TECHNOLOGIE OCHRANY OVZDUŠÍ

TECHNOLOGIE OCHRANY OVZDUŠÍ Přednáška č. 10

Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší

Snímek 1.

Osnova přednášky Vztah energetiky a produkce oxidu uhličitého

Rizika zvyšování koncentrace CO2 v atmosféře Možnosti omezení emisí CO2 do atmosféry Technologie odlučování CO2


Snímek 2.

Často používané zkratky IEA

International Energy Agency (Mezinárodní energetická agentura)

GHG

Greenhouse Gases (Skleníkové plyny)

HDP

Hrubý domácí produkt

GDP

Gross Domestic Product (synonymum HDP)

CCS

Carbon (dioxide) Capture and Sequestration (Záchyt a odlučování uhlíku/ oxidu uhličitého) nebo Carbon Capture and Storage (Záchyt a ukládání …)

IGCC

Integrated Gasification Combine-cycle (typ paroplynové elektrárny s integrovaným zplyňováním paliva)


Snímek 3.

Často používané zkratky MEA

Monoethanolamin

DEA

Diethanolamin

CLC

Chemical-Looping Combustion (Spalování s chemickou smyčkou)

ECBM

Enhanced Coal Bed Methane production (Zvýšená produkce methanu v uhelném loži)

EOR

Enhanced Oil Recovery (Zvýšené získávání oleje)

NMP

n-methyl-pyrrolidon


Snímek 4.

Rizika emisí CO2 Vztah energetiky a produkce CO2 (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− V průběhu 100 let (1900 – 2001) nárůst:

− − − −

Populace o 250 % Spotřeba energie o 915 % Obsah CO2 v atmosféře 295 (1900) → 315 (1960) → 371 ppmobj.(2001) Dle IEA předpokládán celosvětový nárůst spotřeby energie v letech 2004 – 2030 o 57 %; V roce 1960 zahájen provoz observatoře Mauna-Loa na Havaji, monitorující koncentraci CO2 v atmosféře (údaje před rokem 1960 dle analýz jádra ledovců) Od roku 1850 zjištěn nárůst celosvětové průměrné teploty se zrychlujícím trendem od roku 1970; Příčiny dosud neprokázány ⇒ stále vedeny spory.


Snímek 5.

Rizika emisí CO2 Vývoj globální teploty v letech 1860 - 2000 (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)


Snímek 6.

Rizika emisí CO2 Produkce skleníkových plynů (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− Hodnoty v preindustriálním období stanoveny analýzou ledovců.


Snímek 7.

Rizika emisí CO2 Historický vývoj obsahu CO2 v atmosféře (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)


Snímek 8.

Rizika emisí CO2 Historický vývoj obsahu CO2 v atmosféře (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)


Snímek 9.

Rizika emisí CO2 Předpoklady vedoucí k vývoji technologií odlučování CO2 (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− Klimatická teorie:

− − − −

Rovnováha mezi UV a viditelným zářením absorbovaným planetou a reflexí IR záření do kosmu Ze všech zkoumaných faktorů se ve sledovaném období vzestupu teplot změnila pouze koncentrace atmosférického CO2. Vzestup koncentrace CO2 v atmosféře odpovídá jen 55 % úhrnné antropogenní emise ⇒ přírodní mechanismy stále schopny odloučit cca 45 – 50 % CO2 produkovaného člověkem. Retenční kapacita oceánů cca 1,7 Gt (CO2) / rok (celkem zadržováno cca 38 000 Gt (CO2); Retenční kapacita lesů cca 1,4 Gt (CO2) / rok; Na základě výše uvedeného vypracovány scénáře vývoje teploty.


Snímek 10.

Rizika emisí CO2 Scénáře vývoje globální teploty (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)


Snímek 11.

Rizika emisí CO2 Vztah ekonomického rozvoje a produkce CO2 (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− Y. Kaya navrhl vztah: CO 2 ↑celkový = POP × (HDPPC )× (BTU / HDP )× (CO 2 ↑ / BTU ) − CO2 ↓

− Ve vztahu je:

CO2↑ CO2↓ POP HDPPC HDP BTU /HDP CO2↑/BTU


celkově uvolněný CO2 do atmosféry celkově zachycený CO2 biosférou a geosférou světová populace hrubý domácí produkt per capita hrubý domácí produkt celkem spotřeba energie na domácí produkt uvolněný CO2 na jednotku spotřebované energie Snímek 12.

Snižování koncentrace CO2 Cesty vedoucí ke snížení koncentrace CO2 v atmosféře (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− Vyplývají z Kayova vztahu; − Některé jsou hypotetické, jiné realizovatelné: Snížení světové populace Snížení HDP na hlavu Snížení spotřeby energie na jednotku HDP (snižování energetické náročnosti procesů) Snížení emise CO2 na jednotku vytvořené energie (přechod od fosilních paliv na jiné energetické zdroje, aplikace metod CCS na stávající energetické zdroje) − Metody CCS umožňují exploataci stávajících energetických technologií. − Základ – separovat CO2 a uložit v geologických vrstvách. Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší

Snímek 13.


− Kapacita podzemních úložišť (jen odhady) 1120.109 – 3400.109 tun CO2; − Technicky řešeno: Identifikace vhodných hornin a metody injektáže vývoj metod separace CO2 ze spalin − 3 možnosti separace CO2: Post-combustion procesy Pre-combustion procesy Oxy-combustion procesy


Snímek 14.



