Przeglądaj - Zgazowanie Węgla

Transkrypt

Opracowanie technologii zgazowania węgla
dla wysokoefektywnej produkcji
paliw i energii elektrycznej
Karty Rozwiązań Innowacyjnych
Kraków, 2015 r.
Spis treści
Karty Rozwiązań Innowacyjnych Partnera:
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie............................................................................................. 7
Zastosowanie ubocznych produktów zgazowania węgli
jako składników zaczynów popiołowo-cementowych i spoiw..................................................................................................... 9
Zastosowanie ubocznych produktów zgazowania węgli jako składników zapraw i betonów popiołowych................... 11
Zastosowanie ubocznych produktów zgazowania węgli jako składników podsadzki zawiesinowej
w podziemnych kopalniach węgla kamiennego.............................................................................................................................. 13
Instalacja technologiczna przygotowania węgla kamiennego i brunatnego
o uziarnieniu 0(0,5)-5 mm dla procesu zgazowania ze złożem fluidalnym............................................................................. 15
Separator do odkamieniania i wzbogacania węgla na sucho............................................................................................................ 17
Metodyka symulacji numerycznych wpływu pzw na otaczający górotwór.................................................................................. 19
Prognoza deformacji powierzchni terenu na skutek pzw – modyfikacja teorii Budryka-Knothego.................................... 21
Sposób kwalifikacji pokładów węgla kamiennego do podziemnego zgazowania
i możliwości stosowania tej metody w gospodarce złożem......................................................................................................... 23
Sposób kwalifikacji pokładów węgla kamiennego do naziemnego i podziemnego zgazowania węgla
i możliwości stosowania tej metody w gospodarce złożem......................................................................................................... 25
Ocena kosztów pozyskania i udostępnienia złóż węgli kamiennych dla potrzeb
podziemnego zgazowania węgla........................................................................................................................................................... 27
Kryterialna ocena polskich złóż węgla brunatnego w aspekcie przydatności
do procesu podziemnego zgazowania ............................................................................................................................................... 29
Strategia rozwoju górnictwa węgla brunatnego w Polsce w kontekście zgazowania węgla................................................. 31
Dobór polskich złóż węgla brunatnego do zgazowania podziemnego i naziemnego............................................................. 33
Kryteria racjonalnej gospodarki złożem wielopokładowym przy podziemnym zgazowaniu węgla
i wstępne typowanie obszarów dla instalacji demonstracyjnej.................................................................................................. 35
Karty technologiczne wybranych procesów zgazowania węgla, przygotowania surowca,
mediów zgazowujących oraz utylizacji produktów odpadowych................................................................................................ 37
Główny Instytut Górnictwa w Katowicach.......................................................................................................................................... 39
System wytwarzania ciepła i energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW
w zintegrowanym układzie dwóch turbin gazowych, kotła odzyskowego
i z częściowym odzyskiem ciepła kondensacji spalin.....................................................................................................................
Układ wytwarzania w kogeneracji ciepła i energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu
z PZW brunatnego w zintegrowanym układzie gazowo-parowym...........................................................................................
Układ wytwarzania w kogeneracji ciepła i energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu
z PZW w kombinowanym układzie gazowo-parowym..................................................................................................................
Wytwarzanie gazu niskokalorycznego metodą podziemnego zgazowania węgla
z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury podziemnej kopalni..............................................................................................
System bezpieczeństwa gazowego w rejonie lokalizacji georeaktora i części podziemnej
instalacji podziemnego zgazowania węgla metodą szybową.....................................................................................................
Demonstracyjna instalacja podziemnego zgazowania węgla (PZW) o mocy 10-20 MW metodą szybową.....................
Sposób kwalifikacji pokładów węgla kamiennego do naziemnego i podziemnego zgazowania węgla
i możliwości stosowania tej metody w gospodarce złożem.........................................................................................................
Sposób rozruchu georeaktora podziemnego zgazowania węgla.....................................................................................................
Zastosowanie złożonej konfiguracji kanałów ogniowych w kształcie tzw. litery „V”
do eksploatacji pokładów węgla metodą zgazowania podziemnego in-situ........................................................................
Sposób łączenia małych brył węgla w jedną dużą za pomocą klejenia spoiwem cementowo-węglowym......................
Dostosowanie funkcjonalności oprogramowania numerycznej mechaniki płynów Ansys-Fluent
do możliwości symulowania procesów podziemnego zgazowania węgla............................................................................
Układ stabilizacji parametrów gazu procesowego na potrzeby dalszej konwersji energochemicznej...............................
Metoda zwiększania efektywności podziemnego zgazowania węgla............................................................................................
Sposób sterowania procesem podziemnego zgazowania w funkcjonującej kopalni...............................................................
41
43
45
47
49
51
53
55
57
59
61
63
65
67
Metoda jednoczesnego oczyszczania i odzysku energii z gazu
o znacznej zawartości składników kondensujących.......................................................................................................................
Odkraplacz kondensatu, zwłaszcza z gazów wysokotemperaturowych........................................................................................
Metodyka optymalnego doboru parametrów zgazowania i przygotowywania gazu
do wykorzystania w przemysłowych urządzeniach energetycznych........................................................................................
Metodologia określania najlepszego rozwiązania służącego do spalania gazu ze zgazowania węgla...............................
Układ wytwarzania energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW
w zintegrowanym układzie gazowo-parowym.................................................................................................................................
Układ wytwarzania energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW w silniku gazowym.............................
Procedura oceny ekoefektywności technologii zgazowania węgla.................................................................................................
69
71
73
75
77
79
81
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu............................................................................................................................... 83
Opracowanie i weryfikacja w skali wielkolaboratoryjnej technologii usuwania rtęci z węgla............................................... 85
Sorbent do usuwania siarkowodoru z gorącego gazu i sposób jego otrzymywania................................................................. 87
Sorbent do usuwania siarkowodoru z gorącego gazu i sposób jego wytwarzania.................................................................... 89
Ziarnowy węgiel aktywny oraz metoda jego otrzymywania ............................................................................................................. 91
Separacja ditlenku węgla na adsorbentach węglowych z gazu procesowego ze zgazowania węgla................................. 93
Technologia wytwarzania węglowego paliwa zawiesinowego z węgli energetycznych
ZG Janina i KWK Wieczorek....................................................................................................................................................................... 95
Karty technologiczne wybranych procesów oczyszczania gazu procesowego ze zgazowania węgla............................... 97
Sposób, urządzenie i katalizator do termokatalitycznej konwersji związków smołowych
w gazie surowym ze zgazowania węgla i biomasy.......................................................................................................................... 99
Sposób odpowietrzania masy ceramicznej w prasie tłokowej z ruchomym sitem................................................................... 101
Sposób wykonania ustnika do formowania monolitów z wymiennymi elementami formującymi................................... 103
Politechnika Śląska w Gliwicach........................................................................................................................................................... 105
Opracowanie modeli palników dostosowanych do spalania gazów o niskiej wartości opałowej...................................... 107
Koncepcja układu elektrociepłowni zintegrowanej ze zgazowaniem węgla w reaktorze z recyrkulacją CO2................ 109
Model numeryczny (CFD) reaktora zgazowania węgla w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym.................................................. 111
Metoda wyznaczania parametrów kinetycznych w oparciu o równania elementów skończonych................................... 113
Akademia Górniczo-Hutnicza
im. Stanisława Staszica
w Krakowie
9
OPRACOWANIE TECHNOLOGII ZGAZOWANIA WĘGLA
DLA WYSOKOEFEKTYWNEJ PRODUKCJI
PALIW I ENERGII ELEKTRYCZNEJ
KARTA
ROZWIĄZANIA INNOWACYJNEGO
1. Tytuł rozwiązania:
Zastosowanie ubocznych produktów zgazowania węgli jako składników zaczynów popiołowo-cementowych i spoiw
2. Rodzaj rozwiązania (technologia, rozwiązanie konstrukcyjne, nowy materiał, karta złożowa, lista rankingowa złóż,
procedura oceny itp.):
Technologia
3. Krótki opis proponowanego rozwiązania z podaniem jego podstawowych parametrów:
Popioły lotne pochodzące z procesów zgazowania węgla mogą stanowić cenny składnik różnego typu spoiw zaczynów popiołowo-cementowych charakteryzujących się wytrzymałością na ściskanie w zakresie 5÷15 MPa. Tego
typu mieszaniny znajdują zastosowanie w szeregu technologii, w tym w technologiach górniczych jako spoiwa,
w pracach iniekcyjnych, budownictwie specjalnym oraz jako mieszanki dla potrzeb drogownictwa wg normy PNEN 14227, np. dla wzmacniania podbudów drogowych.
4. Istotne elementy innowacyjności:
Zastosowanie materiałów niewytwarzanych dotąd w Polsce
5. Potencjalne obszary zastosowania proponowanego rozwiązania:
Górnictwo podziemne, budownictwo specjalne, drogownictwo
6. Sposób udostępnienia rozwiązania:
Określenie przydatności konkretnych produktów ubocznych przez zespół ekspercki, na podstawie spełnienia wymagań norm, wymagań stawianych w konkretnych aplikacjach, przepisów krajowych oraz analizy wyników badań.
7. Partner oferujący rozwiązanie:
Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
8. Dane kontaktowe osoby reprezentującej Partnera oferującego rozwiązanie:
Radosław Pomykała
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców
30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30, paw. A1, pok. 202
tel.: (+48) 12 617 40 18, fax: 12 617 27 59
E-mail: [email protected]
10
11
KARTA
Zastosowanie ubocznych produktów zgazowania węgli jako składników zapraw i betonów popiołowych
Technologia
Istnieje możliwość przygotowania zapraw, nawet o znacznej płynności, z udziałem popiołów lotnych i/lub dennych
ze spalania karbonizatów ze zgazowania węgli, o wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach sezonowania w zakresie
min. od 3 do 15 MPa. Zaprawy tego typu powinny spełniać wymagania stawiane betonom popiołowym stosowanym do przygotowania podbudów drogowych zgodnie z PN-S-96035 oraz mieszankom związanych spoiwem
hydraulicznym wg normy, nawet przy wysokich wartościach wskaźnika w/c.
Budownictwo specjalne, drogownictwo
Określenie przydatności konkretnych produktów ubocznych przez zespół ekspercki, na podstawie spełnienia wymagań norm, w tym PN-S-96035 oraz PN-EN 14227, wymagań stawianych w konkretnych aplikacjach, przepisów
krajowych oraz analizy wyników badań.
Radosław Pomykała
tel.: (+48) 12 617 40 18, fax: 12 617 27 59
12
13
KARTA
Zastosowanie ubocznych produktów zgazowania węgli jako składników podsadzki zawiesinowej w podziemnych kopalniach węgla kamiennego
Technologia
Podsadzki zawiesinowe to mieszaniny popiołów lotnych (tu: pochodzących z procesu zgazowania węgla lub spalania karbonizatów ze zgazowania węgla) i wody z ewentualnym udziałem innych składników (odpadów górniczych,
dodatków wiążących itp.). Mieszaniny takie są transportowane hydraulicznie i grawitacyjnie do wyrobisk podziemnych. Gdzie wykorzystywane są d m.in. do wypełniania pustek poeksploatacyjnych, doszczelniania zrobów ścian
zawałowych.
Górnictwo podziemne węgla kamiennego
Określenie przydatności konkretnych produktów ubocznych przez zespół ekspercki, na podstawie spełnienia wymagań norm, w tym normy PN-G 11011:1998 i przepisów krajowych oraz analizy wyników badań.
Radosław Pomykała
tel.: (+48) 12 617 40 18, fax: 12 617 27 59
14
15
KARTA
Instalacja technologiczna przygotowania węgla kamiennego i brunatnego o uziarnieniu 0(0,5)-5 mm dla procesu zgazowania ze złożem fluidalnym
Technologia obejmuje instalację przeróbki mechanicznej węgla kamiennego energetycznego typu 31.2 pochodzącego z KWK „Wieczorek”, ZG „Janina”, KWK „Sobieski” oraz brunatnego z KWB Bełchatów – Pole „Szczerców”.
Zasadniczą częścią procesu technologicznego w tej instalacji jest rozdrabnianie surowca w kruszarce młotkowej
typu NOVOROTOR II 1300/2500 wraz z podsuszaniem gorącymi gazami wytwarzanymi w generatorze gorących
gazów oraz suszenie w suszarce typu Schnelltrockner, następnie klasyfikacja pyłów < 0,5 mm w separatorze statycznym zig zag z cyklonami rozładowczymi oraz klasyfikacja w przesiewaczu wibracyjnym.
Zgodnie z wytycznymi zawartymi w Rozporządzeniu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 4 stycznia 2011 r.
– Dziennik Ustaw Nr 18, poz. 91. rozwiązanie posiada najwyższy poziom gotowości IX. Technologia odnosi zamierzony efekt w warunkach rzeczywistych potwierdzone badaniami przemysłowymi.
Rozwiązanie składa się z instalacji o wydajności 100 Mg/h w skład, której wchodzi 10 następujących obiektów:
– Składy węgla, uśrednianie,
– Urządzenia do transportu i usuwania złomu,
– Dział kontroli jakości węgla,
– Młynownia węgla (suszenie i przemiał),
– Urządzenia do klasyfikacji produktów,
– Transport produktów do reaktora,
– Zbiorniki oleju opałowego z generatorem gazów suszących,
– Część elektryczna – obiekty zasilania i sterowania,
– Sprężarkownia,
– Obiekty, sanitarne, socjalne, związane z ochroną przeciw-pożarową i BHP.
Podstawowe parametry instalacji przedstawiono w tabeli.
Parametry
Węgiel brunatny Węgiel kamienny
Koszt orientacyjny inwestycji [zł]
54 567 000
40 815 000
Zużycie energii całej instalacji [kWh/Mg]
23,9
9,0
Koszty eksploatacyjne instalacji (energia + elementy robocze) [zł/Mg]
8,8
3,5
291,0
62,5
299,8
66,0
500
500
0-31,5
0-40
Wilgotność całkowita nadawy [%]
51
16-22
Ciepło spalania [MJ/kg]
8,1
21,5-22
Koszty zużycia oleju opałowego [zł/Mg]
Razem koszty eksploatacyjne całej instalacji [zł/Mg]
Powierzchnia zabudowy całej instalacji [m ]
2
Uziarnienie nadawy [mm]
-
53
Zawartość popiołu [%]
Podatność przemiałowa Hardgrovea
11,6
3-9
Zawartość siarki [%]
<1,1
<1,2
0(0,5)-5
0(0,5)-5
<4
<4
Uziarnienie produktu [mm]
Wilgotność całkowita produktu [%]
16
Technologia przygotowania węgla na drodze przeróbki mechanicznej do procesu zgazowania opiera się na wykorzystaniu nowych rozwiązań technologicznych znanych dłużej niż 3 lata, ale o rozprzestrzenieniu mniejszym niż
15% na świecie i w Polsce.
Zasadniczym elementem innowacyjnym omawianej instalacji jest obiekt wyposażony w urządzenie do rozdrabniania, suszenia i klasyfikacji przerabianych produktów. Jednym z głównych elementów tej instalacji jest nowoczesna
kruszarka młotkowa dwuwirnikowa typu NOVOROTOR II, której każdy wirnik napędzany jest osobnym silnikiem
a poprzez zainstalowanie falowników możliwa jest ciągła bezstopniowa regulacja ich prędkości obrotowej w zakresie 25-55 1/min. Drugim parametrem, który można zmieniać w tej kruszarce to wielkość szczeliny wylotowej
rusztu z zakresie od 2-6 mm. Zmienne parametry pracy kruszarki wraz z przepływem gorących gazów pozwalają
dostosować urządzenie do jakości wymaganych produktów i właściwości fizyko-mechanicznych surowca. Materiał
po uzyskaniu odpowiedniej wielkości opuszcza kruszarkę przez ruszt i kierowany jest do szybko suszącej suszarki
Schnelltrockner wyposażonej w dwa wały z mieczami. Mechaniczna turbulencja suszonego węgla dzięki wałom
z podrzucającymi mieczami oraz jednoczesny stabilny przepływ gorących gazów umożliwiają suszenie w możliwie
najkrótszym czasie.
