Lj:49SU 6 VERTROUWELIJK RijkswaterstaatlRlZA Rijksinstituut voor Integraal Zoetwaterbeheer en
UITSLUITEND VOOR INTERN GEBRUIK
Afvalwaterbehandeling Documentatie Postbus 17 8200 AA Lelystad
MILIEUGEVOLGEN BIJ EEN TOENEMEND KOLENGEBRUIK IN NEDERLAND, TOEGESPITST OP DE AFVALWATERASPECTEN BIJ KOLENVERGASSING
1.
RIZA/AW-BEN A.B. van LUIN januari 1982
SAMENVATTING EN CONCLUSIES
1. In deze notitie zijn een aantal aspecten, die samenhangen met een toenemend kolenverbruik in Nederland, naar voren gebracht. Kolenvergassing heeft hierbij centraal gestaan. De omvang en de aard van de afvalwaterstromen van een aantal van de in Nederland geplande vergassingsinstallaties zijn met elkaar vergeleken.
2. De wereldkolenvoorraad wordt geschat op ca 11 miljard ton ske. De winbare reserves bedragen momenteel ca 680 miljard ton ske. In 2000 wordt een kolenproduktie verwacht
van ca 5000 miljoen ton ske.
Het kolenverbruik in Nederland wordt in 2000 geraamd op 30-40 miljoen ton ske.
3. Toepassingen van steenkool zijn: direkte verbranding (poederkool- en wervelbedverbranding) pyrolyse vergassing liquefactie In Nederland zal in 2000 naar verwathting
14_7 GWe aan elektriciteit
door kolen worden opgewekt (poederkoolverbranding) Atmosferische wervelbedverbranding kan voor kleine industriële installaties in de toekomst perspectieven bieden. Liquefactie lijkt voor Nederland geen reële toepassing.
4. Voor de vergassing van kolen zijn een aantal commerciële processen beschikbaar. Onderscheiden kunnen worden: - vastbed processen - wervelbed processen - meesleep processen Er bestaan plannen om kolenvergassingsinstallaties in Nederland te bouwen. Het betreft op dit moment een zestal projecten, die in een aantal gevallen in een vergevorderd stadium verkeren. Deze projecten zijn: Gasunie : Lurgi-proces (Eemshaven) 6000 ton kolen Der daa (ca. 2.000.000 ton kolen per jaar) Shell. Sheli-Koppers-proces (Moerdijk) ca. 1100 ton kolen per dag
-2-
3. GEB Rotterdam/KEMA ca 1000
L •
Texaco-proces (Maasviakte)
ton kolen per dag
Esso : Esso-katalytisch kolenvergassingsproces (Europoort) ca 90
ton kolen per dag
VEG-Gasinstituut 70 - 80
U.gas proces (Amsterdam)
ton kolen per dag
KHD Kumbolt Wedag AG : Humbolt-proces ca. 240 ton kolen per dag.
Een toenemend steenkoolgebruik in Nederland zal de nodige milieukonsekwenties met zich meebrengen. Bij poederkoolverbranding ten behoeve van de elektriciteitsvoorziening zullen in 2000 naar verwachting enkele miljoenen tonnen vast afval (as en gips) worden gevormd.
Uit een literatuurstudie is gebleken dat de meesleep-kolenvergassingsprocessen minder verontreinigd afvalwater opleveren dan de vastbed- en wervelbed-processen. Deze conclusie lijkt bevestigd te worden door de gegevens, die beschikbaar zijn over de in Nederland geplande vergass i ngs installaties.
Technologisch gezien zijn voldoende mogel ijkheden aanwezig voor de zuivering van het afvalwater van kolenvergassingsinstallaties.
Door de omvang van de afvalwaterstromen kan de lozing van zware metalen op milieuhygiënische bezwaren stuiten. Een reduktie van deemissievann aantalrenta1en lijkt technologisch mogelijk, ofschoon het twijfelachtig is of die technieken ooit op praktijkschaal voor dit doel zijn gebruikt.
In tegenstelling tot hetgeen vaak wordt aangenomen is op grond van berekeningen aan de in Nederland geplande vergassingsinstallatiesgebleken dat de omvang van de afvalwaterstroom van het Lurgi-vergassingsproces in relatie tot de overige processen relatief van dezelfde grootte-orde is.
Uit milieuhygiënisch oogpunt biedt kolenvergassing voordelen boven conventionele en wervelbedverbranding.
-
3 -
Gezien de omvang van de installatie en keuze van de vestigingsplaats zal extra aandacht moeten worden besteed aan het Gasunie-project bij de Eemshaven. Nadere studie zal duidelijkheid moeten verschaffen over de noodzakelijkheid van zuiveringstechnische maatregelen op het gebied van aktief-koolfiltratie en selectieve flocculatie.
Het zou gewenst zijn dat aan het aspect van de wateremissies bij kolengebruik in relatie tot de proceskeuze en het type kolen in het Nationaal Onderzoekprogramma Kolen meer aandacht wordt besteed.
PAG 1 tJA
INHOUDSOPGAVE Inleiding
6
Steenkool
7
2.1. Voorraden, produktie en gebruik
7 10
2.2. Toepassingen
14
2.2.1. Direkte verbranding
10
2.2.2. Pyrolyse
12
2.2.3. Omzetting in gasvormige bestanddelen
12
2.2.4. Omzetting in vloeibare bestanddelen
13
Nationaal Onderzoekprogramma Kolen (NOK)
17
Kolenvergassing
20
4.1. Inleiding
20
4.2. Kolenvergass 1 ngstechn leken
22
4.2.1. Vast-bedvergassers 4.2.1.1. Lurgi-vergasser-Eemshaven (Gasunie-project) 422 Wervelbed vergassers 4.2.2.1. Esso-katalytische kolenvergasser-Europoort
24 24 25 26
(Esso-project) 4.2.2.2. U-gasproces-Amsterdam
27
(VEG-Gas insti tuut-project) 4.2.3. Meesleepvergassers 4.2.3.1. Shell-Koppersvergasser-Moerdijk
27 28
(Shel 1-project) 4.2.3.2. Texaco-vergasser-Maasviakte
29
(GEB/KEMA-p roject) 4.2.4. Humbolt-vergasser
29
(KHD Humbolt Wedag AG-project) 4.3. Schema Kolenvergassingsinstallatie
5. Milieukonsekwenties van een toenemend steenkoolgebruik
31
36
5.1. Steenkool, aard en samenstellIng
37
5.2. Kolenverbranding
39
5.3. Kolenvergassing
43
5.3.1. Vaste afvalstoffen
43
-
5 --
PAG 1 NA
5.3.2. Afvalwater 5.3.2.1. Samenstelling van het afvalwater van kolenvergas-
Lb 47
singsprocessen - een literatuuronderzoek
5.3.2.2. Afvalwater van kolenvergassingsprocessen in Neder-
54
land
5»4. Kolenvergassing versus conventionele verbranding voor de opwekking 60 van elektriciteit
6. Mii iéubeleid ten aanzien van kolenvergassing 6.1.
Inleiding
62 62
6.2. Waterkwal iteïtsbeleid 6.3. De kolennota en het milieubeleid
64
6.4. Planologische kernbeslissing Waddenzee
66
6.5. Samenvatting
67
Geraadpieegde literatuur
9.01
Bij lagen
- 6 -
1.
INLEIDING
In deze notitie zal, naast een meer algemene beschouwing over steenkool en de toepassingsmogelijkheden ervan, worden ingegaan op de gevolgen voor het milieu bij een toenemend kolengebruik in Nederland, toegespitst op de kolenvergassing. De (afval)wateraspecten zullen bij deze beschouwing centraal staan. Deze notitie is opgesteld met als doel, zowel technisch als beleidsvoorbereidende ondersteuning te verlenen ten behoeve van de vergunningadvisering in het kader van de WVO voor met name steenkoolvergassingsprojecten. Daartoe zijn de verschHlende kolenvergassingstechnieken met elkaar ver geleken, waarbij gebruik is gemaakt van veelal vertrouwelijke gegevens. Deze notitie draagt daarom een vertrouwelijk karakter. De notitie is opgebouwd uit de volgende onderdelen. Allereerst zal een overzicht worden gegeven over het toekomstig gebruik van steenkool, vervolgens zal worden ingegaan op de verschillende kolenvergassingstechnieken. Een volgend hoofdstuk is gewijd aan de milieugevolgen ervan. Er is verder een hoofdstuk gewijd aan het Nationaal Onderzoekprogramma Ko 1 en. De notitie wordt afgesloten met gedachten over het te voerenafvalwater beleid" ten aanzien van kolenvergassing.
-
2.
STEENKOOL
2.1.
Voorraden, produktie en gebruik
7 -
In de wereld zijn enorme voorraden kolen aanwezig. Deskundigen schatten deze voorraad op ca 11 miljard ton ske (noot
1, bijlage 1).
Men dient echter onderscheid te maken tussen voorraden en (winbare en bewezen) reserves. De winbare reserves zijn dat deel van de voorraden, die met de huidige technologie op economische wijze kunnen worden gedolven. Voor de bewezen reserves bestaat statistisch gezien minder zekerheid omtrent de mogelijkheid van winning. De hoeveelheid winbare reserves is dus afhankelijk van de tijd. De winbare reserves bedragen momenteel ca 680 miljard tai ske (2,3,12,27.). Table j. .'orid resource5 and reserves of coal (St/Gtc)
Coal Total Bituminous coal and anthracite Total reace
OL)-tUI1flOU
col
6 936 (6 936)
4 057 (3 164)
775 (775)
rrves (n
n1': o: verab1 rese rved
488 (488)
Liite
2 483 (961)
(21 062)
( 1 73)
323 (113)
(1 061)
143
251
222
-
-
-
Surve» of Tnere-v Resourc e s 1980, Eleventh \Iorld Ener?y Ccnfrence, '1un2.h, 1980.
Bijna 909 van de bekende geologische voorraden is geconcentreerd in vier landen: de Sovjet-Unie, de Verenigde Staten, China en Austral ië. Meer dan 60 van de reserves bevindt zich eveneens in deze vier landen (12). Andere niet onbelangrijke kolenleveranciers zijn Polen, ZuidAfrika en Colombia (noot 2, bijlage i). Opgemerkt moet worden dat de kwaliteit en energie inhoud
van de kolenreserves aanzienlijk variëren,
evenals de geologische omstandigheden en winningskosten. Hoewel door het gebruik van steenkool, de afhankelijkheid van één leverancier, zoals bij aardolie, afneemt, bi ijft een zekere mate van afhankelijkheid bestaan.
-8-
De produktie van steenkool bedroeg in
1977 2450 miljoen ton ske
(2,3,1 2 ). Deze kolen worden voornamelijk gebruikt in de landen waar ze worden gedolven. Slechts ongeveer 200 miljoen ton ske, overwegend cokeskolen voor de ijzer- en staalindustrie, worden internationaal verhandeld (12) . Kolen exporterende landen zijn momenteel: USA, Austral ië, Indonesië, Zuid-Afrika, Polen, Rusland en India (28). Het aandeel van kolen in de commerciële wereldenergievoorziening is van 65 in 1950 naar 20% in 1978 teruggelopen, terwijl in absolute zin geen vermindering van produktie valt te constateren. Ten aanzien van de verwachte kolenproduktie in 2000 lopen de schattingen uiteen van 47140 miljoen ton ske (2) tot 5600 miljoen ton ske (3). Verwacht wordt dat de wereldkolenhandel tegen het eind van de eeuw zal groeien met een factor 3 á 5. Het kolenverbruik in Nederland bedraagt momenteel circa 14,5 miljoen ton per jaar. De belangrijkste gebruikers zijn de cokesfabrieken met ca
3 miljoen
ton en de elektriciteitscentrales met ca 1,5 miljoen ton. In het verleden is het kolenverbruik veel hoger geweest. Het hoogste verbruik werd gehaald in 1956 met ca 18 miljoen ton. Onze eigen produktie haalde in 1961 een maximum met 13 miljoen ton (3) Door diverse instanties werden prognoses gemaakt omtrent het kolenverbruik in Nederland in de toekomst. Het regeringsstandpunt is verwoord in de Nota Energiebeleid deel 2/kolen, kortweg de Kolennota genoemd (2) . Het energiebeleid richt zich op twee hoofdlijnen, ni . besparing en diversificatie d.w.z. spreiding van het energiegebruik over meerdere bronnen. Bij de uitwerking van de diversificatiedoelstelling wordt als uitgangspunt gekozen dat rond de eeuwwiseling tenminste 40°' van de openbare elektriciteitsproduktie door middel van steenkool wordt opgewekt. Om deze 1405-doelstelling te bereiken zullen tot 1990 alle nieuwe centrales op kolen moeten worden gebaseerd. De in de kolennota uitgevoerde berekeningen, op basis van twee scenarios, t.w. een stijging van het bruto nationaal produkt (BNP) tot 2000 met.gemiddeld 2 en 3% leiden tot een minimaal gebruik
(tabel 2). Indien de Brede Maat-
schappelijke Discussie rond de kernenergie in het nadeel van deze laatste energiebron uitvalt zal de omvang van het kolengebruik nog aanzienlijk toenemen. In 1978 werd door Massachusetts Institute of Technology de Wereldkolen-
-
9 -
studie (World Coal Study-WOCOL) georganiseerd (10) . In de Nederlandse nationale bijdrage aan deze studie is uitgegaan van twee verschillende ontwikkelingen t.w. een lage groei van de energievraag in de periode 1977 - 2000 van gemiddeld 2,0 en een hoge groei van gemiddeld 2,9%. Dezelfde gemiddelde groeicijfers zijn aangenomen voor de elektriciteitsproduktie. Verder is als variabele aangebracht de uitrusting van nieuw te bouwen produktie-eenheden van elektriciteitscentrales. Eén alternatief gaat uit van 100 steenkoolgebruik, het andere alternatief van
50%
kolengebruik en 50 kernenergie. In onderstaande tabel zijn de re-
sultaten van twee van de vier scenario's ter illustratie weergegeven. 1-let eerste betreft een lage vraag naar steenkool gecombineerd met een laag groeicijfer voor de energiebehoefte en de bouw van nieuwe kerncentrales. Het tweede omvat een hoge vraag naar steenkool, alsmede een hogere groei van de energiebehoefte en het afzien van de uitbreiding van het nucleaire vermogen. Ook de Stichting Toekomstbeeld der Techniek (STT) heeft zich in 1980 gebogen over het gebruik van steenkool in de toekomst. Ook
haar visie
is in tabel 2 opgenomen. tabel 2
Kolenverbruik in het jaar 2000 (in miljoen ton ske) kolennota
WOCOL
STT
12-1 L
15 - 27
12-1 24
Elektriciteitscentrales
1-2
Stadsverwarrn ing Industrie
5
3_14 6-10
-poederkool ketels
(24-6)
-wervelbedverbrandi ng
(1-2)
-over i ge
(1-2)
Vergass i ng
7
2-3
3-6
-verdunnen hoog-cal.gas
(1-2)
-chem . grondstoffen
(2-24)
Cokesfabrieken en hoogovens totaal
5-7
3-24
29 - 3 3
23 - 38
26 - 35
Op grond van de gekozen scenario's kan in 2000 van een kolenverbruik van 30-240 miljoen ton ske per jaar worden uitgegaan. Het aandeel van kolen aan het Totaal Binnenlands Energieverbruik zal dan ca 20 bedra-
- 10 -
gen (2)
2.2.
Toepassingen
Steenkool kan op een aantal wijzen worden verwerkt. Achtereenvolgens zullen worden behandeld: - direkte verbranding - pyrolyse - omzetting in gasvormige brandstoffen (vergassing) - omzetting in vloeibare brandstoffen (''1 iquefacti&')
2.2.1.
Direktie verbranding
Hierbij kan worden gedacht aan de opwekking van elektriciteit, maar ook aan de mogelijke inzet voor stoomopwekking in de industrie en stadsverwarm i ng. Technieken, die voor de direkte verbranding in aanmerking komen zijn: poederkoolverbranding en wervelbedverbranding. Ten aanzien van het gebruik van steenkool voor poederkoolverbranding (ondervuring) ten behoeve van de elektriciteitsproduktie wordt in de Kolennota het volgende opgemerkt (2) Sedert de oliecrisis is
700 MW bestaand produktieverrnogen op kolen om-
geschakeld. Voor 1990 zal hiervan 400 MW wegens ouderdom worden afgebouwd. Onlangs zijn twee kolen-eenheden van elk 600 MW in gebruik gesteld. Thans wordt totaal ca 2100 MW door kolen opgewekt. Volgens de Kolennota zal het te installeren kolenvermogen in 2000
5,5-6,7 GW be-
dragen, uitgaande dat voor elke eenheid van 600 MW jaarlijks 1,2 miljoen ton ske benodigd is
(5700 produktie-uren en 36 rendement).
Door de KEMA wordt geschat dat in 1990 ca 3700 MWe door middel van kolen wordt opgewekt. Het betreft dan de volgende installaties: Nijmegen (600 MWe), Geertruidenberg (600 MWe), Rotterdam (1000 MWe), Dordrecht (600 MWe) , Borssele
(100 MWe) en Amsterdam (500 MWe) , met
nog verdere mogelijkheden bij de Flevocentrale en Borssele. Opgemerkt moet worden dat voor een aantal van bovengenoemde centrales de principe-besl issing nog niet is genomen. Ook de industrie zal voor de toekomst voor ondervuring ten behoeve van
stoomopwekking voor warmte en kracht steeds meer gebruik moeten maken van steenkool. immers de contracten voor de gaslevering zijn voor de grootverbruikers voor een belangrijk deel al afgebouwd. Voor kleine installaties (ca 30 MW = 0,08 miljoen ton ske per jaar) lijkt het gebruik van wervelbedverbranding een goede optie, vooral bij de toepassing van gecomb i nee rde gas- en s t roomtu rb i nes (STEG) (bijlage 2). Het overallrendement kan dan stijgen naar 40_2°/. In wervelbedketels wordt in een met lucht opgewervelde laag van inert materiaal brandstof toegevoegd en verbrand bij een temperatuur tussen 0 700 en 900 C (28) De voordelen van dit proces zijn: - de brandstoffen kunnen van een betrekkelijk slechte kwaliteit zijn - de vrijkomende S0 2 kan worden gebonden indien kaiksteen wordt toegevoegd - de NOX-emissie is lager dan in conventionele ketels door de lage verbrandi ngstemperatuur - betere warmteoverdracht dan in conventionele ketels. De nadelen zijn: - de grote hoeveelheid reststoffen - lage capaciteit - slechte regelbaarheid. Bij wervelbedverbranding kunnen twee typen worden onderscheiden: atmosferische wervelbedverbranding (AFBC) en wervelbedverbranding onder verhoogde druk (PFBC) Vooralsnog lijken de atmosferische wervelbedketels perspectieven te bieden. Zeker is, nu de laboratoriumfase min of meer is afgerond, dat op korte termijn kleine industriële proefinstallaties in bedrijf komen. Schaalvergroting per ketel zal uit constructieve en procestechnische overwegingen begrensd zijn. De toepassing van wervelbedverbranding voor grote elektriciteitscentrales (300 tot 600 MWe) is dan ook in de naaste toekomst niet te verwachten (28) De ontwikkeling van de PFBC is nog maar recent gestart. Voordat de PFBC operationeel is, zal nog zeker enige jaren studie noodzakelijk zijn (4).
- 12 -
2.2.2.
Pyrolyse
Bij pyrolyse worden de kolen bij afwezigheid van lucht of in een stroom 0 inert gas verhit tot temperaturen boven 1450 C. De belangrijkste toepassing van de pyrolyse is de fabricage van cokes ten behoeve van de ijzer- en staalproduktie. In Nederland wordt door een tweetal bedrijven cokes geproduceerd.
2.2.3.
Omzetting in gasvormige bestanddelen
Vergassen van steenkool is een oude technologie, die ook in Nederland is toegepast ten behoeve van de produktie van stadsgas. In de jaren vijftig had elke grote gemeente in Nederland een eigen gasfabriek. Het lage omzettingsrendement en de opkomst van goedkoper aardgas deden binnen een termijn van tien tot vijftien jaar alle gasfabrieken verdwijnen
(31). Bij de meeste vergassingsprocessen wordt steenkool in
contact gebracht met stoom en zuurstof of lucht, waardoor een gasmengsel, voornamelijk bestaande uit koolmonoxyde, waterstof, methaan en kooldioxyde wordt gevormd. De samenstelling van het gas is afhankelijk van het gekozen proces. In het vervolg zal hierop nader worden ingegaan. Kolengas heeft diverse toepassingen. Genoemd kunnen worden: - stookgas voor ondervuring - menggas voor menging met hoogcalorisch aardgas - reductiegas - synthesegas - SNG (substitute natural gas) - toepassing in STEG-eenheid. In de kolennota wordt gewezen op de mogelijke toepassing van kolenvergassing voor kleine gebruikers, aangezien niet verwacht wordt dat installaties kleiner dan 30 ton stoomproduktie per uur (ca 10 MW) economisch rendabel zijn. Er kunnen drie factoren worden genoemd, die kolenvergassing in Nederland aantrekkelijk maken. Ten eerste kan voor een groot deel tegemoet worden gekomen aan de bezwaren van de vaste vorm van kolen als brandstof. Ten tweede zijn milieuhygiënische voordelen aan deze vorm van kolenomzetting verbonden (zie
5.14.)
Tenslotte kan worden gewezen op het bestaande
— 13 —
zeer uitgebreide aardgasnet in Nederland (2). Het grote belang van kolenvergassing voor de Nederlandse energievoor ziening is, dat niet of moeilijk te substitueren gas- en olieverbruik toch in aanmerking komt voor "indirekte' toepassingen van kolen (2). Dit houdt een ondersteuning in van de diversificatiedoelstelling van het energiebeleid.
2.2.3.
