Mateusz Babiarz, Jarosław Zuwała, Marek Ściążko INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA

1. IMPLEMENTACJA CIŚNIENIOWEGO SPALANIA TLENOWEGO WĘGLA W ZINTEGROWANYM UKŁADZIE ENERGOTECHNOLOGICZNYM WYTWARZANIA GAZU SYNTEZOWEGO DO PRODUKCJI METANOLU Mateusz Babiarz, Jarosław Zuwała, Marek Ściążko INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA

2. PLAN PREZENTACJI • WPROWADZENIE • CELE PRACY • OPIS STRUKTURY ZINTEGROWANEJ • METODYKA PRACY • ZAŁOŻENIA I WYNIKI OBLICZEŃ SYMULACYJNYCH • PODSUMOWANIE • LITERATURA

3. WPROWADZENIE • Technologie zgazowania węgla głównie w cyklu kombinowanym będą zyskiwać coraz większe znaczenie w rozwoju energetyki na śwecie. Jednocześnie, mając na uwadze wymogi dotyczące ograniczenia emisji CO2 towarzyszącego procesom wytwarzania energii i procesom technologicznym należy zwrócić uwagę na rozwój technologii umożliwiających wychwyt ditlenku węgla i przygotowywanie go do sekwestracji. Jedną z takich technologii jest spalanie tlenowe, czyli oksy-spalanie. • W prezentacji rozwinięto koncepcję połączenia układu IGCC ze zgazowaniem węgla kamiennego w reaktorze ze złożem fluidalnym z jednoczesnym tlenowym spalaniem powstałego karbonizatu w kotle CFB na parametry nadkrytyczne. Zamodelowany układ energotechnologiczny ukierunkowany jest na produkcję gazu syntezowego do wytwarzania metanolu, a energia elektryczna wytwarzana jest praktycznie wyłącznie na potrzeby własne.

4. CELE PRACY • Określenie ilości produkowanego gazu syntezowego o skorygowanym składzie w przeliczeniu na jednostkę zużywanego paliwa stałego, • Oszacowanie przybliżonej ilości możliwego do wytworzenia metanolu, • Ocena zastosowania metody unikniętych nakładów paliwowych do alokacji obciążeń środowiskowych w rozważanym procesie energotechnologicznym.

5. Schemat blokowy procesu zgazowania węgla połączonego z tlenowym spalaniem powstałego karbonizatu i sekwestracją CO2

6. METODYKA PRACY • gdzie: • ENel – zużycie energii obciążające wytwarzanie produktu ubocznego [MW]; • Eel – strumień energii elektrycznej [MW] – zgodnie z przyjętą zasadą uniknięcia nakładów paliwowych; • 𝝶E(el)z – sprawność procesu zastąpionego produkcji energii elektrycznej – przyjęto wartość 0,38; • Engaz – zużycie energii obciążające wytwarzanie produktu głównego [MW] • strumień energii chemicznej gazu [MW]; • 𝝶Esk – sprawność energetyczna procesu skojarzonego.

7. ZAŁOŻENIA I WYNIKI OBLICZEŃ SYMULACYJNYCH

8. Właściwości węgla „Wieczorek 1” oraz karbonizatu wykorzystanych w obliczeniach symulacyjnych

9. Skład gazu syntezowego oczyszczonego o skorygowanym składzie oraz skład spalin wilgotnych z oksyspalaniakarbonizatu

10. Bilans mocy elektrycznej oraz parametry wytwarzanej pary wodnej

11. Zestawienie strumieni masowych i energetycznych oraz wartości opałowych paliwa, gazu syntezowego i metanolu

12. Sprawności energetyczne procesów: granicznego, skojarzonego oraz wytwarzania produktu głównego bez operacji usuwania CO2 (A) oraz usuwaniem i sprężaniem CO2 (B)

13. Zestawienie porównawcze wskaźników ECO2 emisji CO2 oraz zużycia energii chemicznej paliwa (węgla kamiennego lub gazu ziemnego) Ppal w przeliczeniu na jednostkę wytwarzanej energii elektrycznej i energii chemicznej (szacowanej) metanolu