Jedną z najistotniejszych zalet kruszarki młotkowej jest jej bardzo niska energochłonność. Producent Hazemag &
EPR podaje, że dla rozdrabniania węgla kamiennego zużycie energii wynosi 3-4 kWh/Mg, a dla węgla brunatnego
4-8 kWh/Mg, co przy rozdrabnianiu węgla w młynach pionowych wentylatorowych lub misowo-kulowych jest o połowę niższa.
Innowacyjne rozwiązania technologii na bazie kruszarek młotkowych dwuwirnikowych umożliwia budowę instalacji do rozdrabniania, przesiewania i suszenia wilgotnych surowców między innymi takich jak, węgiel kamienny
i brunatny, kreda, glina, wapień, anhydryt, bentonit, talk, gips, węgiel drzewny, torf oraz odpadów, jak drewno, złom
elektroniczny, szkło, popioły itp. W Polsce pierwsza kruszarka udarowa krusząco-susząca dwuwirnikowa Novorotor
II została wykorzystana do produkcji mączek wapiennych.
Producent posiada laboratorium badań i rozwoju, w której znajdują się instalacje badawcze, składające się z maszyn
i urządzeń opartych na najnowszej technologii przeróbki surowców. W warunkach półprzemysłowych przeprowadza się tam eksperymenty procesowe najnowszych technologii kruszenia i suszenia dla każdego surowca, zanim
zostaną wdrożone w przemyśle.
Dostawcą technologii jest niemiecka firma HAZEMAG & EPR GmbH, Dülmen
Prof. dr hab. Jolanta Marciniak-Kowalska – Kierownik Części Tematu Badawczego, e-mail: [email protected]
Dr inż. Tomasz Gawenda – wykonawca, e-mail: [email protected]
17
KARTA
Separator do odkamieniania i wzbogacania węgla na sucho
Technologia oraz rozwiązanie konstrukcyjne służy do odkamieniania i wzbogacania węgla na sucho. Rozwiązanie
konstrukcyjne składa się z separatora optycznego oraz rentgenowskiego z systemem sortującym typu OSX-CXR, co
umożliwia separację materiałów w oparciu o jednoczesną analizę koloru, geometrii cząstek, struktury powierzchni,
wewnętrznej struktury cząstek oraz gęstości materiału.
Technologia umożliwia stworzenie konfiguracji urządzeń w układzie szeregowo-równoległym dla różnych klas
wielkości uziarnienia węgla. Układ równoległy (ilościowy) niezbędny jest do podniesienia wydajności procesu, natomiast układ szeregowy (jakościowy) do podniesienia jakości końcowych produktów.
Zgodnie z wytycznymi zawartymi w Rozporządzeniu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z dnia 4 stycznia 2011 r.
– Dziennik Ustaw Nr 18, poz. 91. rozwiązanie posiada najwyższy poziom gotowości IX. Technologia odnosi zamierzony efekt w warunkach rzeczywistych potwierdzone badaniami przemysłowymi na przykładzie wzbogacania węgla kamiennego.
Urządzenie składa się z układu podającego nadawę o możliwym zakresie uziarnienia od 8 do 300 mm, zaawansowanego układu analizy oraz układu odrzucającego. Nadawa rozprowadzana jest na przenośniku wibracyjnym
oraz równomiernie przekazywana na przenośnik taśmowy. Na przenośniku taśmowym następuje analiza obrazu
oparta na promieniowaniu rentgenowskim. Następnie materiał poddawany jest analizie optycznej przy wylocie
z taśmociągu. Na podstawie kompleksowej analizy rentgenowskiej i optycznej podjęta zostaje decyzja, według
której materiał albo grawitacyjnie spada do bliższego wylotu albo zostaje odrzucony przez mechanizm odrzucający
wykorzystujący dysze pneumatyczne lub sterowane pneumatycznie łopatki mechaniczne.
Analiza obrazu zarówno z kamery jak i czujnika rentgenowskiego jest bardzo zaawansowana i kompleksowa. Każda
cząstka analizowana jest pod względem intensywności kolorów w poszczególnych pasmach światła widzialnego
jak i podczerwieni. Obraz z czujnika rentgenowskiego jest również analizowany pod katem układu linii odzwierciedlających zmiany gęstości i rodzaju materiału w prześwietlanych obiektach. Zastosowanie nowoczesnych metod
filtracji, włącznie z filtrami FFT (Fast Fourier Transformation), pozwala rozpoznać nawet niewielkie różnice w separowanym materiale.
Wydajność jednej linii technologicznej może wynosić od kilkudziesięciu do 500 Mg/h. Uzysk węgla przekracza 97%.
System OSX-CXR wymaga niższych nakładów inwestycyjnych nawet o 40%, lecz jego ogromnym atutem są bardzo
niskie koszty eksploatacyjne od 6-10 razy mniejsze od tradycyjnych metod wzbogacania grawitacyjnego węgla.
Wynika to z niewielkiej ilości ruchomych elementów roboczych, braku cieczy ciężkiej i jej rekuperacji w przypadku wzbogacania gruboziarnistych węgli, jak w płuczkach ziarnowych oraz braku wody w przypadku wzbogacania
drobnoziarnistych węgli, jak w osadzarkach, a także braku pomp dla cieczy ciężkiej i układu wodno-mułowego.
System do oceny gęstości materiału i jego rozdziału nie wymaga różnic w prędkościach opadania ziaren w ośrodku
ciekłym, ponieważ wykorzystuje promienie Rentgena oraz własności optyczne materiału.
W przypadku produkcji paliwa do procesu zgazowania uzyskuje się mieszanki o mniejszej wilgotności, co również
obniża koszty podczas suszenia węgla w obiegu rozdrabniania i klasyfikacji. Jest to pierwszy na rynku separator
wykorzystujący tak szeroką gamę jednocześnie analizowanych parametrów.
18
System separacji optycznej i rentgenowskiej firmy Comex można wykorzystać przy wzbogacaniu niemal każdego
minerału, gdzie niezbędne jest jego oczyszczenie lub odseparowanie frakcji o określonych właściwościach. Może
być przydatny przy odkamienianiu węgla i stanowić początek technologicznej instalacji do produkcji kruszyw mineralnych z odpadów przywęglowych przy jednoczesnej produkcji paliw węglowych.
System OSX-CXR jest wyjątkowo elastyczny w swojej budowie i może być w bardzo prosty sposób przystosowany
do różnych wydajności i wymaganych jakości przetwarzanego surowca. Nowe separatory mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle węglowym i mineralnym.
Rozwiązanie jest dostępne i gotowe do zastosowania w przemyśle przeróbki surowców mineralnych, jednakże wymaga przeprowadzenia wstępnych badań w jednostce pilotażowej znajdującej się u producenta (Kęty) lub mobilnej
kontenerowej u klienta. Badania wstępne mają na celu dostosowanie parametrów pracy analizatora do właściwości
fizyko-mechanicznych surowca a następnie określenie efektywności wzbogacania (separacji) surowca.
Comex Polska Sp. z o.o.
Prof. dr hab. Jolanta Marciniak-Kowalska – Kierownik Części Tematu Badawczego, e-mail: [email protected]
Dr inż. Tomasz Gawenda – wykonawca, e-mail: [email protected]
19
KARTA
Metodyka symulacji numerycznych wpływu pzw na otaczający górotwór
Metodyka symulacji numerycznych
Dla opracowania metodyki symulacji wpływu georekatora wyodrębniono istotne, z punktu widzenia oddziaływania na górotwór, elementy procesu zgazowania. Określono założenia oraz sposób kalibracji modeli numerycznych.
Zdefiniowano założenia umożliwiające sprzężenie procesów towarzyszących podziemnemu zgazowaniu węgla.
Metodyka opracowana na podstawie symulacji numerycznych dla hipotetycznego georeaktora może być podstawą do dalszych analiz dla rzeczywistych przypadków zarówno pod kątem wytypowanych pojedynczych procesów,
jak i procesów sprzężonych.
Wobec złożoności procesów zachodzących podczas podziemnego zgazowania, a także niewielkim praktycznym
doświadczeniu w stosowaniu tej technologii, należy wykorzystać możliwości jakie dają metody numeryczne i techniki komputerowe. Szerokie możliwości symulowania, a tym samym prognozowania przebiegu procesu zgazowania oraz jego wpływu na otaczający górotwór i powierzchnię terenu.
Opracowane autorskie procedury numeryczne, przeprowadzone obliczenia kalibracyjne i weryfikacyjne pozwoliły
opracować metodykę symulacji umożliwiającą prognozę wpływu pzw na otaczający górotwór.
Prognoza wpływu pzw na otaczający górotwór
Ocena wpływu oraz zmian geośrodowiskowych na skutek pzw
Publikacje naukowe
AGH, WGiG – KGBiG
Prof. dr hab. inż. Marek Cała
20
21
KARTA
Prognoza deformacji powierzchni terenu na skutek pzw – modyfikacja teorii Budryka-Knothego
Procedura numeryczna – program BK-gaz
Doświadczenia polskiego i światowego górnictwa wskazują, że teoria Budryka-Knothego dobrze opisuje procesy
deformacji na skutek podziemnej eksploatacji zarówno złóż węgla kamiennego, jak i innych surowców, pod warunkiem poprawnego określenia jej parametrów. Bezpośrednie wykorzystanie tej teorii do celów prognozowania
deformacji na skutek podziemnego zgazowania jest jednak niemożliwe, ze względu na nieregularny kształt przestrzeni wyeksploatowanej. Z rozważań teoretycznych oraz nielicznych eksperymentów wynika, że przestrzeń ta ma
kształt nieregularnej bryły i jedynie jej całkowita objętość V jest możliwa do dość dokładnego oszacowania.
W celu wykorzystania teorii Budryka-Knothego do prognozowania deformacji na skutek podziemnego zgazowania
przyjęto, że przestrzeń wyeksploatowana ma kształt dowolnego obszaru P o zmiennej miąższości (grubości) g. Przy
takim założeniu możliwy jest podział przestrzeni wyeksploatowanej o objętości V na prostopadłościany o podstawie prostokątnej o wymiarach ai x bi i wysokości gi.
W programie BK-gaz przekrój przez wyeksploatowaną przestrzeń opisany jest wielokątem o dowolnej liczbie boków, który dzielony jest na prostokąty o zadanych wymiarach i wysokości. Umożliwia to odwzorowanie pustki eksploatacyjnej o złożonej geometrii. Dla tak opisanej wybranej przestrzeni wyznaczane zostają wskaźniki deformacji
powierzchni terenu.
Analiza uzyskanych wyników wskazuje, że zaproponowana modyfikacja teorii Budryka-Knothego może być wykorzystana do prognozowania deformacji powierzchni terenu na skutek podziemnego zgazowania węgla kamiennego, prowadzącego do powstawania przestrzeni eksploatacyjnych o złożonych kształtach.
Możliwość wyznaczenie wskaźników deformacji powierzchni terenu powstałej na skutek wyeksploatowania pustki
o złożonej geometrii.
Prognoza deformacji powierzchni terenu na skutek podziemnego zgazowania węgla.
Publikacje naukowe
AGH, WGiG – KGBiG
Prof. dr hab. inż. Marek Cała
22
23
KARTA
Sposób kwalifikacji pokładów węgla kamiennego do podziemnego zgazowania i możliwości stosowania tej metody
w gospodarce złożem
Metodyka selekcji pokładów i wyznaczania ich części, które mogą być potencjalnie przydatne do stosowania podziemnego zgazowania
Określone zostały kryteria kwalifikacji pokładów do PZW i sposób prezentacji złoża kwalifikującego się do PZW.
Przyjęto minimalną miąższość pokładu 1,5 m, występowanie węgli typu 31 – 33, brak większych zaburzeń tektonicznych – uskoków, minimalną odległość od utworów zawodnionych 100 m i minimalne zasoby 3 mln ton w parceli o powierzchni powyżej 1,5 km2. Wyniki selekcji przedstawiono na mapach i kartach złożowych uzupełnionych
o dane o strukturze zasobów przydatnych do PZW w profilach wielopokładowych złóż.
Po raz pierwszy dokonano oceny realnej przydatności złóż węgla kamiennego do podziemnego zgazowania w granicach Lubelskiego Zagłębia Węglowego i Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego. Stwierdzono ograniczoną możliwość stosowania PZW w LZW (około 880 mln ton, tj. 10,4% zasobów bilansowych złóż niezagospodarowanych
w dużym rozproszeniu w poszczególnych obszarach złożowych i w profilu warstw lubelskich) i praktyczny brak
możliwości PZW w resztkowych zasobach DZW.
Polityka koncesyjna Ministra Środowiska
Bezpłatne udostępnienie zainteresowanym jednostkom administracji państwowej Raportu końcowego. Innym zainteresowanym raport końcowy nie może być udostępniony z uwagi na wykorzystanie w nim informacji geologicznych stanowiących własność Skarbu Państwa.
Ogólne zasady kwalifikacji pokładów do podziemnego zgazowania węgla i wyniki oceny potencjalnej przydatności
wskazanych części pokładów do zgazowania zostały udostępnione w następujących publikacjach:
a) NIEĆ M., 2012– Geologiczne bariery i ograniczenia dla podziemnego zgazowania węgla. Biul. Państw. Inst. Geol.,
448, str. 183-194.
b) NIEĆ M., CHEĆKO J., GÓRECKI J., SERMET E., 2013 – Uwarunkowania geologiczno-złożowe stosowania podziemnego zgazowania węgla w polskich złożach węgla kamiennego. Przegląd Górniczy; nr 2, str. 26–35.
c) SERMET E., GÓRECKI J., 2013 – Ocena szans podziemnego zgazowania w niezagospodarowanych złożach Lubelskiego Zagłębia Węglowego. Górnictwo Odkrywkowe, nr 2, str. 19-23.
d) SERMET E., GÓRECKI J., 2013 – Resztkowe zasoby Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego – bez szans na podziemne zgazowanie? Zesz. Nauk. IGSMiE PAN, nr 85, str. 287-294.
e) SERMET E., 2013 – Obszary chronione w granicach Lubelskiego Zagłębia Węglowego – potencjalna bariera zagospodarowania złóż. Górnictwo Odkrywkowe, nr 2, str. 122-127.
24
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie; Wydział Górnictwa i Geoinżynierii.
Udostępnienie rozwiązania wymaga uzgodnienia z Ministrem Środowiska, który jest dysponentem złóż węgla kamiennego stanowiących przedmiot własności górniczej Skarbu Państwa.
dr hab. inż. Andrzej STRUGAŁA
prof. dr hab. inż. Jerzy KLICH
prof. dr hab. inż. Marek NIEĆ
25
KARTA
Sposób kwalifikacji pokładów węgla kamiennego do naziemnego i podziemnego zgazowania węgla i możliwości stosowania tej metody w gospodarce złożem
Metodyka selekcji pokładów i wyznaczania ich części, które mogą być potencjalnie przydatne do stosowania podziemnego zgazowania w warunkach złóż kopalń czynnych, niezagospodarowanych i zlikwidowanych.
Określone zostały kryteria kwalifikacji zasobów do NZW (wg kryteriów opracowanych przez ICHPW do węgli handlowych) oraz do PZW. Opracowano również sposób prezentacji złoża kwalifikującego się do PZW.
