Biomasa, paliwa stałe, wungiel, Koksowanie, zgazowanie | Quizlet

Zasoby energetyczne z biomasy:

-pierwotne surowce energetyczne:

drewno, słoma, wysuszone osady ściekowe, rośliny energetyczne

-przetworzone surowce energetyczne:

biogaz, gaz wysypiskowy, bioetanol, gaz pirolityczny

estry oleju rzepakowego

Biomasa jako paliwo

- słabo rozdrabnialna i ma włóknistą postać

-zostaje zmielona do rozmiarów zapewniających podobną do węgla charakterystykę spalania i całkowite wypalenie

-mała biomasa o wyższej reaktywności jest odpowiednia do spalania w dużych kotłach na pył węglowy

-duża biomasa o mniejszej reaktywności jest odpowiednia do spalania w kotłach fluidalnych lub rusztowych

-drewno, problemem jest wynoszenie niedopalonych cząstek następuje omijanie stref wysokich temperatur

Różnice między węglem a biomasą (z perspektywy biomasy):

-biomasa ma niską wartość opałową na jednostkę objętości (-)

-biomasa ma małą gęstość - utrudnia transport, magazynowanie i dozowanie do paleniska (-)

-biomasa (surowa) ma wysoką zawartość wilgoci (45 % - 60 %) (-)

-biomasa posiada niejednorodny skład chemiczny; tlen, azot, chlor prowadzą do emisji w procesie spalania furanów, dioksyn i chlorowodoru (-)

-biomasa ma małą zawartość siarki, azotu i chloru, mniejsze ryzyko występowania korozji urządzeń (+)

-biomasa ma wysoką zawartość części lotnych - utrudnia to kontrolę przebiegu procesu spalania (-)

-biomasa ma małą zawartość popiołu (+)

główne składniki popiołu dla: węgla kamiennego i biomasy:

1) SiO2, Al2O3, Fe2O3

2) K2O, SiO2, CaO

Najważniejsze operacje przetwarzania roślinnej biomasy:

płukanie:

-obniża korozyjność (+)

-obniża formowanie osadów (+)

rozdrabnianie:

-zwiększa gęstość nasypową (+)

-sprzyja samozapłonowi (-)

suszenie:

-zmniejsza koszty transportu (+)

-poprawia właściwości (+)

zagęszczanie:

-zwiększa wartość energetyczną (+)

-zwiększa cenę produktu (-)

rodzaje suszarek przemysłowych:

bęben obrotowy

bęben pneumatyczny

złoże fluidalne

bęben pierścieniowy

bęben mikrofalowy

metody zagęszczania biomasy:

prasowanie (bele, baloty)

granulowanie (pelety, granule)

brykietowanie (brykiety)

Produkcja energii odnawialnej w procesie współspalania biopaliw:

współspalanie bezpośrednie strumienia węgla i biomasy

współspalanie pośrednie:

-spalanie biomasy (ewentualnie biogazu) odbywa się w tzw. przedpalenisku

-zgazowanie biomasy zachodzi w gazogeneratorze RG

współspalanie w układzie równoległym; ze szczególnym przypadkiem - układem hybrydowym

Produkcja energii odnawialnej z biomasy

piroliza:

-temperatura: 600 °C - 1000 °C

-inertna

toryfikacja:

-temperatura: 200 °C - 300 °C

-inertna

zagęszczenie energii

polepszona przemiałowość

hydrofobowa natura

Jaka jest geneza kopalnych paliw stałych (kaustobiolitów): dwa stadia

stadium biochemiczne (mikroorganizmy, pH, reakcje redokx):

rozkład tlenowy -> humifikacja - torf

-

stadium geochemiczne (temperatura, ciśnienie, czas):

diageneza -z torfu w węgiel brunatny ( bitumizacja )

metamorfizm -z węgla br. w węgiel ka (grafityzacja)

Zastosowanie torfu:

-nawóz organiczny i środek poprawiający strukturę gleby

-jako środek do kąpieli i okładów (borowiny)

-jako paliwo

gdzie sa złoża torfu w polsce?

północ polski, troche na północnym wschodzie, i jakies skupiska na zachodzie i poludniowym wschodzi

Metody wydobycia torfu:

metoda warstwowa:

-powierzchniowa

-

metoda bloczkowa:

-ręczna

-półmechaniczna

-

metoda odwiertowa

hydrauliczne wypłukiwanie

eksploatacja górnicza

od czego zalezy wybor metody?

