Lucyna WIĘCŁAW-SOLNY, Marek ŚCIĄŻKO
Absorpcyjne usuwanie CO2 ze spalin kotłowych
Przedstawiono przegląd międzynarodowych doświadczeń i wyników uzyskanych przez poszczególne firmy i technologie w obszarze absorpcyjnego usuwania ditlenku węgla ze spalin kotłowych. Zaprezentowano również prace w tej dziedzinie prowadzone w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu. W pierwszym etapie prac uruchomiono stanowisko laboratoryjne usuwania CO2 o natężeniu przepływu gazów na wejściu 5 mn3/h, oraz stanowisko usuwania CO2 metodą absorpcji aminowej o natężenie przepływu 100 m3n/h, będące jednym z kluczowych instalacji Centrum Czystych Technologii Węglowych – części technologicznej w Zabrzu. Uzyskana wiedza i doświadczenie pozwoliły na podjęcie przez ICHPW oraz Partnerów Przemysłowych z Grupy Tauron zadania budowy instalacji pilotowej i przeprowadzenia testów na rzeczywistym obiekcie energetycznym. Skala instalacji pilotowej – pobór spalin 200 m3n/h (zawierających ok. 13% obj. CO2), z klasycznego bloku węglowego pozwala na usunięcie CO2 w ilości ok. 50 kg/h, co daje ok. 1,2 tony wydzielanego ditlenku węgla na dobę. Uzyskane wstępne wyniki pierwszych testów wykonanych w Instalacji Pilotowej potwierdzają możliwość uzyskania wysokich sprawności wychwytu ditlenku węgla.
Słowa kluczowe: usuwanie CO2 ze spalin kotłowych, metoda absorpcyjna, instalacje pilotowe
Wojciech NOWAK, Izabela MAJCHRZAK-KUCĘBA, Dariusz WAWRZYŃCZAK, Jakub BIENIEK, Kamil SROKOSZ, Ludomir BŁESZYŃSKI, Joanna ZAJĄCZKOWSKA
Adsorpcyjne usuwanie CO2 ze spalin kotłowych
Omówiono doświadczenia uzyskane podczas badań pilotowych średniego stężenia dwutlenku węgla w produkcie wzbogaconym w CO2 oraz sprawności procesu separacji dwutlenku węgla z gazów pochodzących z konwencjonalnego spalania węgla w TAURON Wytwarzanie S.A. – Oddział Elektrownia Łagisza (wydzielania CO2 z gazu zasilającego), w jakim zastosowano technikę adsorpcji zmiennociśnieniowej z podwójnym płukaniem złoża składnikiem lekkim i ciężkim – DR-VPSA (z ang. Dual-Reflux Vacuum-Pressure Swing Adsorption). Technika ta nie była dotychczas stosowana w badaniach w skali pilotowej na świecie. Przeprowadzone badania pozwoliły na uzyskanie stężenia CO2 we wzbogaconym gazie na poziomie około 60% przy wysokiej sprawności procesu. Stwierdzono również duży wpływ stężenia dwutlenku węgla w gazie zasilającym na stężenie CO2 w gazie wzbogaconym. Dlatego też w dalszych pracach, oprócz testowania różnych wartości ciśnień w poszczególnych fazach procesu przy różnych czasach i wartościach przepływu, prowadzone będą analizy innych recept procesu. Na podstawie otrzymanych wyników szczególnie istotne wydaje się zastosowanie dwóch sekcji adsorbera, w których jedna pozwala na wzbogacenie gazu, zaś druga na jego dalsze oczyszczenie i uzyskanie wysokiego stężenia CO2.
Słowa kluczowe: adsorpcyjne usuwanie CO2 ze spalin kotłowych, adsorpcja zmiennociśnieniowa, podwójne płukanie złoża
Józef DUBIŃSKI, Aleksandra KOTERAS
Możliwości składowania CO2 w strukturach geologicznych
Przedstawiono istotę technologii CCS, w której istotnym elementem finalnym jest podziemne składowanie CO2 w odpowiednio wybranych strukturach geologicznych. Wskazano, że struktury te muszą spełniać określone warunki, tak aby proces składowania CO2 był bezpieczny i trwały. Badania zarówno w skali światowej jak i polskie wskazują, że największy potencjał do geologicznego składowania CO2 posiadają solankowe formacje piaskowcowe, wyraźnie mniejsze czerpane złoża ropy naftowej i gazu ziemnego, a najmniejsze pozabilansowe pokłady węgla. Polski potencjał dla składowania CO2 został oszacowany na podstawie wyników projektu zrealizowanego przez instytucje naukowo-badawcze pod kierunkiem Państwowego Instytutu Geologicznego i wynosi ok. 10-15 mld ton CO2. Podkreślono znaczenie prac badawczych i projektów demonstracyjnych w zakresie składowania CO2 dla poznania zarówno samej technologii jak i jej rzeczywistych możliwości. Wymieniono kilka podstawowych projektów zrealizowanych w tym zakresie.