Przyjęto minimalną miąższość pokładu 1,5 m, występowanie węgli typu 31 – 33, brak większych zaburzeń tektonicznych – uskoków, minimalne zasoby 3 mln ton w parceli o powierzchni 1,5 km2 . W przypadku złóż kopalń
czynnych powierzchnię tę powiększono do 2 km2 w celu wyznaczenia filara bezpieczeństwa dla stref uskokowych.
W warunkach złóż GZW rozpatrzono złoża zagospodarowane górniczo, niezagospodarowane i zlikwidowane. Wyniki selekcji przedstawiono na mapach i kartach złożowych. Uzupełniono je o dane na temat struktury zasobów
przydatnych do PZW w profilach wielopokładowych złóż.
Po raz pierwszy dokonano oceny realnej przydatności złóż węgla kamiennego do podziemnego zgazowania w granicach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wykluczono w warunkach GZW pokłady węgla zalegające w Krakowskiej Serii Piaskowcowej z uwagi na dużą porowatość i zawodnienie tej serii piaskowcowej.
Wyznaczona baza zasobowa w warunkach GZW rozpatrywana była w złożach kopalń czynnych przeznaczona dla
metody szybowej PZW oraz w złożach niezagospodarowanych górniczo dla metody otworowej natomiast w złożach kopalń zlikwidowanych wyznaczono niewielką ilość zasobów resztkowych które praktycznie wykluczają stosowanie PZW.
W złożach kopalń czynnych wyznaczono do głębokości 1000m około 540 mln ton zasobów możliwych do stosowania PZW metodą szybową. Wyznaczono również bazę zasobową zalegającą poniżej głębokości 1000m w ilości około 1900 mln ton zasobów przydatnych do PZW metodą szybowo-otworową oraz w złożach niezagospodarowanych
w ilości 1300 mln ton do PZW metodą otworową ( bez pokładów zalegających w Krakowskiej Serii Piaskowcowej).
Wyznaczone zasoby pokładów węgla kamiennego występują w dużym rozproszeniu w poszczególnych obszarach
złożowych i w profilu warstw karbonu produktywnego.
26
a) Nieć M., Chećko J., Górecki J., Sermet E., 2013 – Uwarunkowania geologiczno-złożowe stosowania podziemnego
zgazowania węgla w polskich złożach węgla kamiennego. Przegląd Górniczy; nr 2, s. 26–35.
b) Marek Nieć (AGH), Jerzy Klich (AGH), Kazimierz Matl (AGH), Jarosław Chećko (GIG), Jerzy Górecki (AGH), Grzegorz
Galiniak (AGH), Edyta Sermet (AGH) – Stan bazy zasobowej węgli w Polsce i jej problemy złożowo-środowiskowe
w odniesieniu do wymagań procesów zgazowania – w druku (Przegląd Górniczy 2014 r.)
c) Jarosław Chećko, Magdalena Głogowska, Robert Warzecha, Tomasz Urych – Ocena zasobów węgla kamiennego
dla celów podziemnego zgazowania węgla metodą szybową w złożach kopalń czynnych Kompanii Węglowej
S.A. Górnośląskiego Zagłębia Węglowego – w druku (Przegląd Górniczy 2014 r.)
Główny Instytut Górnictwa w Katowicach, Zakład Geologii i Geofizyki.
Zastępca Naczelnego Dyrektora ds. Badań i Wdrożeń – prof. dr hab. inż. Krystyna Czaplicka-Kolarz w uzgodnieniu
z Ministrem Środowiska.
27
KARTA
Ocena kosztów pozyskania i udostępnienia złóż węgli kamiennych dla potrzeb podziemnego zgazowania węgla
Opracowanie procedury oceny kosztów pozyskania i udostępnienia złóż węgli kamiennych dla potrzeb podziemnego zgazowania węgla
Opracowano ogólne zasady określania nakładów kapitałowych i kosztów operacyjnych związanych z podziemnym
zgazowaniem węgla w polskich warunkach. Każda z tych pozycji nakładów lub kosztów może być uszczegółowiona w postaci odpowiednich formuł, zależności i współczynników zależnych od technologii przyjętych do realizacji
poszczególnych robót. Po określeniu wielkości opisujących nakłady inwestycyjne i koszty operacyjne można zastosować statyczne lub/i dynamiczne metody oceny ekonomicznej efektywności inwestycji w zakresie podziemnego
zgazowania węgla. Metodyka badań uwzględnia również zastosowanie metod analitycznych, ilościowo-jakościowych oraz wskaźnikowych.
W celu dokonania szacunkowej oceny efektywności ekonomicznej podziemnego zgazowania węgla w warunkach
Górnośląskiego, Lubelskiego i Dolnośląskiego Zagłębi Węglowych wykorzystano metodę UNIDO i dokonano próby
określenia przybliżonych wartości wskaźnika NPV.
W celu dokonania szacunkowej oceny efektywności ekonomicznej podziemnego zgazowania węgla w warunkach
Górnośląskiego, Lubelskiego i Dolnośląskiego Zagłębi Węglowych wykorzystano metodę UNIDO i dokonano próby
określenia przybliżonych wartości wskaźnika NPV. Próbę oszacowania kosztów zgazowania przeprowadzono przy
pewnych założeniach dotyczących ewentualnego zastosowania technologii wypracowanych w świecie, z których
największe znaczenie praktyczne posiadają technologie εUCG i CRIP. Zakładając, możliwość ich zastosowania w polskich warunkach podjęto próbę oszacowania kosztów podziemnego zgazowania przyjmując szereg danych kosztowych uwzględniających polskie warunki.
Proponowane rozwiązanie może być zastosowane w procesie projektowania podziemnego zagazowania krajowych złóż węgli kamiennych.
Raport końcowy z badań i prac technicznych zrealizowanych w okresie 01.01.2011-30.06.2012 r. w ramach Części
Tematu Badawczego nr 1.1.5. oraz opublikowane artykuły związane z jego realizacją.
AGH w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Prof. dr hab. inż. Roman Magda, [email protected]
28
29
KARTA
Kryterialna ocena polskich złóż węgla brunatnego w aspekcie przydatności do procesu podziemnego zgazowania
Opracowanie kryteriów geologiczno-technologicznych oraz środowiskowych dla potrzeb podziemnego zgazowania węgla
Opracowane kryteria uwzględniają dotychczasową wiedzę odnośnie kryteriów decydujących o hierarchii przydatności złóż do procesu podziemnego zgazowania oraz zaimplantowano je do warunków polskich złóż węgla brunatnego.
Innowacyjne podejście do opracowania kryteriów opartych na doświadczeniach zagranicznych ze względu odosobnionych uwarunkowań polskich węgli brunatnych oraz obowiązujących wymaganiach środowiskowych polskich i unijnych.
Proponowane rozwiązanie może być wykorzystane do selekcji złóż dla oceny bazy zasobowej oraz do wstępnych
ocen w procesie projektowania.
Poprzez kontakt z osobą reprezentującą Partnera Naukowego w zakresie Raportu końcowego oraz z opublikowanych artykułów.
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, AGH w Krakowie
Dr inż. Stanisław Hajdo
[email protected]
30
31
KARTA
Strategia rozwoju górnictwa węgla brunatnego w Polsce w kontekście zgazowania węgla
Opracowanie procedury oceny złóż węgla brunatnego pod kątem ich zagospodarowania
Opracowana procedura oceny złóż węgla brunatnego uwzględnia kryteria techniczne, socjologiczne i przyrodnicze. Umożliwiają one określenie potencjału zagospodarowania rozpoznanych złóż węgla brunatnego w Polsce.
Procedura uwzględnia proces projektowania górniczego, efektywności energetycznej węgla, możliwości jego wykorzystania w sposób konwencjonalny jak i poprzez proces zgazowania. Dodatkowo skorelowane jest to z polityką
energetyczną kraju.
W procesie wykonywania case study dla nowych złóż węgla brunatnego, z uwzględnieniem polityki koncesyjnej
Ministra Środowiska.
Poprzez kontakt z osobą reprezentującą Partnera w zakresie raportu końcowego.
AGH Kraków, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
prof. dr hab. inż. Zbigniew Kasztelewicz, AGH Kraków
[email protected]
32
33
KARTA
Dobór polskich złóż węgla brunatnego do zgazowania podziemnego i naziemnego
Opracowano metodykę selekcji złóż węgla brunatnego lub ich części, które mogą być użyteczne dla lokalizacji
instalacji podziemnego zgazowania. Wyróżniono parametry między innymi na podstawie budowy petrograficznej
węgla w pokładach, które mogą stanowić bazę do uzyskania surowca do zgazowania naziemnego.
Na podstawie rozstrzygających kryteriów technologicznych, wszystkie istotne parametry węgla zostały ujęte w formie kart informacyjnych (kart paszportowych) kwalifikujących złoża do podziemnego i naziemnego zgazowania
Po raz pierwszy dokonano oceny realnej przydatności węgla brunatnego do PZW oraz wykorzystania go jako surowca do przeróbki chemicznej.
Polityka koncesyjna Ministerstwa Środowiska
Nie może być udostępniane. Informacja geologiczna stanowi własność Skarbu Państwa.
Wymaga uzgodnienia z właścicielem złóż. Właściciel złóż – Skarb Państwa.
Doc. dr inż. Kazimierz Matl, dr inż. Grzegorz Galiniak, AGH Kraków
34
35
KARTA
Kryteria racjonalnej gospodarki złożem wielopokładowym przy podziemnym zgazowaniu węgla i wstępne typowanie
obszarów dla instalacji demonstracyjnej
Kryteria racjonalnej gospodarki złożem wielopokładowym
Wstępna selekcja obszarów do lepszego rozpoznania w aspekcie stosowania PZW
Dokonano oceny możliwości stosowania podziemnego zgazowania w złożach wielopokładowych polskich zagłębi
węgla kamiennego. Określono warunki niezbędne dla racjonalnej gospodarki złożem wielopokładowym i porównano efektywność PZW w stosunku do efektów konwencjonalnej eksploatacji górniczej. Zwrócono uwagę na ograniczenia stosowania PZW i na problemy wymagające dalszych badań. Przedstawiono zasady lepszego rozpoznania
złóż pod kątem projektowania PZW. W nawiązaniu do zweryfikowanych kryteriów racjonalnego stosowania metody wskazano najbardziej perspektywiczne obszary, które po lepszym rozpoznaniu mogłyby stanowić miejsce projektowania instalacji badawczo-demonstracyjnej. W Górnośląskim Zagłębiu Węglowym wytypowano takie parcele
w obrębie 6 złóż o zasobach około 393 mln ton, a w Lubelskim Zagłębiu Węglowym – w granicach 5 złóż – o zasobach 260 mln ton. W Dolnośląskim Zagłębiu Węglowym brak możliwości do stosowania PZW.
Po raz pierwszy oceniono realne możliwości stosowania PZW jako uzupełniającej metody eksploatacji wielopokładowych złóż węgla kamiennego. W tym sensie prace miały pionierski, innowacyjny charakter. Opracowano wstępny
ranking przydatności części obszarów złożowych w GZW i LZW najkorzystniejszych dla podziemnego zgazowania
węgla bez naruszenia zasad racjonalnej gospodarki złożami. Jako możliwe do objęcia eksperymentami w pierwszej
kolejności wytypowano:
• parcelę w pokładzie 330/1 w złożu Warszowice-Pawłowice-Płn w GZW (zasoby 11,6 mln ton),
• parcelę w pokładach 375, 377/1 i 379 w złożach Lublin K-4-5, Sawin i Lublin K-9 w LZW (zasoby odpowiednio
11,0; 13,5 i 13 mln ton).
Polityka koncesyjna Ministerstwa Środowiska
Zasady kwalifikacji pokładów do PZW i najważniejsze wyniki oceny potencjalnej przydatności wskazanych części
pokładów do zgazowania będą udostępnione po ich weryfikacji i przedstawione w publikacjach po zakończeniu
realizacji C.T.B. nr 1.3.3.
Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Górnictwa i Geoinżynierii.
dr hab. inż. Andrzej STRUGAŁA
prof. dr hab. inż. Jerzy KLICH
prof. dr hab. inż. Marek NIEĆ
36
37
KARTA
Karty technologiczne wybranych procesów zgazowania węgla, przygotowania surowca, mediów zgazowujących oraz
utylizacji produktów odpadowych
Karty technologiczne. Karty są wynikiem realizacji Części Tematu Badawczego 6.1.1, 6.2.1 oraz 6.3.1.
Opracowany zestaw kart technologicznych zawiera opis komercyjnie dostępnych oraz wybranych perspektywicznych procesów/technologii zgazowania węgla, przygotowania surowca, mediów zgazowujących oraz utylizacji
produktów odpadowych. Karty obejmują procesy i technologie z zakresu: zgazowania węgla w reaktorach fluidalnych i dyspersyjnych, produkcji tlenu, przygotowania węgla kamiennego i brunatnego do zgazowania w reaktorach ze złożem fluidalnym i dyspersyjnym, oczyszczania ścieków oraz utylizacji stałych produktów odpadowych.
Każda z kart zawiera: opis i schemat blokowy układu, wymagane parametry realizacji procesu, bilans masowy, charakterystykę surowców i produktów, parametry eksploatacyjne w tym: zużycie materiałów, mediów i czynników
energetycznych, emisje (jeśli dotyczy), dane ekonomiczne w tym koszty inwestycyjne i eksploatacyjne, a także wykaz przykładowych obiektów referencyjnych.
W sumie opracowano 25 kart technologicznych procesów zgazowania węgla, przygotowania surowca, mediów
zgazowujących oraz utylizacji produktów odpadowych.
Efektem innowacyjnym w realizowanym temacie badawczym są szczegółowe karty technologiczne najważniejszych, zarówno komercyjnych jak i rozwojowych, technologii zgazowania węgla, przygotowania surowca, mediów
zgazowujących oraz utylizacji produktów odpadowych. Opracowane karty zawierają jednolite i możliwie pełne
dane techniczno-ekonomiczne.
W kraju i na świecie brak jest ogólnodostępnych baz danych, które zawierałyby informacje dotyczące w/w procesów w takim zakresie i tak szczegółowo opracowanych.
Opracowane karty będą podstawą do obiektywnej oceny analizowanych rozwiązań technologicznych i pozwolą na
opracowanie list rankingowych pod względem:
• przydatności technologicznej z uwzględnieniem stosowanych paliw, efektywności i skali procesu oraz opcji wariantowych,
• wykorzystania gazu syntezowego (energetyka, synteza chemiczna),
• parametrów ekonomicznych (koszty inwestycyjne i eksploatacyjne).
Monografia
Wydział Energetyki i Paliw AGH
Dr Stanisław Porada
30-059 Kraków al. Mickiewicza 30
Tel. +48 22 617 26 01
38
Główny Instytut Górnictwa
w Katowicach
40
41
KARTA
System wytwarzania ciepła i energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW w zintegrowanym układzie
dwóch turbin gazowych, kotła odzyskowego i z częściowym odzyskiem ciepła kondensacji spalin
Technologia na II poziomie gotowości wg rozporządzenia MNiSzW z 4.01.2011 r.
W przeprowadzonych analizach wykazano, że przy uwzględnieniu doprowadzenia do układu wytwarzania w skojarzeniu ciepła i energii elektrycznej gazu po jego oczyszczeniu do wymagań turbin gazowych instalacja o elektrycznej mocy zainstalowanej 20 MWel może osiągnąć sprawność cieplną brutto na poziomie ponad 92 %
Istotą innowacyjności rozwiązania jest zasilanie układu gazem z podziemnego zgazowania węgla przy uwzględnieniu jego oczyszczenia w instalacji oczyszczania do wymagań eksploatacyjnych turbiny gazowej.