14. PODSUMOWANIE • Modelowany układ energotechnologiczny zapewnia otrzymanie z 1 t węgla kamiennego ok. 700 kg (1294 Nm3) czystego gazu syntezowego o składzie skorygowanym w sposób umożliwiający zastosowanie go do syntezy ok. 556 kg metanolu • Z wyników zamieszczonych w tabeli 3 można wnioskować, że teoretycznie układ byłby samowystarczalny pod względem zużycia energii elektrycznej, ponadto dzięki skojarzeniu odnotowuje się oszczędność energii chemicznej paliwa • Emisja jednostkowa CO2 na jednostkę wytwarzanej elektryczności, zużywanej na potrzeby własne jest kilkukrotnie niższa niż w przypadku procesu zastępowanego • Elementem niekorzystnym jest fakt, że zarówno spalanie tlenowe jak i zgazowanie węgla za pomocą CO2 nie są jak dotąd procesami wdrożonymi w warunkach przemysłowych

15. LITERATURA • Aldrich R., Xavier Llauró F., Puig J., Mutjé P., A`ngels Pe`lach M.: Allocation of GHG emissions in combined heat and power systems: a new proposal for considering inefficiencies of the system. Journal of Cleaner Production 2011; (19): pp. 1072-1079 • Australian Methanol Company Pty Ltd, Methanol Plant and Product Export, Burrup Peninsula, Environmental Protection Authority Perth, Western Australia – Bulletin 1075 November 2002, ISBN. 0 7307 6713 2  • Azapagic A., Clift R.: Allocation next term of environmental burdens in multiple-function systems. Journal of Cleaner Production 1999; (7): pp. 101-119  • Chmielniak T., Tatarczuk A., Materiały VIII Warsztatów „Modelowanie przepływów wielofazowych w układach termochemicznych”, Wieżyca k/Gdańska, 31.05 – 2.06 2009, 17  • González, J.M. Sala, I. Flores, L.M. López. Application of thermoeconomics to the allocation of environmental loads in the life cycle assessment of cogeneration plants. Energy 2003; (28): pp. 557-574 • Guinee J.B.: Handbook on Life Cycle Assessment. Kluwer Academic Publishers, Dodrecht 2002 • Kiga T. Australia Japan and Australia Partnership on Coal Technology Related to JCOAL. Australia Japan Coal Technology Workshop Friday 26 June 2009 Brisbane

16. LITERATURA • Kotowicz J., Iluk T.: Układy gazowo – parowe zintegrowane ze zgazowaniem. Rynek Energii 2008; 76(3):34-40  • Kotowicz J., Skorek – Osiowska A., Bartela Ł.: Economic and environmental evaluation of selected advanced power generation technologies. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Jorunal of Power and Energy 2011; 225(3):221-232  • Kotowicz J., Sobolewski A., Iluk T, Matuszek K.: Zgazowanie biomasy w reaktorze ze złożem stałym. Rynek Energii 2009; 81(2):52-58 • Laudyn D., Pawlik M., Strzelczyk F.: Elektrownie, Wydawnictwo WNT • Raport National Energy Technology Laboratory: KRW Gasifier IGCC base cases. PED-IGCC-98-005, US Department of Energy 2000  • Raport National Energy Technology Laboratory: Shell Gasifier IGCC base cases. PED-IGCC-98-002, US Department of Energy 2000 • Rosen M.A.: Allocating carbon dioxide emissions from cogeneration systems: descriptions of selected output-based methods. Journal of Cleaner Production 2008; (16): pp. 171-177 • Sobolewski A., Kotowicz J., Iluk T., Matuszek K.: Badania eksperymentalne zgazowania biomasy pod kątem wykorzystania gazu procesowego w układzie kogeneracji. Przemysł Chemiczny 2010; 89(6):794-798 

17. LITERATURA • Szargut J.: Analiza termodynamiczna i ekonomiczna w energetyce przemysłowej. WNT, Warszawa 1983  • Tatarczuk A., Zapart L., Dreszer K., Ściążko M.: Modelowanie procesowe i ekonomiczne wytwarzania metanolu poprzez zgazowanie węgla kamiennego. Przemysł Chemiczny 2010, 89/6  • Zuwała J., Babiarz M., Ściążko M.: Zintegrowany układ oksyspalania i zgazowania węgla. Rynek Energii 2011, 3(94): 41-46  • Zuwała J., Kolarz E., Zapart L.: Opracowanie modeli procesowych i ekonomicznych układów spalania węgla w kotłach pyłowych na parametry nadkrytyczne bez oraz z usuwaniem CO2. Opracowanie modeli procesowychi ekonomicznych układów spalania węgla w tlenie i produkcji energii elektrycznej. Sprawozdanie z realizacji tematu nr 1.37, IChPW Zabrze 2008

18. INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLAul. Zamkowa 1; 41-803 Zabrze Telefon: 32 271 00 41 Fax: 32 271 08 09 E-mail: office@ichpw.zabrze.pl Internet: www.ichpw.zabrze.pl NIP: 648-000-87-65 Regon: 000025945