Centrum Informacji Ekologicznej

Ekologia nr 2 2013

FAKTY I WYDARZENIA

PREZENTACJE I WSPÓŁPRACA

Jak to się robi

Tradycja zobowiązuje

BADANIA I TECHNOLOGIE

PRAWO I FINANSE

Licznik odwiedzin:
Licznik

Pilotowa instalacja aminowego usuwania dwutlenku węgla ze spalin 25 kwietnia bieżącego roku rozpoczęła pracę w Elektrowni Łaziska. To pierwszy tego typu projekt badawczy w Polsce, prowadzony przez Grupę TAURON przy współpracy Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla.

Montaż instalacji pilotowej do ciągu technologicznego elektrowni.

Rys. 1. Schemat technologiczny instalacji pilotowej.

Rys. 2. Schemat podłączenia instalacji pilotowej do ciągu technologicznego elektrowni.

Podstawowym nośnikiem produkcji energii elektrycznej w Grupie TAURON jest węgiel kamienny – obecnie ponad 90 proc. portfela wytwórczego holdingu opiera się na tym paliwie. Dlatego TAURON rozwija czyste technologie węglowe, stawiając na wysokosprawne i ekologiczne jednostki węglowe, jak również inwestuje w badania nad wychwytywaniem CO₂. Tym samym Grupa realizuje zadania z zakresu polityki środowiskowej Unii Europejskiej, która zakłada – między innymi – ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery.
Dlatego tak ważnym projektem z tego obszaru jest pilotowa instalacja aminowego usuwania CO₂ ze spalin, która 25 kwietnia rozpoczęła pracę w TAURON Wytwarzanie Oddział Elektrownia Łaziska. – To pierwsze w Polsce zastosowanie tej technologii w funkcjonującej elektrowni. Liczymy, że efekty badań pozwolą na minimalizację wpływu działania instalacji na efektywność bloków energetycznych i przyczynią się do obniżenia wskaźników emisyjności jednostek wytwórczych w Grupie – mówi Dariusz Lubera, prezes Zarządu TAURON Polska Energia SA.
Instalacja została zbudowana w systemie kontenerowym, który umożliwia sprawny transport, a tym samym daje szerokie możliwości jej zastosowania w różnych obiektach należących do Grupy TAURON. – Przez najbliższy rok instalacja pozostanie na terenie Elektrowni Łaziska i będzie współpracować z konwencjonalnym blokiem 200 MW. Następnie zostanie przewieziona do Elektrowni Jaworzno III, gdzie będą prowadzone badania na spalinach z kotła fluidalnego– podkreśla Stanisław Tokarski, prezes Zarządu TAURON Wytwarzanie SA.
Projekt instalacji pilotowej aminowego usuwania CO₂ ze spalin prowadzą specjaliści Grupy TAURON oraz Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla. – Innowacyjna instalacja do usuwania dwutlenku węgla ze spalin powstała w wyniku ścisłego współdziałania kadry inżynierskiej TAURONA i Instytutu. Ten twórczy efekt współpracy jest ważnym krokiem dla energetyki w rozwoju niskoemisyjnych elektrowni węglowych i wytycza kierunki dla ich dalszego rozwoju – dodaje Marek Ściążko, dyrektor ICHPW.
Po zakończeniu realizacji zadania badawczego jednostka pilotowa dalej będzie wykorzystywana do badań także na terenie innych bloków energetycznych, ułatwiając tym samym wdra-żanie instalacji wychwytywania CO₂ na skalę przemysłową.
Koszty zbudowania instalacji pilotowej, w wysokości 8,8 mln zł, zostały pokryte ze środków Grupy TAURON. Instalacja powstała w ramach realizacji zadania badawczego pn. „Opracowanie technologii dla wysokosprawnych zeroemisyjnych bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO₂ ze spalin”. Zadanie realizowane jest w ramach strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych„Zaawansowane technologie pozyskiwania energii” i zostało dofinansowane przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Liderem konsorcjum realizującego projekt jest Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki.