Słowa kluczowe: technologia wychwytu i składowania dwutlenku węgla, możliwości składowania CO2, polskie warunki geologiczne
Agata CZARDYBON, Lucyna WIĘCŁAW-SOLNY, Marek ŚCIĄŻKO
Technologiczne perspektywy wykorzystania ditlenku węgla
Dokonano przeglądu technologii wykorzystujących ditlenek węgla na skalę komercyjną bezpośrednio (bez przekształcenia go w inną formę chemiczną) oraz w postaci „przetworzonej” w zakresie: wspomagania wydobycia ropy naftowej i metanu z pokładów węgla, zaawansowanych systemów geotermalnych, uprawy alg, mineralizacji CO2, utwardzania betonu, produkcji paliw, polimerów oraz wartościowych surowców chemicznych. Rozwijający się rynek surowców chemicznych opartych na ditlenku węgla spowodowany jest przede wszystkim komercjalizacją ekologicznych niefosgenowych metod syntezy, jak również możliwością otrzymywania produktów o wysokiej jakości niezbędnej do potencjalnych zastosowań. Wadą procesów opartych na fosgenie, zachodzących z dużą szybkością ze względu na wysoką reaktywność tego związku, są ograniczenia związane z bezpieczeństwem pracy oraz produkcją dużych ilości szkodliwych produktów ubocznych. Wiele z opracowanych procesów chemicznych realizowane jest jedynie w skali laboratoryjnej i niezbędne są dalsze badania i poprawa ekonomiki polegające głównie na opracowaniu wydajnych, selektywnych, stabilnych układów katalitycznych umożliwiających zastosowanie łagodniejszych warunków procesu. W wielu przypadkach wykorzystanie ditlenku węgla w stanie nadkrytycznym zwiększa kontrolę reakcji w porównaniu z procesami opartymi na rozpuszczalnikach konwencjonalnych. Zagadnienia związane z opracowaniem efektywnych i ekonomicznie uzasadnionych systemów konwersji CO2 w użyteczne materiały, choć stanowią duże wyzwanie, wydają się być bardzo przyszłościowe w dobie ciągłego wzrostu cen paliw oraz potrzeby redukcji emisji ditlenku węgla. Szacowana ilość ditlenku węgla wykorzystywana obecnie do syntez chemicznych stanowi około 10% całkowitej ilości ditlenku węgla emitowanego do atmosfery. Możliwa do zagospodarowania ilość emitowanego CO2 zawiera się w granicach 5-7%. Jest to spowodowane koniecznością poniesienia kosztów: przemiany chemicznej ditlenku węgla i innych reaktantów, a także separacji, oczyszczania, przechowywania i transportu ditlenku węgla.
Słowa kluczowe: wykorzystanie CO2, technologie komercyjne, konwersja CO2 w materiały użyteczne
Adam WÓJCICKI, Stanisław NAGY
Aspekty prawne i merytoryczne związane z bezpieczeństwem składowania CO2 w strukturach geologicznych
Przedstawiono zagadnienia prawne i merytoryczne związane z bezpieczeństwem geologicznego składowania CO2 w strukturach geologicznych. Zdefiniowano pojęcie i zakres geologicznego składowania oraz przedstawiono, na ile było możliwe składowanie CO2 w świetle dotychczas obowiązującego prawa i na ile będzie to możliwe zgodnie z zapisami jego najnowszej nowelizacji. Podano uwarunkowania prawne i merytoryczne dotychczas realizowanych w Polsce, na małą skalę, projektów zatłaczania CO2 (Kaniów) i gazu kwaśnego (Borzęcin). Przedstawiono zagadnienia Programu Flagowego UE (Europejskiej Platformy Technologicznej Zeroemisyjnych Elektrowni na Paliwa Kopalne) dotyczącego budowy instalacji demonstracyjnych CCS, jego realizację i związki z wdrażaniem Pakietu Klimatycznego i Dyrektywy unijnej w sprawie geologicznego składowania dwutlenku węgla w Polsce, zwanej też dyrektywą CCS. Scharakteryzowano przebieg transpozycji dyrektywy CCS do prawa krajowego i najistotniejsze zapisy ustawy o zmianie prawa geologicznego i górniczego oraz niektórych innych ustaw transponujących tę Dyrektywę do prawa polskiego. Omówiono stan i charakter legislacji dotyczącej CCS w Europie i na świecie. Scharakteryzowano, na podstawie rezultatów B&R projektów unijnych, wymagania związane z bezpieczeństwem składowania dwutlenku węgla. Wymogi te dotyczą charakterystyki geologiczno-geofizycznej potencjalnego składowiska, prognozowania zachowania się CO2 zatłaczanego do struktur geologicznych (w tym złóż gazu i ropy naftowej), identyfikacji i eliminacji ryzyka ewentualnej ucieczki CO2 poza kompleks składowania, a także planów monitoringu przed rozpoczęciem zatłaczania, w trakcie eksploatacji składowiska i po jego zamknięciu.