Omzetting in vloeibare brandstoffen
De fundamentele uitvindingen voor het vloeibaar maken van steenkool werden tussen 1910 en 1925 in Duitsland gedaan, waarna de procédés in de twintiger en dertiger jaren verder werden ontwikkeld. Voor de omzetting van kolen in vloeibare brandstoffen dient de chemische samenstelling van de kolen te worden gewijzigd. Het is noodzakelijk dat hetzij waterstof aan de kolen wordt toegevoegd (volgens: CH03 , 0,14H2—CH 1,6 vloeistof), hetzij koolstof eraan wordt onttrokken. Beide mogelijkheden worden in de praktijk toegepast. Men kan vier routes onderscheiden, waarlangs kolen vloeibaar gemaakt kunnen worden, namelijk: — pyrolyse (zie ook 2.2.2.) — hydroliquefactie — extractie door middel van een donor-oplosmiddel — indirecte1iquefactie (via kolenvergassing). In fig. 1 is een overzicht gegeven van deze verschillende routes. Opgemerkt moet worden dat de liquefactie alleen met jonge kolen (ligniet, subbitumineuze
kolen) kan worden uitgevoerd, die minder
dan 35 - 36 vluchtige componenten bevat (27)
"S t.OEIM
"7
N73
&AflLflATOø
AS
0, "S
ItxToact ou
1
_______________ 0
fOOMOWPU1MSflXM
J
IWATERSOÇ I—V100IUL'UIE AA!wZM0Gj__1i,fl.u,00,.iooI •5007TO0
tLIOOÇL
t
0,
AS
0,.
T WlZm€ 1
UIT
10AUI0t
1107101
1 I.0lI
MCIII.
0•1
0.
fig. 1 : Liquefactieroutes van steenkool
(19)
- 14 -
Als voorbeeld van een liquefactie-proces zal liet Exxon Donor Solvent procédé (EDS) nader worden toegelicht (fig. 2). Bij deze methode wordt de steenkool eerst gemalen en vermengd met een oplosmiddel dat later weer in kringloop wordt teruggevoerd. Dit oplosmiddel bezit speciale eigenschappen die het in staat stelt langs chemische weg waterstof af te staan. De suspensie van steenkool in het oplosmiddel wordt verhit en in een reactievat geleid, waarin steenkool in vloeibaar materiaal wordt omgezet, namelijk door gasvormige waterstof 0 in te brengen bij 430- 1480 C onder een druk van ongeveer 1+0 atm. Vervolgens worden de produkten door destillatie van het terug te voeren oplosmiddel gescheiden, waarbij een residu of "bodemproduktt' achterblijft, dat ondestilleerbare koolwaterstoffen, niet-omgezette steenkool en as bevat. Het bodemprodukt wordt naar een eenheid geleid die flexicokingunit" wordt genoemd. Hier wordt het verkookst om nog meer vloeistoffen te winnen. De cokes wordt vergast, hetgeen een gasvormige brandstof met een laag calorische waarde oplevert. Het recycle oplosmiddel wordt gehydrogeneerd om het zijn eigenschappen als waterstofdonor terug te geven, voordat het met verse steenkool wordt gemengd (20) FtC1. 2 Exeon Donor Solvent-procédé voor liet vloelbaar maken van steenkool
(to) deilile
_stookolie
steenkool
bodem produkt siuffiemenger
_______
gas
soivent
t
n
fleucoking
1
_
wate,stotfabnek
solvent- hydrogenenng
as recycting van solvent
In Zuid-Afrika (Sasol) wordt op grote schaal het klassieke FischerTrop sch proces toegepast voor de produktie van vloeibare brandstoffen. De Fisher-Tropsch synthese bestaat uit een katalytische reactie tussen koolmonoxyde en waterstof bij hoge temperatuur en druk. De voornaamste produkten zijn koolwaterstoffen (parafinen en olefinen).
- 15 -
Een tweetal fabrieken Sasol 1 en Sasol II zijn in bédrijf.Als over vijf jaar ook Sasol 1 II in gebruik is, zal Zuid-Afrika per jaar 14,5 miljoen ton motorbrandstof uit steenkool maken, hetgeen net zo veel is als Duitsland in de oorlog bereikte (bijlage 11). kolett -
:
- - - -
stoom
zuurstof (luchtscheiding)
Lurgi vergassar
gas vloeistof
teerproduktan
co H 2
urgi zuivering
Phenosotvj
Reisol - 85%C0+H2
•
gas 13% CH4 2%N 2 +CO2
ol cher- Tro psch
LGP benzine diesel stookolie wasprodukten chemische produkten
\ NH3 fertolen
afgassen
3
zuivenng
Sasot Zin Zuid-Afrika is in de eerste plaats gebouwd voor de produktie van vloeibare brandstoffen. Sasol z.produceert tevens o.a. akohoten, etheen en arnmonia. (Bron: F1' studie)
Door onder meer de afwezigheid van eigen kolenrnijnbouw wordt algemeen aangenomen dat deze kolenveredelirtg voor Nederland niet aantrekkelijk is.
t-iport van hoogwaardige produkten lijkt een meer voor de hand lig-
gende mogelijkheid, omdat dan de hoge transportkosten van steenkool worden vermeden en geprofiteerd kan worden van de lage steenkoolprijs af mijn. Zelfs in Amerika worden 1 iquefactie-technieken niet concurrerend geacht v66r het jaar 2000 (6). Niettemin worden op grote schaal demonstratieprojecten op touw gezet. Steeman (3) heeft een drietal toepassingen van de energiedragers aardgas, aardolie en steenkool doorgerekend, t.w. de opwekking van elektriciteit (1000 MW), de bereiding van ammoniak (capaciteit 1000 ton/dag) en de bereiding van SNG. Zijn conclusie luidde: Bij dehuidigeprijsverhoudingen lijkt alleen de direkte verbranding van steenkool een goede propositie. De bereiding van een substituut-aardgas uit steenkolen is nauwelijks haalbaar.
MMM Zodra echter, bij constante kolenprijzen, de aardgasprijs aanzienlijk zal gaan stijgen, bijvoorbeeld wanneer een over grote afstanden aangevoerd vloeibaar aardgas prijsbepalend gaat worden, kan deze vergassingstoepassing van steenkool aantrekkelijk worden. Het VEG-Gasinstituut is van mening dat nu reeds door de hoge prijzen van aardolie en hieraan gekoppelde prijs van het aardgas de kosten voor de produktie van SNG lager ligt dan de huidige aardgasprijs (21).
k:
fig.
Toepassingen van steenkool
TECHNIEKEN
TOEPASS NGEN
VERBRANDING
INDUSTRIE
-
poederkoolketels
-
wervelbedverbrandi ng
-
ondervuring t.b.v. warmte en stoom warmte/kracht
atmosferisch
-
onderdruk
-
grondstoffen
-
cokesfabrieken
PYROLYSE
OPENBARE ELEKTRICITEITSVERGASS ING
VOORZIENING
LIQUEFACTI E
-
ondervuring
-
warmte/kracht
STADSVERWARM 1 NG
Coal
Coal GastflctIon
G..StflcUOn
:Z 1
Alternative '
Methanatton
Altimattve
Methanol-
1 Syrithests
Gastflcntton
Hydrogenation
AJternative NNN Uquefled Co al Fischer-Tropach Syrtthests
i Up gTadtn g
Synthetic
Methanol as
Gasobne.
NaturaJ Gas (SNG)
GasoUne Supplement
Diesel Fuel Synthettc
Natural Gas
-
N Fuel Oti Diesel Fuel
Ajtersiative
Gasoline Plant
~
2
Ga.solane
Gasoline
- 17 -
3.
NATIONAÂL ONDERZOEKPROGRAMMA KOLEN (NOK)
In het najaar van 1979 is een Programma Voorbereidingscommissie
(pvc)
ingesteld met als opdracht het formuleren van een integraal programma voor onderzoek, ontwikkeling en demonstratie op het gebied van kolen. Het wegnemen van barrières die de introductie van steenkool in de weg staan is één van de belangrijkste doelstellingen van het Nationaal Onderzoekprogramma en met name van het demonstratiegedeelte daarvan. De PVC heeft haar voorstel in maart 1981 aan de Minister van Economische Zaken aangeboden. Het programma omvat
126 projecten. De uitvoering
hiervan zal in de komende vijf jaar een bedrag van ruim
f 936 miljoen
vergen. Ten behoeve van het onderzoekprogramma zijn een zestal taakstellingen onderscheiden. De milieu-aspecten hierin worden als volgt verwoord: - de afvoer en de verwerking van residuen moet op milieuhygiënisch verantwoorde wijze verzekerd worden - aan de handhaving van de kwaliteit van natuur en milieu zal de grootst mogelijke aandacht dienen te worden besteed. De volgende verdeling in projectcategorieën is gehanteerd: haalbaarheidsstudies algemeen onderzoek project gericht onderzoek . ontwikkelingsprojecten technische demonstratie op industriële schaal commerciële demonstratie. Ten aanzien van de laatste categorie is opgemerkt dat de gebruiksdemonstratie tevens een demonstratie inhoudt van het feit dat aan de eisen betreffende milieubelasting en bestemming van afvalstoffen is voldaan. Van de
126 projecten hebben een aantal betrekking op de mogelijke ge-
volgen van steenkoolgebruik voor het aquatisch milieu. In dit verband kunnen de volgende projecten worden genoemd waarbij tussen haakjes de projectcategorie is aangegeven.
3. integrale milieu-aspecten (1); betreft: studies en onderzoek van algemene aard
23. technisch economische en milieuhygiënische aspecten van de diverse zuiveringsmethoden (1); betreft: schone vaste brandstoffen kolenhandling: segregatie en bestrijding milieu-overlast
(2);
betreft: transport en opslag. controle op en beperking van water-, bodem- en luchtverontreiniging b i j op- en overslag
(3);
betreft: transport en opslag.
£Q • geavanceerde transporttechnieken,
mcl. milieu-aspecten
(L) ;
betreft: transport en overslag. 90. biologische waterzuivering t.b.v. Lurgi-vergassers
(3); betreft:
kol enconve rs ie.
103. standaardiseren uitloogproeven (i) ; betreft: verwerking residuen. 113. fysisch-chemisch gedrag (uitloging) (3); betreft: verwerking residuen. Voor de Organisatie van het NOK is in eerste instantie een Vrij ingewikkelde struktuur gekozen (Verwezen wordt hiervoor naar bijlage 3). In het regeringsstandpunt over het NOK wordt voorgesteld deze struktuur te wijzigen. Gekozen wordt voor een stuurnroep die verantwoordelijk is voor de besluitvorming en een managementbureau, belast met het afsluiten van contracten, de planning, de uitwerking en de voortgang van de projecten. Deze taken zul len aan de Nederlandse Ontwikkel ingsmaatschappij (NEOM) worden opgedragen. Voor de begeleiding van de projecten zullen op zeer beperkte schaal begeleidingscommissies worden ingesteld. Ten aanzien van het voorgestelde onderzoekprogramma,waarbij overigens het RIZA niet b±trokken is geweest, zijn een aantal kritische kanttekeningen te plaatsen. Afgezien van project 90 zijn er geen specifieke projecten, die de milieu-aspecten, met name betrekking hebbend op het afvalwater, bij kolenconversie bestuderen.
In het algemeen kan worden gesteld dat aan het aspect van wateremissies in relatie tot de proceskeuze en type kolen nauwelijks aandacht wordt besteed.
Er ontbreekt gericht onderzoek naar de wateraspecten van rookgasontzwaveling b i j conventionele verbranding.
- 19 -
In zijn commentaar op de Kolennota merkt de Voorlopige Centrale Raad voor de Milieuhygiëne ten aanzien van Onderzoek, Ontwikkeling en Demonstratie opdat een algemene gerichtheid op milieu-vriendelijke innovatie wordt gemist. Vanuit mi 1 ieu-oogpunt is hiervoor een pleldooi te voeren. Door schonere kolentechnieken te ontwikkelen, die het mi] jeu minder belasten kan Nederland zich een eigen plaats op de internationale kolenmarkt veroveren (7).
- 20 -
4.
KOLENVERGASSING
4.1.
Inleiding
Kolenvergassing is al een zeer oud proces. Vanaf 1793 werd vergassing met lucht en stoom uitgevoerd voor de bereiding van watergas dat werd gebruikt als snthesegas of stookgas.
Aan dit discontinue proces waren verschillende nadelen verbonden. Sedert de tweede wereldoorlog zijn een aantal vergassingstechnieken commercieel gebleken. Op elk van deze kolenvergassingstechnieken zal in de volgende paragraaf nader worden ingegaan. Bij het vergassen van kolen ontstaat een mengsel van koolmonoxyde (Co) kooldioxyde (c0 2 ), waterstof (H 2 ) en methaan
(CH 14 ).
De volgende reacties liggen hieraan ten grondslag. pyrolyse CHxOy(l-y) C+y C0-i- H 2 (1) 4H=+27,4 KJ/mol CHxOy(1 -y--.) C+yC0+.l-1 2 +.CH 4 (2) LH=+8, 1
KJ/mol
heterogene reacties Watergasvorming
: C+H 2 000+H 2 (3) H=+118,6 kJ/mol
Boduard reactie
: C-FCO 2
2C0 (4) LH=+160 kJ/mol
H y d ro ve r g a s s i n g
:
C+2H 2
CH 4 (5) j. H= - 87,6 kJ/mol
Partiële verbranding :
C+0 2 CO 2 (6) á H=-1406,5 kJ/mol C++O 2
C0 (7) H=-1214 kJ/mol
homogene reacties Shift - reactie Methanisering
CO+H 2 Og : C0+ 3 H 2
H 2 +CO 2 (8) zH=- 41,2 kJ/mol CH 4 +H 2 0 (9) AH=-206,2 kJ/mol 9
(AH geeft aan hoeveel warmte vrijkomt (-teken) respectievelijk benodigd is (+teken) bij de reactie) De mate waarin deze reacties optreden is afhankelijk van de gekozen temperatuur en druk. Bij drukken beneden 40 bar en temperatuur boven lijk de reacties (1) ,
0 1200 C treden voorname-
(3) (4) , (7) en (8) op. Er ontstaat dan een gasmengsel
voornamelijk bestaande u i t CO en
H 2 , als synthesegas geschikt voor de
bereiding van methanol en ammoniak. Bij drukken boven
40 bar en tempera-
- 21 0 tuur beneden 1200 C dient rekening gehouden te worden met het optreden van de reacties (2) ,
( 5)
en (9) . Door de vorming van methaan neemt de
verbrandingswarmte toe. Dit gas kan, na methanisering toegepast worden als SNG of als nienggas (8). Vergassing onder hoge druk heeft in het laatste geval als bijkomend voordeel dat injectie inhet ppleidingennet met een druk van 67 bar, goedkoper is. Bij verhoging van de druk wordt tevens de capaciteit van de vergasser verhoogd in verhouding tot het volume. Bij het gebruik van kolengas als mengqas worden eisen gesteld ten aanzien van het gehalte aan CO: 3 - 5 en H 2 : maximaal 10% in verband met brandertechnische eisen. De keuze van de temperatuur bepaalt de aard van de as. Vergassing met 0 temperaturen van 1 1400-1700 C levert gesmolten as. De energie-1eiernde reactie is de gedeeltelijke verbranding van de kolen. Hiervoor kan lucht en zuurstof worden gebruikt. Het nadeel van lucht is dat het gas relatief veel stikstof bevat, waardoor de calorische waarde afneemt. Zuurstof heeft als nadeel dat er hoge investeringen noodzakelijk zijn voor een luchtscheidingsfabriek. In tegenstelling tot de overige processen wordt bij het Esso-katalytische koIenvergassingsp.roces geen zuurstof of lucht gebruikt.(zie142.2.1.) In het kolengas kunnen geringe concentraties NH 3 , COS, H
S en HCN worden 2 aangetroffen. Bij vergassingen, uitgevoerd bij lage temperatuur dient men bedacht te zijn op de vorming van fenolen, teerachtige produkten en polycyclische aromatische koolwaterstoffen. Bij de verschillende vergassingsprocessen gelden eisen ten aanzien van de deeltjesgrootte van de kolen. ''Run-off mine''-kolen bevat
25 - 145
gew.% deeltjes, kleiner dan 3 mm, de
zg. 'fines". Indien grofkorrelige kolen is vereist kan een gedeelte van deze ufineshi in de huipketel ten behoeve van de stoomproduktie worden verstookt. De kwaliteit van het ontstane gas wordt uitgedrukt in calorische waarde (d. i . de hoeveelheid warmte die vrijkomt bij volledige verbranding). Wij onderscheiden: laag-calorisch gas
: 14-8
midden-calorisch gas
: 10-16 MJ/m 3
hoog-calorisch gas
: >21
MJ/m 3
MJ/m3
- 22
Ter vergelijking, het Groniriger aardgas (Slochteren) bezit een calorische waarde van 31,7 MJ/m 3 . Daarnaast wordt het begrip Wobbe-index gehanteerd als maat van de gaskwaliteit (noot 3, bijlage 1). Naast bovengronds vergassen is ondergronds (in situ) vergassen reeds vele malen in een aantal landen, met name de Verenigde Staten, onder verschillende omstandigheden geprobeerd. Tot dusverre heeft de praktijk uitgewezen dat deze methode een laag calorisch gas
(5 MJ/m 3 ) oplevert.
Het uiteindelijke doel om kolengas te produceren kan verschillend zijn. De belangrijkste toepassingen van kolengas zijn: - produktie van stookgas voor ondervuring voor de vorming van stoom en kracht ten behoeve van industriële aktiviteiten - produktie van gas voor een STEG-installatie (bijlage 2) - produktie van menggas om geîmporteerd hoogcalorisch aardgas (Noordzeegas:
35,2 MJ/m 3 ) op 'S]ochteren-kwaliteit 11 te brengen
- produktie van synthesegas, dat dient als grondstof voor de vorming van methanol (volgens: CO+2H 2
CH 3 OH) en ammoniak (volgens 3H 2 +N
2 NH 3 )
- produktie van SNG (substitute natura] gas), de vervanger van aardgas (volgens: CO+3HCH 4 +H 2 0) - produktie reductiegas voor de ijzer- en staalfabricage - produktie van vloeibare koolwaterstoffen
(indirecte liquefactie),
zoals benzine.
4.2.
Kolenvergassingstechnieken
In de loop der jaren zijn een drietal ko]envergassingstechnieken ontwikkeld, die op grote schaal kunnen worden toegepast. Deze technieken z i j n (fig. 5): vast-bed (moving-bed) proces wervelbed (fluidized-bed) proces meesleep (entrained-suspension) proces.
— 23 —
ïii 0 000 0001500 C
O•l40 •. b
W C lll b
1'
0 500 1000 1500' «C
qffidd .I (W
)
't
t—'
11 :
0 500 1000 1500 01 .H5 0
5*I•
flguur
5
(
•5tfld)
Kolenvergassingsprocessn
In dit hoofdstuk zullen deze processen nader worden besproken. Tabel
3 geeft een overigens niet volledig overzicht van kolenvergassings-
projecten in de wereld. In tabel geven.
14 zijn de karakteristieken van enige typen vergassers Weerge-
- 23 a -
Table 3 (a). Pilot Dlants for coal aasif2.cation
•
Process
Lurgi. gasiIcaion 'cnder pressure Ibchrkd.h1eûras-St,9aa'Lurgi (Lorsten)
Pressure bar
Po of coal cnarge
80-100
sta±ionary bed d.iy ash
Coal raw aerial all coals -
17
stationar bed licuicl slag
linpy coals
20
statioi1z7 bed. d.rr ash
all coals
3
eirtrained floçr
all coals
25
erreJ.ned flow
all coals gd.
0 1
entrained flow
Te:.co ?rccess 'aoacc 0ev. 0. (:rg:c), Variationen 101 Bureau of Mines (o1cen)
3Ç
entrained flow
all coals j==i
C0 7 -cceotor ?rocesc 0onsoîid.ation Coal Coo.r, aod. City)
10
en-trained. flow
'_ie and. nonocals
00-70
•enec. flow
all coas. :aan coal after
70-1CO
eirtrained. flow zultistage
gas coals ;referred
entraincd flow zul -tistage
all coals
eri-trained. Liow rultistage
gas coal s;zeferred
entrained flow muItistage
all ocals, coals after ore-treaezt
entrainecl flow rultistage
gas coals
entrainecl flow multistage
gas coals, oaking coals after Dre-trea
British 0-as Corp. (Cons. oi 14. US firac) Lurgi ('Jestfield)
(:v)
tea-Lu±gi (oneii)
Mopoers-Totzei: Prccess Tuuo-Kooers-he1i (1ernburg) 0 -tto.Ri-nmerl Process 0-tto-Saarbergbau (Saargebiet) ochtemp. .Ji'_ler(ET'!) ?rocess Pein. Brauni:ohi en'.rerke Techa. Eochie AacI.en
rrtane ?roc-eSs Bureau of Mines (braceon) ydzazie Proce.ss Bureau of Mines Coalcon Process Battelle/Union Carbide Corp. (ïest Jefferson)
20
7 or roze
Cogas Process Ccgas-Dev. Ccrp. (Leatherhend. ?rinceton)
5
1
Hy-Gas Prccess . ^ Tiistitute of Gas TechnoloW (Ch! cago) Bi-Gas Process Bituninous Coal Research (Homer City) Coal Gasification using 1-ieat of bigh temperature nuclear reactors Bergbauforschun; (Essen) ieinische Braunkohle (1esse1ing) Kern.fozschurigsanlage (Ji:ilich)
70-100
up to 100
40 80 -
--
-
Source: F. Bieger et al., "Kohle-Gaserzengung aus Kohie unc3. Kohlesset:ffen", UUer-n Ecycl. der techn. Ohem. 14 (1977) P. 357.
- 23 b Table 3 eb); coal zasification crocesses (Ma.rch 1980)
-
Coal 1 Product On-eteam 1 Coal bar charge fo= raw tsate.a1 '.crk from
Pro Cesa
Qen, Fede rai Reub1.i. c of 1.
