizat, ciekłe produkty węglowodorowe, gaz (koksowniczy, wytlewny) Zgazowanie - gaz syntezowy, gaz opałowy, SNG 2

Spalanie węgla Elektrownie oparte o paliwo węglowe w Polsce i na świecie: Moc elektryczna zainstalowana na świecie wg stanu na lipiec 2017 1965,368 GW, Moc elektryczna zainstalowana w Polsce wg stanu na lipiec 2017 27,187 GW, Aktualnie na świecie jest zaplanowanych lub budowach ponad 1600 nowych elektrowni węglowych o łącznej mocy ponad 840 GW (źródło: NYT, http://endcoal.org/global-coal-plant-tracker). Elektrownia Opole Bloki 5 i 6 - Źródło: PGE 3

Zgazowanie węgla Zgazowanie węgla to proces wysokotemperaturowej konwersji węgla do gazu syntezowego przy użyciu czynnika zgazowującego (np. para wodna, tlen, wodór, powietrze, CO 2 ) dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii. Podział technologii zgazowania węgla: Naziemne Podziemne

Możliwości wykorzystania gazu syntezowego ze zgazowania węgla Elektrycznej Cieplnej Wytwarzanie energii Wytwarzanie paliw płynnych (synteza F-T) Benzyna ciężka Benzyna SYNGAZ Olej napędowy Amoniak Produkty chemiczne Wytwarzanie wodoru Wytwarzanie metanolu Ogniwa paliwowe Etylen Kwas octowy Aldehyd mrówkowy Eter dimetylowy Octan metylu Poliolefiny Benzyna

Naziemne zgazowanie węgla Proces zgazowania prowadzony jest na powierzchni w reaktorach, których konstrukcje, w zależności od przepływu paliwa w strefie reakcyjnej, dzielą się na: reaktory ze złożem stałym (ang. fixed bed) - Lurgi reaktory ze złożem fluidalnym (ang. fluidised bed) technologia U-GAS reaktory dyspersyjne (ang. entrained bed), (najczęściej wykorzystywane w nowych instalacjach) technologie: Shell, GE/Texaco, Siemens, ECUST Żródło: Karcz, Ściążko

Technologia IGCC (układ parowogazowy, zintegrowany ze zgazowaniem węgla) składa się z trzech głównych procesów. Są to: zgazowanie paliwa (tlenowe lub powietrzne) oczyszczanie gazu syntezowego, spalanie gazu syntezowego w turbinie gazowej, Naziemne zgazowanie węgla technologia IGCC odzysk ciepła i produkcja energii elektrycznej w turbinie parowej. Źródło: M. Ściążko

IGCC Zalety/Wady Zalety: Prawie o połowę niższe zużycie wody w porównaniu do konwencjonalnych bloków węglowych Niska emisja zanieczyszczeń (NOx, SO 2, pyły) Wysoka sprawność (45%) Możliwość produkcji wodoru oraz siarki Łatwiejsze wydzielanie CO 2 w porównaniu do spalania pyłowego Wady: Wysokie koszty instalacji Złożoność instalacji co podwyższa ryzyko występowania awarii i niezadawalająca dyspozycyjność Technologia IGCC nie pozwala na spełnienie wymogu Pakietu Zimowego w zakresie emisji CO 2 Grafika:https://www.dreamstime.com/stock-photography-plusminus-balance-balls-white-background-image36839642 8

Naziemne zgazowanie węgla - NZW NZW jest technologią w pełni komercyjną. W różnych krajach świata pracuje około 270 instalacji zgazowania wyposażonych w ponad 680 reaktorów. Szacuje się, że rocznie w świecie zgazowuje się 300-400 mln Mg węgla. 25% światowej produkcji amoniaku oraz 30% metanolu powstaje na bazie zgazowania węgla. Największy wzrost tej technologii obserwuje się w Chinach, gdzie zgazowaniu poddaje się około170 mln Mg węgla, głównie na potrzeby przemysłu chemicznego. Aktualnie w świecie w zgazowaniu naziemnym najczęściej wykorzystuje się gazyfikatory: Lurgi, GE Energy, Shell, Siemens, czy też ECUST.