Układ taki mógłby być zastosowany w systemie wewnętrznym zaopatrzenia kopalni w energię elektryczną. Przy
multiplikacji takiego rozwiązania i znaczącym zwiększeniu mocy zainstalowanej, przy prowadzeniu zgazowania
nowych pokładów węgla, instalacja może stanowić element krajowego systemu elektroenergetycznego.
Rozwiązanie jest dostępne do analiz techniczno-ekonomicznych, zgodnie z podanymi, schematami procesowymi
technologii oraz wynikami obliczeń dla różnych wariantów pozyskiwania gazu z PZW jako Know how.
dr inż. Piotr Mocek
e-mail: [email protected]
42
43
KARTA
Układ wytwarzania w kogeneracji ciepła i energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW brunatnego
w zintegrowanym układzie gazowo-parowym
Technologia na II poziomie gotowości wg rozporzadzenia MNiSzW z 4.01.2011 r.
W przeprowadzonych analizach wykazano, że przy uwzględnieniu doprowadzenia do układu wytwarzania ciepła
i energii elektrycznej gazu po jego oczyszczeniu do wymagań kotła instalacja jw. może osiągnąć sprawność cieplną
netto na poziomie 68,5%.
Istotą innowacyjności rozwiązania jest zasilanie układu gazem z podziemnego zgazowania węgla brunatnego przy
uwzględnieniu jego oczyszczenia w instalacji oczyszczania do wymagań eksploatacyjnych kotła gazowego (palników w kotle).
Układ taki mógłby być zastosowany w systemie wewnętrznym zaopatrzenia kopalni w ciepło i energię elektryczną.
Przy multiplikacji takiego rozwiązania i znaczącym zwiększeniu mocy zainstalowanej, przy prowadzeniu zgazowania nowych pokładów węgla, instalacja może stanowić element krajowego systemu elektroenergetycznego.
Rozwiązanie rozwinięte w CzTB 4.5. będzie dostępne do analiz techniczno-ekonomicznych w raporcie końcowym
z tego tematu badawczego
44
45
KARTA
Układ wytwarzania w kogeneracji ciepła i energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW w kombinowanym układzie gazowo-parowym
Technologia na II poziomie gotowości wg rozporzadzenia MNiSzW z 4.01.2011 r.
W przeprowadzonych analizach wykazano, gaz z PZW brunatnego może być zastosowany jako paliwo układzie
energetycznym jw. Wykonane obliczenia wykazały, że sprawność kogeneracji (netto) konwersji energii gazu osiąga
w tym przypadku około 46,6 % przy dość wysokiej sprawności netto wytwarzania energii elektrycznej – 32,3 %.
Istotą innowacyjności rozwiązania jest zasilanie układu gazem z podziemnego zgazowania węgla brunatnego przy
uwzględnieniu koniecznych instalacji wytwarzania tlenu do zgazowania węgla oraz instalacji oczyszczania gazu
i instalacji odbioru ciepła z surowego gazu procesowego.
Układ taki mógłby być zastosowany w systemie energetycznym kopalń węgla brunatnego. Przy multiplikacji takiego rozwiązania i znaczącym zwiększeniu mocy zainstalowanej, układ taki mógłby być istotnym elementem krajowego systemu energetycznego.
Rozwiązanie – opis przeprowadzonych analiz i obliczeń jest dostępny w postaci Know-how GIG.
46
47
KARTA
Wytwarzanie gazu niskokalorycznego metodą podziemnego zgazowania węgla z wykorzystaniem istniejącej infrastruktury podziemnej kopalni
Technologia na VI poziomie gotowości według rozporządzenia MNiSW z dnia 04.01.2011 r.
Podziemne zgazowanie węgla powietrzem tłoczonym systemem rurociągów prowadzonych z powierzchni szybem
i wyrobiskami kopalnianymi do otworów wywierconych w pokładzie węgla. Odbiór produktów gazowych następuje rurociągiem – poprzez separator oddzielający ciężkie produkty zgazowania zabudowany w wyrobisku (w temperaturze, w której są w fazie płynnej) – na powierzchnię do układu oczyszczania gazu, a następnie do energetycznego wykorzystania, np. w silniku gazowym, turbinie, kotle dwupaliwowym.
Temperatura w georeaktorze 1000–1400°C, ciśnienie w georeaktorze – konieczne utrzymanie podciśnienia w stosunku do otaczających wyrobisk, temperatura na wylocie gazu z szybu na powierzchnię ok. 100°C.
Udostępnienie pokładu do zgazowania otworami z wyrobisk, kontrolowane chłodzenie produktów, wykorzystanie
infrastruktury podziemnej kopalni dla lokalizacji elementów instalacji.
Pokłady resztkowe lub podpoziomowe w kopalniach lub rejonach przewidzianych do likwidacji.
Raporty i sprawozdania z realizacji Tematu 3 Zadania Badawczego 3.
Prof. dr hab. inż. Krzysztof Stańczyk
48
49
KARTA
System bezpieczeństwa gazowego w rejonie lokalizacji georeaktora i części podziemnej instalacji podziemnego zgazowania węgla metodą szybową
Technologia bezpieczeństwa na VI poziomie gotowości, według rozporządzenia MNiSW z dnia 04.01.2011 r.
Możliwość przedostania się gazów wybuchowych i trujących do atmosfery kopalnianej z georeaktora oraz instalacji
podziemnego zgazowania węgla stanowi najistotniejsze zagrożenie dla zdrowia i życia, jakie one stwarzają.
System zabezpieczeń przed powstaniem zagrożenia gazowego składa się z układu tam i korków bezpieczeństwa
w wyrobiskach na ciągach wentylacyjnych oraz czujników metanu, wodoru, tlenku i dwutlenku węgla, pomiarów
temperatury, ciśnienia i przepływu powietrza, zabudowanych w miejscach wyznaczonych w oparciu o obliczenia
modelowe wyrobisk. Wyniki monitoringu, uzyskiwane on-line, pozwalają na szybką ingerencje w parametry technologiczne przebiegu procesu (ciśnienie w georeaktorze, temperatura, przepływy gazów), w celu eliminacji zagrożenia.
1. Kompleksowy układ kontroli i sterowania stanem powietrza w wyrobiskach.
2. Zastosowanie czujników stężeń wodoru w wyrobiskach podziemnych.
Układy bezpieczeństwa gazowego w kopalniach podziemnych.
Raporty i sprawozdania z Tematu 3 Zadania Badawczego 3.
50
51
KARTA
Demonstracyjna instalacja podziemnego zgazowania węgla (PZW) o mocy 10-20 MW metodą szybową
Technologia – poziom VII
Rozwiązanie polega na produkcji gazu niskokalorycznego metodą zgazowania podziemnego węgla in-situ przy
pomocy powietrza, ewentualnie wzbogaconego tlenem, oczyszczenia gazu do wymaganego poziomu oraz jego
spaleniu w kotle dwupaliwowym z gazem metanowym ( kopalnianym lub sieciowym) lub węglem. Podziemne zgazowanie węgla prowadzone jest w pokładach resztkowych węgla kamiennego w likwidowanych kopalniach lub
rejonach wydobywczych o miąższności powyżej 1,7 m, część infrastruktury (rurociągi, urządzenia do wstępnego
oczyszczania gazu) zlokalizowane są w wyrobiskach i szybie kopalni. Ze względu na ograniczone zasoby węgla
pozostałego po wydobyciu metodą górniczą w określonej lokalizacji, moc instalacji w gazie wynosi 10-20 MW. Instalacja ma na celu ostatecznie potwierdzić możliwość i celowość techniczną i ekonomiczną wdrożenia technologii
w skali komercyjnej.
– kompleksowe rozwiązanie instalacji średniej mocy obejmujące układ zgazowania, oczyszczania gazu i jego spalania w możliwie najprostszy sposób
– sposób udostępniania węgla z wyrobisk kopalnianych z zastosowaniem wierceń kierunkowych
– sposób oczyszczania gazu surowego częściowo w wyrobiskach kopalnianych
Demonstracyjna instalacja PZW stanowi ostatni etap przed wdrożeniem technologii w skali przemysłowej. Obszarem zastosowania jest górnictwo węgla kamiennego, szczególnie w obrębie GZW w rejonach w których kończona
jest eksploatacja metodami górniczymi z przyczyn ekonomicznych lub naturalnych (zbyt duża głębokość zasobów),
oraz energetyka, szczególnie wytwarzanie ciepła i energii elektrycznej w układach średniej mocy dla zastosowań
lokalnych.
Przekazanie na zasadach komercyjnych projektu technologicznego oraz wstępnego studium wykonalności instalacji demonstracyjnej PZW opracowanego dla KWK Murcki-Staszic, Ruch Boże Dary – zainteresowanemu podmiotowi
jako wsparcie decyzji o rozpoczęciu procesu inwestycyjnego.
52
53
KARTA
Sposób kwalifikacji pokładów węgla kamiennego do naziemnego i podziemnego zgazowania węgla i możliwości stosowania tej metody w gospodarce złożem.
Metodyka selekcji pokładów i wyznaczania ich części, które mogą być potencjalnie przydatne do stosowania podziemnego zgazowania w warunkach złóż kopalń czynnych, niezagospodarowanych i zlikwidowanych.
Określone zostały kryteria kwalifikacji zasobów do NZW (wg kryteriów opracowanych przez ICHPW do węgli handlowych) oraz do PZW. Opracowano również sposób prezentacji złoża kwalifikującego się do PZW.
Przyjęto minimalną miąższość pokładu 1,5 m, występowanie węgli typu 31 – 33, brak większych zaburzeń tektonicznych – uskoków, minimalne zasoby 3 mln ton w parceli o powierzchni 1,5 km2. W przypadku złóż kopalń
czynnych powierzchnię tę powiększono do 2 km2 w celu wyznaczenia filara bezpieczeństwa dla stref uskokowych.
W warunkach złóż GZW rozpatrzono złoża zagospodarowane górniczo, niezagospodarowane i zlikwidowane. Wyniki selekcji przedstawiono na mapach i kartach złożowych. Uzupełniono je o dane na temat struktury zasobów
przydatnych do PZW w profilach wielopokładowych złóż.
Po raz pierwszy dokonano oceny realnej przydatności złóż węgla kamiennego do podziemnego zgazowania w granicach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Wykluczono w warunkach GZW pokłady węgla zalegające w Krakowskiej Serii Piaskowcowej z uwagi na dużą porowatość i zawodnienie tej serii piaskowcowej.
Wyznaczona baza zasobowa w warunkach GZW rozpatrywana była w złożach kopalń czynnych przeznaczona dla
metody szybowej PZW oraz w złożach niezagospodarowanych górniczo dla metody otworowej natomiast w złożach kopalń zlikwidowanych wyznaczono niewielką ilość zasobów resztkowych które praktycznie wykluczają stosowanie PZW.
W złożach kopalń czynnych wyznaczono do głębokości 1000 m około 540 mln ton zasobów możliwych do stosowania PZW metodą szybową. Wyznaczono również bazę zasobową zalegającą poniżej głębokości 1000 m w ilości około 1900 mln ton zasobów przydatnych do PZW metodą szybowo-otworową oraz w złożach niezagospodarowanych
w ilości 1300 mln ton do PZW metodą otworową (bez pokładów zalegających w Krakowskiej Serii Piaskowcowej).
Wyznaczone zasoby pokładów węgla kamiennego występują w dużym rozproszeniu w poszczególnych obszarach
złożowych i w profilu warstw karbonu produktywnego.
54
a) Nieć M., Chećko J., Górecki J., Sermet E., 2013 – Uwarunkowania geologiczno-złożowe stosowania podziemnego
zgazowania węgla w polskich złożach węgla kamiennego. Przegląd Górniczy; nr 2, s. 26–35.
b) Marek Nieć (AGH), Jerzy Klich (AGH), Kazimierz Matl (AGH), Jarosław Chećko (GIG), Jerzy Górecki (AGH), Grzegorz
Galiniak (AGH), Edyta Sermet (AGH) – Stan bazy zasobowej węgli w Polsce i jej problemy złożowo-środowiskowe
w odniesieniu do wymagań procesów zgazowania – w druku (Przegląd Górniczy 2014 r.)
c) Jarosław Chećko, Magdalena Głogowska, Robert Warzecha, Tomasz Urych – Ocena zasobów węgla kamiennego
dla celów podziemnego zgazowania węgla metodą szybową w złożach kopalń czynnych Kompanii Węglowej
S.A. Górnośląskiego Zagłębia Węglowego – w druku (Przegląd Górniczy 2014 r.)
Główny Instytut Górnictwa w Katowicach; Zakład Geologii i Geofizyki.
Zastępca Naczelnego Dyrektora ds. Badań i Wdrożeń – prof. dr hab. inż. Krystyna Czaplicka-Kolarz w uzgodnieniu
z Ministrem Środowiska.
55
KARTA
Sposób rozruchu georeaktora podziemnego zgazowania węgla
Proponowane rozwiązanie jest nową technologią opartą o zastosowanie innowacyjnych materiałów – ładunków
pirotechnicznych przeznaczonych dla tego celu – zapalenia.
Ładunek ten uzyskał certyfikat dopuszczający do pracy w warunkach kopalń podziemnych.
Poziom gotowości technologii VIII, IX.
Celem wynalazku jest zdalny, kontrolowany zapłon węgla w georeaktorze w ściśle określonym miejscu i przeprowadzenie procesu rozruchu podziemnego zgazowania węgla w sposób skuteczny i bezpieczny.
Istota wynalazku polega na wprowadzeniu ładunku pirotechnicznego do kanału ogniowego. Kanałem tym może
być otwór kierunkowy udostępniający pokład przeznaczony do zgazowania wykonany z wyrobisk podziemnych lub
z powierzchni np. otwór doprowadzający czynniki zgazowujące. Ładunek wprowadzony jest na określoną głębokość w zależności od parametrów georeaktora oraz planowanego kierunku procesu zgazowania i zdalnie odpalany.
Ładunek pirotechniczny:
– masa: 5-30 kg w zależności od średnicy kanału ogniowego i warunków georeaktora,
– kształt walca o średnicy 2/3 średnicy kanału ogniowego,
– wprowadzany do kanału ogniowego za pomocą skręcanych żerdzi,
– wyposażony w główki zapalcze oraz w przewody dla zdalnego odpalania,
– podczas rozruchu wymagany jest przepływ powietrza w kanale ogniowym.
– Brak udokumentowanych i opublikowanych rozwiązań w tym zakresie.
– Zgłoszenie patentowe rozwiązania.
– Certyfikat nowego materiału.
Eksploatacja pokładów węgla kamiennego i brunatnego technologią zgazowania podziemnego
Licencjonowanie
Główny Instytut Górnictwa w Katowicach
Robert Hildebrandt, tel. (32) 32 46 653, 507 090 383
56
57
KARTA
Zastosowanie złożonej konfiguracji kanałów ogniowych w kształcie tzw. litery „V” do eksploatacji pokładów węgla
metodą zgazowania podziemnego in-situ
Proponowane rozwiązanie stanowi rodzaj rozwiązania konstrukcyjnego w zakresie sposobu wykonania kanałów
zasilających i produkcyjnych reaktora podziemnego. Po serii doświadczeń w skali wielkolaboratoryjnej w warunkach ex-situ, proponowane rozwiązanie znajduje się w fazie badań w skali pilotowej – instalacja PZW na terenie
Szybu Wschodniego KWK Wieczorek. Poziom gotowości opracowanego rozwiązania innowacyjnego zostanie oszacowany po zakończeniu próby pilotowej.