2•
Lu-uhr 100 Ruhrgae-Ruhrkohle--Steag (Dorsten)
1
1:
statioary bed
all coals
dzy aah
1ips 2-50
SM, towc gas, synthe.s gas
1979
. 1
stat:Lonaxy bed
1py weak1y-ca.ng coüa
producer gas, water gas
Eochemp. Wjnk]er (EW) Rheinizche Bmihienwee (Prechen bei. Kom)
ma.x. 11
Lli.d.ized bed .ry aah
Ligaite + 1imesone
ynthee.is gas, reducing gas, SRG
1978
Sheli-Ko-opers Deuache Shell iC (Ea.shirg-Earbrg)
25-35
entrained mv
all coals
turbime gas, synthess gas, red.ucing gas
1979
exitra.ined mcv U4tlid slag
bitmoua coal -
sthesis gas, reducg gas
1978
entraimed iov Liquid slag
all zoals grvund to
s'nthes.s gas, reduc.ng gas
1979
=J Kohlegallordrhe.n-PCV (ijcke1boven)
Teraco Rohie-Rubrohenie Sarberg-.)tto Saarbegverke (Dr.C .0tt-o Fstenauaen)
-.
raz. 100
-
-
CT cr Kosication ier essure arbcz Das Tecc1or-?CVUtso 3aococ
.
.
40
T
.
az. 25
1 1979
< 3 stationary bed
..•
eed
va.ous coal fraction
s'ntnesis gas,. i 1983/81 red.uc.ng gas,
o1 -r..ncus
C. :own gas. recUc.o.o .s
coaj
197
:sacor ZOOSI
;..aj :Dacaoo l2
11.
..ajzed eed
gzi. -. 2
15WCOC
2V Staag-i.ur. LÜne) VEW egrated viti gas turolzie (Dot=d)
.2.
oat. 95
Daaj cc . steel con-
i aah
Luncy coale t'..tbane gas,
! 1
enttaimed flov
coal d.ust
S-free coke fuel gas
.
entra.ined flow
coal iust
fuel gas reducLng gas
40-60
fluid.ized bed
-
25
statiocary bed
all coals
low- and 1 1976 med.iun calori.lic gasesi
all coals, ng coals alter pre.. treaent
SNG
ZaZ. 25
sea;..00a.r7 bed
i -.eak gas,
1977 1978/79
2cer-latttte 13
Methaization of ccaj. gas Thyssengas-Did.ier (Oberhausen)
fiished
Coited States of inerica Ii. General Electrhc (Schenec1tad7, r.i.) EYGAS Institute of Gas Techn1or (Chicago, Iii,)
COG.S
60-70 1 floidised bed, mel..i-etage
5
lti-etage
Cogas-Dev. Como. (Princeton, N.J.) U-Gas DCE (Chicago, En, (aytown, Teras)
gas coals pralerred
1973
light oils, tars
4 fluidised bed
fuel gas 1978
liquid slag
35 1 fluid.ized bed T ?oc ° C
SNO, towa gas -. ftzel gas
1978
-
-
Table 3b). Coe.l gasification orocesses (Narch 1980) (contnied) -
Procees
Coal Product Preesliro Coa]. 1 bar obarse fo : raw mateai 1
york £Ivm
United. States of inerica (cont)
Syntba.ne DCE (Bruceton., Pa.).
ca. 30
CO,..Âcceptor Cooco Coal Dev. (B&pid city, S.D.
10-15
lOT Steam Lron = (D(S) (cb. cagc,
mat. 60
Bi -r=i=us Coe.l lesearuh (Nonzcevalle, Pa.)
entrained ilow v.th CaO
llate and.
1978/79 finised
G, fuel gas 1972/77 finised
bart coals fluid.ized bed culti-etage
all coajs
h'dregen 1973/77
flu.id.ized bed two-etage
a.11 coals
zo
1977
(er nore) na.. 14
fluidized bed
bv and nedium-caj.o.fic gases
yee
zax. 16
iluidieed bed
7
Coalcon Battelle-Union Carbid.e (West Jefferson, Obio) WetinO118e DCE (Pittsburg)
all coals, flw.d.ized bed ca.ng coal s d17 aah after pretreatment
T all eoals
1ev caloraf.ic yes gas
Nxaco Tecc Dev. (MotebeL-e, Cs.lif.)
x. 60
antreaned flow L.quad. slag
ïall coala groumd
uel gas, 1974 synthesas gas,
Bi-.'as Process DCE oner C.'y. Pa.)
.n.l0C
entra.ned flc,w lti.-etage ...qu.c slag
all coals
SflG
sas :cal
300. ana eenaun eens ceice
ow
us11-Eyane a.
i 1976-78
300.
weoser toc1C3
eo J.ov l.au.i slag
9. aQCOc5-.J...00X Ll.anO9. ea. 2
C.
Cmbus.on Biginernng (Winoso, c0.) ?.eckgas itcIcs Ieataonal (Senta Si.sas.,
al. cais
sncra.nec rew cwoscage L.quad slag entra].ned flow
1 max. 1C
as. T.cnes.z gas : s con ser fu. gas 1 yes yes
ontraaned fiow Iia2 20_-alt batb
Otner counaee Lurga Slaggang Gaaiier Bri ci an Gas Cc i• . -LurgaCOnO 00 (Wescfield., United .ngdon)
30 stat.onac7 bed 1py coa.ls
Britisb Gas Ceposite Gasifie (United Lingd.om)
combined statiobed antreinedflov'
CdP' (?rce)
combined vith coa.1 liquefaction
U-Gas, lOT, VEG-Gasinstitut (Netherlands) Sianoto (Japan) Underd gasifi cation (nodel plant) (Tulin, Bclgaiin)
G, fuel gas
1
•
entained üow iron/steol bath
1974-79 finisbed
Liquid slag
G, fuel gas
380
project
roject
1ev calorific gas, teun gat
project
fuel gas, reducing gas
1980
eet 380
Sourcos F -gor et al., "Kohie, Gaserzcngung aus Kohle =d Xohlcewasaerstoffen, Ulleenes Encycl. ic-r tech. Chem. 14 (1977) p.357 -. C. Brecnt, B.W. Gxatkows., G. Ecffnn, 'Coal gasificaton and hydrogenatice', Intesnt. 29 (1980) p.367
Tabel 11: Karakteristieken vaii enige typen vefjsur5
Lurgi druk (bar) jehpe-atuur ( ° C)
25-30 700-1200
deeltjesyrootte (iiie)
WERVEIIIED l'ROLES
Lurgi-slagging
Winkici
IIEESLEEP PROCES U-gas
Kuppeis-Tcntzek Shel 1-Koppers S
40 800-1000
9001300
1100-1500
<0,5
lignlet
IIj:ilcL
ligniet
bi tunulneus
bi tisnineus
bi t inn i heus
(uuuat g bakkend)
(uiiat
80
55
alle
i j bakkeuud)
70-130
73
14 11,372)
16,10
11,32
11,2
13,152)
25,79
13,311
0,32-0,4'
0,27-Ü.31
/0-80 52,5 11,6 15,96 0,28-0,38
mln. 1150
uiului. 100
IIIdx.
theruuulsch rendement
75-85
calorische waarde (Mum3 )
15,7
Wobbe-Index (Mum 3 )
211.73
Texaco
30
51100- 5700
0-8
6-40
soort kolen
unenyverhouding
VASTBED PROCES
II , 12 12,59 0,26-0,36
kolenyas/Noordzeegas
t
stoounverbruik assmel tpuuut ( ° C)
11150 Ni
samenstelling gas (%)
1)
2)
5)
3)
i)
ii
2)
5)
11 2
38-42,5
26
110,85
59,99
35 - 115
115 115
30
co
15-25
59
54,111
21,63
30 - 50
36 25
55-60
11,77 33,22
3,06
13 - 25
16 29
10-12
E11 11
9-11
8
9.71
13,68
1-5
2 1
0,1
N2
1-1,5
1
0,87
1,24
1-5
S
CO 2
29 - 31,5
H2S
0,5-5
t
0,5
29,! 611,9 1.6
11,3
200 pp
( ID ppurs
COS/HCN/NH 3 NH 3
S
S
c 2 ii 4
0,06
0,06
C 2 15 6
0,39
0,311
C 3 H6
0,01
-
c 3 Ii 8
0,09
-
Ar
0,5
H 0 2
I) ruw gassanuenstelling gezuiverd kolengas synthesegas (t.b.v. methanolpu- oduktie)
t)
30 - 40 45 55-20
1-4 0.5
1,13
0-
- 24 -
4.2.1.
Vast-bed vergassers
In dit type vergasser wordt relatief grove kolen (3 - 30 mm) boven in de reactor gebracht. De zuurstof (of de lucht) en de stoom worden onderin ingevoerd (tegenstroomprincipe), De as wordt onder afgevoerd. In het onderste gedeelte van de reactor vindt de verbranding plaats (1100-1200 ° C) ) in het midden de eigenlijke vergassingsreacties (800-1100 0 c)
en bovenin de pyrolyse (350 - 500 0 0 . Als gevolg van deze
lage temperatuur ontstaan ongewenste nevenprodukten, zoals fenolen, teer en polycyclische aromaten, die door het gevormde kolengas worden meegenomen. Het zuurstofgebruik is laag, terwijl het stoomgebruik hoog is, hetgeen een grote hoeveelheid afvalwater met zich meebrengt. Het produktgas bevat een aanzienlijke hoeveelheid methaan. De bekendste vertegenwoordiger van de vast-bed vergassers is het Lurgi-proces. De eerste commerciële installatie dateert uit 1936. In Zuid-Afrika wordt op grote schaal kolen vergast volgens het Lurgi-procédé (Sasol) (fig.
3). De pro-
cescondities, alsmede de samenstelling van het gas zijn vermeld in tabel 4. Bij het klassieke Lurgi-proces worden de condities zodanig gekozen dat de maximale temperatuur beneden het smeltpunt van de as blijft. Er worden proeven uitgevoerd met gesmolten asafvoer bij verhoogde temperaturen, het zg. ''slagging-process". Naast een toename van de capaciteit valt een afname van het stoomgebruik te constateren. Nieuwe ontwikkelingen gaan ook in de richting van verhoogde drukken, met als gevolg een toename van het methaangehalte (10 - 15%) in het produktieproces. Tenslotte kan nog worden opgemerkt dat de te vergassen kolen slechts gering bakkend mogen zijn (fig.
7).
(Onder "bakken" wordt verstaan het samenklonteren van de kolen als gevolg van een wijziging van de struktuur).
4.2.1.1. Lurgi-vergasser-Eemshaven (Gasunie-project)
De Nederlandse Gasunie verwacht in het midden der tachtiger jaren een overschot aan hoogcalorisch gas, deels veroorzaakt door een toenemende import, deels door de afbouw van de exportcontracten. Dit heeft tot gevolg dat hoogcalorisch gas geschikt gemaakt moet worden voor gebruik in de openbare sector en dus geconditioneerd moet worden op Slochterenkwaliteit. De Gasunie heeft gekozen voor conditionering met midden-
- 25 -
calorisch kolengas. Medio 1977 zijn door Lurgi en, in een later stadium DSM, onderzocht welke vergassingstechniek de meest aantrekkelijke hiervoor is. De feasibility-studie heeft de Gasunie doen besluiten het L.urgi-zuurstofproces te selecteren. De volgende overwegingen zijn hierbij gemaakt: Lurgi beschikt over een grote ervaring, op grond van de sedert 1955 geînsta]]eerde vergassers te Sasol. Het Lurgi-proces werkt bij een druk van 30 bar, zodat injectie in het hoofdtransportnet goedkoper is dan indien gebruik wordt gemaakt van de commercieel beschikbare Winkler en Koppers-Totzekvergassers. (Overigens is de druk bij het nog niet commerciële Shell-Koppersproces ook 30 bar) Het CO-gehalte van het produkt gas is geringer, waardoor slechts een deelstroom de CO-conversie moet ondergaan om aan de gewenste specificatie te voldoen. Naast het gebruik van kolengas als menggas gaan de gedachten uit naar de co-produktie van kolengas en methanol. Dit laatste houdt in de bouw van een derde methanolfabriek door Methanol Chemie. De vergassingssectie zal uit acht vergassers en één reserve bestaan. Het moge duidelijk zijn dat de Gasunie, die het project heeft gepland op het industrieterrein Eemshaven, direkt op commerciale schaal kolen wenst te vergassen. Het stadium van een proefinstallatie wordt overgeslagen. De Gasunie denkt begin 1982 een bes] issing te nemen over het al of niet doorgaan van het project. Een schema van de installatie kan in bijlage
5 worden aangetroffen.
Op de samenstelling van de afvalwaterstromen wordt in een volgende paragraaf ingegaan.
4.2.2.
Wervelbed vergassers
In de fluîd-bed- of wervelbedreactor wordt fijngemalen kolen (<10 m) met behulp van zuurstof en stoom in een fluîde-toestand gebracht, waardoor een uitstekende warmte-overdracht mogelijk is. Door de relatief lage temperaturen ontstaan ongewenste bijprodukten. De temperatuur dient zodanig te worden gekozen dat de as niet gaat smelten. Een nadeel
- 26 -
van dit proces is de atmosferische druk, waardoor het volume van de reactor groot is in verhouding tot de capaciteit. Er zijn proefnemingen gestart voor vergassing bij hoge temperatuur en druk. Matig bakkende kolen zijn voor dit vergassingsproces geschikt. De aanwezigheid van "fines" levert geen problemen op. Er treedt geen volledige omzetting van de steenkool op (laag koolstofrendement) De Winkler-vergasser werkt volgens het principe van de wervelbed-vergasser. De eerste commerciële installatie werd in 1926 in gebruik genomen. Sindsdien zijn tenminste zesendertig vergassingseenheden gebouwd (6). Hoewel de klassieke Winkler-vergasser bij 1 atmosfeer werkt, lijkt een druk van 8-1 1+ atmosfeer optimaal. De moderne ontwikkelingen op het gebied van vergassen in een gefluîdiseerd bed zijn gericht op het werken bij hoge druk (40-80 bar) met meerdere bedden in serie. Voorbeelden van deze ontwikkeling, die in het bijzonder is gericht op de produktie van SNG, zijn het Hy-gas, Bi-gas en Synthane-proces.
4.2.2.1. Esso-Katalytische kolenvergasser - Europoort (Esso-project)
Exxon (de Amerikaanse "moeder' van Esso Nederland) heeft een katalytisch procédé voor het bereiden van synthetisch aardgas ontwikkeld. Door gebruik te maken van een katalysator, in dit geval kaliumhydroxyde, worden de drie reacties, die nodig zijn om uit steenkool methaan te produceren uitgevoerd in één vergassingsstap. De hoeveelheid warmte, die vrijkomt bij de vorming van methaan is juist voldoende om de reactie tussen steenkool en stoom te doen verlopen. De verbranding van de kolen met zuurstof kan bij dit proces daarom achterwege blijven. De vergassing wordt uitgevoerd bij lage temperatuur, 700
0
C en verhoogde
druk, 30 atm. volgens het wervelbedprincipe (de lage temperatuur is noodzakelijk om het evenwicht aan de methaan-kant te leggen). De katalysator wordt als een dunne film op de kolen aangebracht. In tegenstelling tot andere wervelbed-processen is het hierdoor mogelijk vrijwel alle soorten kolen te vergassen. Het grootste deel van de katalysator wordt uit de as teruggennen. Het restant blijft als onoplosbaar kaliumaluminiunisilicaat achter. Het gevormde methaan wordt door middel van destillatie bij lage temperatuur (cryogene destillatie) afgescheiden (20).
- 27 -
Esso Steenkool Technologie b.v. overweegt om in de Europoort een proefinstallatie te bouwen met een capaciteit van 90 ton steenkool per dag. De proefinstallatie zal slechts gedurende een beperkte periode
(1985 - 1988) In 1979
in bedrijf zijn.
is in Baytown (Texas) een proefinstallatie met een capaciteit
van 1 ton per dag in bedrijf genomen. Ten aanzien van de afvalwaterbehandel ing zal de installatie in Nederland de nodige informatie moeten leveren. Bijlage 6 bevat een vereenvoudigd processchema.
4.2.2.2. U-gas-proces - Amsterdam (VEG-Gasinstituut-project)
Een voor Nederland wellicht interessante ontwikkeling is het U-gas-proces. VEG-Gasinstituut heeft een overeenkomst afgesloten met het Institute of Gas Technology in Chicago voor de aankoop van kennis voor dit U-gas-proces. Doel van deze kennisaankoop is het voorbereiden van een eigen proefgasfabriek in Nederland, die in
1985 operationeel zal moeten
zijn. Als vestigingsplaats komen Groningen, Zeeland en Amsterdam in aanmerking, waarbij de beste kansen voor Amsterdam liggen. Er zijn contacten gelegd met het GEB te Amsterdam, die het gas uit de proeffabriek wil benutten voor ondervuring (centrale Hemweg)
4.2. 3.
(21).
Meesleep-vergassers
Bij 'entrained-suspensio&' of meesleep-processen worden fijngemalen kolen (<0,1 mm) te samen met het vergassingsmedium in de reactor geleid. De reacties worden uitgevoerd bij zeer hoge temperaturen, waarbij de reactietijd zeer kort is. De hoge temperatuur heeft als gevolg dat geen ongewenste nevenprodukten worden gevormd. De as wordt in gesmolten toestand afgevoerd. Het zuurstofgebruik is relatief hoog. Er ontstaat een opmerkelijk schoon produkt voornamelijk uit CO en H 2 bestaand en dus erg geschikt als synthesegas. Er worden nauwelijks eisen gesteld ten aanzien van het type kolen. De oudste vertegenwoordiger van deze vergassingstechniek is het KoppersTotzek-proces. Vanaf 1952 worden volgens dit proces op commerciële schaal kolen vergast bij atmosferische druk.Er bevinden zich circa zestien commerciële plants die het lage druk Koppers-Totzek-proces
toepassen voor de produktie van ammoniak u i t synthesegas
(6)
In Nederland wordt een tweetal proefinstallaties volgens het principe van de meesleep-vergassing voorbereid, ni. het Sheli -Koppers-proces door Shell te Moerdijk en het Texaco-proces door GEB (Rotterdam) en KEMA op de Maasviakte.
4 .2.3.1. Shell...Koppers..vergasser - Hoerdijk (Shell-project) Het Sheil-Koppers-proces is vanaf
1974 in ontwikkeling. Sinds december
1976 is op het Shell-Laboratorium te Amsterdam een proefinstal]atie in bedrijf met een capaciteit van 6 ton kolen per dag. In
-
1978 is in Harburg (West-Duitsland) een grotere proefinstallatie met
een capaciteit van 150 ton kolen per dag gerealiseerd. Omstreeks
1985
zullen naar verwachting twee kolenvergassingseenheden van elk 1000 ton per dag in resp. Moerdijk en West-Duitsland operationeel zijn. Het uiteindelijke doel zijn commerciële installaties met vier tot zeven eenheden met een capaciteit • van 2500-3000
ton kolen per dag voor elke eenheid.
Men hoopt dit omstreeks 1990 te bewerkstelligen. De geplande kolenvergasser in Moerdijk is ontworpen voor een produktie van 2,3 miljoen Nm 3 gas per dag bestemd voor een door de PNEM te bedrijven STEG-eenheid (130 Mw). De temperatuur van het proces is zodanig gekozen dat alle in de kolen aanwezige as smelt. De gevormde slak komt Vrij in de vorm van bruin-zwarte glasachtige deeltjes. Het geproduceerde gas bevat in tegenstelling tot het Lurgi-proces, geen teer en fenolen. In het proces is de mogelijkheid ingebouwd om het ontstane vI iegsmelt naar de reactor terug te voeren. De thermische efficiency van het proces bedraagt ca. 80 0 . In tegenstelling tot het Koppers-Totzek-proces wordt bij dit proces een druk van 30 bar gehanteerd. De zwavelhoudende coniponenten in de gasstroom worden omgezet in elementair zwavel. Bijlage 7 bevat een vereenvoudigd processchema van de proeffabriek. Kenmerkend voor het Shell-Koppers-proces is het beOefkt stoomgebruik, het hoge gehalte aan CO en H 2 in het produkt gas, de relatief eenvoudige gaszuivering, vanwege het geringe gehalte aan CO 2 in het gas, de mogelijkheid om een groot scala van kolensoorten te vergassen. Bijlage 8 geeft aan dat de samenstelling van de kolen van invloed is op samenstelling van het produktgas.
- 29 -
Texaco-vergasser - Maasvlakte (GEB/KEMA-project)
GEB Rotterdam en de KEMA, in samenwerking met de Nederlandse Ontwikkelingsmaatschappij (NEOM), hebben het plan opgevat om op de Maasviakte een kolenvergassingsfabriek, volgens het Texaco-procédé, te bouwen. Bij het Texaco-proces worden de kolen als een slurry in de reactor gebracht. Het moge duidelijk zijn dat uit oogpunt van energiekosten het zaak is een zo geconcentreerd mogelijke slurry te maken. Momenteel is het mogelijk een slurry met een droge stofgehalte van 60-65 gew. °/ te maken.
De slurry wordt met zuurstof bij verhoogde tempera-
tuur en druk vergast. De zwavel uit de kolen is voornamelijk als zwavelwaterstof in het gas aanwezig. Deze zwavelwaterstof wordt uit het gas verwijderd en vervolgens in elementair zwavel omgezet. In eerste instantie zal de proeffabriek bestaan uit één vergasser met een capaciteit van 500 ton steenkool per dag.
Na reiniging zal dit
gas worden verstookt in een gasturbine van 25 MW. Het is de bedoeling dat hiermee vooral ervaring wordt opgedaan met het vergassen van steenkool, het reinigen van het gas en het verstoken van kolengas in een gasturbine. Na deze eerste beproevingsfase ligt het in de bedoeling de installatie uit te breiden met een tweede vergasser, eveneens met een capaciteit van 500 ton per dag, een tweede gasturbine en één gemeenschappelijk, na de gasturbines geschakelde stoomketel en stoomturbine. Hierdoor wordt de capaciteit tot ca 90 MW uitgebreid. In bijlage 9 is een vereenvoudigd processchema opgenomen.
4.2.4.