Zgazowanie Planowane inwestycje w Polsce IGCC PGE budowa instalacji IGCC o mocy 500 MW w Elektrowni Dolna Odra Zgazowanie dla przemysłu chemicznego Tauron i Grupa Azoty, Zgazowanie węgla na potrzeby przemysłu chemicznego Enea - budowa instalacji IGCC o mocy 300-500 MW. Prowadzone są również działania w celu rozwijania technologii zgazowania w instalacjach małoskalowych. 10

PODZIEMNE ZGAZOWANIE WĘGLA powala na bezpośrednie pozyskanie energii w miejscu zalegania węgla i przebiega analogicznie do technologii zgazowania węgla na powierzchni - jest jednak bardziej skomplikowane i trudniejsze w realizacji

Podstawowe metody PZW Szybowa Otworowa - CRIP - Controlled Retracting Injection Point, - SWIFT - Single Well Integrated Flow Tubing, - εucg - Exergy UCG (technologia Ergo Exergy) Źródło: Kumar H., i in. Rurociąg injekcyjny Rurociąg z syngazem Rurociąg monitorujący Źródło: Kumar H. i in.

Instalacje pilotowe PZW w świecie bez Chin I kilkadziesiąt eksperymentów zgazowania w złożu w różnych częściach świata 13

PZW: Chiny Międzynarodowa organizacja UCG Association szacuje, że na terenie Chin zlokalizowanych jest aktualnie około 30 projektów PZW, znajdujących się w różnych fazach przygotowań. Nowy projekt PZW zatwierdzony przez rząd chiński w Zagłębiu Haoqin, w Środowej Mongolii, Realizacja przez Zhengzhou Coal Industry Group wspólnie z firmą Carbon Energy, która na bazie swojej technologii ma zbudować instalację demonstracyjną. 14

Projekty GIG w obszarze zgazowania węgla HUGE (RFCS) 2007-2010 Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej (NCBR) 2010-2015 HUGE2 (RFCS) 2011-2014 CoalGas (KIC InnoEnergy) 2012-2015 COGAR (RFCS) 2013-2016 TOPS (7th FP) 2013-2016 Coal2Gas (RFCS) 2014-2017 15

Wyniki badań w ramach projektu HUGE GIG KD Barbara Średnie parametry technologiczne procesu in-situ (2010r.) Prędkość zgazowania substancji węglowej: około 30 40 kg/godz., ilość wytworzonego gazu: 120 150 m3gazu/h, całkowita ilość zgazowanego węgla: 12 15 Mg, Czynnik zgazowujący: powietrze i tlen. W trakcie 16 dniowej próby w procesie uzyskano palny gaz o wartości opałowej w przedziale: 2,5 10 MJ/ m3 i o następującym składzie: wodór 10 40%, tlenek węgla 20 30%, metan 2 3%, dwutlenek węgla 10 15%, tlen 1 2%obj.

Zgazowanie w KWK Wieczorek (2014) Instalacja oczyszczanie gazu oraz lokalizacja georeaktora Lokalizacja georeaktora 17

Zgazowanie w KWK Wieczorek Średnie parametry technologiczne procesu: Temperatura gazu na wylocie z georeaktora ok. 470-520 O C Prędkość zgazowania węgla ok. 200 kg/godz. Wydatek gazu procesowego ok. 680-850 m 3 /godz. Efektywność zgazowania - ok.3 600 m 3 /Mg węgla Czynnik zgazowujący: powietrze i tlen. W ciągu 53 dni trwania eksperymentu, zgazowano około 245 Mg węgla i wytworzono około 1 030 000 m 3 gazu o wartości opałowej wahającej się od 3,0 do 4,5 MJ/m 3.

Zalety PZW Częściowa lub całkowita eliminacja robót górniczych i ograniczenie tzw. czynnika ludzkiego Redukcja nakładów inwestycyjnych (CAPEX) i kosztów eksploatacyjnych (OPEX) w porównaniu do tradycyjnych techniki eksploatacji pokładów węgla Możliwość eksploatacji pokładów, których wydobycie metodami górniczymi jest nieopłacalne lub zaniechane ze względów bezpieczeństwa Ograniczenie emisji zanieczyszczeń do powietrza Redukcja ilości powstających odpadów stałych, zarówno z procesów wydobywczych (np. kamień), jak i konwencjonalnego spalania węgla (np. popioły lotne) 19

Potencjalnie słabe strony technologii PZW Problemy legislacyjne i koncesyjne Brak pełnej kontroli procesu eksploatacji na poziomie podobnym, jak w przypadku metod konwencjonalnych, bądź zgazowania prowadzonego na powierzchni. W konsekwencji ograniczone możliwości zapewnienia ciągłości produkcji, a szczególnie stałej jakości gazu Możliwy negatywny wpływ na środowisko naturalne (np. zanieczyszczenie warstw wodonośnych produktami spalania) Ograniczone możliwości reakcji na powstające zagrożenie dla środowiska, wynikające z opóźnionej w czasie możliwości kontroli skutków środowiskowych eksploatacji 20