Proponowane rozwiązanie polega na prowadzeniu procesu podziemnego zgazowania węgla w reaktorze, w którym kanał zasilający w czynniki zgazowujące oraz kanał odbierający wytwarzane gazy tworzą w złożu konfigurację
litery „V”. W sposobach szybowych zgazowania, kanały wykonywane będą techniką wierceń poziomych z poziomu
wyrobisk podziemnych. Dla metod bezszybowych kanały wykonane będą techniką wierceń kierunkowych z powierzchni nad eksploatowanym złożem. Pozostałe rozwiązania w zakresie sposobu zasilania, odbioru oraz oczyszczania gazu syntezowego nie odbiegają od typowych rozwiązań stosowanych w przypadku konwencjonalnych
układów zgazowania węgla w warunkach in-situ.
Konwencjonalne metody przygotowania otworow generatorowych dla eksploatacji pokładów metodą zgazowania podziemnego, bazują na poziomych kanałach prostych, łączących otwór zasilający z otworem produkcyjnym
gazu. Taki sposób wykonania reaktora podziemnego, choć z technicznego punktu widzenia mniej skomplikowany,
wymusza konieczność ulokowania otworów zasilających i odbierających w stosunkowo dużej odległości od siebie. Dodatkowo, przeprowadzone doświadczenia wykazały, że przy prostej konfiguracji kanału, po pewnym czasie
od zainicjowania procesu zgazowania spada wydajność oraz wartość użytkowa (kaloryczność) produkowanego
gazu. Proponowane rozwiązanie stanowi alternatywę dla znanej techniki CRIP (ang. Controlled Retracting Injection
Point), w której to kontrola miejsca zasilania reaktora umożliwia minimalizację niekorzystnych zjawisk. Prowadzone w skali wielkolaboratoryjnej badania wykazały, że w proponowanym rozwiązaniu uzyskuje się korzystniejsze
warunki termiczne dla przebiegu pożądanych w procesie reakcji endotermicznych. Warunki te stwarza znacząco
wydłużona droga migracji gazów w kanałach oraz zjawisko nagrzewania calizny węglowej w obrębie strefy produktywnej złoża na drodze przenikania ciepła od strony kanału produkcyjnego. Stwierdzono, że w opisanych warunkach intensyfikuje się reakcja Boudouarda, prowadząca do powstawania CO, pożądanego składnika gazu syntezowego, o wysokim udziale w jego kaloryczności.
Eksploatacja pokładów węgla kamiennego i brunatnego technologią zgazowania podziemnego in-situ
Licencjonowanie
prof. dr hab. inż. Krzysztof Stańczyk
58
59
KARTA
Sposób łączenia małych brył węgla w jedną dużą za pomocą klejenia spoiwem cementowo-węglowym.
Technologia
Małe bloki węgla można skleić w jeden większy za pomocą klejenia. Spoiwem jest rozmieszana z wodą mieszanina
cementu i pyłu węglowego w stosunku masowym 1:10. Wody dodaje się tyle aby spoiwo uzyskało konsystencję
gęstego ciasta.
Klejenie za pomocą spoiwa
Eksperymenty zgazowania węgla ex-situ
Opis
Marian Wiatowski
GIG, Katowice
[email protected]
60
61
KARTA
Dostosowanie funkcjonalności oprogramowania numerycznej mechaniki płynów Ansys-Fluent do możliwości symulowania procesów podziemnego zgazowania węgla
Model numeryczny procesu podziemnego zgazowania węgla
Odejście od standardowego schematu wykorzystania oprogramowania Ansys-Fluent jako narzędzia inżynierskiego
dedykowanego tylko do symulowania zjawisk fizykochemicznych zwianych z procesem przenoszenia w płynach
poprzez opracowanie metodyki definiowania rozwiązania numerycznego procesu podziemnego zgazowania węgla opartej o:
1. zastosowanie funkcji użytkownika (UDF – z ang. User Defined Function) do zdefiniowania reakcji chemicznych
i ich kinetyki,
2. zastosowanie funkcji użytkownika (UDF) do deklarowania parametrów procesu związanych ze sposobem doprowadzenia czynnika zgazowującego, zmienności parametrów efektywnych ośrodka porowatego (calizna węglowa), parametrów charakteryzujących właściwości fizyczne otoczenia georeaktora,
3. obszar rozwiązania numerycznego definiowany jako złożenie geometrii odwzorowującej skończoną objętość
zajmowaną przez płyn (kanał zgazowujący) oraz ośrodek porowaty (górotwór, pokład węgla).
Zwiększenie funkcjonalności oprogramowania Ansys-Fluent w obszarze symulowania zjawisk fizykochemicznych
towarzyszących procesowi podziemnego zgazowania węgla.
Modelowanie procesu zgazowania węgla z wykorzystaniem programu Ansys-Fluent
Publikacje
Prof. dr hab. inż. Jan Wachowicz
Plac Gwarków 1, 40-166 Katowice
Tel.: 32 259 24 70
62
63
KARTA
Układ stabilizacji parametrów gazu procesowego na potrzeby dalszej konwersji energochemicznej
Przedmiotem rozwiązania jest rozwiązanie techniczne i kombinacja realizowalnych układów energetycznych
Poziom gotowości – III
Proponowane rozwiązanie składa się z układu rozruchowego wykorzystującego w tym celu energię dostarczoną
z zewnątrz. W trakcie rozruchu postępuje proces nagrzewania zbiornika cyrkulacyjnego cieczy akumulacyjnej.
W trakcie normalnego trybu pracy ze zbiornika cyrkulacyjnego ciecz pobierana jest do zbiorników akumulujących
oraz bezpiecznika cieczowego. W rezultacie gaz wysokotemperaturowy zawierający składniki reagujące przechodzi
do dalszej części instalacji bez konieczności znacznego obniżania temperatury gazu.
− Umożliwia stabilizację w procesie konwersji energii gazu syntezowego.
− Pozwala na zabezpieczenie instalacji przed cofaniem płomienia bez konieczności schładzania gazu.
− Umożliwia akumulację nadwyżek i wyrównywanie niedoborów energetycznych koniecznych dla odpowiedniego zasilania instalacji.
− Pozwala osiągnąć częściową redukcję składników kondensujących.
− Podziemne zgazowanie węgla.
− Nadziemne zgazowanie węgla.
− Spalanie gazu pochodzącego z procesów konwersji chemicznej.
Patent, projektowanie dla potrzeb określonej instalacji, realizacja i rozruch oraz kalibracja „pod klucz”. Zintegrowane wsparcie we wdrażaniu i projektowaniu wariantu technologicznego odpowiedniego w danym przypadku.
Projektowanie wraz z integracją z systemami i obiegami współpracującymi.
dr inż. Piotr Mocek, dr inż. Iwona Gil
Zakład Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza
tel.: 503686763 (Piotr Mocek)
64
65
KARTA
Metoda zwiększania efektywności podziemnego zgazowania węgla
Rozwiązanie konstrukcyjne
Poziom gotowości IX
Przedmiotem rozwiązania jest sposób prowadzenia rurociągów podziemnego zgazowania pozwalający na utrzymanie niskich gradientów termicznych poprzecznych w rurociągu. Zabezpiecza to instalację przed kondensacją
większych ilości smół.
− Zapewnia odzysk części entalpii fizycznej gazu PZW.
− Zapewnia odzysk składników kondensujących.
− Pozwala na zmniejszenie negatywnego oddziaływania instalacji PZW na środowisko.
Podziemne zgazowanie węgla
Prawa do patentu, projektowanie dla potrzeb określonej instalacji
dr inż. Piotr Mocek, dr inż. Iwona Gil, mgr inż. Jerzy Świądrowski
66
67
KARTA
Sposób sterowania procesem podziemnego zgazowania w funkcjonującej kopalni
Przedmiotem rozwiązania jest system sterowania procesem. Poziom gotowości – VI
Układ sterowania procesem opiera się na regulacji ciśnienia na wartości poniżej ciśnienia otoczenia. W ten sposób
w instalacji nie powstaje zagrożenie wydostaniem się gazu PZW na zewnątrz instalacji. Regulacja wartości ciśnienia
w rurociągu wobec zmierzonej w punkcie pomiaru odbywa dla każdego z rurociągów produktów (i każdego z georeaktorów) dzięki płynnej regulacji wydajności ssawy odciągowej i poprzez podanie odpowiedniego strumienia
substratów. Stabilizację parametrów gazu PZW prowadzi się poprzez mieszanie gazów z rożnych georeaktorów
(o rożnym czasie działania), zmianę ilości i składu czynników zgazowujących i inertyzujących (N2, O2, H2O, powietrze). Algorytm sterowania uwzględnia możliwość korekt procesu sterowania nadawą substratów i odbiorem produktów poprzez zastosowanie sterowania za pomocą mapy stanów.
− Pierwszy tego typu kompleksowy układ sterowania przemysłowym procesem podziemnego zgazowania w istniejącej kopalni.
− Zastosowanie regulacji podciśnieniowej zabezpiecza przed wypływem gazu do otoczenia rurociągu zgazowania.
− Zastosowanie regulacji podciśnieniowej zwiększa zawartość CO i H2 w gazie procesowym poprzez przesunięcie
punktu równowagi.
− Zastosowanie regulacji podciśnieniowej w znaczny sposób zabezpiecza przed przedostawaniem się substancji
ciekłych do otoczenia georeaktorów.
− Instalacje chemiczne z procesem reagującym w których zachodzi konieczność przesyłu gazów reagujących na
znaczne odległości.
dr inż. Piotr Mocek, Zakład Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza, tel.: 503686763
68
69
KARTA
Metoda jednoczesnego oczyszczania i odzysku energii z gazu o znacznej zawartości składników kondensujących
Przedmiotem jest technologia oraz rozwiązania konstrukcyjne.
Poziom gotowości technologii ocenia się na V.
Poziom gotowości rozwiązań konstrukcyjnych ocenia się na IV.
Gaz o parametrach od 30 do 200°C, ciśnieniu do 2 bar jest schładzany poprzez skruber Venturi zraszany wodą pogazową, schładzanie prowadzone jest poprzez wtrysk dyszami specjalnej konstrukcji odpornymi na zatkanie lub
dyszami wymiennymi w wariancie rozwiązania do pracy ciągłej. Spływająca woda pogazowa trafia do komory separacyjnej, z której poprzez wirówkę specjalnej konstrukcji pompowana jest do wymiennika ciepła. W wirowce następuje wstępne oddzielenie części zawiesiny wodno-smołowej. W wymienniku poprzez przekazanie energii z wody
obiegowej następuje podgrzew czynnika grzewczego. Czynnik grzewczy z wymiennika trafia do podgrzewacza
o podwyższonej temperaturze (50-450°C), co pozwala na dalsze przegrzanie czynnika obiegowego. Ściek ze zbiornika separatora gazu recyrkuluje w układzie zbiornik separujący – wymiennik – cyklon, do zbiornika dozowany jest
środek podnoszący sprawność separacji związków kwaśnych (H2S, COS). Nadwyżka wody obiegowej przechodzi
do układu oczyszczania lub neutralizacji. Ściek, w postaci zatężonej frakcji węglopochodnej kierowany jest do dalszego przerobu do koksowni. W przypadku stosowania dla gazów z procesów pirometalurgicznych ściek w postaci
zatężonej pulpy zawierającej znaczną zawartość metali ciężkich trafia do procesów klasyfikacji/redukcji.
−
−
−
−
−
Dopasowanie do parametrów gazu i kondensatów z procesu podziemnego zgazowania
Dysze zraszające pozwalające na wymianę i czyszczenie w trakcie procesu.
Zmniejszenie zapotrzebowania na wodę w procesie.
Ściek trafia do przerobu w instalacji koksochemicznej.
Metoda odzysku energii i oczyszczania w układzie prostym dedykowana dla trudnych procesów energo-chemicznej konwersji.
−
−
−
−
Przemysł ciężki – odzysk energii „trudnych” spalin.
Odpylanie.
Odsiarczanie „trudnych spalin”.
Odzysk ciepła z procesów niskotemperaturowych.
dr inż. Piotr Mocek, Zakład Oszczędności Energii i Ochrony Powietrza, tel.: 503686763
70
71
KARTA
Odkraplacz kondensatu, zwłaszcza z gazów wysokotemperaturowych
Rozwiązanie konstrukcyjne
Poziom gotowości IX
Przedmiotem rozwiązania jest urządzenie pozwalające na regulację wydajnością separacji kondensatu w trakcie
przesyłu wysokotemperaturowego gazu. Rozwiązanie zostało przekazane do Urzędu Patentowego celem zabezpieczenia praw do technologii.
−
−
−
−
Możliwość płynnej regulacji charakterystyki przepływowej w trakcie pracy.
Brak części wirujących i zapewnienie całkowitej szczelności pomiędzy kołnierzami przyłączeniowymi.
Zastosowanie dla temperatur do 700° C przy ciśnieniu do 5 bar.
Prosta obsługa, czyszczenie i odbiór kondensatu.
− Nadziemne zgazowanie węgla.
− Układy wysokotemperaturowego przesyłu gazu, w którym należy odseparować kondensat, a w których konieczna jest kalibracja charakterystyki w celu optymalizacji sprawności obiegu.
Sprzedaż praw patentowych, projektowanie dla potrzeb określonej instalacji, realizacja i rozruch oraz kalibracja
„pod klucz”. Kalibracja na obiekcie.
prof. dr hab. inż. Krzysztof Stańczyk, dr inż. Piotr Mocek, dr inż. Iwona Gil, mgr inż. Katarzyna Niemotko
72
73
KARTA
Metodyka optymalnego doboru parametrów zgazowania i przygotowywania gazu do wykorzystania w przemysłowych urządzeniach energetycznych
Procedura oceny
Optymalny dobór parametrów podziemnego zgazowania węgla i przygotowania gazu do wykorzystania w przemysłowych urządzeniach energetycznych jest procesem złożonym wymagającym opracowania wielowariantowej
symulacji całego zintegrowanego systemu technologicznego obejmującego proces zgazowania i przygotowania
czynników zgazowujących, procesy oczyszczania gazu surowego i jego przygotowania tak, aby wytworzony gaz
spełniał określone wymagania wynikające z potrzeb i ograniczeń urządzeń energetycznych wybranych czy też dostępnych w danej lokalizacji instalacji zgazowani. Należy podkreślić, że wytwarzany zgazowaniu gaz jest gazem
niskokalorycznym w związku z czym oprócz wielkości charakteryzującej gaz jakim jest wartość opałowa, czynnikiem decydującym o przydatności paliwa gazowego do zasilania poszczególnych typów urządzeń energetycznych
wykorzystujących produkowane paliwo jest jego prędkość spalania i istotnym jest aby proces jego wytwarzania był
stabilny.
Dla realizacji optymalnego doboru parametrów podziemnego zgazowania i przygotowania gazu do wykorzystania
w przemysłowych urządzeniach energetycznych, konieczne było opracowanie następujących narzędzi:
1. Opracowano model równowagowy uproszczony (wykorzystujące korelację równowagowe reagentów podane
w literaturze) zgazowania węgla pozwalający na modelowanie procesu zgazowania w szerokim zakresie ciśnień
i temperatur, uwzgledniający zmienność węgla (analiza elementarna i techniczna) oraz zmienność czynnika
zgazowującego. Model ten był weryfikowany przy użyciu danych eksperymentalnych GIG, dostępnych danych
literaturowych oraz wykorzystując model równowagowy oparty o minimalizację funkcji Gibbs’a opracowany
przy wykorzystaniu algorytmu opublikowanego przez MIT [11]. Opracowany model pozwala określić pełny bilans materiałowy procesu (wejścia i wyjścia z układu wraz ze składem wytwarzanego gazu) dla danych warunków ciśnienia i temperatury, czynnika zgazowującego i rodzaju węgla.