Humboidt-vergasser (KHD Humboldt Wedag AG-project)
Een kolenvergassingsproces, dat eigenlijk niet onder te brengen is bij één van de drie eerder genoemde typen kolenvergassingsprocessen is het Humboidt-kolenvergassingsproces dat in Duitsland door KHD Humboldt Wedag AG wordt ontwikkeld. Dit proces, dat dateert uit de zeventiger jaren, is gebaseerd op het oplossen van koolstof in vloeibaar ijzer en aansluitend de reactie van koolstof met vergassingsmedium (zuurstof, lucht, stoom) en met ijzeroxyde respectievelijk volgens, 2Fe + 0 2
-7
2FeO, FeO + C --Fe + CO
Het kooistofgehalte in het ijzer bi ijft constant (ca
3,5%)
- 30 -
Het ontstane kolengas
(12,5 MJ/m 3 ) bevat voornamelijk koolrnonoxyde
(65%) en waterstof (35 °i). Nagenoeg geen kooldioxyde (<0,3) en methaan
(
worden gevormd. Dit gas is uitermate geschikt als
reduktiegas en synthesegas. Kooldeeltjes tot 3 mm kunnen worden vergast met een conversie van 98?. De temperatuur van het autotherme proces ligt tussen 1350-1400
0
Op het "ijzerbad" wordt een vloeibare slak gevormd. Door toevoeging van calciumoxyde verkrijgt de slak een basisch karakter waardoor het zwavel uit de kolen reageert met ijzer tot îjzersulfide dat op zijn beurt met calciumoxyde tot de vorming van calciumsulfide aanleiding geeft. Dit calciumsulfide wordt opgenomen in de slak. Het gevolg is een kolengas met een zwavelgehalte van minder dan 20 ppm. In West-Duitsland is bij atmosferische druk ervaring met het proces opgedaan (i ton kolen per uur). Gepland is een installatie niet een capaciteit van 10 ton kolen per uur. De kolen zullen bij drukken tussen 2-10 bar worden vergast. De installatie dient eind 1982 operationeel te zijn. Binnenkort zal een bes] issing worden genomen over de vestigingsplaats: Nederland (Rotterdam) of Duitsland. De installatie zal 20.000 m 3 gas per uur produceren, alsmede 2 ton slak per uur en 20 m 3 afvalwater per uur. Een flow-schema van het proces treft u aan in bijlage 10. In tabel
5 wordt een overzicht gegeven van de voor Nederland rele-
vante kolenvergassingsprojecten.
C.
Tabel 5: Kolenvergassingsprojecten in Nederland
PROCES
LURGI
SHELL-KOPPERS
TEXACO
ESSO-KAT.VERGASSING
U-GAS
HUMBOLDT
opdrachtgever
Gasunie
Shell
GEB/KEMA
ESSO
VEG-Gasinstituut
KIID Humboldt Wedag AG
locatie
Eemshaven
Moerdijk
Maasvlakte
Europoort
Amsterdam (?)
Rotterdam (Botlek) (7)
startproduktie
begin 1986
19 8 5
1986(1e fase) ,1988(2e fase)
eind 1985
1983
1989
1985 - 1986
1990
uit bedrijf
toepassing
menggas,
gas tbv STEG
gas tbi STEG
produktie
kolengas
synthesegas tbv methanolproduktie
(PNEM)
(2 gasturbines(2x25W) 1 stoomturbine( 110W) )
met haan
kolendoorzet
ca 6000 ton p/d (2.000.000 ton p/j)
1100 ton p/d
1000 ton p/d
90 ton p/d
1700
1700
700
1+0O
30
30
30
2-10
temperatuur( ° C) 750 druk (bar)
30
70-80 ton p/d
21+0 ton p/d
0)
- 31 -
4.3.
Schema kolenvergassingsinstallatie
In onderstaarid schema zijn de verschillende onderdelen van een kolenvergassingsinstallatie weergegeven. CO-shift 8
ops i ag ( 1
)I
1 1..
som
1
stof
afgasketel
gaszuivering (9)
(7)
afscheiding L_
n (2) • drog en F
elt(10)1 erugning E:
as
luchtschei ding (3)
L afval waterbehandel ing
(12) 1
zwavel
S toomp roduktie (4)
kol engas - (
1
synthesegas--i methanisering' -----L.
fig. 6: schema kolenvergassingsinstallatie
Een aantal van de bovengenoemde onderdelen van de vergassingsinstallatie zullen nader worden toegelicht. Hierbij zullen de specifieke procesonderdelen van de verschillende vergassingsprocessen met elkaar worden vergeleken.
Algemene onderdelen: (4) stoomproduktie: Stoom is bij de meeste processen een noodzakelijk component bij de vergassing. Daarnaast wordt stoom toegepast bij de gaszuivering (strippen). Bij kolenvergassing, volgens het Texaco-procédé wordt geen stoom gedoseerd, maar wordt de kolen als slurry naar de reactor geleid. (6) afgasketel
: Het hete gas, afkomstig uit de reactor wordt gekoeld in een afgasketel (waste heat boiler), waarin hoge-drukstroom (Sheil-Koppers, Texaco) of lage-drukstoom (Lurgi) wordt geproduceerd.
- 32 -
CO-shift
: Reactie, waarbij het koolmonoxyde-gehalte in het gasmengsel wordt verlaagd volgens: CO+H 2 0 CO 2 +H 2 . De reactie wordt toegepast om, indien het gas als menggas wordt aangewend te voldoen aar een CO-eis 3-5% en indien het synthesegas betreft, de verhouding CO/H 2 te optimaliseren. De gewenste H 2 /CO-verhouding voor verschillende produkten, die bijvoorbeeld met synthesegas als grondstof kunnen worden vervaardigd, is in tabel 6 weergegeven.
- Table H/-ratio needed for syntheci.-s of clifferent chemical conmoimcîs
Product cetic acid Oxo-alcôhols
1r_0Ps_Methano1 1 pi'oducts
H2 /C0-ratio 0 - 0.02 1 1.0 - 1.2 1.6 - 2.3 2.0-2.3 Additional nethanci uroDylene CO 00 2 2 2 reactants (=1/3 H2 ) Source: H. Teggors, IIProspects for chemi caJ. syntheses based on gas from coal", Symposium on the Gasification and Liquefrction of coel, Katouice 1979, General Report I. / Process according to BASP and Ruhrchemie.
gaszuivering : Het gas bevat de verontreinigingen, die verwijderd moeten worden. De belangrijkste zijn: H 2 S, COS, HCN en NH 3 . Het merendeel van de zwavel is als zwavelwaterstof aanwezig. Bij toenemende temperatuur stijgt het gehalte aan carbonylsulfide
(cos)
en zwavelkoolstof
(cs 2 )
ten koste van
het H 2 S-gehalte. Ammoniak is de belangrijkste stikstofbron in het kolengas. Bij oplopende temperatuur daalt de ammoniakproduktie snel
(4)
- 33 -
In verband met de afvalwaterzuivering moet men bedacht zijn op de aanwezigheid van thiocyanaat (CNS) , ook wel rhodanide genoemd. In geval van methanolproduktie dient het gas van CO 2 te worden ontdaan om aan de gewenste specificatie te voldoen (max
3%
CO 2 ). In bijlage 11
wordt een overzicht gegeven van diverse gaswassystemen. Voor een aantal specifieke vergassingsprocessen zal nader op de gaszuivering worden ingegaan. Sheil-Koppers-proces: Waterstofcyanide en ammoniak worden in een waskolom uit het gas verwijderd. Het waswater wordt in een gesloten systeem in een zuur-water stripper met behulp van lage druk stoom gestript. De gestripte gassen worden naar de zwavelwinningsinstallatie afgevoerd. Voor de verwijdering van zwavel-houdende componenten is het MDEA/Sulfinolproces gekozen, een absorptie-proces met als oplosmiddel MDEA (methyl-diethanol-amine) , sulfolaan en water. Het proces bestaat uit twee stappen. Ten eerste de absorptie van zure en zwavelhoudende componenten uit het voedingsgas bij ca 25 bar in een absorptiekolom, vervolgens de regeneratie van de MDEA/Sulfinol oplossing door verwijdering van de geabsorbeerde gassen bij ongeveer atmosferische druk en verhoogde temperatuur in een regeneratiekolom. Ht zure gas uit de regenerator wordt na een verrijkingsstap naar de zwavelwinningsinstai latie geloosd. Texaco-proces (Maasvlakte) : Het stofvrije gas wordt ontzwaveld in het zogenaamde Benfield-proces, dat gebruik maakt van een hete geactiveerde waterige kalium-carbonaat-oplossing als absorptie-vloeistof. S en COS ge2 zuiverd onder een druk van 28 bar. Het desorptieproces geschiedt
Het te reinigen gas wordt in een absorptiekolom van H
bij verlaagde druk (ca 1 bar) Een sterk punt van dit Benfield-proces is dat absorptie en desorptie 0 bij ongeveer dezelfde temperatuur plaatsvindt (ca 100 c). Het gedesorbeerde zure gas, voornamelijk bestaande uit CO2
(900) én
S (io?) wordt naar de zwavelwinningsinstallatie geleid. Het ont 2 zwavelingsrendement van het Benfield-proces bedraagt ca 88%.
H
- 34 -
Lurgi-proces (Eemshaven) . In het proces is een twee-traps Rectisolproces opgenomen, een fysische absorptie methode met behulp van methanol. In de eerste stap worden de zwavelverbindingen en de nafta verwijderd. In de tweede stap wordt het voor de methanolsynthese bestemde kolengas grotendeels van CO 2 ontdaan. Esso-proces (Europoort) . Esso is voornemens voor de gaszuivering glycol (selexol) als absorptiemiddel toe te passen. In een eerste stap S en een deel van de CO 2 verwijderd. In de volgende stap 2 wordt het gas van het restant CO 2 ontdaan. Het kolengas dient een
wordt alle H
zeer hoge zuiverheid te zitten, opdat bij de cryogene destillatie geen problemen ontstaan.
(10) zwavelwinning: Het meest gebruikte zwavelterugwinningsproces is het Claus-proces. Met dit proces, dat verantwoordelijk is voor ca 20 van de wereldproduktie aan zwavel
(23), is voldoende technologische ervaring
opgedaan. Naast de behandeling van zwavelhoudende bestanddelen worden stikstofhoudende componenten in elementair stikstof omgezet. Het Claus-proces wordt toegepast in het Sheli -Koppers-proces en het Lurgi-proces van de Gasunie. Bij het Sheli-Koppers-proces wordt de volgende procesvoering gehanteerd. Ongeveer een derde van de totale voedingsstroom wordt in de hoofdbrander volledig verbrand tot zwaveldioxide, volgens H 2 S + O22SO2 + H 2 O. Het gas wordt hierna gekoeld in een ketel, waarin lagedrukstoom wordt geproduceerd. Het uittredende gas wordt gemengd met het resterende voedingsgas en met behulp van een brander verhit, waarna in de reaktor de katalytische reaktie plaatsvindt: 2 H
2
S + SO 2
3 S + 2 H
2
0
Als katalysator wordt geaktiveerde aluminiumoxide gebruikt. Het reaktiegas bevat zwaveldamp, waterdamp, zwaveldioxide en zwavelwaterstof. Dit mengsel passeert een condensor, waarin de zwavel condenseert. De vloeibare zwavel wordt afgevoerd naar de zwavelput. Teneinde een vrijwel volledige omzetting in zwavel te verkrijgen ondergaat het gas nog twee van deze reaktiestappen. Tenslotte passeert het gas nog een katalytische naverbrander, waarin de laatste sporen
- 35 -
zwavelwaterstof worden omgezet in zwaveldioxide. Het rookgas gaat hierna naar de schoorsteen. De katalysator van de naverbrander bestaat uit geaktiveerde aluminiumoxide waarop koper- en bismuthoxide is aangebracht. Ook hier zal voor een aantal specifieke vergassingsprocessen nader op de zwavelwinning worden ingegaan. In het Lurgi-proces van de Gasunie is een twee-traps Claus-eenheid opgenomen met een efficiency van 92,6°. De literatuur geeft een rendement van
95
tot 98 (23)
Voor het Texaco-proces op de Maasvlakte wordt het Stretford-proces toegepast. Hieronder volgt een beschrijving. Het zure gas uit het Benfieldproces (ca 90, CO 2 ca 10 0 H 2 5) wordt naar de Stretfordinstal lat ie ge1ei d, waarbij de zwavelwaterstof nagenoeg kwantitatief wordt omgezet in elementaire zwavel. De absorptievloeistof van het Stretfordproces bestaat uit een waterige oplossing van anthra-quinon-disalfon-zuur (ADA) natriumvanadiumzout (NaVO 3 ) en natrium-carbonaat met verscheidene andere additives. De procesgang is als volgt: de zwavelwaterstof wordt door het natriumcarbonaat in de Stretford-oplossing geabsorbeerd en vervolgens door het natrium-vanadiumzout omgezet in elementaire zwavel. Het ontzwavelde gas komt boven in de absorptie-kolom vrij. De oplossing van de absorptie-kolom wordt vervolgens naar een geroerde tank geleid waar door het inblazen van lucht het vanadiumzout met behulp van ADA in zijn oorspronkelijke vorm wordt omgezet. De zwavel wordt door het inblazen van de lucht d.m.v. flotatie afgescheiden en verder tot zuivere elementaire zwavel opgewerkt. De elementaire zwavel wordt in vloeibare vorm opgeslagen. Teneinde opbouw van ongewenste verbindingen in de Stretford-oplossing tegen te gaan, wordt een deelstroom van de Stretford-oplossing in een incinerator verbrand. De afgassen van de incinerator worden gerecirculeerd naar de absorptie-kolom. Het ontzwavelde gas uit de absorptie-kolom bestaat voornamelijk uit CO 2 en H
2
0 en bevat slechts 6 ppm H 2 S.
Niet onvermeld mag blijven dat de toepassing van het Stretford-proces milieukonsekwenties met zich meebrengt, in die zin dat vanadium met het afvalwater wordt geloosd.
- 36
(ii) methanisering
:lp,deze stap wordt koolmonoxyde omgezet in methaan volgens: CO + 3H 2
CH + H 2 0.
Het gas verkrijgt hierdoor een hogere ca lorische waarden en kan als SNG (substi tute natural gas) worden toegepast. (12) afvalwaterbehandel ing : In een volgende paragraaf zal hierop in detail worden ingegaan. Niet in het schema opgenomen zijn de diverse noodzakelijke voorzieningen als de produktie van demi-water en het gebruik van koelwater (koe itoren)
5.
MILIEUKONSEKt4ENTIES VAN EEN TOENEMEND STEENKOOLGEBRUIK
Een toenemend steenkoolgebruik zal de nodige gevolgen voor het milieu met zich meebrengen. In dit hoofdstuk zal met name de belasting van het oppervlaktewater, door de lozing van afvalwater, afkomstig van kolenvergassingsinstallaties, worden belicht. Er zal echter niet voorbij worden gegaan aan de gevolgen voor de andere mi 1 ieucompartimenten. Hierbij zullen zowel de kolenverbranding als de kolenvergassing aan de orde komen. Een zeer omvangrijk probleem vormen de vaste afvalstoffen (vlieg-, bodemas en in geval van rookgasontzwaveling, gips). Op Vrij uitgebreide schaal vindt in Nederland onderzoek plaats naar mogelijkheden voor hergebruik, en de daarmee samenhangende mogel ijke mi 1 ieugevolgen. In geval van storting en opslag zal rekening moeten worden gehouden met uitloging van met name zware metalen. Toepassingen van de vaste afvalstoffen worden vooral gezocht in de bouwsector en de wegenbouw. In dit verband kan worden opgemerkt dat onlangs besloten is tot de bouw van een kunstgrindfabriek in Nijmegen, op basis van vliegas, met een capaciteit van voorlopig 165.000 ton vliegas per jaar. Uit het vervolg zal blijken dat het type kolen dat wordt verbrand of vergast sterk bepalend is voor de aard en dus het uitlooggedrag van de vaste afvalstoffen en de kwaliteit van het afvalwater. Het lijkt daarom zinvol enige aandacht te besteden aan de aard en de
- 37 —
samenstelling van steenkool
Steenkool, aard en samenstelling
5.1.
De aard en de samenstelling van de steenkool die op vele plaatsen in de wereld wordt gedolven kan sterk uiteenlopen. Steenkool kan gekarakteriseerd worden aan de hand van een aantal kengetallen. Genoemd kunnen worden: 1. geologische ouderdom: onderscheid kan worden gemaakt tussen: anthraciet, bitumineus, sub-bitumineus en bruinkool (ligniet) (tabel 7, figuren 7 en 8). De stookwaarde van de steenkool is hiermee gekoppeld evenals het'gehalte vluchtige bestanddelen en het bakkend vermogen. Op dit laatste aspect wordt later ingegaan. Soort
Vocht- Koolstof' Gehalte Calorische 2 gehalte (%) gehalte (%} vluchtig (%) waarde (MJ/kg)
Antraciet
<
2 2-15 20-30
86-98
2-14 32-37
Bitunineus Subbitumineus
50-86 40-60
14-50 24-32
Bruinkool
30-50
40
<
- 19-24 - 15-19
Betrokken op as- en vochtvrije brandstof. 2
Betrokken op vochthoudende, maar asvrije brandstof.
tabel 7 : typen steenkool (2) OH CH2 3O 0
- 01-4
HO ClZ!OH
ci
T0
4
5u6 b1. bun,sreu 7ah1-t[ -
Co
CH 2 CH2CCH2OH
90
CH— CH2
ligniet COOH
60 40 20
ontroci,z" t 0
OH
OH OH
biturninus
brujnkoIep- 9asvlcP7ikoten vet kolen mciere koteti vlamkolen gskoler esskoleri aircie -
ircluieÇ as er vockl
d subbiturninaus
ig 7 : Struktuur van nige typen steenkool (26)
fi.e
irli,ig in kolersoorkr
(1)
2. elementaire samenstelling: Kenmerkend is het gehalte aan koolstof, waterstof, zuurstof, zwavel en stikstof (tabel 8). Daarnaast worden vele andere elementen in sterk wisselende gehaltes aangetroffen (tabel 9) Elementaire samenstelling (betrokken op as- en vvatervrije brandstof) Koolstof Waterstof Zuurstof Stikstof Zwavel
80 —86% 4 - 6% 3 —10% 1 - 2% 0,5— 2%
Tabel 8 : elementaire samenstelling steenkool, kenmerkend geacht voor de Nederlandse situatie (2)
In hogere cpncentraties komen voor: Al, Ca, Fe, N, S, Si : 1 gew. % of meer Cl, K, Mg, Na : 0,1 - 1 gew. % Ba, F, P, Ti : 100 - 1000 rng/kg De belangrijkste elementen die in lagere concentraties (spoorelementen) voorkomen, zijn: As, B, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Ni, Pb, Sr, V, Zn : 10 - 100 mg/kg Cd, Hg, Se, Sb, Th, tJ, W en zeldzame aarden - : 10 mg/kg of minder
Tabel 9 : (spore)elementen in steenkool (2)
asgehalte: ca 7-17 gew.
(2)
chloor-gehalte: caO,O1 - O,5gew. Een aantal van deze kerngetal len is samengevat in fig. 9 (4) Daarnaast bevat bijlage 12 een overzicht van de in de geraadpieegde literatuur gevonden gegevens over specifieke kolensoorten. Er wordt onderscheid gemaakt tussen bakkende en niet of matig bakkende kolen (fig. 9) Onder 'bakken' wordt verstaan het samenklon-teren van de kolen als gevolg van een wijziging van de struktuur. Dit aspect is bijvoorbeeld voor de kolenvergassing van belang. Het vergassen van kolen, die verder uitgekoold zijn of een groter bakkend vermogen bezitten, is moeilijker. Dit houdt in dat het stoomgebruik
— 39 —
Hoger ligt met als gevolg een toenemende hoeveelheid afvalwater. of
Koolstof-naterstof-dlaqrari,
ket priasire
L
gebied
ko 1
B0V8PIGRii5 VAl) .AAIkU
7 90
S
ovo
35
jo
J0 E
'1
30
1
1148001.
75
70
aq
41
/
10
hou
BJlUfl4K0L \
________
'4
/
/ Ililnois 6 (VS )/
)
0
1
/ Pittburgh
S
Zx
cq ci
Z11linois 5. (VS
(Act.)
rsytop •0
—'S
/\
/
S, /
VT,.uLij.
p ria. Ir
Ca.atl.
5*0 aetILurgu$Ic
coke.
4..
e
e
V
itbenk
' -S
os'°° (VS NorthD.Aots
' gossoud
S'
hignite (VS
5
'-S
(VS)
tnbr lui
L A (1) 8lsir Athol
-
mag ere kolen
Byno Janlna Pole • 7oten
"-"0/
sazo
—S'
(Aus)
VAI1 4AA 1 t
/
'--/0
Looistof Ii.
bO --5
5.2.
Kolenverbranding
Een toenemend kolengebruik ten behoeve van de elektriciteitsvoorziering zal een omvangrijke hoeveelheid vaste afvalstoffen, in de vorm van vliegas, grove as en gips, met zich meebrengen, alsmede zorgdragen voor een niet onaanzienlijke bijdrage aan de luchtverontreiniging. In tabel 10 zijn deze hoeveelheden weergegeven voor een 600 MWe elektriciteitscentrale met een primair energieverbruik van ca
35
PJ
per jaar (2). Uitgegaan is van een kolenverbruik van 1,2 miljoen ton ske per jaar, hetgeen overeenkomt met
1,35 miljoen ton steenkool,
indien de verbrandingswaarde van de steenkool 26 MJ/kg bedraagt. Aangenomen wordt dat het asgehalte van de steenkool 10-12 bedraagt.