Słowa kluczowe: bezpieczeństwo geologicznego składowania CO2, dyrektywa CCS
Janusz KOTOWICZ
Systemowe uwarunkowania integracji układu CCS z blokiem węglowym
Poddano analizie dwa różne typy elektrowni z instalacjami CCS. Obydwie elektrownie opalane są węglem i wyposażone są w bloki parowe o supernadkrytycznych parametrach pary. Pierwsza pracuje w technologi oxy-spalania, a druga w technologii post-combustion z wychwytem CO2 ze spalin metodą absorpcji chemicznej. Wyznaczono sprawności badanych elektrowni. Opracowano ogólną metodologię zwiększania tych sprawności. W artykule pokazano wpływ integracji cieplnej instalacji CCS z blokiem parowym na sprawność i moc całej elektrowni. W tym zakresie przedstawiono wpływ energochłonności sorbentu i sposoby wykorzystania ciepła odpadowego z instalacji CCS na osiągi elektrowni. Analizowano integrację instalacji ASU z suszarką węgla, organizację recyrkulacji spalin, integrację instalacji ASU i instalacji CCS z turbiną parową dla zwiększenia jej mocy.
Słowa kluczowe: bloki parowe, układ CCS, integracja układu CCS z blokiem węglowym
Tomasz GOLEC, Bartosz ŚWIĄTKOWSKI, Ewa LUŚNIA
Badania pilotowe oxyspalania węgla i perspektywy rozwoju
Analizy numeryczne wykazały, że nie jest konieczne budowanie nowych jednostek w celu wykorzystywania procesu spalania w atmosferze wzbogaconej w tlen. Retrofit istniejących obiektów może polegać na zainstalowaniu dodatkowych elementów. Spalanie pyłu węglowego w tlenie w istniejących komorach spalania projektowanych do spalania w powietrzu jest możliwe, nawet bez konieczności przebudowy powierzchni ogrzewalnych kotła, pod warunkiem rozcieńczania tlenu spalinami z recyrkulacji w ilości ok. 73-75% w zależności od obciążenia bloku. W takich warunkach uzyskuje się porównywalny profil temperatury płomienia i warunki wymiany ciepła jak dla powietrza. Przy spalaniu pyłu węglowego w atmosferze O2 /CO2 konieczne jest zastosowanie specjalnie do tego celu zaprojektowanych palników. Konieczność ta podyktowana jest zmianą właściwości utleniacza, występowaniem reakcji endotermicznych oraz zmianą ilości utleniacza przepływającego przez palnik, co wyraźnie ogranicza stabilność płomienia za palnikiem. Opracowany w Instytucie Energetyki palnik umożliwia rozszerzenie zakresu stabilnej pracy nawet pięciokrotnie. Pomimo niższej emisji NOx (brak tlenków termicznych) na wylocie z komory spalania przy spalaniu w atmosferze O2/CO2 konieczne jest zastosowanie stopniowania utleniacza. Metoda spalania w technologii opartej na wykorzystaniu atmosfery O2/CO2 jest wciąż na etapie badań. Rozwiązane muszą zostać jeszcze takie problemy, jak np. wysokie koszty przygotowania atmosfery utleniającej O2/CO2, składowanie dwutlenku węgla, obniżenie ogólnej sprawności kotła. Mimo tych mankamentów spalanie tlenowe niesie wiele korzyści.
Słowa kluczowe: oxyspalanie węgla, technologie spalania tlenowego, kocioł z ośmiokątną komorą spalania