Model ten ma wystarczającą wiarygodność aby mógł być wykorzystywany w pracach analitycznych dotyczących zbadania wpływu konkretnej realizacji technologii na ekonomikę procesu. Może być on również wykorzystywany do wstępnych prac projektowych. Do projektów technicznych powinien być wykorzystany model
bardziej złożony.
2. Zaproponowano metody oczyszczania gazu wykorzystujące cyklony, skruber Venturiego, odsmalcze wirowe
i odsmalacze stacjonarne oraz chłodnice i kondensatory spełniają swoją rolę zapewniając oczyszczenie gazu od
pyłów i wydzielenie z niego węglowodorów ciężkich (smół).
3. Opracowano metody obróbki gazu umożliwiające jego wykorzystanie w urządzenia przemysłowych
4. Opracowano metodę oceny wariantów technologicznych zgazowania węgla wykorzystując metodykę DEA
(Data Envelopment Analysis) w ujęciu Charnes’a, Cooper’a i Rhodos’a – tzw. metoda CCR). Pozwala ona ocenić
efektywność procesów o podobnym charakterze w oparciu o dane wejścia i wyjścia charakteryzujące badane
procesy. Przeprowadzono analizę dla 10 różnych wariantów zgazowania węgla i technologii oczyszczania gazu.
74
Innowacyjność proponowanej metodyki :
• Opracowano ujednoliconą metodę oceny techniczno-ekonomicznej wariantów technologicznych obejmującą
zarówno wytwarzanie gazu jak i jego wykorzystanie itd.)
• Metodyka ta po wprowadzeniu kryteriów optymalizacyjnych pozwala na wybór optymalnego układu produkcji
energii poprzez podziemne zgazowanie węgla względnie układu wykorzystującego gazy odpadowe do celów
energetycznych.
Procedurę doboru optymalnych parametrów podziemnego zgazowania węgla i przygotowania gazu do wykorzystania w przemysłowych urządzeniach energetycznych zastosować dla różnych technologii zgazowania węgla, jak
również technologii dla technologii w których wytwarzany jest gaz niskokaloryczny (np. biogaz z fermentacji biomasy/odpadów lub zgazowania biomasy/odpadów, gazy wielkopiecowe i inne gazy).
W formie publikacji
mgr inż. Eugeniusz Jędrysik
tel.: +48 322592477
e-mail: [email protected] lub [email protected]
75
KARTA
Metodologia określania najlepszego rozwiązania służącego do spalania gazu ze zgazowania węgla
Procedura oceny
Na opracowaną technologię składa się ściśle określona kolejność działań, na które składają się obliczenia numeryczne i inżynierskie.
Określenie możliwości spalania gazów niskokalorycznych, których skład zmienia się w szerokim zakresie stężeń.
Spalanie gazów niskokalorycznych zwłaszcza ze zgazowania węgla.
Usługa – „Know-How”
Dr inż. Iwona Gil
Dr inż. Piotr Mocek
76
77
KARTA
Układ wytwarzania energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW w zintegrowanym układzie gazowoparowym
W przeprowadzonych analizach wykazano, że przy uwzględnieniu doprowadzenia do układu wytwarzania energii
elektrycznej gazu, po jego oczyszczeniu do wymagań turbiny gazowej, instalacja o elektrycznej mocy zainstalowanej 20 MWel może osiągnąć sprawność cieplną brutto na poziomie 41,35 %. Moc w strumieniu gazu z układu
oczyszczania wynosi wtedy 48,16 MW.
Istotą innowacyjności rozwiązania jest zasilanie układu gazem z podziemnego zgazowania węgla przy uwzględnieniu jego oczyszczenia w instalacji oczyszczania, do wymagań eksploatacyjnych turbiny gazowej.
Układ taki mógłby być zastosowany w systemie wewnętrznym zaopatrzenia kopalni w energię elektryczną. Przy
multiplikacji takiego rozwiązania i znaczącym zwiększeniu mocy zainstalowanej, przy prowadzeniu zgazowania
nowych pokładów węgla, instalacja może stanowić element krajowego systemu elektroenergetycznego.
Ze względu na stosunkowo niski stopień gotowości rozwiązania do ewentualnej aplikacji jego dostępność (do wyników modelowania) będzie możliwa poprzez przygotowywaną publikacje oraz w formie „know how”.
78
79
KARTA
Układ wytwarzania energii elektrycznej na drodze konwersji energii gazu z PZW w silniku gazowym
W przeprowadzonych analizach wykazano, że surowy gaz z PZW może być zastosowany jako paliwo w silnikach
gazowych pracujących w układzie Otto. Wykonane obliczenia wykazały, że sprawność konwersji energii gazu może
osiągać 24,0 – 25,8 % dla analizowanych rodzajów gazu (w zależności od czynnika zgazowującego). Przy mocy podawanej w strumieniu paliwa na poziomie 20 MW osiągana moc elektryczna wynosi od 4,07 do 4,84 MWel.
Istotą innowacyjności rozwiązania jest zasilanie silników gazowych surowym gazem z podziemnego zgazowania
węgla przy uwzględnieniu koniecznych modyfikacji w systemie podawania paliwa do komory spalania silnika i regulacji jago pracy.
Układ taki mógłby być zastosowany w systemie energetycznym kopalń węgla kamiennego w których zastosowana
byłaby technologia podziemnego zgazowania pokładów resztkowych (nie do wykorzystania innymi technologiami wydobycia węgla). Przy multiplikacji takiego rozwiązania i znaczącym zwiększeniu mocy zainstalowanej, przy
prowadzeniu równoległego zgazowania wielu pokładów instalacja mogłaby zapewnić pokrycie potrzeb w zakresie
energii elektrycznej całej kopalni.
Rozwiązanie – opis przeprowadzonych analiz i obliczeń jest dostępny formie tzw.: „know how”.
dr inż. Iwona Gil
80
81
KARTA
Procedura oceny ekoefektywności technologii zgazowania węgla
Procedura oceny
Procedurę oceny ekoefektywności technologii zgazowania węgla opracowano w oparciu o własną metodykę oceny
efektywności ekologicznej i kosztowej w całym cyklu życia dla technologii naziemnego i podziemnego zgazowania
węgla oraz technologii odniesienia (technologii konwencjonalnej, która służy do uzyskania tego samego produktu).
Koncepcja ekoefektywności umożliwia znalezienie najbardziej efektywnego rozwiązania, uwzględniającego jednocześnie aspekty ekonomiczne i środowiskowe, dzięki czemu może być wyznacznikiem innowacyjności.
Opracowana procedura pozwala na analizy porównawcze wskaźników oceny efektywności środowiskowej, kosztowej oraz ekoefektywności produkcji energii elektrycznej z wykorzystaniem technologii zgazowania węgla oraz
technologii odniesienia.
Dzięki zastosowaniu metod oceny w całym cyklu życia zakres analiz ekoefektywności obejmuje wszystkie procesy
jednostkowe w łańcuchu technologii do uzyskania energii elektrycznej.
Do wykonania oceny wpływu na środowisko zaproponowano zastosowanie techniki oceny cyklu życia (LCA – Life
Cycle Assessment) oraz metody oceny wpływu – ReCiPe, która umożliwia kompleksową ocenę trzech kategorii
szkód: wpływ na zdrowie ludzkie, jakość ekosystemu oraz zużycie zasobów oraz kilkunastu kategorii wpływu, m.in.
emisja gazów cieplarnianych, zubożenie warstwy ozonowej, toksyczność dla ludzi, tworzenie pyłów, zakwaszenie,
eutrofizacja, ekotoksyczność, zagospodarowanie terenu, zużycie metali, zużycie paliw kopalnych.
Do wykonania oceny kosztów zaproponowano technikę oceny kosztów w cyklu życia (LCC – Life Cycle Cost), która
obejmuje wszelkie nakłady inwestycyjne, koszty eksploatacyjne instalacji oraz koszty likwidacji. Wskaźnik oceny
kosztów wyrażony jest dynamicznym kosztem jednostkowym (DGC – Dynamic Cost Generation).
Innowacyjność proponowanej procedury polega na:
• uwzględnieniu w analizach jednocześnie wskaźników środowiskowych i kosztowych dla wszystkich procesów
jednostkowych w całym cyklu życia
• uwzględnieniu różnych kategorii oddziaływań środowiskowych (m.in. emisje gazów cieplarnianych, zużycie zasobów kopalnych, zakwaszenie, eutrofizacja itd.)
• uzyskaniu wyników w postaci ujednoliconych wskaźników efektywności kosztowej instalacji zgazowania, dzięki
zastosowaniu technik LCC i DGC.
• analizach porównawczych różnych technologii naziemnego i podziemnego zgazowania węgla oraz technologii
odniesienia dzięki relatywnej wartości wskaźnika ekoefektywności.
Procedurę oceny ekoefektywności można zastosować dla różnych technologii zgazowania węgla, jak również technologii odniesienia uwzględniając cały łańcuch technologii.
W formie publikacji
82
Prof. dr hab. inż. Krystyna Czaplicka-Kolarz
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla
w Zabrzu
84
85
KARTA
Opracowanie i weryfikacja w skali wielkolaboratoryjnej technologii usuwania rtęci z węgla
Rozwiązanie technologiczne „Technologia usuwania rtęci na drodze niskotemperaturowej pirolizy węgla brunatnego”. Poziom gotowości technologicznej dla opracowanego rozwiązania oszacowany został na poziomie pomiędzy
poziomem IV i poziomem V .
Poziom IV – zweryfikowano komponenty technologii lub podstawowe jej podsystemy w warunkach laboratoryjnych. Proces ten oznacza, że podstawowe komponenty technologii zostały zintegrowane. Zalicza się do nich zintegrowane „ad hoc” modele w laboratorium. Uzyskano ogólne odwzorowanie docelowego systemu w warunkach
laboratoryjnych.
Poziom V – zweryfikowano komponenty lub podstawowe podsystemy technologii w środowisku zbliżonym do rzeczywistego. Podstawowe komponenty technologii są zintegrowane z rzeczywistymi elementami wspomagającymi.
Technologia może być przetestowana w symulowanych warunkach operacyjnych.
Instalacja do usuwania rtęci z węgli brunatnych na drodze niskotemperaturowej pirolizy w reaktorze obrotowym
składa się z kilku podstawowych węzłów technologicznych:
• układ przyjęcia, magazynowania i przygotowania węgla,
• układ generacji spalin i suszenia węgla,
• układ pirolizy niskotemperaturowej,
• układ magazynowania i ekspedycji produktu.
Główną ideą stworzonej technologii jest usuwanie rtęci na drodze niskotemperaturowej pirolizy węgla brunatnego
jeszcze przed procesem jego spalania. Proces polega na wstępnym przygotowaniu surowego węgla poprzez jego
rozdrobnienie i wysuszenie, a następnie poddanie go procesowi pirolizy w temperaturze nieprzekraczającej 300°C.
W reaktorze (piecu) obrotowym utrzymywany jest stały przepływ azotu w celu uzyskania obojętnych warunków
prowadzenia procesu oraz aby wydzielone w tych warunkach pary rtęci swobodnie opuszczały układ reakcyjny.
Tak usunięta rtęć wychwytywana jest w periodycznie działających adsorberów, które wypełnione są węglem aktywnym. Produkt opuszczający reaktor po ochłodzeniu jest transportowany do odbiorców. Zaletą tej metody prócz
usuwania w ponad 90 % rtęci z węgla brunatnego jest wyprodukowanie paliwa charakteryzującego się dobrymi
właściwościami energetycznymi, przewyższającymi właściwościami węgiel zastosowany do pirolizy.
Wydajność i czas pracy instalacji (opracowana koncepcja rozwiązania technologicznego)
• wydajność instalacji: 250 Mg/h węgla surowego (strumień entalpii chemicznej paliwa: 626 MWth),
• 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,
• zawartość części palnych w popiele: 5 %,
• temperatura spalin świeżych: 1 100 °C,
• sprawność cieplna komory spalania: ~ 90 %,
• instalacja pracująca w trybie ciągłym 8 500 h/rok.
86
Biorąc pod uwagę zakres informacji o proponowanym rozwiązaniu technologicznym traktowanym jako produkt na
istniejący i przyszły rynek, spośród kryteriów jakościowo-opisowych przedstawianą technologię w szczególności
można wskazać następujące:
• optymalny poziom złożoności innowacji – uproszczenie procedur związanych z obsługą instalacji działającej na
podstawie proponowanej technologii,
• znaczący stopień nowości innowacji, z punktu widzenia rynku – brak podobnych rozwiązań pozwalających na
uzyskiwanie dobrej jakości paliwa stałego bazującego na węglu brunatnym o znacząco obniżonej zawartości
rtęci,
• innowacja dotycząca sektora energetyki i ochrony środowiska – pozwalająca w perspektywie czasu zmniejszyć
ładunek związków rtęci do atmosfery,
• możliwości dyfuzji innowacji,
• rodzime pochodzenie innowacji.
Proponowana technologia, ze względu na niską zawartość rtęci w produkowanym paliwie adresowana jest głównie
do przemysłu energetycznego (energetyki zawodowej, przemysłowej, rozproszonej). Zastosowanie produkowanego zgodnie z zaproponowaną technologią paliwa, pozwala obniżyć emisję rtęci do atmosfery, a tym samym zmniejszyć koszty jej utylizacji z gazów spalinowych.
Licencja
Dr inż. Tomasz Chmielniak
Dyrektor Centrum Badań Laboratoryjnych
ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze, PL
tel.: +48 32 2710041 fax: +48 32 2710809
87
KARTA
Sorbent do usuwania siarkowodoru z gorącego gazu i sposób jego otrzymywania
Nowy materiał (oraz sposób jego otrzymywania) do wysokotemperaturowego odsiarczania gazu ze zgazowania
węgla bądź biomasy.
Opracowany sorbent usuwa siarkowodór z gorącego gazu ze zgazowania węgla (biomasy) w temperaturach 500600°C. W swoim składzie zawiera mieszaninę tlenków tlenków cynku (8 – 20% mol.), tytanu (25 – 50% mol.), żelaza
(15 – 50% mol.), kobaltu lub niklu (0 – 4% mol.), ditlenku krzemu (do 30% mol) tworzących mieszane tlenki, korzystnie o strukturze spinelu. Lepiszcze (glina Drużkowska, bentonit, szkło borowe, krzemionka, glinokrzemiany,
alfa-metyloceluloza) stanowi do 25% masowych sorbentu.
Sorbent wytwarza się w ten sposób, że do zawiesiny ditlenku tytanu w roztworze soli cynku, kobaltu bądź niklu oraz,
soli żelaza dodaje się roztworu amoniaku. Wydzielony osad odfiltrowuje się, suszy w temperaturze pokojowej, praży
w 600-900°C a po rozdrobnieniu dodaje się lepiszcza, formuje, suszy w 110°C, po czym ponownie praży w 900°C.
Zaletą proponowanego sorbentu wynalazku jest jego duża skuteczność w usuwaniu siarkowodoru z gazu ze zgazowania węgla (biomasy), znaczna wytrzymałość mechaniczna oraz stabilność w warunkach cyklicznej pracy adsorpcja/regeneracja w procesie oczyszczania gazu ze zgazowania węgla.
Przepuszczając w temperaturze 600°C, 4,5 dm3/h gazu zawierającego 5000 ppmv H2S, 49,5% vol. CO, 25% vol. H2,
20% vol. CO2, 5% vol. CH4, przez złoże 1,5 cm3 sorbentu uformowanego w walce o wymiarach d = 0,8 mm, l = 1 mm
i umieszczonego w reaktorze kwarcowym, stwierdzono, że w trakcie cyklicznego testu (4 cykle sorpcji/regeneracji)
sorbent wykazuje w 1 i 4 cyklu sorpcji pojemność adsorpcyjną względem siarkowodoru wynoszącą odpowiednio
41% i 44% w stosunku do pojemności teoretycznej co odpowiada zatrzymaniu 0,09 g i 0,10 g siarki na 1 g sorbentu
oraz czas przebicia złoża (100 ppmv H2S w gazie wylotowym) wynoszący minimum 140 i 150 minut i stopień usunięcia siarkowodoru wynoszący minimum 99% w stosunku do ilości zawartej w gazie wprowadzonym do reaktora.