- Lo -
Het vliegasaandeel wordt op 80 van de as gesteld en de vangstefficiency op 99%. Tabel 10
Uitworp en hoeveelheden vaste afvalstoffen van een 600 MWe centrale
Luchtemissie
(5700 vol lasturen, 38 rendement) (lit. 2) ton/jaar
SOx
36.000
NOx
10.500
vliegas
1.200
Afvalstoffen vliegas
115.000
grove as
30.000
(zwavelgehalte kolen ca
1,3°/, asgehalte 10-12%)
Voor een 30 MWe-wervelbed ketel zijn de volgende cijfers te noteren (tabel ii). Tabel 11 : Uitworp van een 30 MWe-wervellaagketel (7000 voflasturen, 32 rendement) Jaarverbruik: 0,08 mln. ton SKE Aard verontreiniging
Totale emissie (ton/jaar)
SO
1475
NO
1450
x Vliegas
AS1)
80
19200
met bijprodukten
Ook de KEMA heeft berekeningen uitgevoerd betreffende het jaarlijks kolenverbruik, de luchtemissie en de ontstane afvalstoffen van een 600 MWe-elektriciteitscentrale. Ze heeft een aantal verschillende processen met elkaar vergeleken, waarbij andere aannames zijn gedaan dan die aan tabel 10 ten grondslag liggen. Uitgegaan is van kolen met een relatief lage verbrandingswaarde van 19,9 MJ/kg, een asgehalte van 15% en een zwavelgehalte van 2. De resultaten van de berekeningen zijn in tabel 12 vervat. Op de gemaakte vergelijking tussen de conventionele poedergestookte centrale en kolenvergassing zal in paragraaf 5.14. nader worden ingegaan.
-
-
T.bel41' Jaarlijkse hoeveelheden brandstof, S02, NO K , stof, as en bijproducten en rendementen van een 600 MSe-centrale met 5700 vollasturerL per jaar, voor de in paragraaf 2.1 genoemde kolen (2% S, 15% as 19,9 MJ/kg)
1 1 Kolen 502
Proces
NO
1
Stof
A. Bijproduct
j
Electrisch rendement
duizenden tonnen per jaar Conventioneel poederkool gestookt
1620
65
Idem met rookgasontzwaveling
1770
7,11)
9,7
2,4
240
10,6
2,6
260
1 --1702)
38
35
0p grond van de gegevens, uit de tabellen 11 en 12 kan een schatting worden gemaakt van het toekomstig kolenverbruik, de te verwachte luchternissies en hoeveelheid vaste afvalstoffen bij poederkool- en wervelbedverbranding (tabel 13)
Tabel 13. liet toekomstig kolenverbrulk, de veiwaclite luchternissies en hoeveelheid vaste afvalstoffen bij poederkool- en wervelbedverbraudirig
jaar vermogen kolenverbrulI< emissie (iø tonfj) vast afval (10 3 /ton/1) (MWe) (mij. ton/j) SO N0 ,< vliegas vilegas grove as gips/kalksteen Poederkoeiketeis
1985 1900 2000 5500 - 6700
bron:Koiennota(2) KEMA(27)2)
1985 35004 2000 3700 - 5'iOO
375
1111 337 - i15
101-130
3,8 11-15
1100-1 1100
95 275-360
9,5 10-1,,5
38() p00-585 1
60-88
11 15-22
1100 1200 - 1700
280 300-1130
62 65 - 95
15 16-23
1200 1265-18 115
320 3 110-500
0,5 5
11,3
'
311
12-15
-
-
-
-
Idem met rookgason(zwavèl 1985 3500 2000 3700-51100
10 11-16
1 ,1 1 ,4-6 1 1
1000 1050 - 1530
WervelbedverbrandinM Koiertnota(2) 6 KEIIA(27)2)
1985 185 2000 1850
0,55 5,5
3 30
2,8 28
1985 185 2000 1850
0,5 5,0
2 20
2 20
0,7 70
aannamen
kolenverbrulk 600 PIWe-centrale energie-Inhoud kolen 26 PiJ/kg asgehalte kolen : 10-12% zwavelgehalte kolen ca 1,3%
1,2 mij
ton ske d. 1.
1,35 mij
ton kolen
aannamen
kolenverbruik 600 PIWe-centrale 1,1 mlJ energie-Inhoud kolen 19,9 PIJ/kg asgehalte kolen 15% zwaveigehalte kolen 2%
toit ske (1.1.
1,62 mij
ton kolen
120 1200' 60 600
15 150
90 900
zie 22.1. Jaarlijkse groei ontzwaveling 6)ultgaande van een kolenverbruik van 0,08 rnlj ton ske voor as met blJprodukten (gips, kalk, kalksteen)
een
30 IlWe-werveibedketel
(7000 voilasturen, 32% rendement)
- 42 -
Er kan vanuit worden gegaan dat maatregelen worden genomen om de SOx - emiSSie te reduceren (rookgasontzwaveling). Deze maatregelen kunnen bestaan uit natte en droge zwaveldioxyden-bindingsprocessen, waarbij weer onderscheid gemaakt kan worden in regeneratie-, wegwerp- en gipsproducerende processen. Met deze laatste processen is de meeste ervaring opgedaan. Bij dit proces wordt zwaveldioxyde in contact gebracht met kalk of kaiksteen in slurryvorm en het gevormde CaS0 3 /CaSO 14 -mengel wordt vervolgens geoxydeerd en ontwaterd tot gips. Voor een S0 2 -uitworpreduktie van 90 °. dient per ton kolen en per S in de kolen ca 100 kg kalksteen te worden toegevoegd. Een vermindering van de luchtemissie levert een vergroting
van
de hoeveelheid afvalstoffen op. Daarnaast ontstaat bij het gebruik van gipsproducerende processen afvalwater met een hoog chloridegehalte. Dit gehalte is afhankelijk van het type proces. Onlangs is een vereenvoudigd gips-proces op de markt gebracht, waarbij een mindere kwaliteit gips wordt geproduceerd (uitsluitend toepassingen in de cementindustrie), maar met een minder verontreinigende afvalwaterstroom. Een met het gips-proces concurrerend ontzwavelingsproces is het ammoniumsulfaatproces. S0 2 uit de rookgassen worden verwijderd door middel van absorptie in een ammoniakale oplossing. Het verkregen produkt wordt vervolgens in een oxydator met behulp van lucht en door een restdosering van ammoniak omgezet in ammoniumsulfaat. Bij dit proces wordt geen afvalwater gevormd. De uiteindelijke keuze van een rookgasontzwavel ingsproces zal naast de mii ieueffecten mede afhangen van een mogelijk afzetgebied voor de ontstane bijprodukten. Niet onvermeld mag blijven het extra energieverbruik dat benodigd is voor rookgasontzwave]ingsinstaliaties. De benodigde extra energie ligt, afhankelijk van het proces, tussen 3 en 10 en is onder meer sterk afhankelijk van de mate van herverhitting van de rookgassen (28). Ten aanzien van vliegas kan nog worden opgemerkt dat vliegas, afkomstig van wervelbedverbranding, doordat geen sintering heeft plaatsgevonden, een andere struktuur en andere eigenschappen bezit dan vliegas afkomstig van conventionele verbranding. Door de lage temperatuur
- 43 -
zijn de verontreinigingen tamelijk zwak gebonden, waardoor metalen eenvoudiger kunnen uitlogen (7). Dit kan problemen inhouden ingeval van opslag en storting. Aangenomen wordt dat met betrekking tot het koelwateraspect, reeds voldoende informatie beschikbaar is, zodat in dit kader hieraan wordt voorbijgegaan.
5.3.
Kolenvergass ing
5.3.1.
Vaste afvalstoffen
Bij de vergassing van steenkool kunnen de volgende vaste afva1stromen worden onderscheiden: bodemas of -slak, afkomstig van de vergasser afgescheiden vi iegas of -smelt, afkomstig van de gaszuivering bodemas en vliegas, afkomstig van de huipketels voor de produktie van stoom (14)
vaste stof, afkomstig van de afvalwaterzuivering
(5) diversen. De omvang van de verschillende stromen is afhankelijk van het type proces. In onderstaande tabel zijn de gegevens opgenomen van drie geplande kolenvergassingsprojecten. (Van de overige projecten was geen informatie beschikbaar) De hoeveelheden vaste afvalstoffen, die tussen haakjes zijn geplaatst, zullen vrijkomen bij een kolendoorzet van 1 miljoen ton steenkool per jaar, tabel
13 : Vaste afvalstoffen bij kolenvergassing
proces Shell-Moerdijk
kolendoorzet (ton/jaar)
370.000
vaste afvalstoffen (1) (2)
140.000 (110.000)
Texaco-Maasvlakte
330.000
in tonnen per jaar
(3)
5,000 1 )
50002)
(13,500)
(13.500)
0.000 (120.000)
Lurgi-Eemshaven
2.000.000
(14)
288.000
(144.000)
14 300)
1414.000 2.000)
1.200 (600)
(5) 95 6)
- 1414 -
Bij het Sheil-Koppers proces is de mogelijkheid aanwezig om de vliegsmelt geheel of gedeeltelijk terug te voeren naar de reactor De flocculatie- installatie levert ca 5000 aan filterkoek en vaste stof Er ontstaan 4 t/j afgewerkte katalysator (Claus-plant) afgewerkte naverbrander katalysator en
5 tij
0,5 t/j
moleculaire zeven
nat slib Door de hoge vergass i ngstemperaturen bij het Shell -Koppers- en het Texaco-proces ontstaat een glasachtige (bodem)slak. Het IVA heeft in opdracht van de Gasunie een oriënterend onderzoek uitgevoerd naar de uitloogbaarheid (d.m.v. roerextracties) van een aantal zware metalen bij een zestal monsterslakken en vliegas, t.w. slakken afkomstig van het Lurgi-, het Texaco-, het Shell- en het Winklerproces, alsmede vliegas aan een kolengestookte elektriciteitscentrale (PGEM-Nijmegen) en vliegas van het Winkler-proces. De roer extracties werden uitgevoerd met gedestilleerd water en synthetisch perkolatiewater
(sPw).
Voor de meetresultaten wordt verwezen naar bijlage 13. In tabel 14 worden de berekende verdunningen (log) ten opzichte van de basiswaterkwaliteitsnormen gegeven van de metaalconcentraties in water en SPW, voor zover de gemeten concentratie hoger is dan de bepa] ingsmethode (Voor Be, V, Sb, Se zijn normen aangenomen van resp. 1, 10, 50 en 10 1 ug/1 ) Verdunning = gemeten metaalconcentratie bas iswaterkwa] iteit
- 45 -
TABELIL( VERDUNNING(LOG) t.o.v. IMP,ROEREXTRAKTiES MET H 20 EN SPW H 2 0 1 SPW H 20SPW H 2 OSPW H 2 0SPW H205PV/
2-
ENi t
NIZn Cr Cd Pb Pb
o 1-J
z z = >
P b1 Ni-
NiPb -
Cu Cr -i Ni Nl--
CuJ
Cu -
Zn
-2 -
Cu
-Cr' Cd- Cu -Cu Zn FNiAs -. Pb Pb--Zn -Zn Pb Cu Cu- PbCuCu
uj
iPb LZnCr
Pb Cr
ZnCr
z
Cr
-Pb -Ni
J.L.UA-C -
Zn
-Cu
CrIAs
Zn
-
MON5TER
OPMERKING VERDUNNING WORDT ALLEEN AANGEGEVEN WANNEER GEMETEN CONCENTRAE HOGER IS DAN DE ANALYSEGRENS VAN DE 8EPALNG5ME7HOoE.
In tabel 15 worden de verdunningsfaktoren van de onderzochte monstes in H
0 en SPW gegeven. 2 (Verdunningsfaktor: De verdunningsfaktor (Vf) is de 10-logarithme van
het verhoudingsgetal (verdunning),dat het aantal malen aangeeft waarmee het percolaat (eluaat) of extrakt van een test verdund zou moeten worden om te voldoen aan de basiswaterkwaliteit van het oppervlaktewater in Nederland, zoals gesteld in het IMP water. 10 log verdunning (Vf=l
max)
-
-
Tabel/S; Verdunningsfaktoren van roerextrakties met H
2
0 en SPW.
Verdunningsfaktor Monster HO
SPW
0,2
0,9
1,5
2,3
-
0,1
0,6
-
0,4
1,2
0,1
1,0
0,6
1,4
-
-
Lk
L-Lk Wt:t4
-
Conci us ie: Uitloogproeven (m.b.v. roerextrakties) tonen aan dat met SPW een hogere uitloging verkregen wordt dan met H 2 0. In het algemeen is dit het normale beeld. De gemiddelde verhoging is ca 10, uitgezonderd monster 14• Hiervoor bedraagt de verhoging ca 50. Bij tot nu toe meerdere op soortel ijke wijze geteste afvalstoffen bleek de verhoging van uitloging met SPW ca 50-100 x groter te zijn. Gelet op de verdunningsfaktoren kan gekonkludeerd worden dat deze waarden, zowel met H 2 0 als met SPW, relatief laag zijn. Dit geldt niet voor de verkregen waarden van het onderzochte monster 2. Hiervoor geldt dat de verkregen verdunningsfaktoren met H
0 en in mindere mate 2 ook met SPW als betrekkelijk hoog opgevat kunnen worden. Dit tengevolge van het betrekkelijk hoge Nl-gehalte in de eluaten zowel met H
0 en SPW. Opmerkelijk hierbij is dat het Nl-gehalte in 2 het oorspronkelijke monster t.o.v. de monsters 3, 14 en 5 laag is.
5.3.2.
Afvalwater
Bij het vergassen van kolen ontstaan diverse afvalwaterstrornen. De meest omvangrijke is in het algemeen het procescondensaat, de gecon-
-
47
-
denseerde stoom, die wordt gevormd na koeling van het kolengas. Andere stromen zijn water, afkomstig van de slakbreker en condensaat afkomstig van de gaszuivering. Uit berekeningen is naar voren gekomen dat geen afvalwater is te verwachten afkomstig van de kolenopslag, het zg. afvloei- en percalatiewater. in paragraaf 5.3.2.2. zal de omvang van de verschillende afvalwaterstromen meer in detail worden besproken aan de hand van de in Nederland geplande vergassingsinstallaties. Hieraan voorafgaande zal in algemene zin op de samenstelling van het afvalwater van kolenvergassingsprocessen worden ingegaan op grond van i teratuurgegevens.
5.3.2.1. Samenstelling van het afvalwater van kolenvergassingsprocessen een 1 iteratuuroverzicht
mde literatuur
(L,6,8,9,11,13,l14,15,16,17,22,29,3O) is nagegaan
op welke wijze het afvalwater van de verschillende vergassingsprocessen gekarakteriseerd kan worden, alsmede welke effecten verschillende zuiveringstechnieken hebben op de diverse parameters. In het algemeen zijn de volgende zuiveringsstappen te onderscheiden. verwijdering van ammoniak door middel van stoomstrippen verwijdering van fenol , hetzij fysisch-chemisch (b.v. het phenosolvanproces), hetzij biologisch verwijdering van vaste deeltjes (flocculatie, filtratie) biologische zuivering ''polishing" van het effluent door middel van zandfiltratie en/of aktiefkoolfilter. De tabellen 15 en 16 zijn de weerslag van dit literatuur-onderzoek. De concentraties zijn weergegeven in de vorm van ranges, indien meerdere gegevens beschikbaar waren. De soms aanzienlijke spreiding van de waarden kan deels verklaard wor den door de invloed van de verschillende kolensoorten. Anderzijds zijn waarden, verkregen op grond van laboratoriumproeven, niet altijd in overeenstemming met praktijkgegevens gebleken. De meeste gegevens zijn beschikbaar van het Lurgi-vergassingsproces. Over het algemeen is bruikbare informatie over de samenstelling en
de zuivering van afvalwater beperkt. Als gevolg van kolenvergassingsprocessen kunnen stoffen in het afvalwater terecht komen, die als carcinogeen of verdacht carcinogeen kunnen worden aangemerkt. Genoemd kunnen worden: beryllium, nikkel, fenolen, benzeen, chroom, cadmium, polycyclische aromaten, lood en zinkchlorîde (6).
Libc 1 16 ,.ntelIj ji
t, a1v,Iwnt,'
r,c,vc II,ed,,.,, t rrcrie ccsleJctorcrI (concenratesniLI)
WtOVEIBLORI!'( I0I[II Pararneters
Sjnthe (1)
.IOc LOO BOD fcnol(tot) renol(een4 HCN SCN H 5(t) Ng -N or-N NH - t c0 3 fo?uniaat vetZurcn Cl
3000-17000
175-1205 <1,0-2,5
0,1-0,6 20-200
lexaco BI-gas
(1)
3000 - 5000( 140 50) 2700 - 3000 300-900 (710) 0,1-0,9 (0,32) 17-85 (28) 60-220 (1140)
500
2500 - 7500( 1 33)
2
(30
(14a)
(3700)
1600-1400 2500 - 3 0 00 280-900
(
660)
(0,14) ( 214) ( 15)
(133)
0,5-1,5 114-712 5 (2-14 70-1 140 ID
(14b)
(1) (3a) (3b)
230( 6 60 - 900)( 8 oij -- 5 270-1450 (0,1-2) (799t) 0,3-1,3 (2 - 14) (83-91%) 6 Ç2-4 (
70 25 1900 20
87 - 122)(11 - 36) 1-8
300 7000 350 14100 20 1492
700 8,7-8,6
5400 717 - 8.0 (78)
(10,1)
1140-600 (iBo)
Ag As Be O Cd Co Cr Cu Fe lig
<0,01 0,005 8o-iio 0,01 0,0' 0,0 1 4 0,39 0,25 <0.00? 0,014 0,1 0,03 0,1
un
No Ni Pb Sb 5e Sn V Zn
(6)a voor flocculatie t, na flocculatie
( 14b)
1 250 - 5690 390-2030
pIl i,aftaleen( ug/l) tolueen(,u/l) benzeen( 1 ug/l) zwevende stof 50 14 2
(1) t/m (5) zie tabel
Is (tt)
15000-140000
8100-9500
HU 51I1I'IlIAC1OR[fl
3500 5-8 30 20 10
(2141) <0,002 <0,0010,07 <0,001-0,018 0,2 -1,14 <0,001-0,01 <0,001-0,10 <0,001-0,006 0,01 -0,031 <0,005-0,0514 <0,0001-0,002 0,002-0,13 <0,001-0,03 <0,01 -0,07 <0,001-0,033 <0,01 -0,016
0.37
0,110 II
<0,014 <0,01 -0,195 zie opmerking tabel 10 resultaten, afkomstig van één onderzoek
00
abcI
15 S.i'i.tcllIr
procesatvalwai.. v,i-1,td-icicIoren(conccnrat les In ing/l)
VASI BED REAC100EN
parameters (1) (2h)
GEFIC
IURGI-SU\GGER
LURGl-KEASSlEl (4b)
(5)
1OC 3000-6000 500- 1 500 00 - 600 5-250 COD 1 0000 - 3500 0 1000-5000 BOD 7000 - 9 00 0 0,1-4 50-200 fenol(tot) 2000-4000 100-900 enol(eer) 3000 15-56 IICN 100-500 1-200 SCN 100-1000 25-700 II S(t) Ng -N or -N 100-300 NH - t 8000-11000 1000-1500 CO Eorrnl aat vetzuren 600 - 1700 500-1500 9 zwevende stgf Cl 1000 - 15000 750-1000 750-1000 750-1000 7-8 9-10 Pl1 0,6 - 9, 4 5-6 pyr idinebasen 100-280 nat ta leen tol ueen benzeen 1 sopropy 1ether S0 4 2-
(1)
(2b)
600-4000 0000-34000
500-800 1300-3100
6000-7000 2800-5700
85-140 11-50
1 00 - 9()0
180510
(ie)
40-80 (,)0-700
) 30 - 3800
(3b)
(4a)
(4b) (5)
(1) procesconderisaat (2)a. Irifluent tenolverwijdering 1. b. efîluent (3)a. intluent NH 3 -verwljderiiig b. effluent (LiL, latloerit bio.zulverinq
(4b)
(1)
(4a)
(4h)
390-410 34-80 490-900 1300-2700 1120-2000 80-230 3900-4600 300-410 25400 6780 12C3 1700-2800 5-15 36-75 0,1-3.5 750-1000 0,25-1,4 132-900 5100 1510 0,1-9 0,1 17-260 40-8e 70-100 12 70-100 50-125 0,9 0.5 510-580 16-135 280-51 140 16 44 0 - 500 2 3-36 0,3-8 150 11 3 2 - 154 160 2 1,3 21-27 4-8 21 90 30-330 25-163 5200 35 - 92 157 17
8,8-9,0
150
co
S1ore-elernenten Ag As O Be Cd Co Cr Cu Fe Na Mn No Ni Pb Sb Se in
(3b)
SFO-SLAG
0,01 -0,3 4,11 0,02 -0,09 0,005 - 0,015 0,01 -0,06 0,04 -0,04 0,0010,004
0,07 -0,08 0,05 -0,1 0,01 -0,2 0,1 -0,8 0,05 -0,09
- 49 -
Helaas is omtrent het voorkomen van de meeste van deze specifieke stoffen weinig informatie beschikbaar. Bijlage 14 bevat hieromtrent enige gegevens alsmede een overzicht van geîdentificeerde organische stoffen in het procescondensaat van het Synthane-proces (wervelbedproces) Steenkool , bevat zoals eerder aangegeven een groot aantal spore-elementen, die onder de heesende reducerende omstandigheden met waterstof en koolmonoxyde kunnen reageren waarbij potentieel toxische stoffen kunnen worden gevormd (6). Sommige elementen zijn bij de heersende omstandigheden vluchtig, zoals niet name kwi.k en selenium. Als gevolg van de natte gaswassing zullen deze componenten in het afvalwater worden aangetroffen. Tabel 13 geeft de mate van vluchtigheid van een aantal elementen aan.
1.o4 r
(a) Trce Elemeat3 Releaged During Coal Caaification (6)
Element
Concentration in Raw Coal (ppm)
Portion Emitted During Gaaification Procesa (Z)
Antiny
0.15
33
Areenic
9.6
65
Beryllium
0.92
18
Cadmium
0.78
62
Chroinium
15
Leid
5.9
63
Mercury
0.27
96
Niekel
12
24
Seleniva
1.7
74
Tellurium
0.11
64
33
30
Vanadiuia
0
(1)
Data are for the I1'(CÂS Proces. u.ing Pittsburgh No. 8 Coal. Source: A.Attari, "Fate of Trace Constituent. of Coal During Casification,: EPA-65012-73-004, Environieental Protection Ageocy, Re.earch Triangle Park, North Carolina, Auguit 1973.