rodzaju torfowiska (wysokie lub niskie)

przeznaczenia torfu (paliwo, ogrodnictwo, lecznictwo)

głębokości złoża

wymogów środowiskowych i ochrony przyrody

złoż wegla brunatnego w PL

zachód, srodek

Metody wydobycia węgla brunatnego:

metoda odkrywkowa:

system ciągły KTZ - koparka wielonaczyniowa, taśmociąg, zwałowarka

Zastosowanie węgla brunatnego:

elektrownie, elektrociepłownie (85 % zużycia)

przemysł

gospodarstwa domowe

produkcja węgli aktywnych

złożna wegla kanienengo w PL

Lubelskie, południe

Zastosowanie węgla kamiennego:

energetyka zawodowa (55 % zużycia)

produkcja koksu

zużycie bezpośrednie

produkcja węgli aktywnych

Metody wydobycia węgla kamiennego:

metoda podziemna (głębinowa):

-filarowa

-dwóch równoległych tuneli

metoda odkrywkowa

metody eksperymentalne:

-podziemne zgazowanie węgla

Metody określania stopnia uwęglenia:

zawartość pierwiastka Cdaf

zawartość części lotnych Vdaf

zdolność odbicia światła witrynitu

jak mozna sklasyfikowac węgiel?:

analiza chemiczna:

--analiza techniczna (W, A, V, Q)

--analiza elementarna (C, H, O, N, S)

analiza technologiczna:

--metoda Rogi (0 - 100) - zdolność spiekania

--metoda Gray-King - zdolność spiekania

--metoda SI (1 - 9) - właściwości wydymania

analiza petrograficzna:

--określenie ilości i jakości macerałów

składniki analityczne torfu

wilgoć 70-90%

sub. mieralna 2-10%

sub. org. < 30

składniki analityczne wegla brunatnego

wilgoć 15-70%

sub. mieralna 1-25%

sub. org. 25-89

składniki analityczne wegla kamiennego

wilgoć < 15 %

sub. mieralna 2-30%

sub. org. 50-98

Woda i wilgoć w węglu rodzaje:

-wilgoć przemijająca (woda nadmiarowa): [suszenie w temperaturze pokojowej na powietrzu]

-wilgoć w stanie powietrzno-suchym (woda związana fizykochemicznie): [suszenie w 110 °C; do stałej masy]

-woda krystalizacyjna

Wpływ wilgoci na wartość użytkową węgla:

obniża opłacalność transportu (-), wartość opałową (-)

wymaga stosowania suszenia w pobliżu miejsca wydobycia (-)

z jej wzrostem rośnie podatność przemiałowa surowca (+)

w węglach o dużej zawartości części lotnych przedłuża okres odgazowania węgla (+)

Podział substancji mineralnej:

wewnętrzna:

-tworzy z substancją organiczną homogeniczną mieszaninę

-pochodzi z organicznych roślin węglotwórczych

-nie może być usunięta w procesach fizycznych

zewnętrzna:

-tworzy z substancją organiczną niejednorodną mieszaninę

-tworzy osobne skupiska substancji różnej wielkości w postaci poziomych warstw

-może być ona w dużym stopniu usunięta w procesach wzbogacania węgla

ze względu na czas powstawania:

syngenetyczna

epigenetyczna

Wpływ substancji mineralnej na procesy przeróbki węgla:

-wzrost jej zawartości obniża wartość opałową (-)

-pogarsza właściwości koksotwórcze (-)

-zwiększa ilość składników szkodliwych takich jak siarka, fosfor, chlor, tlenki azotu (-)

-w procesach zgazowania może działać katalitycznie, wpływając pozytywnie na reaktywność substancji organicznej (+)

Przecietny sklad pierwiastkowy dla paliw stałych (torf, wegiel brunatny, ortokoks, plomienny i antracyt)

Generalnie masowy węgiel rośnie w tabeli od 60 do 92, wodór spada, tak samo tlen, azot generalnie niski, a siarka niska dla każdego w podobny sposób. Niżej jest tabelka, ale nie wiem, czy ktoś to zapamięta.

--------------C H O N S

torf--------- 60 5,4 33 3

wegiel b. ---70 5,4 23 1

wegiel

płomienny -80 4,7 17 1,6 0,3-2

wegiel

ortokoks. --88 4,7 4,5 1,9

antracyt ----92 3,2 2 1,5

Ugrupowania tlenowe w węglu:

grupy metoksylowe (-OCH3)

grupy karboksylowe (-COOH)

grupy hydroksylowe (-OH)

grupy karbonylowe (-C(O)-)

niereaktywne:

ugrupowania eterowe

ugrupowania heterocykliczne (na bazie furanu)