Regenerację sorbentu wykonywano przez 2 godziny w 650°C, za pomocą mieszaniny gazowej zawierającej 3% obj.
tlenu w azocie.
Sorbent wytworzony według zgłoszonego do opatentowania sposobu charakteryzuje się dużą skutecznością
w usuwaniu siarkowodoru z gorącego gazu ze zgazowania węgla, znaczną wytrzymałością mechaniczną oraz stabilnością w warunkach cyklicznej pracy adsorpcja/regeneracja. Skład sorbentu i metoda jego wytwarzania, zapewniają, iż zawarte w nim tlenki żelaza, aktywne w chemisorpcji H2S, nie ulegają redukcji do metalicznego żelaza,
w atmosferze gazu ze zgazowania węgla i temperaturze do 600°C. Proponowane sorbenty charakteryzują się dużą
pojemnością zdolnością sorpcyjną a na ich powierzchni nie powstaje depozyt węglowy. Promotor wprowadzony
do składu sorbentu sprawia, że materiał ten wykazuje również aktywność katalityczna w dekompozycji amoniaku,
co umożliwia równoczesne usuwanie siarkowodoru i amoniaku w jednej operacji.
Odsiarczanie gorącego gazu ze zgazowania węgla bądź biomasy lub niektórych odpadów.
Sprzedaż licencji na stosowanie lub patentu.
88
PWr + IChPW
Prof. Janusz Trawczyński
Zakład Chemii i Technologii Paliw
Politechnika Wrocławska
50-344 Wrocław, ul. Gdańska 7/9
tel. +71 320 6572; +71 320 6592
89
KARTA
Sorbent do usuwania siarkowodoru z gorącego gazu i sposób jego wytwarzania
Nowy materiał (oraz sposób jego otrzymywania) do wysokotemperaturowego odsiarczania gazu ze zgazowania
węgla.
Opracowany sorbent usuwa siarkowodór z gorącego gazu ze zgazowania węgla w temperaturach 500-600°C.
W swoim składzie zawiera mieszaninę tlenków cynku i tytanu, tlenku żelaza lub tlenku kobaltu (bądź tlenku niklu)
oraz lepiszcze, w następujących ilościach: tlenek cynku 30 – 67% mol., ditlenek tytanu 25 – 60% mol., tlenek żelaza
lub kobaltu (tlenek niklu) 0 – 18% mol., lepiszcze i dodatki ((glina Drużkowska, szkło borowe, krzemionka, glinokrzemiany) do 50% mas.
Sorbent wytwarza się poprzez zatężanie zawiesiny ditlenku tytanu w roztworze soli cynku, soli żelaza lub soli kobaltu (bądź soli niklu) a następnie suszeniu i prażeniu w 600-700°C. Uzyskana masę rozdrobnienia się po czym dodaje
substancji porogennej (grafit, sadza, skrobia) oraz lepiszcza, po czym ponownie praży w 900°C.
Wytworzony w ten sposób sorbent (1,5 cm3 rozdrobnionego do uziarnieniu 0,4 – 0,8 mm) stosowano do odsiarczania gazu (4,5 dm3/h) zawierającego 5000 ppmv H2S, 49,5% vol. CO, 25 %vol. H2, 20% vol. CO2, 5% vol. CH4 w temperaturze 550°C. W czasie pięciu cykli pracy nasiarczanie/regeneracja sorbent wykazywał pojemność sorpcyjną
względem siarkowodoru wynoszącą 54% pojemności teoretycznej co odpowiada zatrzymaniu 0,16 g siarki na 1
g sorbentu oraz czas przebicia złoża (100 ppmv H2S) wynoszący 210 minut i stopień usunięcia siarkowodoru 99%
w stosunku do ilości zawartej w gazie wprowadzonym do reaktora. Regeneracja sorbentu wykonywano 700°C za
pomocą mieszaniny gazowej zawierającej 3% obj. tlenu w azocie.
Sorbent wytworzony według zgłoszonego do opatentowania sposobu charakteryzuje się dużą skutecznością
w usuwaniu siarkowodoru z gorącego gazu ze zgazowania węgla, znaczną wytrzymałością mechaniczną oraz stabilnością w warunkach cyklicznej pracy adsorpcja/regeneracja. Zdolność sorpcyjna tego materiału wzrasta w kolejnych cyklach pracy, natomiast efektywność usuwania siarkowodoru nie zależy od obciążenia złoża (w zakresie
500-1050 GHSV h-1). Skład sorbentu zapewnia jego zwiększoną stabilność w trakcie cyklicznej pracy, zapobiegając
ewaporacji cynku. Zastosowanie promotora, pozwala na zmniejszenie ilości siarczanów powstających w trakcie
regeneracji. Ponadto, promotor wprowadzony do składu sorbentu sprawia, że materiał ten wykazuje również aktywność katalityczna w dekompozycji amoniaku, co umożliwia równoczesne usuwanie siarkowodoru i amoniaku
w jednej operacji.
Odsiarczanie gorącego gazu ze zgazowania węgla bądź biomasy, niektórych odpadów.
Sprzedaż licencji na stosowanie lub patentu.
90
PWr + IChPW
tel. +71 320 6572; +71 320 6592
91
KARTA
Ziarnowy węgiel aktywny oraz metoda jego otrzymywania
Nowy materiał oraz metoda jego otrzymywania do adsorpcyjnego usuwania CO2 ze strumieni procesowych ze zgazowania węgla.
Ziarnowy węgiel aktywny otrzymano z węgla bitumicznego o stosunkowo wysokiej zawartości części lotnych (ponad 30 %) i słabych właściwościach koksotwórczych (b<-20, RI<40, SI~2) z kopalni Szczygłowice. Proces wytwarzania polegał na karbonizacji węgla w temperaturze 800°C przez 2h oraz aktywacji ziaren karbonizatu (0,63-1,25
mm) za pomocą bezwodnego wodorotlenku potasu. Mieszaninę koks/KOH w stosunku wagowym 1:2 ogrzewano
w łódce niklowej w atmosferze azotu w 800°C przez 1 godz.
Wytworzony węgiel aktywny charakteryzuje się dobrze rozwiniętą strukturą mikroporowatą (SBET =1375 m2/g) oraz
zadowalającą wytrzymałością mechaniczną. W porównaniu z większością handlowych węgli aktywnych wykazuje
wyższą pojemność magazynową względem CO2 (~10 mmol/g – 273K, 2 MPa) oraz jest bardzo efektywny w procesie
separacji CO2 z modelowej mieszaniny gazów ze zgazowania (68% CO2 o stężeniu 83% z wydajnością 9,1 l/h).
Procesy usuwania CO2 ze strumieni gazów procesowych o różnej zawartości CO2.
Publikacja
Labus K., Gryglewicz S., Machnikowski J., 2014: Granular KOH-activated carbons from coal-based cokes and their
CO2 adsorption capacity. Fuel t.118, s. 9-15. (IF: 4.059, Lista MNiSW: 40)
PWr + IChPW
Prof. Jacek Machnikowski
Zakład Materiałów Polimerowych i Węglowych
Politechnika Wrocławska – Wydział Chemiczny
50-344 Wrocław, ul. Gdańska 7/9, F3/126
tel. +71 320 6350
92
93
KARTA
Separacja ditlenku węgla na adsorbentach węglowych z gazu procesowego ze zgazowania węgla
Technologia
Proponowane rozwiązanie to założenia technologii usuwania CO2 z dwóch różnych strumieni gazów procesowych,
ze zgazowania węgla: schłodzonego gazu procesowego o składzie 38,75% CO2; 19,50% CO; 39,98% H2; 0,50% H2O;
0,50% CH4 przeznaczonego do syntezy metanolu i gazu procesowego po pełnej konwersji CO o składzie 48,43%
CO2; 49,54% H2, 0,59% CO; 0,51% H2O do produkcji wodoru. Zasadniczymi operacjami technologicznymi w zaprojektowanym układzie są: napełnianie złoża surowym gazem do ciśnienia adsorpcji, adsorpcja CO2 pod stałym ciśnieniem (5 bar), współprądowa i przeciwprądowa desorpcja do ciśnienia atmosferycznego, płukanie złoża stężonym
CO2 i desorpcja niskociśnieniowa CO2 ze złoża adsorbenta.
Do procesu separacji CO2 z gazu procesowego ze zgazowania węgla zaproponowano instalację składającą się z 6
adsorberów co pozwala na ciągłą pracę instalacji. Napływający do instalacji surowy gaz procesowy jest przetwarzany jednocześnie w dwóch sekcjach po trzy adsorbery o objętości: 35 m3 dla gazu procesowego po schłodzeniu
oraz 45 m3 w przypadku gazu procesowego schłodzonego po pełnej konwersji CO. W obydwu przypadkach jako
wypełnienie adsorberów zaproponowano komercyjny węgiel aktywny Berkosorb firmy PICA.
Istotnym elementem nowości opisanego rozwiązania jest zastosowanie operacji płukania złoża adsorbenta stężonym CO2. Wprowadzenie tego etapu do cyklu pracy adsorbera pozwala uzyskać strumień ditlenku węgla o czystości
powyżej 95% co znacznie ułatwi jego zagospodarowanie.
Proponowane rozwiązanie może być stosowane do eliminacji ditlenku węgla z gazów procesowych o różnej zawartości CO2.
Wytyczne procesowe technologii usuwania CO2 przy wykorzystaniu adsorbentów z węgli aktywnych – sprawozdanie.
PWr + IChPW
Prof. Jacek Machnikowski
Zakład Materiałów Polimerowych i Węglowych, Politechnika Wrocławska – Wydział Chemiczny
50-344 Wrocław, ul. Gdańska 7/9, F3/126
tel. +71 320 6350
94
95
KARTA
Technologia wytwarzania węglowego paliwa zawiesinowego z węgli energetycznych ZG Janina i KWK Wieczorek
Technologia, IV poziom gotowości
Surowcem podstawowym do wytwarzania paliw węglowych w formie zawiesiny wodnej są miały węglowe węgli
energetycznych (ZG Janina i KWK Wieczorek) o zawartości popiołu nie przekraczającej 20 % wag. (Aa), zawartości
węgla min. 58 % wag. (Cta) oraz wilgotności roboczej poniżej 20 % wag. Jako dodatki modyfikujące przewidziano
substancje dyspergujące na bazie pochodnych formaldehydowych kwasów naftalenosulfonowych.
Receptura paliwa z węgla ZG Janina:
• miał węglowy – min. 49 % wag. w stanie suchym
• dyspergator – 0,1 % wag. substancji czynnej w stosunku do suchej masy węgla
• woda – maks. 51 % wag. (z uwzględnieniem wody zawartej w surowcu węglowym).
Receptura paliwa z węgla KWK Wieczorek:
• miał węglowy – min. 60 % wag. w stanie suchym
• dyspergator – 0,1 % wag. substancji czynnej w stosunku do suchej masy węgla
• woda – maks. 40 % wag. (z uwzględnieniem wody zawartej w surowcu węglowym).
Procedura wytwarzania paliwa:
Miał węglowy poddawany jest w młynie młotkowym procesowi mielenia wstępnego do uziarnienia poniżej 2 mm.
Tak przygotowany wstępnie surowiec kierowany jest do mielenia zasadniczego, realizowanego na mokro w młynie
wibracyjnym o działaniu ciągłym – do młyna podawana jest również woda oraz przygotowany roztwór dyspergatora. Proporcje surowców powinny odpowiadać recepturom przedstawionym powyżej. Gabaryty i konstrukcja młyna
wibracyjnego oraz rodzaj zastosowanych mielników powinny umożliwiać uzyskanie zawiesiny, w której węgiel jest
całkowicie rozdrobniony do rozmiaru ziaren poniżej 0,1 mm, a ponad 70 % materiału węglowego rozdrobnione jest
do ziarna poniżej 0,074 mm.
Wytworzone paliwo zawiesinowe o koncentracji min. 49% ( z węgla ZG Janina) i 60% z węgla KWK Wieczorek kierowane jest do zbiornika magazynowego z mieszadłem.
Właściwości produktu gotowego:
• zdolność płynięcia: maks. 20 s
(czas niewymuszonego wypływu 60 cm3 zawiesiny z lejka o średnicy wypływu 6 mm bez zrywania strugi na
wysokości 20 cm)
• lepkość: maks. 0,20 Pa s
(reometr rotacyjny, temp. zawiesiny 25°C, szybkość ścinania 500 s-1)
• stabilność: min. 85 %
(metoda penetracji prętem z dyskiem)
Technologia dostosowana do właściwości polskich węgli energetycznych, stanowiących potencjalny surowiec do
procesu zgazowania
96
• Instalacje zgazowania węgla z wykorzystaniem gazogeneratorów przepływowych
• Instalacje spalania paliw ciekłych
Publikacje, konferencje
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze
Dr inż. Aleksander Sobolewski – Dyrektor IChPW
97
KARTA
Karty technologiczne wybranych procesów oczyszczania gazu procesowego ze zgazowania węgla
Karty technologiczne. Karty są wynikiem realizacji Części Tematu Badawczego 6.1.2, 6.2.3 oraz 6.3.2.
Opracowany komplet kart technologicznych zawiera opis komercyjnie dostępnych oraz wybranych perspektywicznych i rozwijanych w ramach projektu procesów/technologii oczyszczania i uzdatniania gazów ze zgazowania
węgla mających zastosowanie w układach produkcji energii i paliw. Karty obejmują procesy i technologie z zakresu: usuwania smół, usuwania amoniaku, odpylania, konwersji CO z parą wodną i hydrolizę COS, separację rtęci,
usuwanie składników kwaśnych, utylizacje gazów odpadowych oraz produkcję energii elektrycznej w turbinach
gazowych. Każda z kart zawiera: opis i schemat blokowy układu, wymagane parametry realizacji procesu, bilans
masowy, charakterystykę surowców i produktów, parametry eksploatacyjne w tym: zużycie materiałów, mediów
i czynników energetycznych, emisje (jeśli dotyczy), dane ekonomiczne w tym koszty inwestycyjne i eksploatacyjne,
a także wykaz przykładowych obiektów referencyjnych.
W sumie opracowano 40 kart technologicznych procesów oczyszczania i uzdatniania gazu ze zgazowania węgla.
Efektem innowacyjnym w realizowanym temacie badawczym są szczegółowe karty technologiczne najważniejszych, zarówno komercyjnych jak i rozwojowych, technologii oczyszczania gazu syntezowego ze zgazowania węgla
kamiennego. Opracowane karty zawierają jednolite i możliwie pełne dane techniczno-ekonomiczne.
W kraju i na świecie brak jest ogólnodostępnych baz danych, które zawierałyby informacje dotyczące procesów
oczyszczania i uzdatniania gazu procesowego ze zgazowania w takim zakresie i tak szczegółowo opracowanych.
Opracowane karty będą podstawą do obiektywnej oceny analizowanych rozwiązań technologicznych i pozwolą na
opracowanie list rankingowych pod względem:
• przydatności technologicznej z uwzględnieniem stosowanych paliw, efektywności i skali procesu oraz opcji wariantowych,
• wykorzystania gazu syntezowego (energetyka, synteza chemiczna),
• parametrów ekonomicznych (koszty inwestycyjne i eksploatacyjne).