Omtrent het voorkomen van spore-elementen in het procesafvalwater van kolenvergassingsinstallaties is enige informatie beschikbaar (tabellen 15 en 16). Hoewel de concentratie van de meeste stoffen
- 50 -
gering is, kan de vracht mogelijk aanleiding geven tot problemen voor het aquatisch milieu, met name voor kwetsbare gebieden als de Waddenzee. In het volgende hoofdstuk zal dit aspect aan de orde komen. Het is helaas niet mogelijk gebleken door het ontbreken van voldoende gegevens om de verschillende processen met elkaar te vergelijken bijvoorbeeld op basis van vrachten per eenheid kolen na iedere zuiveri ngss tap. In een volgende paragraaf zullen de in Nederland geplande kolenvergassingsinstallatie met elkaar worden vergeleken met betrekking tot de lozing van organische en anorganische componenten. Als basis voor een vergelijk zal een kolendoorzet van 1 miljoen ton per jaar worden gehanteerd. Op grond van de tabellen 15 en 16 kan worden geconstateerd dat de meesleep-processen minder verontreinigd afvalwater opleveren dan de vast-bed en wervelbedprocessen, hetgeen ook mag worden verwacht op grond van de proces-condities. Ten aanzien van de organische componenten in het afvalwater kan worden gesteld dat het technologisch gezien mogelijk is om een voldoende zuivering te bewerkstelligen. Met betrekking tot het afvalwater afkomstig van de meesleep-processen lijkt het vooralsnog erop dat kan worden volstaan met een biologische zuivering als eindzuivering. Deze conclusie geldt, gezien het literatuuronderzoek, niet zonder meer ior het afvalwater van de overige processen, mede in het licht van de mogelijke aanwezigheid van carcinogene stoffen. Een 'pol ishing" met behulp van aktief kool kan een vereiste worden. Omtrent de kosten hiervan is een schatting gemaakt voor de behandeling van procesafvalwater, afkomstig van een Lurgi-kolenvergassingsinstallatie met een doorzet van 0,5 miljoen ton ske per jaar
(L+) (bijlage 15).
Op verzoek van het RIZA is door de firma Norit (Amersfoort) eveneens een globale indicatie gegeven omtrent de kosten van de behandeling van het afvalwater van de door de Gasunie geplande kolenvergassingsinstallatie, mede ter beoordeling van de in bijlage 15 gemaakte berekening. De volgende berekening kan worden opgesteld: Uitgaande van een te behandelen hoeveelheid afvalwater van 300 m 3 /h en een contacttijd met het aktief kool van ca 20 min, zal 100 ton aktief kool moeten worden geTnstalleerd.
- 51 -
Het COD-gehalte van het afvalwater bedraagt ca
350
mg/l (zie tabel 28)
hetgeen overeenkomt met een jaarlijkse vracht van 840 ton. Bij 100? belading zal jaarlijks 840 ton aktief kool benodigd zijn. Rekening houdend met een verlies van ca 10 b i j het regenereren zal jaarlijks ca 925 ton aktief kool moeten worden geregenereerd 1 j 2,25 per kg. Totale kosten ca 2 miljoen gulden. Investeringskosten (in miljoenen guldens) apparatuur
:
3
aktief kool (loo ton f 4,5/kg)
:
0,45
3,45 afschrijving: 10 jaar Exploitatiekosten
(in miljoen guldens)
regeneratie aktief kool
:
2
bedieningskosten
:
0,10
rente afschrijving
:
0,55
onderhoud
:
0,12
overhead
:
0,10
verzekering
:
0,015
utiflties
:
pm
totaal ca 3-3,5 miljoen gulden d. i. kosten per m 3 afvalwater
: f 1,25 - f 1,50
Deze waarden komen overeen met de in bijlage 15 becijferde kosten. Ten aanzien van de zware metalen is al opgemerkt dat hoewel de concentraties laag zijn, de vracht mogelijke problemen kan oproepen. De vraag doet zich dan voor in hoeverre reduktie van de zware metalenemissie in technologische zin mogelijk is. Dat reële mogelijkheden aanwezig zijn mogen onderstaande studies aantonen. In opdracht van de EPA zijn studies verricht naar de verwijdering van zware metalen met fysisch-chemische behandelingstechnieken (29,30). Op de resultaten van deze studies zal in het kort worden ingegaan. Bij de studies werd gebruik gemaakt van een pilot-plant, bestaande uit de volgende onderdelen: flocculatie-tank, bezinkbassin, dualmediumfilter en twee parallel geschakelde aktief-koolsystemen, "oude" en "nieuwe" kolomen genoemd. De "oude" koolkolommen waren gedurende enige maanden in gebruik, voordat de metingen plaatsvonden (fig. 10).
- 52 -
BACRWASH S TO F1 A GE
uA
NEW CAFI BON CO(UMNS
COAGULANTS RAW -
WASTEWATRA
RAP! ULATORSR
FILR
RETURN SIUDGE OLD CA F1 BON COLUUNS SLGE STOR AGE
-
FIGURE 10 Pilot plant schematic.
L
INOTES SAUPLE POINT
-
Door middel van chemica]iëndosering werden de gewenste beginconcentraties aan zware meta]en bereikt. Er zijn een zestal flocculatiesystemen toegepast:
II
Iron-system
Ferric sulfate, 45 mg/]
(asFe)
pH= 6,0
Low-lime system
Lime, 260 mg/l Ferric sulfate, 20 mg/]
(asFe)
pH=10,0 pH1 1,3
1 High-] ime system Lime, 600 mg/1
pH=11 ,5
Hydrated Lime, 415 mg/l
IV
Lime-system
V
Ferric Chioride- Ferric Ch]oride, sys tem
VI
Alum-system
40 rng/]
(asFe)
Comercial Mum, 220 mg/l
De resu]taten zijn in onderstaande tabellen samengevat.
pH= 6,2 pH= 6,4
-
Tabel
-
17 : Removal of aietals with Iron-system (1)
RES 1 DUAL INITIAL
CUMULATIVE 2 REMOVAL
METAL,ug/I
CONCENTRA-
METAL
TION mg/l
SETTLER
OLD
FILTER
NEW
CARBON
CARBON
OLD CARBON NEW
O LC
90
88
96
98
97
94
95
94,5
85
93
97,5
98
96
99
99,5
99,3
6
58
61
99
98,7
21
5,0
83
95
95
96
155
Kwik
0,5
-
-
-
-
Nikkel
5,0
10
10
99
35
37
10
20
15
3820
Arseen
5,0
BarIin
5,0
Cadmium
5,0
C1roau-lll
5,0
Chrooe-Vl
5,0
Koper
-
58 271 50
?tangaan
5,0
7
Lood
5,0
95
98,8
98,8
99
30
Zink
5,0
62
64
94
96
192
Tabel
ARBON
18 Removal of metals wlth low-lime-system (II)
RES DIJA[ INITIAL METAL
CUMIJLATIVE 2 RE)IOVAL
METAL,ug/l
CONCENTRATION ng/1
SETTLER
OLD
FILTER
CARBON
NEW CARBON
OLD CARBON or NEW CARBON
Arseen
5,0
78
78
83
85
Bariuzn
5,0
99
98,9
98,9
99
25
5,0
92
94
98
98,5
44
cauiun
:
915
Crr-lll
5,0
95
99
99,5
99,3
16
Chrooai-Vl
5,0
35
38
94
97,5
87
Koper
5,0
86
92
86
96
Kwik
0,5
-
-
-
Nikkel
5,0
94
94,5
99
98,5
14.angaan
5,0
93
92,5
95
94
Lood
5,0
95
98,5
98
98,8
83
84
88
86
5,0
ZInk
Tabel
169 -
38 235 29 561
19 : Removal of metals with high-Iime-system (iii)
RESIDUAL IN IT IAL METAL
CUMULATIVE 2 REMOVAL
METAL 7 u9/I
CONCENTR.ATION mg/I
SETTLER
FILTER
OLD
NEW
CARBON
CARBON
OLD CARBON or NEW CARBON
Arseert
5,0
73
75
83
98
770
Barium
5,0
80
78
83
80
942
Cadmium
5,0
96,5
98
99,5
99
14
Chroa,- lII
5,0
97
98
98,8
99
18
hroom-Vl
5,0
23
25
97,5
98
76
5,0
91
83
90
92,8
Koper
352 54
Kwik
0,5
45
71
92
91
Nikkel
5,0
97
97,5
99
98
12
Mangaan
5,0
97
97,8
98,5
97,6
37
Lood
5,0
96
98
99
98,8
Zink
5,0
93
75
73
87
19 584
- 52 b -
TABLE 'to
Removai of rnetals with Linie system.t Residual Metal, ggIl
Ctunulative % Removal
Metal
Initial Concentration ing!1
Silver Beryllium Bisrnuth Cobalt Mercury Molybdenum Antimony Selenium Se!enjum Tin Titanium ThaUum Vanadium
0.5 0.1 0.6 0.5 0.5 0.5 0.6 0.5 0.06 0.5 0.5 0.5 0.5
Settier
Filter
95.8 97.3 90 90 43
97.1 99.4 95.3 91 70
21 36 16 91 92 54 55
28 35 33 92 95.5 60 57
Okt Carbon
New Carbon
98.0 99.5 96.0 96.9 95 95 91 92 No Significant Rernoval 52 64 95 96 ÔT 67 92 92 953 95.7 72 34 91 91 97.3
- 99.5
Old Carbon
New Carbon 10
14 1 19 25 40
24 25 45
216 20 20 40 22 30 45
238 25 30 40 24 140 45
* 5 percent removal in ettler baed on Audge analysis.
Removal of metais with ferric chioride system. ()
fABLE 24
Residual Metal, ig/l
Cumulative " Remocal
Metal
tnitial Concentration rng/l
Settier
Filter
Old Carbon
New Carbon
Old Carbon
Silver Beryllitim Bi5muth Cohalt Mercury Mol y bdcnum Antimony Selenium Selenium Tin Titanitirri Thallirini Van.acliurn
0.3 0.1 0.5 0.5 0.05 0.6 0.5 0.1 0.05 0.5 0.5 0.6 0.5
94 93 33 27 92 66 60 66 68 95 84 36 93
98.2 94 94 18 98 68 65 75 30 98 87 .30 97.2
99.0 98.7 95.2 34 98 69 71. 78 77 98.5 90 47 97.5
99.1 98.9 96.2 30 99 80 72 80 75 98.5 90 45 97.3
3 3. 24 3:30 1 186 113 22 12 3 50 318 13
71 pruut rrltuv
t!
in ett(.r
(it-t'! ,gt
New Carbon 5 9 350 1 120 [40 20 13 8 30 330 11
ltI'Ie .irt,ilvi,
TABLE 2.2. ?emoval of metals with alurn systern. () Cumulative Ç. Renioval Initial New Old Concentration Carbon Metal mg/1 Settier Filter Carbon Silver Beryllium Bismuth Cobalt Mercury Molybderium Antimony Selenium Tin Titanium Thallium Vanadium Mariganese Nickel Zinc Copper Cadmium Barium Lead Chromium (Cr) Chromiurn (Cr' -)
0.6 0.1 0.6 0.8 ' 0.06 0.6 0.6 0.5 0.6 0.6 0.6 0.5 0.7 0.9 2.5 0.7 0.7 0.5 0.6 07 0.7
95 93 92 47 88 4 61 53 92 95.3 33 86 31 25 It 70 43 87 91 93 61
96.9 98.1 95.5 49 94 0 62 48 95.3 95.8 31 94 30 25 1 67 45 79 95.5 97.6 64
99.5 98.9 97.1 74 99.1 0 75 82 96.3 95.8 50 95.4 33 45 36 96.9 98.1 93 . 96.5 99.1 97.4
17 percent rernoval of Mo in settler based on sludge analysis. t 25 percent remova! of Zn in settler based on sludge analysis.
99.2 98.9 96.9 56 98.3 10 71 56 94 95.3 39 95.4 33 37 28 98.3 55.5 92 96.6 99.3 97.4
Residual Metal, j.tg/1 Old Carbon 3 1 17 208 1 600 150 90 21 25 - 300 23 469 493 1,600 22 13 35 21 6 18
New Carbon 5 1 19 352 540 174 220 36 25 366 23 469 567 1,300 12 312 40 20 5 18
- 53 -
TABLE 23-Removal of Metals by Iron System Z
Remoal 1%)
TABLE Z.Ç-Removal of Metals by lilgh Lime Systein
Wkh Old Carbort
Wih New Carba
1
10-20 20-30 30-40 90-95 95-100
1
Mn
Removal (%)
Ma -
Ni Cr, Pb, Zn, Cu Cd, Ba, As, Cr"
lZrt Cr', Pb, Ni, Cu Cd, Ba, As, Cr""
75-80 80-85 85-90 90-95 95-100
Wjth New Carbon
Wath Old Carbon
Ba Za, As Cu, Hg Cr, Pb, Ni Mn, Cd, Cr'
Za As. Ba Cu, Hg Cz- , Pb, Ni Mn, Cd, Cr'
TABLE 2j.j-Rernoval of Metals by Low Linie System ( Z
Removal New Carbon Witti Old Carbor 1%)
As, Cr 80-85 As Za, Cu 85-90 Za 90-95 Mn 95-100 Cr", Pb, Ni, Cu Cr-, Pb, Ni, Mn Cd, Ba, Cr' Cd, Ba
-
TABLE ZO Summary of rernoval of rrtetals by chemical clariticatiori and carbon adsorption.
% Ren-ioval <50 50-90 90-95 95-100
Lime System (j Mo Sb, Se' Hg, Su, T!, V Ag, Be, Bi, Co, Se,t Ti
Ferric Chloricle Systerri Cr) Co, T! Mo, Sb, Se Ti Ag, Be, Bi, Fig, Sn, V
Mum System Ma, T!, Za, Mn Ni Co, Cd, Sb, Se Sn, Ba Ag, 8e, 131, F-Ig, Ti. V. Cr, Cu, Pb
• 1 niti:ti CIrflfl tra t r)n-.)6 mg/! frutl crr(lc, ttItL'fl -- 4).3 nig/I_
Indien de resultaten van deze studie en met name de rest-concentraties zware metalen, die kunnen worden bereikt, worden vergeleken met de gegegevens uit tabel
290 waarin de gehaltenaan zware metalen in het
afvalwater van een drietal in Nederland geplande kolenvergassingsinstallaties zijn weergegeven, dan kan worden geconcludeerd dat een reduktie van de emissie van een beperkt aantal zware metalen technologisch mogelijk lijkt door gebruik van e1ectieve flocculatie. 1) Omwille van de leesbaarheid van de notitie is de studie over de mogelijkheid tot verwijdering van zware metalen geplaatst bij het algemene gedeelte betreffende het afvalwater van kolenvergassingsinstallaties.Het is onvermijdelijk dat ten aanzien van de conclusie van een dergelijke studie wordt vooruitgelopen op de beschikbare gegevens van afvalwaterstromen van specifieke vergassingsinstallaties, die in een volgende paragraaf worden behandeld.
- 51 -
In veel gevallen is een flocculatiestap bij de zuivering van het afvalwater opgenomen. Er zal dan gestuurd moeten worden op die metalen, die in relatief hoge concentraties aanwezig zijn, dan wel vanwaar het op grond van specifieke milieubezwaarlijkheid gewenst is ze zoveel mogelijk uit het afvalwater te verwijderen. Er dient echter op gewezen te worden dat het hier resultaten van een studie betreft en dat de technologie voor zover bekend nog nooit voor dit doel op praktijkschaal is toegepast.
5.3.2.2. Afvalwater van kolenvergassingsprocessen in Nederland
In deze paragraaf zullen een aantal in Nederland geplande vergassingsprocessen met elkaar worden vergeleken voor wat betreft de omvang, de samenstelling en de wijze van zuiveren van de te lozen afvalwaterstromen. Aangezien de capaciteiten van de verschillende installaties niet met e]kaar overeenstemmen is als basis voor een vergelijking een kolendoorzet van 1 miljoen ton per jaar gehanteerd. Om te beginnen een overzicht van de verschillende installaties. 1. Gasunie: Lurgi-proces (Eemshaven) kolendoorzet: ca 6000 ton per dag (ca 2 miljoen ton per jaar) afvalwaters t romen: - procescondensaat ("stripped gas liquor"): 150-250 m 3 /h (afhankelijk van de gebruikte kolen) - bodemprodukt H 2 S-absorber (Rectisol-unit): 9,3 m 3 /h - verontreinigd regenwater : 35 - sanitair afvalwater
:
m 3 /h
2,5 m 3 /h
totaal min.
: 200
m 3 /h
max.
: 300
m3 /h
afvalwaterzuivering: a. fenolverwijdering (phenosol—van-proces) ammoniakverwijdering (d.m.v. stoomstrippen) biologische zuivering (twee-traps) (d. aktief kooladsorptie) overige (ongezuiverde) lozingen: - koelwater: ca. 15.000 m3/h
- 55 -
2. Shell: SheH-Koppers-proces (Moerdijk) kolendoorzet: ca. 1100 ton per dag a fva lwa te rs t ramen: - procescondensaat - spoelwater voor afdichtingen - gecondenseerde stripstraom aanmaakwater voor de vaste-stofverwijdering totaal: min.:
8,75 m 3 /h
max.: 39
m 3 /h
gem.: 214
m3/h
afvalwaterzuivering: a. "zure stripper" (verwijdering HCN, H 2 S) "basische stripper" (verwijdering NH 3 ) flocculatie (d. biologische zuivering) overige (ongezuiverde) lozingen: - spui/spoelwater
gem. 6 m 3 /h
max. 60 m 3 /h
1 m 3 /h
365 m 3 /h
- regenwater
500 m 3 /h
- brandbiuswater - koelwater
3. GEB Rotterdam/KEMA: Texaco-proces (Maasviakte) kolendoorzet: ca. 1000 ton per dag a fva iwa te rs t ramen: - procescondensaat - verontreinigd regenwater totaal: 55 m 3 /h (max?) afvalwaterzuivering: a. alkalisering met kalk tot pH = 11 oxydatie van CN met chloorbleekloog flocculatie vaste stofafscheiding filtratie met zandfilter stoomstrippen (verwijdering NH 3 ) neutralisatie overige (ongezuiverde lozingen): - koelwater - regeneratievloeistof van de demi-installatie
- 56 -
Esso: Esso-katalytisch kolenvergassingsproces (Europoort) kolendoorzet: 90 ton per dag afva Iwaters t ramen: - waswater, afkomstig van de pre-oxidatiesectie
: 0,8 m 3 /h
- fi itraat van het effluent van de slurrystripper
: 1,9 m 3 /h
- effluent van de zuurwaterstripper
:10,9 m 3 /h
- afvalwater van de katalysatorterugwinningsectie (KTS): 0,5 m 3 /h - condensaat van de katalysatorindamper
: 3,4 m 3 /h
- verontreinigd hemelwater
: P.M. totaal: 17,5 + p.m. m 3 /h
afvalwaterzui ven ng: p .m. alternatief 1: biol. zuivering alternatief 2: flotatie alternatief 3: bezinking, filtratie, aktief kooladsorptie overige (ongezuiverde lozingen): - regenwater (niet-procesgedeelte)
:
40 m 3 /h
- spui koeltorens en stoomketels
:
23 m 3 /h
- koelwater
: (1000-2000 m 3 /h)
VEG-Gasinstituut: U-gasproces (Amsterdam) Kolendoorzet: 70-80 ton per dag. KHD Humboldt Wedag AG: Humbold.'-proces (Rotterdam?) kolendoorzet: ca 240 ton per dag afvalwaterstromen: - afvalwater: 20 m 3 /h Samenvatt i ng: kolendoorzet verontreinigd ton/dag afvalwater(incl rgenwater) in m /h
verontreinigd afvalwater(incl regenwater) bij een kolendoorzet van 1.000.00 ton/j in m
6000
200 -300
100-150
Shell-Koppers(Shell)
1100
25 -149
68-132
Texaco (GEB-KEMA)
1000
55
167
17,5 - 27
583 - 90 0
Lurgi
(Gasunie)
Esso (Esso)
90
U-gas (VEG-Gas 1 nst 1 tait)70-80 Rumbodt(KHD- Rumbold)
240
p .m. 20-pm
P.M.
250-pm
Hoewel rekening moet worden gehouden met effecten als gevolg van schaalvergroting (dit zal met name gelden voor het Esso- en het Humbolt-proces) kan worden geconcludeerd dat de hoeveelheid afvalwater afkomstig van het Lurgi-vergassingsproces in relatie tot de overige processen zeker niet zo omvangrijk is als algemeen wordt aangenomen (zie tabel 27). Tabel 27 Orde van grootte en samenhang van de lozingen in een vergassingscomplex van stroom nr. proces
3 miljoen tSKE/jaar (70 bar einddruk) (1) effluent proceskolenkondenberg saat
ketel- spui van demispui straat
verdam- spui van spui van ping koelbehandekoelsysteem ling suptoren pletie koel loren
Purgi dry P.M. ash Montanatype ko1 en
ca. ca. orde ca. ca. orde 500 m /h 30 m /h 35 - 70 m /h 520 t/h 60 m /h 1-70 m /h
Shell Koppers div. typen kolen
ca.1
P.M.
10 m /h
ca.orde 15 m /h 0 8-1 ,5 m/h
ca. ca. orde 180 t/h 20 m/h 225 m/h
Bron: Milieubelasting bij kolenvergassing in Nederland. 1) De hoeveelheid procescondensaat is afhankelijk van de chiorideconcentratie van de gebruikte steenkool . Bij hoge chlorideconcentratie kan in beperktere mate worden gerecirculeerd. Het c i j f e r van 10 m 3 /h is gebaseerd op kolen met een zeer laag chioridegehalte. Gebaseerd op de hiervoor beschikbare gegevens is in de tabel van de voorgaande samenvatting een reëler cijfer genoemd.