Ugrupowania azotowe w węglu:

aminowe (białkowe)

heterocykliczne (niebiałkowe):

pirydynowe

pirolowe

czwartorzędowe

Ugrupowania siarkowe w węglu:

nieorganiczne:

pirytowe

siarczanowe

elementarne

organiczne:

tiolowe (-SH)

sulfidowe (-S-)

disulfidowe (-S-S-)

ugrupowania heterocykliczne (na bazie tiofenu)

Związki chloru i fosforu w węglu:

organiczne

nieorganiczne

Właściwości związane z zastosowaniem węgla:

ciepło spalania

wartość opałowa

właściwości koksownicze:

właściwości plastyczne

zdolność spiekania

własności wydymania (SPIECZONY WYDYMANY KOKSIK!)

czym jest ciepło spalania?

ilość ciepła wydzielona podczas całkowitego spalania w bombie kalorymetrycznej próbki paliwa z utworzeniem CO2, SO2, N2 i skroplonej pary wodnej, pomniejszona o ilość ciepła wydzielonego przy syntezie kwasu siarkowego i azotowego

czym jest wartość opałowa

ciepło spalania pomniejszone o ciepło parowania wody wydzielonej z paliwa podczas jego spalania

Przebieg wydzielania się lotnych produktów w procesie koksowania węgla:

80 °C - 100 °C:

odparowanie wody

350 °C - 550 °C:

odgazowanie pierwotne - intensywne wydzielanie się smoły

700 °C:

odgazowanie wtórne - intensywne wydzielanie się wodoru

czym jest zdolność spiekania

właściwość, która powoduje, że przy odgazowaniu w wysokich temperaturach z rozdrobnionego węgla tworzy się stopiony i zlany koks

wymień najważniejsze parametry paliw stałych:

reakcyjność

ciepło spalania

zawartość wilgoci

zawartość popiołu

zawartość siarki, chloru

podatność na przemiał

Technologie chemicznej przeróbki węgla

Wegiel kamienny -> przeróka mechaniczna (rozdrabnianie, sortowanie, suszenie) -> przeróbka chemiczna

opisz i wymień różne przeróbki chemiczna

1) odgazowanie: ogrzewanie bez udziału czynników zewnętrznych czyli KOKSOWANIE

2) upłynnianie: ogrzewanie w obecności źródła wodoru

3) zgazowanie: ogrzewanie w warynkach umiarkowanie utleniających

4) spalanie: ogrzewanie w nadmiarze powietrza (tlenu)

wymień paliwa bezdymne:

antracyt

węgiel chudy

węgiel błękitny

koks

paliwa koksopochodne:

brykiety

koks formowany

Czy wszystkie węgle można (powinno się) koksować?

nie, ponieważ

a) węgle niskouwęglone: dają mechanicznie słaby, rozsypujący się koks

b) węgle chude i antracyt: dają zwarty, niewytrzymały mechanicznie koks

c) węgle koksujące: dają błyszczący, porowaty i spieczony koks (supi)

Podział węgli koksujących według typów: (1:1 jak z instrukcji na laby)

typ 33 - węgiel gazowy

typ 34 - węgiel gazowo-koksowy

typ 35 - węgiel ortokoksowy

typ 36 - węgiel metakoksowy

typ 37 - węgiel semikoksowy

schemat technologiczny koksowni

Wchodzi węgiel, jest składowany i przygotowywany -> jest bariera koksownicza i z niej na lewo wychodzi koks do sortowni koksu, a na dół wychodzi surowy gaz koksowniczy, który musi być oczyszczony. Wraz z oczyszczonym gazem koksowniczym i gazem nadmiarowym po prawej stronie wychodzi energia.

zastosowanie koksu

koks wielkopiecowy:paliwo, reduktor

koks do produkcji żelazostopów (Fe + Si, Mn, Cr)

koks odlewniczy:

koks do wytopu metali nieżelaznych (Zn, Pb, Cu):

koks opałowy

koks do produkcji karbidu

koks do produkcji wapna palonego (CaO)

Technologia produkcji koksu:

przygotowanie wsadu: węglownia

->

koksowanie mieszanki: piecownia

->

produkcja węglopochodnych: wydział węglopochodnych

->

chłodzenie i sortowanie: sortownia

Jaki jest dobór mieszanki węglowej w zależności od koksowania?

zwiększenie ciśnienia rozprężania: dodatek typów 35 i 36

zmniejszenie ubytku masy: dodatek składników schudzających, typów 37 i 38, koksiku, półkoksiku

zwiększenie lepkości ciała plastycznego:

dodatek typów 31 i 32, smoły, olejów

Co powodują dodatki schudzające?

zmniejszają własności plastyczne

opis piecowni (?)