Monografia
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, Zabrze
Dr inż. Joanna Bigda,
41-803 Zabrze ul. Zamkowa 1
Tel. +48 32 270 00 41 wew. 411, fax. +48 32 271 08 09
98
99
KARTA
Sposób, urządzenie i katalizator do termokatalitycznej konwersji związków smołowych w gazie surowym ze zgazowania węgla i biomasy
Rozwiązanie ma charakter technologiczny z innowacyjnymi elementami konstrukcyjnymi i materiałowymi.
Krótki opis proponowanego rozwiązania z podaniem jego podstawowych parametrów:
Przedmiotem rozwiązania innowacyjnego jest sposób, urządzenie i katalizator do do termokatalitycznej konwersji
związków smołowych w gazie surowym ze zgazowania węgla i biomasy.
Znane dotychczas sposoby usuwania związków smołowych z gorącego gazu surowego ze zgazowania węgla i biomasy polegają na ich fizycznym wydzieleniu za pomocą cyklonów lub demisterów oraz termicznym lub termokatalitycznym rozkładzie na tanich materiałach ceramicznych lub minerałach.
Innowacyjność rozwiązania polega na tym, że związki smołowe w gorącym gazie surowym ze zgazowania węgla
i biomasy ulegają konwersji na katalizatorze zawierającym jako fazę aktywną nikiel, który jest osadzony na roztworze stałym tlenku ceru i cyrkonu. Proces jest realizowany w oparciu o 4 reakcje, zachodzące sukcesywnie w jednym reaktorze. Zastosowany katalizator jest aktywny we wszystkich zachodzących reakcjach a odpowiednie jego
sformatowanie umożliwia zminimalizowanie strat ciśnienia w złożu. Odpowiednie dozowanie tlenu lub powietrza
zapewnia autotermiczność procesu.
Zaletą rozwiązania jest możliwość oczyszczania gazu surowego ze zgazowania węgla i biomasy z zawartych w nim
związków smołowych, przy jednoczesnej ich konwersji do gazu syntezowego zawierającego H2, CO i CO2, bez doprowadzenia energii z zewnątrz, z istotnym zwiększeniem natężenia objętościowego gazu.
Rozwiązanie innowacyjne przeznaczone jest do oczyszczania gorących gazów surowych ze zgazowania węgla, biomasy i odpadów organicznych, zawierających lekkie węglowodory aromatyczne oraz lotne związki smołowe.
Na zasadzie licencji
Grzegorz Łabojko
ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze
Tel. 32 6216248
[email protected]
100
101
KARTA
Sposób odpowietrzania masy ceramicznej w prasie tłokowej z ruchomym sitem
Nowy sposób odpowietrzenia masy ceramicznej w prasie tłokowej z ruchomym sitem
Podczas formowania wyrobów z plastycznej masy ceramicznej przy użyciu prasy ślimakowej odpowietrzanie następuje w sposób ciągły w komorze odpowietrzającej. Masa ceramiczna jest podawana przez ślimak do komory odpowietrzającej. Przechodząc przez sito (płyta z otworami w komorze odpowietrzającej) masa zostaje rozdrobniona na
pasemka. Ponieważ komora odpowietrzająca jest połączona z pompą próżniową następuje odpowietrzenie masy.
W przypadku prasy tłokowej odpowietrzenie masy jest utrudnione i wówczas wytłaczane wyroby (np. monolity)
źle się formują, powstają pęknięcia i wady. Aby temu zapobiec należy zastosować odpowietrzanie masy. Istotą wynalazku jest sposób odpowietrzenia masy z ruchomym sitem. Jest ono umieszczone w cylindrze i unieruchomione
przy pomocy śrub wkręconych w ścianki cylindra od zewnątrz lub trzpieni przesuwanych przez siłowniki pneumatyczne.
Po napełnieniu cylindra plastyczną masą ceramiczną od strony wlotu następuje jej przetłaczanie przy użyciu ruchomego tłoka przez unieruchomione sito. Za sitem, w ściance cylindra znajduje się otwór połączony z pompą próżniową. W chwili odpowietrzania ustnik formujący jest szczelnie zamknięty przesłoną. Masa plastyczna przetłaczana
przez sito ulega rozdrobnieniu i odpowietrzeniu. W chwili, gdy tłok po przetłoczeniu plastycznej masy przez otwory
sita zbliży się do płaszczyzny ustnika następuje cofnięcie trzpieni przesuwnych, które przytrzymywały sito lub po
zatrzymaniu prasy wykręcenie śrub. Sito zostaje uwolnione i następnie dalej jest przesuwane wraz z masą w kierunku ustnika. W chwili gdy masa plastyczna zaczyna wypływać z ustnika przesłona zostaje usunięta. Masa ceramiczna
jest już odpowietrzona i następuje formowanie monolitu przy użyciu ustnika formującego.
Wytwarzanie wyrobów z mas plastycznych metodą wytłaczania przy użyciu prasy tłokowej
Sprzedaż licencji na stosowanie lub patentu
PWr + IChPW
tel. +71 320 6572; +71 320 6592
102
103
KARTA
Sposób wykonania ustnika do formowania monolitów z wymiennymi elementami formującymi
Nowy sposób wykonania ustnika do formowania monolitów z wymiennymi elementami formującymi
Opracowano sposób wykonania ustnika przez zastosowanie elementów formujących, które mogą być wykonane
z innego materiału niż pozostałe elementy ustnika a w szczególności z bardzo twardej i odpornej na ścieranie ceramiki korundowej lub cyrkonowej. Elementy te mogą mieć kształt kołków o przekroju okrągłym, wielokątnym lub
prostokątnym. Mogą one być wykonane z prętów metalowych, ceramicznych lub metodą wtrysku. Mocowanie tych
elementów do płyty z otworami napływowymi może być wykonane metodą klejenia, przez zastosowanie połączenia gwintowego lub innego rodzaju połączenia.
Istotą wynalazku jest zastosowanie elementów formujących monolit kanalikowy wykonanych w oddzielnym procesie technologicznym, dzięki czemu mogą one być wykonane z materiałów twardych i odpornych na ścieranie.
Ponadto, elementy formujące są łączone z płytą napływową przy użyciu kleju lub gwintu. Dzięki temu możliwa jest
wymiana elementów formujących na elementy o innym kształcie.
Wytwarzanie ustników do formowania monolitów o przekroju plastra miodu z mas ceramicznych, proszków ceramicznych, mieszanin związków nieorganicznych oraz tworzyw sztucznych.
Sprzedaż licencji na stosowanie lub patentu
PWr + IChPW
tel. +71 320 6572; +71 320 6592
104
Politechnika Śląska
w Gliwicach
106
107
KARTA
Opracowanie modeli palników dostosowanych do spalania gazów o niskiej wartości opałowej
• Rozwiązanie konstrukcyjne.
• Wykonano projekt procesowy palnika na gaz niskokaloryczny ze zgazowania podziemnego węgla dla instalacji
pilotowej.
• Poziom gotowości technologii – III
Opracowano projekt procesowy zintegrowanego palnika na gaz niskokaloryczny z podziemnego zgazowania węgla przeznaczonego do opalania kotłów uwzględniającego rzeczywiste warunki w projektowanej przez Główny
Instytut Górnictwa instalacji pilotowej. Palnik główny został wyposażony w automatyczny palnik pilotujący zabezpieczający komorę spalania w fazie rozruchu oraz w przypadku znacznych odchyleń parametrów produkowanego gazu od stanu nominalnego działania. Wymagania projektowe określone na poziomie 5 kPa nadciśnienia gazu
z dopuszczalnym krótkotrwałym spadkiem do 3 kPa. Palnik pilotujący został wyposażony we własny wentylator
powietrza, natomiast dla zasilania palnika głównego zastosowano wentylator stacjonarny sterowany falownikiem.
Aby otrzymać poprawę stabilności działania palników zastosowano m.in. zawirowanie strug paliwa i powietrza oraz
odpowiednią konstrukcję dysz palnikowych. Opracowano algorytmy rozruchu i normalnego działania palnika zintegrowanego. Ustalono procedury zabezpieczeń działania systemów automatycznej regulacji zintegrowanego palnika w przypadku wystąpienia stanów awaryjnych. Opracowano projekty procesowe modeli palników do spalania
gazów o niskiej wartości opałowej:
• palnika pilota spalającego propan-butan o mocy nominalnej 300 kW,
• palnika głównego o mocy nominalnej 3 MW oraz palnika zintegrowanego.
Opracowane projekty procesowe modeli palników uwzględniają specyfikę procesu spalania niskokalorycznego
gazu z podziemnego zgazowania węgla i zapewniają stabilny płomień w warunkach eksploatacji komór paleniskowych kotłów energetycznych.
Projekt procesowy zintegrowanego palnika do spalania gazu z podziemnego zgazowania węgla stanowi podstawę
do wykonania dokumentacji technicznej palnika oraz zawiera wytyczne dla układu sterowania palnika w instalacji
pilotowej zgazowania węgla.
Projekt procesowy zintegrowanego palnika do spalania gazu z podziemnego zgazowania węgla został przekazany do
Głównego Instytutu Górnictwa w celu jego wykorzystania do wykonania projektu technicznego.
dr inż. Maciej Rozpondek, dr inż. Jan Góral
Zespół Energetyki Procesowej Katedry Metalurgii Politechniki Śląskiej
tel. 32 603 4189, 32 603 4194
108
109
KARTA
Koncepcja układu elektrociepłowni zintegrowanej ze zgazowaniem węgla w reaktorze z recyrkulacją CO2
Rozwiązanie techniczno-technologiczne – poziom gotowości II
Koncepcja układu przewiduje zgazowanie węgla w reaktorze fluidalnym, do którego recyrkulowane jest CO2. Generowany syngaz jest ochładzany i oczyszczany, a następnie kierowany do turbiny gazowej, w której jest realizowany
proces spalania tlenowego. Powstałe spaliny zawierają głównie CO2, parę wodną oraz śladowe ilości innych składników. Po wykropleniu pary wodnej otrzymuje się CO2 o czystości pozwalającej na transport rurociągowy. Część
strumienia CO2 jest recyrkulowana do reaktora zgazowania, część jest recyrkulowana do turbiny gazowej w celu
rozcieńczenia utleniacza a pozostała ilość jest odprowadzana z układu. W wyniku zgazowywania węgla w reaktorze
fluidalnym powstaje produkt uboczny, którym jest karbonizat.
110
W celu zwiększenia sprawności układu wykorzystuje się powstały karbonizat jako paliwo do kotła fluidalnego. Aby
było możliwe pełne usunięcie CO2 z układu zastosowano tlenowe spalanie karbonizatu, w wyniku którego powstałe
spaliny zawierają głównie CO2 oraz parę wodną. Podobnie jak w przypadku spalin z turbiny gazowej ochładza się
je w celu wykroplenia wilgoci a pozostały strumień dwutlenku węgla jest częściowo recyrkulowany do kotła fluidalnego, zaś jego nadmiar jest odprowadzany z układu. Istotnym elementem tej technologii jest produkcja ciepła
dla miejskiego systemu ciepłowniczego przy maksymalnym wykorzystaniu ciepła odpadowego pokrywającego
zapotrzebowanie podstawowe. Część szczytowa ciepła jest wytwarzana w klasycznym wymienniku ciepłowniczym
zasilanym z upustu turbiny parowej lub w kotle szczytowym. Układ charakteryzuje się korzystnymi wskaźnikami
energetycznymi przy uwzględnieniu pełnego wychwytu CO2. Układ bez kotła szczytowego osiąga maksymalną
moc cieplną ok. 135 MWt, przy średniorocznej sprawności elektrycznej netto 31,8%. Dzięki zastosowaniu kotła
szczytowego maksymalna moc cieplna układu wzrasta do wartości 220 MWt, natomiast średnioroczna sprawność
elektryczna netto kształtuje się na poziomie 29,1%.
• Wykorzystanie ciepła odpadowego do ciepłownictwa
• Zastosowanie oxy-spalania w turbinie gazowej oraz w kotle fluidalnym opalanym karbonizatem
Wariant bez kotła szczytowego możliwy do zastosowania w istniejących systemach ciepłowniczych. Wariant z kotłem szczytowym może być ofertą dla nowych systemów ciepłowniczych. Wielkość układu uzależniona jest od wydajności reaktorów zgazowania oraz ich liczby przypadającej na jeden układ. Moc cieplna układu mieści się w granicach od 135 do 220 MWt.
Wykonawca dysponuje schematami układu oraz modelami matematycznymi wykonanymi w programie Thermoflex.
Politechnika Śląska w Gliwicach
Tomasz Malik
ul. Konarskiego 22
44-100 Gliwice
Tel. 32 237 17 57
111
KARTA
Model numeryczny (CFD) reaktora zgazowania węgla w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym
Narzędzie obliczeniowe
Stworzono numeryczny model nieustalonego procesu zgazowania węgla w reaktorze z cyrkulacyjnym złożem
fluidalnym z wykorzystaniem oprogramowania komputerowej mechaniki płynów. Opracowany model obejmuje
geometrię wnętrza reaktora. Pozwala na przeprowadzenie symulacji jego pracy i szczegółową analizę parametrów
procesowych, w tym na przewidywanie składu produkowanego gazu oraz przeprowadzenie bilansów globalnych.
Wykorzystano podejście Eulerowsko-Lagrangeowskie modelowania wielofazowego przepływu pozwalające na
śledzenie poszczególnych ziaren węgla lub ich grup w trakcie procesu z uwzględnieniem rozkładu średnic ziaren.
W celu uwzględnienia interakcji między ziarnami fazy stałej wykorzystano podejście oparte na kinetycznej teorii
przepływu ziarnistego (ang. Kinetic Theory of Granular Flow).
• Modelowanie przepływu wielofazowego w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym z wykorzystanie podejścia Lagrangeowsko-Eulerowskiego
• Integracja wielofazowego turbulentnego przepływu i mechanizmu heterogenicznych i homogenicznych reakcji
Wspomaganie projektowania i optymalizacja pracy reaktora
Pliki wsadowe i program komputerowy do zastosowania w oprogramowaniu komercyjnym
Prof. dr hab. inż. Andrzej Szlęk ([email protected])
Dr inż. Adam Klimanek ([email protected])
Instytut Techniki Cieplnej
ul. Konarskiego 22
44-100 Gliwice
112
113
KARTA
Metoda wyznaczania parametrów kinetycznych w oparciu o równania elementów skończonych
Procedura obliczeniowa służąca do wyznaczania parametrów kinetycznych reakcji tj. energii aktywacji oraz czynnika przedwykładniczego w równaniu Arrheniusa
Procedura obliczeniowa pozwala na wyznaczenie parametrów kinetycznych rekacji tj. energii aktywacji oraz czynnika przedwykładniczego w równaniu Arrheniusa w oparciu o wyniki badań prowadzonych w warunkach izotermicznych (w co najmniej 3 różnych temperaturach) lub/oraz w warunkach dynamicznych (dla co najmniej 3 różnych szybkości ogrzewania.
Jako istotne elementy innowacyjności w proponowanej metodyce wyznaczania parametrów kinetycznych należy
wskazać:
– możliwość pominięcia w obliczeniach doboru odpowiedniego modelu kinetycznego,
– zgodność wyników uzyskiwanych na podstawie badań próbek o różnych masach.
Laboratoryjne metody badań kinetyki reakcji/procesów; modelowanie kinetyki reakcji/procesów
Opis metodyki dostępny w publikacjach
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii
dr Tomasz Siudyga
Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii
ul. Bolesława Krzywoustego 4 pok. 326
44-100 Gliwice
tel. 32 237 19 02
114

Przeglądaj - Zgazowanie Węgla

Transkrypt

Podobne dokumenty

notka biograficzna

węgiel, ropa naftowa, gaz ziemny