In de tabellen 28 en 29 is de aard van de afvalwaterstromen van de verschillende processen met elkaar vergeleken. Opnieuw moet worden geconstateerd dat tot op heden slechts een beperkte hoeveelheid informatie beschikbaar is. Uiteraard hangt dit samen met het feit dat het nog een vrij nieuwe technologie betreft,
waarbij slechts in beperkte mate kan worden teruggeval len op bestaande installaties. Een uitzondering hierop is wellicht de Lurgi-vergasser. Niettemin zijn uit tabel 28 een aantal conclusies te trekken: Hoewel het afvalwater van een Lurgi-vergasser relatief sterk verontreinigd is, is een verregaande zuivering te bewerkstelligen, waardoor een met de andere vergassingsprocessen vergelijkbare afvalwaterstroom kan worden geloosd. Een aktief-kool installatie zou gezien de omvang van de lozing en mogelijke aanwezigheid van milieubezwaarlijke stoffen een vereiste kunnen zijn. Nader onderzoek zou duidelijkheid moeten verschaffen omtrent het effect van een koolfilter. Wellicht dat ook met een vereenvoudigde filtratie (zanddual mediumfilter e.d.) als eindstap kan worden volstaan. De resultaten van toxicologisch onderzoek van het effluent van de biologische zuivering, alsmede het effluent van zand- en koolfilter kunnen mogelijk bij de besluitvorming van belang zijn. De op grond van literatuurgegevens getrokken conclusie dat kolenvergassing in meesleepreactoren relatief minder verontreinigd afvalwater oplevert, wordt bevestigd. Het veelal als superieur aangeduide Esso-katalytische kolenvergassingsproces (31) levert relatief vervuild afvalwater op. Men moet hierbij bedacht z i j n op de aanwezigheid van polycyclische aromaten. Uit tabel 29 kan worden afgeleid welke hoeveelheid door de verschillende processen met het afvalwater aan zware metalen wordt afgevoerd. Getotaliseerd levert dit de volgende hoeveelheden aan geloosde zware metalen per dag:
Tabel 28 Samenstelling van de afvalwaterstroiiie,i van een viertal in Nederland geplande vergassingsinstallaties Shell-Kopp9s (Shell) Lurgi (Gasnie)') d : 39 m /h 300 m 1h) (d : infi. biol. zuiv. eff. biol. zuiv. na aktief koolads. voor flocc. na flocc. 1) 2) 3) 2) 2) 3) v 1) ) 2) 3) C 1) V 2) ( V)3) c v v) v; c v c v V) c
(v) 3)
BZV czv
TOC NH 3 Jals i) NH Kj-N(als N) totaal-fenol vlucht fenolen benzeen tolueen ethylbenzeen m-xyleen o-xyleen tot.vlucht.verb. cyanlde mierezuur sulfaat sulfide chloride PCA -anthraceen -fluorantheen -pyreen -benz (b) f1 uorantheen -benz(k)fluorantheen -benz(a)pyreen -nafta leen
1048 0,2
20,5 3,6 2,3 1,6 0,3 0,11 0,3
11,5
75116 1
148 26 17 12 2 3 2 83
0,1111 1,08
14 14 1117 0,30 0,10
2455(1228) 0,6(0,3 ) 1037(518 11) 1058(529 ) 2(1 ) o,7( 0, 11)
1118 0,1 871
(209 (0,05) (436
950 132 (0,01 <0,07 <0,01 <0,07
(475 O,011) 0,04)
58 0,02 121
0,6 v <- 3 36 <122
( 13) ( 30) ( 502)
0,16 2,011 11,6
i( 0,5) 15( 8 ) 811(111 )
101
( 52)
1,11
10( 5 )
<.2
< 114
3 8
( 2) ( 11)
0,2 <5
i( 0,5) <36(18 )
< 1
7 <36
(v)
3,118 25 8,16 59 139,11 1004 1,11
( 711) ( 13) ( 8) ( 6) ( 1) ( 2) ( 1) ( 42)
31 0,08
0,09 c ç 0,11 < 5 <17
v
c
(3773) (0,5 )
c
v (v)
Ç5
(0,3 )
505 1173 (1278) <100 <94 42511 n.a.
<150 <'1110 < 70 <'66 3250 30112 < 10 < 9 <.11000 071,1,
(v)
(<2 (<18 (<61 (4ç
)
7
(<11
)
((18
concentratie uitgedrukt in mg/l, uitgezonderd de PCA's (,ug/l) vracht, uitgedrukt in grammen per dag vracht, uitgedrukt in grammen per dag, bij een kolendoorzet van 1.000.000 ton kolen per jaar 11) cijfers op basis van metingen bij Sasol (Zuid - I\frika)
(378) (078) (8222) (( 211) ((.1)119)
U)
cx,
Tabel 28 : Sauienstelllnq van de afvalwatersiromen van een viertal in Nederland geplande vergassingsinstallaties Texaco (913/KEMA) Esso (Esso) 3 d 17,5 rn 111 d : 55 m /h nazulvering voor zuivering nabiol. zuiv. nabezinking filtratle, aktief kool—ds 1) (v) 3) c 1) v 2 ) (v) 3) c 1) v 2) (v) 3) c 1) v 2) (v) 3) c v 2) BZV
L4U
iu
jjbfj
CZV TOC
1535 580
6145
(215l0) (8133)
50
21
110
17
NU (als N) 10 NH
Kj-N(als N) totaal-fenol vlucht fenolen benzeen tol ueen ethy 1 benzeen m-xy leen o-xy leen tot . vlucht . ve rb. cyanide 0,5 mierezuur sulfaat sulfide ' 1 chioride 1100 PCA -anthraceen -f1 uorantheen -pyreen -benz(b)fluorantheen -benz(k)fluoran t heen -benz(a)pyreen -naftaleen
< 132 (<14oø)
2411
0
1, 01)
120 50
(1667)
LU
(
loo)
15 6
(
567)
5 2
(200)
140 17
67)
5 2
(
0,7 ( 2)
< 1 ( < 3) 1 1152 (141100)
(
567)
(
67)
00 t,-
14
2
260
109
(
67)
1 0,11
(
13)
(3633)
concentratie uitgedrukt In mg/l, uitgezonderd de PCA's (,ug/l) vracht, uitgedrukt In grammen per dag vracht, uitgedrukt In grammen per dag, bij een kolendoorzet van 1.000.000 ton kolen per jaar 14) cijfers op basis van metingen bij Sasol (Zuid-Afrika)
TABEL 29 Zware metalen In het afvalwater van een drietal in Nederland geplande vergassingsinstallaties
B Ba Be Cd Co Cr Cu Fe Hg Ni No Mn Pb Sb Se Sn
v Zn
Shel l-Koppers(Shel 1) Texaco(GEB/KEMA)
(d : 300 m 3 /h)
(d 39 m3 /h) (d 55 m3 /h)
effi .biol .z. v 2) 1)
inf 1 .blol .z. 1) 2) c v (v) As
Lurgi (Gasunle) na aktief koolads, 2)
voor flocculatie voor zuivering 2) 3) 1) v 2)
8614( 1432)
110
792( 396)
8o 87( 2914)
80 75( 203) 180 238( 721)
145360(22680) 101414( 522) 1145 <25 <180( <90) <11( <6) <1,5 <180( <90) <25 <360( <180) <50 <11414( <72) <20 2190 15768( 78814)
61400
146080(230140)
5900 1421480(212140)
9000 814214(22768) 1700 221414(6800)
53
382( 191)
148 346( 172)
<25
<180( (90)
(25 <180(< 90)
1,5
<11( (6)
<1,5 (11(< 6)
<25
<180( <9°)
<25 <180(' 90)
<50
<360( <180)
(50 (360( 180)
20
K'11414( 02)
(20 < 11414(( 72)
1300
9360( 14680)
330 2376( 1188)
(2)
<0,5
<'i( <2)
<360( <180) <25 <180( <90) 25'I 1829( 9114) 100 <720('(360) <36( <18) <5 6,14 146( 23) <180( <90) <25 131 3103( 1552)
<50
( 360( <180)
<50 (360(4180)
<25
(18o( <90)
<25 <180(4. 90)
218
1570( 785)
187 13146( 673)
(100
(720(ç(360)
<. 100 < 720(4.360)
<5
<36( <18)
<5 <36(4. 18)
110
792( 396)
514 389( 195)
(200
< 200 <1 14140(4 720)
325
23140( 1170)
185 1332( 666)
<50
(360(<180)
( 50 < 360(4.180)
120
6300
<0,5 <'i( <50
140
288( 11414)
<0,5
2)
1000 936( 2530)
50 66( 200) 114 18( 54) <2 <2( <S) 12 16( 48) 30 28( 76) 8 n( 33) 200 187( 505) 20 26( 79)
<0,1
11 15( 45)
70 92( 279)
330 436(1321)
<20 K'9(( 51) (11 (lo(<27)
17 16( 43)
100
132( 400)
50
66( 200) 5514(1679)
1420
20
26(
70
92( 279)
79)
)
- 59 -
Lurgi (Gasunie) : na biol. zuivering :
61 - <65 kg/dag 6 -<10 kg/dag (excl. B en Fe)
na aktief koolads. :
53 kg/dag
49 -
4 - < 8 kg/dag (excl. B en Fe) kg/dag
Sheli-Koppers (Shell) : voor flocculatie : ca. 10
ca. 1,3 kg/dag (excl. 3,) Texaco (GEB/KEMA)
: voor zuivering
:
ca. 4 kg/dag kg/dag (excl. B)
ca. 2
Een vergelijking van de drie bovengenoemde vergassingsprocessen is slechts mogelijk voor de volgende zware metalen: As,
B, Cd, Cr, Cu,
Hg, Ni, Pb, 5e en Zn. Dan ontstaat het onderstaande beeld:
k9/dag Lurgi (Gasunie) : influent biol.zuivering <48,2
kg/dag (excl . (2,8
effluent biol.zuivering < 49,6 < 3,5 na aktief kooladsorptie <45,4 < 2,9
<
Sheli-Koppers (Shell) : voor flocculatie Texaco (GEB/KEMA)
8,8 ( 0,37 3,4 1,2
: voor zuivering
Aangezien de capaciteiten van de verschillende installaties niet met elkaar overeenkomen is gextrapoleerd (en voor de Lurgi-vergasser geînterpoleerd) naar een doorzet van 1 miljoen ton kolen per jaar. doorzet:1.000.000 t/j Lurgi (Gasunie)
6000 ton kolen per dag (=2000.000 ton pij) zware metalen
2,8 kgid
1,4 kg/dag
Sheil-Koppers (Shell): 1100 ton kolen per dag
(=370.000 ton p/j) zware metalen:
0,37 kg/d
1
kg/dag
Texaco (GEB/KEMA): 1000 ton kolen per dag
(=330.000 ton p/j) zware metalen: 1,2 kg/d 1) As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Se, Zn.
3,6 kg/dag
S'
Op grond van het literatuuronderzoek (tabellen 15 en 16) zou geconcludeerd kunnen worden dat ten aanzien van de concentratie van zware metalen in het afvalwater de keuze van het vergassingsproces van weinig invloed
is0
Uit tabel 29 blijkt echter dat het gehalte aan zware meta-
len in het afvalwater van het Texaco-proces significant hoger is dan bij de overige processen. Ook de uitloogproeven met slakken en oliegas geven hoge waarden voor de Texaco-5lak (tabel 15). Deze discrepantie zou geheel kunnen worden toegeschreven aan het type kolen, dat is vergast. Een nadere studie zou hiervoor een bevredigende verklaring moeten kunnen geven. De omvang van de lozing kan een mogelijk probleem vormen. In dit verband wordt gewezen op het gestelde in 5.3.2.1. Tenslotte wordt opnieuw de aandacht gevestigd op de lozing van vanadium bij toepassing van het Stretford-proces voor de verwijdering van zwavelverbindingen uit het kolengas (zie 4.3.). Tabel 29 doet vermoeden dat ook hier het vanadiumgehaite in de kolen een belangrijker factor is.
5.4.
Kolenvergassing versus conventionele verbranding voor de opwekking van ei ekt r i ci te i t
De KEMA heeft twee kolenvergassingsprocessen, t.w. het vast-bed-proces en het meesleep-proces, vergeleken met een conventionele poederkooiverbranding, indien 600 MWe elektriciteit wordt opgewekt. De resultaten van de studie zijn in tabel 12 samengevat (28). Ten aanzien van deze resultaten zijn de volgende kanttekeningen te plaatsen. Rendementen De voornaamste reden van het hogere rendement bij de toepassing van het meesieep-proces is dat de warmte van het geproduceerde gas op een hoger temperatuurniveau kan worden benut. Hierbij wordt stoom met een hoog druk- en temperatuurniveau opgewekt, dat met een goed rendement wordt omgezet in elektrische energie. Van veel invloed op het elektrisch rendement is de gasturbine inlaattemperatuur (hoe hoger de temperatuur, hoe hoger het rendement) . De huidige commerciële generatie gasturbines heeft een iniaattemperatuur voor de ve- brandingsgassen van 800-10000 c.
- 61 -
Koe iwater -let koelwatergebruik van een elektriciteitscentrale gebaseerd op kolenvergassing ligt 15 tot 40 lager dan het koelwatergebruik van een conventionele centrale (28). Opwekkosten van elektrische energie In de verwachte ontwikkeling van kolenvergassing met geîntegreerde elektriciteitsopwekking lijken de vergassers van het meesleep-type de meeste perspectieven te bieden om tot relatief hoge rendementen (rond de 400/) te komen. Verwacht wordt dat middelgrote eenheden niet voor 1990 betrouwbaar voor de elektriciteitsvoorzieningen zullen worden ingezet. In fig0 11 zijn de opwekkosten voor een geîntegreerde kolenvergassings/STEG-installatie en voor een conventionele installatie met en zonder rookgasontzwaveling als funktie van de kolenprijs uitgezet.
ç t / kwh
L 4
ti
fll
;
.
iH.
H
±
.1 t
t
JL
.
tj;
•.
.l TT -I
1
. L. T.t:
k4 t t:;j.::
-
in.
It
1
....
.t
t t
T
-
--
i _fII
ID t
1/GJ kolenprijs moderne poedergestookte eenheid idem + rookgasontzwaveling kolenvergassing + ontzwavellng + STEG als 3) met
=
38% 35%
't= 38% 42%
Fig. II Productiekosten electriciteit (600 MWe, 5700 -- vollasturen, 9% marktrente, 20 jaar afschrijvjrig)
- 62 -
Uit de figuur volgt, dat de opwekkosten van elektrische energie bij het toepassen van rookgasontzwavel i ng of kolenvergassing ca 1,5 ct/ kWh hoger worden dan de huidige opwekkosten. Bij stijgende brandstofprijzen komt kolenvergassing gelijk of gunstiger uit. Resumerend kan worden gesteld dat uit milieu-hygiënisch oogpunt kolenvergassing voordelen biedt boven de conventionele en wervelbedverbranding. Immers door de veelal hogere temperaturen wordt minder NO geëmitteerd, verder wordt een groot gedeelte van de in de kolen aanwezige zwavel omgezet in elementair zwavel in plaats van in een SO-emissie. Ook qua kosten is kolenvergassing concurrerend, ingeval rookgasontzwaveling bij conventionele centrales wordt toegepast.
6.
MILIEUBELEID TEN AANZIEN VAN KOLENVERGASSING
6.1.
Inleiding
In dit hoofdstuk zal de aandacht zijn gericht op aspecten, die van invloed zijn op een te hanteren beleid ten aanzien van de lozing van afvalwater, afkomstig van de kolenvergassingsprocessen, die in Nederland zijn gepland. Hiervoor zal gebruik worden gemaakt van het IMP-water 1980-1984, de Kolennota, het commentaar daarop van de Voorlopige Centrale Raad voor de Milieuhygiëne en specifiek voor het Lurgi-project van de Gasunie de Planologische Kernbesl issing (PKB) Waddenzee.
6.2.
Waterkwaliteitsbeleid
Zoals bekend worden bij het waterkwaliteitsbeleid in Nederland een aantal uitgangspunten gehanteerd, t.w. de vermindering van de verontreini ging en het stand-still-beginsel. Om aan deze uitgangspunten te voldoen worden een tweetal wegen bewandeld: de !'directe emissie-aanpak 1 ' en de "waterkwaliteits-aanpak". De eerste wijze van aanpak is van toepassing op "zwarte lijststoFfen',' de tweede op alle overige stoffen, waaronder stoffen van de "grijze lijst". Het beleid met betrekking tot lozingen kan als volgt worden weergegeven. Indien het de lozing van zwarte lijststoffen betreft dient men de beste
- 63 bestaande technieken (die technieken waarmee, tegen hogere kosten een nog grotere reductie van de verontreiniging wordt verkregen en die tenminste één keer in de praktijk zijn toegepast) gestreefd te worden om de lozing van deze stoffen te beëindigen. In geval van andere stoffen, bijvoorbeeld grijze lijststoffen, kan aan het eerste uitgangspunt van het beleid voldaan worden door het toepassing van de best uitvoerbare technieken (die technieken,waarmee, rekening houdend met economische aspecten, d.w.z. uit kostenoogpunt aanvaardbaar te achten voor een renderend bedrijf, de grootste reductie in de verontreiniging wordt verkregen). Vervolgens zal toetsing van de waterkwaliteit van het ontvangende water plaats moeten vinden. Indien niet aan de gestelde normen wordt voldaan, dienen verdergaande saneringsmaatregelen getroffen te worden. Het afvalwater, afkomstig van kolenvergassingsprocessen, bevat voornamelijk grijze lijststoffen. Ten aanzien van deze stoffen zullen de best uitvoerbare technieken toegepast moeten worden. Tot deze categorie kunnen worden gerekend technieken als: strippen, extractie en biologische zuivering. Over het algemeen wordt gezien de hieraan verbonden kosten, nazuivering met behulp van een aktief koolfilterinstallatie niet geschaard onder de best uitvoerbare middelen. Vooralsnog wordt op basis van de nu beschikbare en overigens nog onvolledige gegevens verwacht dat het afvalwater, afkomstig van de vergassingsprojecten van Shell en GEB/Rotterdam na toepassing van de best uitvoerbare middelen kan voldoen aan de eisen die gewoonlijk worden gesteld aan gezuiverd industrieel afvalwater. In dit geval kan, mede gezien de lozingsplaats naar verwachting, een toetsing aan de waterkwaliteit achterwege blijven. Ten aanzien van de overige processen is om diverse redenen een dergelijke uitspraak niet zondermeer mogelijk, zoals uit het vervolg zal blijken. Van het U-gas- en het Huniboldt-proces ontbreekt de noodzakelijke informatie voor een voorlopige conclusie. In het vorige hoofdstuk is geconcludeerd dat andere kolenvergassingsprocessen dan het meesleep-proces relatief sterker vervuild afvalwater veroorzaken, zoals het Lurgi- en het Esso-proces. Echter de beperkte omvang en de korte duur van de lozing van dit laatste proces zal van invloed kunnen zijn bij de overwegingen omtrent de te stellen eisen (kostenaspect) Bovengenoemde factoren zijn niet van toepassing bij het Lurgi-proces van de Gasunie. Daarbij komt de kwetsbaarheid van de plaats van lozing, ni. het Eems-Dol lard-estuarium.cintotei beslissing tekanen omtrent de toelaat-
-
64 -
baarheid van de afvalwaterlozing zal een toetsing aan de waterkwal i teit van het desbetreffende gebied moeten plaatsvinden, nadat de beste uitvoerbare technieken reeds zijn toegepast. Bij een verdergaande sanering zal naast de kwaliteit van het oppervlaktewater, het kostenaspect bij toepassing van bijvoorbeeld aktief kool of flocculatie voor de verwijdering van zware metalen meegenomen moeten worden (zie
5.32l.). Hierbij moet worden bedacht dat toepassing van
selectieve flocculatie, gezien de definitie, mogelijk het begrip beste bestaande technieken te boven kan gaan. Uit een en ander mag worden afgeleid dat de lozing van afvalwater in een kwetsbaar gebied als de Waddenzee met de meeste zorgvuldigheid moet worden beschouwd. Voor de vertaling naar de praktijk zou dit kunnen inhouden dat uit oogpunt van de waterkwaliteit juist deze vestigingsplaats het stellen van nadere eisen aan de afvalwaterzuivering met zich meebrengt. Voordat een duidelijke uitspraak hieromtrent gerechtvaardigd is zal nadere studie gegevens moeten verschaffen over de effecten van de lozing (na de verschillende zuiveringsstappen) op het Eems-Dollardestuarium, de saneringseffecten van de verschillende zuiveringsstappen (biologische zuivering, filtratie, aktief-koolbehandeling, flocculatie) en de kosten van deze maatregelen. Tot nu toe is de lozing van stoffen die niet behoren tot de zwarte lijst aan de orde geweest. Met name bij het Lurgiroces maar well icht ook andere processen, mag niet worden uitgesloten dat Zwarte lijststoffen worden gevormd en in het afvalwater geraken. Te denken valt hierbij aan polycyclische aromaten. Door de behandeling van deze stoffen zullen dan de beste bestaande technieken moeten worden toegepast, conform het gevoerde beleid. Dit kan inhouden dat langs deze weg zodanige eisen worden gesteld ten aanzien van het te lozen afvalwater, dat hiermee tevens kan worden voldaan aan de gewenste mate van extra verwijdering van grijze-] ijststoffen.
6.3.
De Kolennota en het milieubeleid
Ook in de Kolennota wordt aandacht besteed aan de milieukonsekwenties bij een toenemend steenkolengebruik. Het beleid in deze kan helaas niet altijd als evenwichtig worden gekenschetst. Hieronder volgen enige passages uit de Kolennota, die betrekking hebben op de afvalwaterproblematiek van kolenvergassing.