Koncepcja technologiczna instalacji pilotowej

Z uwagi na specyfikę spalin z bloków węglowych (ciśnienie atmosferyczne, stężenie CO₂ do 15 proc., zawartość zanieczyszczeń w postaci SOx, NOx, pyły) na obecnym etapie rozwoju procesów wychwytu CO₂ do zastosowania w instalacji pilotowej przyjęto najbardziej zaawansowany technologicznie proces absorpcji chemicznej dwutlenku węgla w wodnych roztworach amin.
Według obowiązujących norm, stężenie tlenków siarki w spalinach dla dużych bloków energetycznych nie powinno przekraczać 200 mg/m³_n. Taki stopień odsiarczenia nie jest jednak wystarczający, by zapewnić poprawność działania zastosowanej technologii. Przyjęto zatem, że w celu uniknięcia znacznych kosztów operacyjnych związanych z degradacją amin pod wpływem związków siarki konieczne jest obniżenie stężenia SO₂ w spalinach kierowanych do instalacji pilotowej do wartości 20 mg/m³_n.
W związku z powyższym wymogiem, instalację pilotową wyposażono w moduł głębokiego odsiarczania spalin, w którym prowadzi się
absorpcję SO₂ w wodnym roztworze węglanu i wodorowęglanu sodu z wytworzeniem kwa-śnego siarczanu (IV) sodu. Rozwiązanie takie umożliwia przygotowanie strumienia spalin do właściwego procesu, a także przebadanie wpływu zawartości tlenków siarki w spalinach na proces degradacji amin.

Jak to się robi?

Podstawowym układem technologicznym instalacji pilotowej jest moduł usuwania CO₂ ze spalin, który składa się z kilku węzłów procesowych. Najważniejszym z nich jest węzeł absorpcji, którego najistotniejszym elementem jest kolumna absorpcyjna (absorber), do której doprowadzane są spaliny. Gaz z sekcji głębokiego odsiarczania o natężeniu ok. 200 m³_n/h wprowadzany jest do kolumny, gdzie kontaktuje się ze spływającym po wypełnieniu roztworem wodnym aminy. Wychwyt przeważającej ilości CO₂ ze strumienia gazu następuje w wyniku absorpcji z towarzyszącymi reakcjami chemicznymi. Nasycony dwutlenkiem węgla roztwór absorpcyjny poprzez węzeł odzysku ciepła kierowany jest do kolumny desorpcyjnej (desorbera).
Odzysk ciepła ma kluczowy wpływ na wskaźniki energetyczne charakteryzujące cały proces, zmniejszając zapotrzebowanie na energię w wyparce desorbera, ponieważ zasilający go roztwór nasycony jest wstępnie podgrzany w krzyżowym wymienniku ciepła.
Wychwycony w węźle absorpcji CO₂ jest wydzielany w kolumnie desorpcyjnej, w której następuje proces regeneracji roztworu. Ciepło doprowadzone do desorbera powoduje rozerwanie wiązań wcześniej wytworzonego związku amina-CO₂ oraz desorpcję gazowego dwutlenku węgla z roztworu. Unoszące się w kolumnie desorpcyjnej gorące opary dostarczają ciepło bezpośrednio do spływającego w przeciwprądzie roztworu czę-ściowo kondensując. Odbierana ze szczytu mieszanina pary wodnej i CO₂ jest chłodzona, a wydzielony kondensat zawracany jest do układu. W instalacji pilotowej zastosowano układ z rozdzielonymi strumieniami roztworu, cyrkulującymi pomiędzy węzłami absorpcji i regeneracji. Celem tego rozwiązania jest optymalizacja pracy układu w kierunku minimalizacji zapotrzebowania energetycznego procesu.
Zastosowane w procesie aminy to organiczne związki będące pochodnymi amoniaku. Ze względu na swój zasadowy charakter mają zdolność do pochłaniania składników kwaśnych z gazów, np. CO₂. Reakcja chemiczna amin z dwutlenkiem węgla jest reakcją odwracalną i właściwość ta znalazła zastosowanie w procesach oczyszczania gazów z CO₂. Podstawowym związkiem stosowanym w instalacji jest monoetanoloamina, tzw. MEA. W projekcie testowane będą również roztwory innych amin i substancji aktywujących procesy absorpcji, wytypowane w trakcie badań laboratoryjnych prowadzonych od początku trwania zadania badawczego w Instytucie Chemicznej Przeróbki Węgla