komora koksownicza:

sposoby napełniania komór koksowniczych:

system ubijany

system nasypowy

bateria koksownicza:

zespół komór (30 - 80) wraz z osprzętem (maszynami piecowymi):

płyta fundamentowa

regeneratory

piece koksownicze:

ceramiczne komory rozdzielone ścianami grzewczymi

czas koksowania: 17 godz. - 32 godz.

wieża węglowa:

służy do magazynowania mieszanki węglowej w ilości zapewniającej ciągłą pracę piecowni

Przemiany zachodzące w procesie koksowania (ogrzewanie do 1000 °C bez dostępu powietrza):

200 °C - 350 °C:

wydzielają się CO2, H2S oraz niewielkie ilości gazów palnych

350 °C - 500 °C:

Intensywnie wzrasta rozkład termiczny, wydzielają się smoła i gazy, węgiel mięknie i przechodzi w stan plastyczny!

500 °C - 550 °C:

zachodzi resolidacja - zestala się masa węglowa z utworzeniem półkoksu

powyżej 550 °C:

dalej zachodzi odgazowanie, wzrasta gęstość masy węglowej, koks się kurczy

600 °C - 700 °C:

intensywnie wydzielają się wodór i metan

jakie sa metody gaszenia koksu?

na mokro:wodą

na sucho:gazem inertnym

napisz ideowy schemat ciągu chłodzenia i oczyszczania surowego gazu koksowniczego

Surowy gaz kosowniczy

|

Kondensacja -> smoła

|

usuwanie NH3 -> N2, NH3

|

usuwanie H2S -> H2SO4

|

usuwanie benzolu -> benzol

|

oczyszczony gaz koksowniczy

|

powstaje:

gaz na potrzeby koksowni (40,50%)

gaz nadmiarowy

przypomnijscie sobie jak wyglajdaja zwiazki organiczne bo nie moge wstawic zdjecia

naftalen, fenantren, fenol, tiofen, pirydyna, cyklopentadien

składniki smoły koksowniczej

Surowce do zgazowania:

węgiel kamienny

węgiel brunatny (węgle ogólnie : 55 %)

torf

biomasa

biokarbonizat

pozostałości (ciężkie frakcje) z przerobu ropy naftowej: 33 %

odpadowe tworzywa sztuczne

Czynniki zgazowujące:

powietrze

tlen

para wodna

dwutlenek węgla

mieszanina tych gazów

Gazy otrzymywane w wyniku zgazowania:

gazy palne:

CO

H2

CH4

gazy niepalne:

N2 (to tak w cudzysłowie chyba)

CO2

Korzyści ze zgazowania węgla:

-metoda wytwarzania energii elektrycznej i ciepła z kopalnych paliw stałych przy zredukowanej emisji zanieczyszczeń

-źródło gazu syntezowego do wytwarzania paliw silnikowych i surowców przemysłu chemicznego

-droga do redukcji emisji CO2 przy wykorzystaniu paliw kopalnych jako energetycznych

-źródło wodoru dla przemysłu chemicznego i rozproszonej energetyki

Skład gazu w zależności od czynnika zgazowującego:

Gaz powietrzny [3,8 MJ/Nm³] - powietrze ok.30% CO

gaz wodny [11 MJ/Nm3] - para wodna ok 40% CO

gaz generatorowy [4,8 MJ/Nm3] - para wodna i powietrze 40% CO

para woda+tlen [8,8 MJ/Nm3] - ok.35% CO i 1% CH4

wodór [30 MJ/Nm3] -0% CO i 100% CH4

Oczyszczanie gazu:

oddzielenie cząstek stałych (pyłów, popiołów):

usunięcie smoły i lotnych zanieczyszczeń organicznych:

odsiarczanie gazu:

usuwanie H2S i innych związków siarki metodą Clausa

usuwanie CO2 i NH3:

Kondycjonowanie i dostosowanie składu gazu:

wzbogacanie w H2 lub w CO:

regulacja ciśnienia i temperatury:

przygotowanie do przesyłu lub bezpośredniego wykorzystania

Koncepcje wykorzystania technologii zgazowania węgla do produkcji energii elektrycznej, wodoru i produktów chemicznych:

wytwarzanie energii elektrycznej w kombinowanym układzie gazowo-parowym - IGCC (ang. integrated gasification combined cycle)

wytwarzanie energii elektrycznej (IGCC) i wodoru

wytwarzanie energii elektrycznej (IGCC) i paliw węglowodorowych (synteza Fischera-Tropscha)

wytwarzanie energii elektrycznej (IGCC) i metanolu (i / lub eteru dimetylowego)