Zaplecze aparaturowo badawcze CCTW- GIG Stanowiska do symulacji procesu PZW w warunkach powierzchniowych ciśnieniowa oraz bezciśnieniowa Instalacja powierzchniowego zgazowania węgla ze złożem przesuwnym, Instalacja bezpośredniego upłynniania węgla, Moduł separacji i oczyszczania gazu procesowego, Podziemny poligon doświadczalny do prowadzenia prób podziemnego zgazowania węgla w złożu naturalnym KD Barbara w pokładzie nr 310 Reaktor Ciśnieniowy do symulacji procesu podziemnego zgazowania węgla Reaktor bezciśnieniowy do symulacji procesu podziemnego zgazowania węgla Instalacja zgazowania węgla ze złożem przesuwnym 21

CCTW część IChPW Instalacja zgazowania/pirolizy paliw stałych Instalacja zgazowania i oksyspalania paliw stałych w ciśnieniowym reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym 22

Coal2Gas RFCS GRANT AGREEMENT N. RFCR-CT-2014-00003 Zwiększenie efektywności wydobycia węgla poprzez zastosowanie podziemnego zgazowania w europejskich kopalniach węgla brunatnego Partnerzy: 23

Sasol Secunda (źródło: Courtesy Sasol, Media Club South Africa) UPŁYNNIANIE WĘGLA

Upłynnianie węgla Podstawowe metody upłynniania węgla: Metoda bezpośrednia - uwodornienie Metoda pośrednia synteza F-T https://www.wired.com/2009/03/coaltoliquids/ Sasol Coal to Liquids Kompleks Sasol w Secunda jest obecnie największym na świecie obiektem przemysłowym technologii CTL (Coal to Liquids). Instalacja pozwala na przetwarzanie ok. 40 mln Mg węgla rocznie na ~ 160 000 baryłek na dobę paliw ciekłych ~ 27% całkowitej produkcji paliw płynnych w RPA

Upłynnianie węgla doświadczenia GIG GIG, Wyry bezpośrednie uwodornienie węgla - fazy rozwoju: I. Od 1973r. badania procesów jednostkowych w skali laboratoryjnej (ekstrakcji, uwodornienia, destylacji, wytlewania, itd.); II. III. HISTORIA Instalacja wielkolaboratoryjna 120 kg węgla/dobę metoda CONSOL, H-COAL; Od 1977r. instalacja 1/4 techniczna 1,2 Mg węgla/dobę; IV. Od 1986r. zmodernizowana instalacja 2 Mg/dobę opracowanie technologii GIG; V. Początek lat 90-tych projekt zakładu pilotowego wg technologii GIG o przerobie 200 Mg/dobę dokumentacja projektowa GBS i PPW Separator na bazie założeń GIG. STAN AKTUALNY Instalacja upłynniania węgla CCTW KD Barbara 26

Podsumowanie 1. Węgiel jest ważnym i dominującym surowcem energetycznym dla wielu krajów świata. Zgodnie z prognozami, pomimo międzynarodowej presji na redukcję emisji gazów cieplarnianych, węgiel pozostanie głównym źródłem pozyskiwania energii. 2. Węgiel powinien być postrzegany nie tylko jako źródło energii otrzymywanej poprzez jego spalanie, ale również jako cenny surowiec o dużym potencjale karbochemicznym. 3. Przyszłość węgla to odejście od tradycyjnego jego wykorzystania na rzecz uczynienia go paliwem czystym, dlatego też technologie jego wielokierunkowego i niekonwencjonalnego wykorzystania powinny być rozwijane i komercjalizowane. 27

Podsumowanie 4. Dla Polski, której sektor wytwarzania energii oparty jest o paliwo węglowe, konieczne są działania na rzecz rozwoju i wdrażania niekonwencjonalnych technologii wykorzystania węgla, w tym zgazowania, szczególnie w aspekcie nowych wymagań Pakietu Zimowego, wprowadzenia nowych norm emisji dla dużych źródeł spalania (konkluzje BAT) oraz ustaw antysmogowych. 5. Polska posiada potencjał naukowy (zarówno kadrowy jak i laboratoryjny) dla opracowania oraz wdrażania nowych i innowacyjnych technologii wykorzystania węgla dla energetyki oraz przemysłu chemicznego. Nasz ośrodki naukowo badawcze rozwijają technologię, zarówno podziemnego, jak i naziemnego zgazowania i są przygotowane do przeprowadzenia fazy demonstracyjnej dla tych technologii. 28