Charakterystyka techniczna instalacji

Strumień doprowadzanego gazu – 200 m³_n/h
Zawartość CO₂ w spalinach – ok. 13,5 proc.
Przepływ roztworu absorpcyjnego w obiegu – 1600 dm³/h
Sprawność usuwania CO₂ – około 90 proc.
Nominalna temperatura pracy regeneratora – 130^oC
Zapotrzebowanie na energię elektryczną – 75 kWh
Zapotrzebowanie na wodę chłodzącą – 5,5 m³/h
Średnica kolumn – 300 mm
Wysokość absorbera – 14 m
Wysokość desorbera – 15 m
Liczba aparatów – 40
Liczba punktów pomiarowych – 180

Instalacja pilotowa aminowego usuwania CO₂ ze spalin

Instalacja jest pierwszym tego typu obiektem w Polsce, przewidzianym do badania procesu usuwania CO₂ z rzeczywistych spalin bloku wę-glowego przy wykorzystaniu absorpcji chemicznej. Podobnych instalacji działa na świecie kilkanaście, np. w Niemczech, Japonii, Australii, USA.
Instalacja pilotowa przygotowana jest do transportu samochodowego, umieszczona została w trzech typowych kontenerach transportowych:

kontener technologiczny (1),
kontener nadzoru (2),
kontener magazynowy (3).

Ciąg technologiczny służący do realizacji procesu, składający się z 40 aparatów, zlokalizowany jest w kontenerze technologicznym. Podstawowym elementem części technologicznej są trzy kolumny sorpcyjne, które wraz z konstrukcjami wsporczymi na czas transportu są demontowane i składowane w kontenerze magazynowym. Trzeci z kontenerów – nadzoru, zawiera układy sterowania, podręczne laboratorium oraz pomieszczenie obsługi.
W ciągu technologicznym zainstalowano 180 punktów pomiarowych dla monitorowania procesu oraz pozyskiwania odpowiedniej liczby danych do analizy.
Celem pracy instalacji jest potwierdzenie moż-liwości zastosowania roztworów amin w procesie usuwania CO₂ z rzeczywistych spalin pochodzą-cych z kotłów węglowych oraz określenie wpływu podstawowych parametrów pracy na sprawność procesu wychwytu oraz sprawność pracy bloku węglowego.

Program strategiczny „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii

”Celem programu dofinansowywanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju jest opracowanie rozwiązań technologicznych, które przyczynią się do osiągnięcia założeń strategii „3 x 20”, w tym redukcji emisji CO₂ o 20 proc. – w łącznym bilansie UE do 2020 roku (w odniesieniu do 1990 r.).
Program strategiczny obejmuje cztery priorytetowe zadania badawcze, z których dedykowanym dla instalacji pilotowej jest:
– zadanie badawcze 1 – Opracowanie technologii dla wysokosprawnych „zeroemisyjnych” bloków węglowych zintegrowanych z wychwytem CO₂ ze spalin. Zadanie realizowane jest przez konsorcjum naukowo-techniczne, którego liderem jest Politechnika Śląska w Gliwicach, i poświęcone jest klasycznej energetyce węglowej. Prace w projekcie mają na celu skomercjalizowanie w segmencie wytwarzania wysokosprawnego „zeroemisyjnego” bloku węglowego, a w szczególności:
– opracowanie i weryfikację nowych koncepcji wzrostu sprawności obiegu siłowni kondensacyjnych (w tym o najwyższych, ultranadkrytycznych parametrach pary),
– znalezienie rozwiązań technologicznych dla redukcji strat sprawności spowodowanych usuwaniem CO₂ ze spalin,
– opracowanie i sprawdzenie w skali pilotowej procesu wychwytu CO ze spalin.

Archiwum Ekologii | Partnerzy | Słownik