Snímek 15.



Snímek 16.



Snímek 17.

Snižování koncentrace CO2 Výhody a nevýhody jednotlivých skupin procesů (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

Skupina procesů

Výhody

Nevýhody

Post-combustion procesy

Vhodné pro většinu stávajících uhelných elektráren

Zředěný CO2

Možný retrofit

Atmosférický tlak spalin Nízký parciální tlak CO2 Výrazně vyšší výkon nebo recirkulovaný objem nezbytný pro dosažení vysoké úrovně záchytu CO2 produkovaný za nižších tlaků, než je vyžadováno procesem odlučování


Snímek 18.


Skupina procesů

Výhody

Nevýhody

Pre-combustion procesy

Získán syn gas s vysokou koncentrací CO2

Vhodné hlavně pro nové elektrárny, málo zplyňovacích jednotek aktuálně v provozu

Vysoký tlak Vysoký parciální tlak CO2 Dostatečný potenciál pro separaci (tlakový spád) Více technologií pro separaci k dispozici

Společné potíže komerčního nasazení zplyňovacích systémů:dostupnost, pořizovací náklady, potřeba rozsáhlých podpůrných systémů

Dobrý poměr náklady/zatížení jednotky


Snímek 19.


Skupina procesů

Výhody

Nevýhody

Oxy-combustion procesy

Velmi vysoké koncentrace CO2 ve spalinách

Cenová diskvalifikace kvůli velké kryogenní výrobě kyslíku

Možnost retrofitu a změny paliva v technologii

Vyžadován chlazený recykl CO2 pro udržení teplot v mezích potřebných pro materiály spalovacího prostoru Snížená účinnost procesu Vstup dodatečné vsázky


Snímek 20.

Snižování koncentrace CO2 Post combustion procesy (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− Oxid uhličitý separován ze spalin, tj. z prostředí obsahujícího NOx − − − − −

a SO2; Jednou z možností je aplikace monoethanolaminu (MEA) technikou absorpce. Technologie známá ze zpracování zemního plynu více než 60 let; Náklady a rozměry absorbéru srovnatelné s mokrou vypírkou SO2; Část páry spotřebována na provoz odlučovače (1/4 – 1/3 celku) ⇒ riziko růstu nákladů na výrobu elektřiny až o 70 %! Alternativní systému odloučení pomocí membránové separace.


Snímek 21.

Snižování koncentrace CO2 Pre combustion procesy (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− Palivo konvertováno na směs CO2 a H2 (reformingem v případě zemního plynu nebo zplyněním v případě uhlí v první fázi na CO + H2 a následně reakcí vodního plynu na CO2 a H2); − Pozn.: Reakce vodního plynu v anglosaské terminologii označována jako Water Gas Shift Reaction (WGSR); − Následně CO2 odloučen absorpcní MEA, adsorpcí pomocí metody PSA, případně membránovou separací; − Technologie zplynění uhlí a následné spálení generátorového plynu užíváno již používanou metodou IGCC (v ČR např. paroplynová elektrárna ve Vřesové).


Snímek 22.

Snižování koncentrace CO2 Oxy combustion procesy (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

− Spalování za použití kyslíku odsaparovaného ze vzduchu; − Část CO2 ze spalin recyklováno za účelem udržení teploty v topeništi pod rizikovou mezí; − V první fázi odloučen popílek v elektrofiltru a následně spaliny odsířeny; − Z procesu spalování kyslíkem po odloučení PM a SO2 získány spaliny s obsahem 90 % CO2; − Separace kyslíku spotřebuje 23 – 37 % celkové energie vyrobené elektrárnou a náklady jsou srovnatelné s mokrou absorpcí (viz výše).


Snímek 23.

Metody separace CO2 (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)

Separační techniky CO2 Absorpce Chemisorpce

Adsorpce Adsorpční lože

CLC

Membránová separace Plynová separace

MEA

Alumina

Polyfenylenoxid

Roztok NH3

Zeolity

Polydimethylsiloxan

Dvě alkálie

Aktivní uhlík

Fyzikální sorpce

Regenerační metody

Selexol

Tlakový swing

Rectisol

Teplotní swing

Fluorový proces (propylen karbonátový)

Elektrický swing

NMP-Purisol

Vypírka


Plynová absorpce Polypropylen Systém na bázi keramiky

Membrána / DEA

Snímek 24.

Vybrané procesy odlučování CO2 Odlučování za pomoci aminů (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)


Snímek 25.

Vybrané procesy odlučování CO2 Odlučování za pomoci aminů (pilotní jednotka CASTOR) (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)


Snímek 26.

Vybrané procesy odlučování CO2 Membránová separace za pomoci enzymů (Proces Carbozyme) (Zdroj: Gomes; Carbon Dioxide Capture and Sequestration)


Snímek 27.

Vybrané procesy odlučování CO2 Karbonátová smyčka s cirkulací sorbentu = mletého vápence − kalcinace (900 – 1 000 °C) uvoln ění CO2, karbonatace (cca 650 °C) pak op ět vznik CaCO3


Snímek 28.

TECHNOLOGIE OCHRANY OVZDUŠÍ

Recommend Documents