- 65 -
De waterzuiveringsprobTématiek kan geheel verschillend zijn en is op voorhand niet als eenvoudig te kwantificeren bij processen die relatief weinig proceswater opleveren. Wel kan gesteld worden dat het Lurgi-proces, gelet op het relatief hoge waterverbruik en de proces-condities die de verontreinigingsgraad zullen bepalen, ten aanzien van de waterzuiveringstechniek een zeer hoge graad van technologie zal vereisen. Onvoldoende zekerheid bestaat over het voorkomen, kwantitâtief en kwalitatief van zware metalen in het gezuiverde afvalwater en over het voorkomen van carcinogene stoffen0 Over de aarivaardbaarheid en het niveau van de lozing van het gezuiverde afvalwater met betrekking tot deze stoffen kan nog geen uitspraak worden gedaan". (pag. 157) Aanbevolen wordt "teneinde meer inzicht te verkrijgen in de milieubeînvloeding door kolenvergassing op korte termijn enige proefprojecten op touw te zetten, waarbij gedacht wordt aan een capaciteitsgrootte van ca
0,5
mln, ton ske per jaar". (pag. 158)
Nu kan het Gasunie-project geenszins in die zin als proefproject worden gekenschetst, gezien de kolendoorzet van ca 2 mln, ton kolen per jaar. Het gestelde in hoofdstuk 3 van de Kolennota laat zich met bovenstaande aanbevel ing maar matig verenigen: ''De binnen de Gasunie thans op gang gekomen besluitvorming zal de Regering krachtig ondersteunen, opdat op relatief korte termijn besloten kan worden tot de realisatie van een kolenvergassingsinstallatie. ... De Regering acht het om meerdere reden wenselijk, dat als lokatie het Eemsmond-gebied voor deze eerste stap in aanmerking komt". Vervolgens wordt opgemerkt: "De zorg voor de sociaal-economische situatie in deze regio speelt eveneens een belangrijke rol bij deze voorkeur. Bij de concrete uitvoering zal uiteraard rekening moeten worden gehouden met het bijzondere ecologische belang van dit gebied". De insteming van de regering met de plannen van de Shell en de GEB/ Rotterdam-KEMA en de daadkrachtige ondersteuning daarvan (pag. 103) lijken beter aan te sluiten op de doelstellingen van het milieubeleid. In zijn commentaar op de Kolennota wordt door de Voorlopige Centrale Raad voor de MilLeuhygine ten aanzien van de milieuproblematiek onder meer het volgende opgemerkt: "De raad heeft in de nota elke verwijzing naar het stilstandsbeginsel gemist, hoewel toch te verwachten is dat de milieubelasting toe zal
nemen door het gebruik van steenkool. Een omschrijving van de mate waarin het stilstandsbeginsel ook bij grotere toepassing van steenkool za] worden gehandhaafd, kan onder meer van belang zijn voor de plannen om een kolenvergassingsinstal]atie te bouwen aan de Eemshaven. Hoe het stiistandsbeginsel ook wordt geformuleerd, het ontzien van relatief schone gebieden (in dit geval de Waddenzee) is hiervan een wezenlijk element". Met betrekking tot kolenvergassing wordt gesteld: "De raad is van mening dat kolenvergassing zo moet worden toegepast dat de milieubelasting minimaal is. Daarom juicht hij demonstratieprojecten met het Shel 1-Koppers-proces (aan het industrieterrein Moerdijk) , het Texaco-proces (op de Maasvlakte) en het Exxon-proces (in Rijnmond) toe, mits ook de afvalstromen van deze proeffabrieken deugdelijk worden gezuiverd. Uit de nota bi ijkt, dat de Gasunie streeft naar het bouwen van een vergassingsinstallatie
aan de Eemshaven. Dit streven wordt door de rege-
ring "met kracht" ondersteund. Hoewel de keuze van het proces in de Kolennota niet met zoveel woorden wordt genoemd, mag worden aangenomen dat het hier gaat om het Lurgi-procéd. Mocht dit het geval zijn dan tekent de raad hiertegen bezwaar aan. Juist vanwege de ligging aan de Waddenzee dienen hier de milieube]angen grenssteliend te zijn".
6.1+.
Planologische kernbesi
55
ing Waddenzee
Op 19 november 1980 is een nota opgesteld over de hoofdlijnen van de ontwikkeling van de Waddenzee, de zg Planologische Kernbeslissing (PKB) Waddenzee. In de tekst, zoals vastgesteld na parlementaire behandeling, is als doelstelling van het regeringsbeleid ten aanzien van de Waddenzee, geformuleerd: de bescherming het behoud en waar nodig het herstel van de Waddenzee als natuurgebied. Over de haven- en industriegebieden wordt het volgende opgemerkt: "De industrial isatie op de thans beschikbare of in aanleg zijnde bedrijfsterreinen kan worden aanvaard onder de voorwaarden dat: - wordt voldaan aan de te stellen milieuhygiënische normen, die mede rekening houden met de ecologische betekenis van de Waddenzee. - op de bedrijfsterreinen van Delfzijl en de Eemshaven, die gelegen zijn
- 67 -
aan of nabij grootscheepsvaarwater, bij voorkeur bedrijven worden gevestigd die passen in een beleid gericht op de ontwikkeling en versterking van de zeehavenindustriële structuur. Een eventuele uitbreiding van het Eemshaventerrein zal in beginsel alleen landinwaarts geschieden". Het beleid ten aanzien van de lozing van afvalwater is als volgt verwoord: "De mate van verontreiniging door afvalwater zal worden teruggebracht tot een orde van grootte als die, welke met de thans in Groningen, Friesland en Drenthe bestaande plannen tot zuivering van afvalwater kan worden bereikt. Ook de lozing van het veenkoloniale afvalwater via de veenkoloniale afvalwaterleiding wordt gesaneerd. De Regering streeft naar een vermindering van de totale omvang van de huidige waterverontreiniging in de Waddenzee. Nieuwe lozingen van niet aan de bron of in zuiveringsinstallaties behandeld afvalwater op de Waddenzee zullen niet worden toegestaan".
6.5.
Samenvatting
Samenvattend kan worden gesteld dat hoewel kolenvergassing milieuhygiënisch gezien voordelen biedt, boven andere kolenomzettingsprocessen, de nodige zorgvuldigheid moet worden betracht bij de vergunningsverlening voor de lozing van afvalwaterstromen, die gezien de omvang en de samenstelling niet in alle gevallen zonder meer acceptabel zijn. Indien de Gasunie een commerciële installatie wenst te bouwen, waarbij het stadium van een proefinstallatie wordt overgeslagen en dus ook geen praktijkervaring wordt opgedaan met de behandeling van het afvalwater, zal ze zich ook bewust moeten zijn van de verantwoordelijkheid, die de overheid bezit voor de waarborging van de kwaliteit van het milieu. Er kan niet zonder meer worden afgewacht totdat de nieuwe installatie voldoende gegevens oplevert.
Geraadpieegde literatuur: Indicatief Meerjaren Programma Water 1980-1984 (s-Gravenhage, 1981). Nota energiebeleid deel 2/kolen (s-Gravenhage, 1980). Steenkool voor onze toekomst, Stichting Toekomstbeeld der Techniek 1980. Milieubelasting bij kolenvergassing in Nederland, Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiëne, VAR 60, 1980. Voorstel voor een Nationaal Programma van onderzoek, ontwikkeling en demonstratie op het gebied van steenkolen 1981 - 1985, Energie Onderzoek Centrum Nederland, maart 1981. Synthetic fuels from coal: status and outlook of coal gasification and liquefaction, Committee on Energy and Natura] Resources United States Senate, publication no. 96-17, june 1979. Commentaar op de Nota energiebeleid deel 2: kolen door de Voorlopige Centrale Raad voor de Mii ieuhygiëne, Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiëne, VAR 3, 1981. M.J. van der Burgt, T. van Herwijnen: Coal Gasification in Perspective, de Ingenieur 90 (37), 691 - 697 (1978). W.G. Schlinger, G.N. Richter; Process pollutes very littie, Hydrocarbon Processing, october 1980, 66-70. R. Bosma, R. van der Wart; De Nederlandse bijdrage aan de Wereidkolenstudie, Energiespectrum, mei 1980, 114-120. Kolenvergassing in de Eemsmond, brochure van de Werkgroep Eemsmond, maart 1981. Steenkool, energie voor de toekomst, Shell brochure, mei 1980. R. Cooke, P.W. Graham: The biological purification of the effluent from a Lurgi-plant gasifying bitumous coals, Int. J. Air Wat. Poll, 9, 97-112 (1965). V.C. Stamoudis, R.G. Luthy: Determination of Biological Removal of Organic Constituents in Quench Waters from High-Btu coal-Gasification Pilot Plants. Wat. Res. 14, 1143-1156, (1980). R.G. Luthy, Treatment of coal coking and coal gasification wastewaters, J. WPCF 53 (3), 325 - 339 (1981). R.G. Luthy, J.T. Tallon: Biological Treatment of a Coal Gasification Process Watewater. Wat. Res. 14,
1269-1282 (1980).
H.A. van der Sloot et al, Spoorelementen in steenkool en steenkoolas. Energiespectrum juni 1981, 150-162.
S .
Nota over de hoofdlijnen van de ontwikkeling van de Waddenzee (Planologische Kernbeslissing Waddenzee deel e: tekst van de na par lementa i re behandel ing, Tweede Kamer, zitting 1980-1981, 13933, nr.
53.
MAM Boersma, Benzinebereiding uit steenkool, Pt 85 (2), 66 - 75 (1980). Geîntegreerde aanpak van steenkoolconversie, Essobron, oktober 1980. Gaan gasbedrijven zelf weer gas maken? CW 25 juni 1981, 231. P.F.H. Rudolph, R.H. Bierbach, Lurgi coal gasification and how it can contribute to our future energy supply, Presented at the coal gasification symposium at TH Delft, september 16, 1980. P.J. van den Berg, W.A. de Jong, Chemische werkingen, TH Delft (1970). 21+. VI iegas, ,afkomstig van met kolen gestookte elektriciteitscentrales, VAR 28
(1979), Ministerie van Volksgezondheid en Milieuhygiëne.
Wafilin bv (membraanfiltratie) , persoonlijke mededeling. B. Roffel, Steenkool: energiebron voor de toekomst? Pt 36 (3), 154 - 159 (1981). Prospects for the development of carbochemistry in the ECE-region, Economic Commission for Europe, july 1981. (ECE/CHEM/37). Kolenvergassing en elektriciteitsproduktie, KEMA, 1979 Arnhem T. Maruyama, et al, metal removal by physical and chernical treatment processes, IWPCF 1+7 (5), 962 - 975 (1975). S.A. Hannah et al, Removal of uncommon trace metals by physical and chemical treatment processes, IWPCF 149, 2297 - 2309 (1977). B. Schol tens, Kolenvergassing in Nederland: het optimisme lijkt bekoeld, de Volkskracht,5 december 1981.
bijlage 1
NOTEN de afkorting ske (steenkoolekwivalent) is een maat voor de energieinhoud van kolen. 1 mMjoen ton ske komt overeen met 29,3 10 15 1. 1 miljoen ton steenkool heeft een gemiddelde energie-inhoud van 26,3 10 15 J. ter vergelijking: 1 miljoen ton oe (olieekwivalent) komt overeen met 41 ,9 10 15 J. Uitgedrukt in GJ. bedragen de kosten van de verschillende energiedragers(3 i 6,--/GJ
(=c
100,-- per ton aardolie)
steenkool
i 3,50/GJ
(=
350,-- per ton steenkool)
aardgas
j 7,--/GJ
aardolie
Esso-Nederland heeft vorig jaar besloten deel te nemen in een steenkoolproject in Co]umbia. Dit betreft de ontginning van de kolenreserve in de Columbiaanse provincie la Guajira. De verwachte jaarproduktie van de dagbouwmijn in Cerregon zal vanaf 1986 zeker 15 miljoen ton kolen bedragen. Hiervan zal , voor zover nu te overzien, drie miljoen ton naar Nederland worden verscheept. (de Volkskrant
11 september 1980).
Onder de Wobbe-index wordt verstaan het quotient van de bovenste verbrandingswarmte van het gas en de wortel uit de relatieve dichtheid. Wobbe-index Groninger aardgas Noordzeegas
43,9 MJ/m3 : 51,4 MJ/m3
bijlage 2
In een STEG (stoom en gas)-instaflatie worden de hete afgassen van de gasturbîne gebruikt voor de opwekking van stoom voor de stoomturbine (fig. 12). Het voordeel van een dergelijke warmte-krachtkoppeling wordt gevonden in het hoger thermisch rendement. Een STEG-eenheid kan ook gekoppeld worden aan een kolenvergassingsinstallatie (fig. 13)
1
)afgasketel
)hete afgassen
gas-4gasturbine
)stoom
stoomturbine
elektriciteit
elektrici tel t
fig. 12: STEG-installatie reactor-4gas
afgasketel
> gasturbine
1 i
stoom
\
> elektriciteit
hete afgassen
stoom
/
stoomturb 1 ne
1 elektri ci tel t fig.
13: STEG- installatie i n comb i nat i e met kol envergass i ng
Momenteel bedraagt het opgesteld vermogen voor gecombineerde warmte/ kracht-produktie in de industrie ca 1300 MW. Verondersteld dat deze kan toenemen tot 3000-5000 MW in het jaar 2000.
bijlage
1.
3
Organisatie
Bij de organisatie van het NOK zal een strikte scheiding worden aangebracht tussen programmering, advisering, begeleiding, coördinatie van de uitvoering en uitvoerîng zelf (zie figuur 6.1.). Voor de overheid zal de Minister van Economische Zaken als eerst verantwoordelijke optreden, handelend in overeenstemming met zijn ambtgenoot van Volksgezondheid en Milieuhygiëne en waar nodig in nauw overleg met andere betrokken ministers. Voor wat betreft het onderzoeks- en ontwikkelingsgedeelte van het NOK zal de Minister van Economische Zaken tevens handelen in overeenstemming met de Minister voor Wetenschapsbeleid. Na ontvangst van de desbetreffende adviezen zal de eerste ondergetekende in overeenstemming met zijn ambtgenoot van Volksgezondheid en Mii ieuhygiëne en waar nodig in overleg met andere betrokken ministers voor de start van het NOK zorg dragen. Voor het beoordelen van de voortgang, de effectiviteit en de kwaliteit van de onderzoekprojecten zal de overheid zich in de daarvoor in aanmerking komende gevallen laten bijstaan door een meer begeleidingscommissies in beginsel bestaande uit deskundigen die geen directe binding met de uitvoerders van het onderzoek hebben. Deze begeleidingscommissies zullen tevens adviseren over aanpassingen in het programma voor zover die in de loop van de tijd nodig zullen zijn.
-2-
De Raad voor het Energie-onderzoek (REO) zal advies uitbrengen over de hoofdlijnen van het energie-onderzoekbeleid en over de afstemming van de verschillende natronale programmas. De REO zal periodiek worden gevraagd te adviseren over de hoofdlijnen van het NOK, Indien nodig zal ook de inschakeling van andere sectorraden worden overwogen. Bij de organisatie van de uitvoering van het uitgebreide werkterrein van het NOK zal een onderscheid worden gemaakt tussen het onderzoekgedeelte en het demonstratiegedeelte. Hiervoor krijgen respectievelijk het BEOP en de NEOM een co6rdinerende taak toegewezen. Het onderzoekgedeelte betreft voornamelijk studies en experimenteel onderzoek op laboratorium- en semi-technische schaal . Bij het demonstratiegedeelte wordt gedacht aan tamelijk omvangrijke installaties en projecten op (semi-)commerciële schaal. Uiteraard is het van belang dat deze twee fasen soepel op elkaar aansluiten, mede doordat er ook voor de demonstratieprojecten een hoeveelheid ondersteunend onderzoek zal moeten worden verricht. Zoals bij een aantal andere nationale onderzoeken en ontwikkelingsprogramma's zal het BEOP in opdracht en onder goedkeuring alsmede onder verantwoordelijkheid van het Ministerie van Economische Zaken de programmacoördinatie en het projectmanagement van het onderzoekgedeelte van het NOK verzorgen. Dit impliceert dat BEOP in deze hoedanigheid wordt belast met het afsluiten van onderzoek-contracten en dat zij gedurende de uitvoering van de projecten toezicht houdt op de voortgang in de rijd, de besteding van de budgetten en de kwal teit van werkzaamheden. Voor wat betreft de milieuhygiënische aspecten van het onderzoek (met name afval), zal BEOP zich laten bijstaan door een door de Minister van Volksgezondheid en Milieuhygiëne aan te wijzen deskundige. Voor het demonstratiegedeelte van het NOK zal de programmacoördinatie en het projectmanagement op analoge wijze worden uitgevoerd door de NEOM. Met betrekking tot de voorlichting is het BEOP aangewezen als centraal informatiepunt in Nederland. Om te allen tijde een overzicht te hebben van de stand van zaken zullen alle bij de uitvoering van het onderzoek betrokkenen rapporteren aan BEOP. BEOP rapporteert aan het Ministerie van Economische Zaken. Dit overzicht kan tevens gebruikt worden als basis voor adviserFng door de REO en de begeleidingscommissie(s). uit : de Kolennota (2)
-3-
1.
Schets van een functionele organisatie
Allereerst moet worden gesteld, dat er een onderscheid moet worden gemaakt tussen programmaleiding, het project-management en de opdrachtgevers cq0 financiers van het programma. De leiding zal de programmerings- en selectiefunctie uitoefenen, terwijl het project-management enerzijds de beleîdsvoorbereiding verzorgt en anderzijds de eenmaal gestarte projecten begeleidt en beheert, waarin zij een eigen verantwoordelijkheid draagt. in de coördinatiefunctie zullen de programmaleiding en het management gezamenl ijk voorzien; de eerste zet de beleidslijnen uit, de tweede zorgt voor de dagelijkse begeleiding. De opdrachtgever dient met een vaste regelmaat geînformeerd te worden over de uitvoering van het door haar opgedragen programma en voor de voortgang van de werkzaamheden. Wil de programmaleiding de haar toebedeelde functie effectief en slagvaardig uitoefenen, dan dient zij over een ruim mandaat te beschikken. Dat wil zeggen, dat de in de Kolennota genoemde begeleidingscommissie voor het NOK (pagina 88) de feitelijke leiding van het programma moet hebben. Deze commissie dient daartoe uit een beperkt aantal (een drie- tot vijftal) onafhankelijke deskundigen (in deeltijdfunctie) te bestaan en zelfstandig te kunnen beschikken over het programmabudget op jaarbasis, dat wordt verstrekt op grond van een goedgekeurde begroting en dat wordt beheerd door BEOP, resp. NEOM, die ook in nader onderling overleg het secretariaat van de commissie vormen. Beide lichamen zullen hun personele sterkte voor het programmabeheer in overeenstemming moeten kunnen brengen met de hierboven beschreven taken. De commissie wordt aangevuld door waarnemers van het Ministerie van Economische Zaken en van Volksgezondheid en Milieuhygiëne en kan zich voorts, desgewenst, ad-hoc laten adviseren door andere deskundigen. De Programma Voorbereidings Commissie is er ten diepste van overtuigd dat een op de bovengeschetste wijze met bevoegdheden beklede commissie, de programmaleiding, bij uitstek geschikt is om, bijgestaan door en in samenwerking met BEOP en NEOM, het Nationaal Onderzoekprogramma Kolen op een slagvaardige en effectieve wijze tijdig tot uitvoering te brengen0 uit: Voorstel voor een Nationaal Programma van 0, 0 en D
(5).
bijlage 4 *' INTERESTING FACTS ABOUT SASOL II
Raw Materials Coal : over 38,000 t/day Oxygen 6 oxygen plants each capable of producing 2000 tons per day Steam 6 boilers each capable of producing 550 tans per hour Products LPG gasoline diesel jet fuel ethylene phenoles suiphur arnrnonia
: 2,200 : 36,000 11,500 9,000 : 500 250 : 90 130
bbl/day bbl/day bbl/day bbl/day t/day t/day t/day t/day
Plant size and engineering/construction data plot plan over 500 ha over 40 km underground pipeways 13 kin interconnecting pipeways 1600 kin of pipe excavation 6,400,000 m3 piles 15,000 concrete 340,000 m3 rebar 23,000 tons structural steel 25,000 tons number of builings 156 total area of buildings 110,000 m2 plant equipment items 6,100 valves and fittings 95,000 wire and cable 5,500 kin 36 Lurgi gasifiers Engineering peaked at 2000 men Construction peaked at 23,000 men
B 10W 00WM 11267
HANDLING
oILER PLANT t STÈ57SFW SY STEM 54 MWIh
Ajk w
I2100 hEIN
lnç) 5". corboni
AI IA)
IIIIITIIIIIIIIIIIt
C(LLCONSUM(IIS
AIR V
HP IAH 2)2022
ALL fIOWS IN k/h (JNLESSOTHERWISESIATCD
N2 -OEDUSTING
GASIFICATI0N
BUFFERING
ASH NANOLrnG
1 1 AH
WÂS)4 C004ER &
GLOW
o4LOOLING wA7(R )TO1E
WASIE NEAI bOILER
CHEl.1ICALSf" FOR 0EMINERALlSATII
APPAQA O20
2>
O20H IS V. OlD
TION
—J>A5N t / A 5H WATER LOS 5E S
2
i
[UOE GAS 1SHIFT CONVERSION1
0T
2 tol
GAS LIQUOR LIOR SEPARATION (.2%
IOQ
)22000
GAS COOLING
MAKE UP WATCR 715000
-
PHENOSOLVAN
-
ENOLS 162
211000
AMMOHIA
RECTISOL STAGE 3
S1RI)PING
COOLING WATER CHEMICALS FOR VATER TREATHENT
t
S
c INcL
M AiR
GIOLOGCAL I
RECTIOL SÏAGE 0
IAgATMENT
-
CHEM.1S
HANOI ING APPAO* lOOD
ME THANOL
L__JJ2 J
DS
U1FUR RECOVER 1 0 CLAUS)
1•
1
MET ISANOL ILLATION
_________ TEAM
-9
113
1.
-
______
aq (0
________ _____
0
–4
EVAPORATION BLOW DOWN LOSSES 405000 45000
AIR
SULFI.JR ÇOA1 GAS OH- OAS AIFI 1149 143399 m 1 /I1
CRUOE NAPHIIIA 62612 1.300 lor .111oII
WASTL 'SL006E WATER 700 1120 dry mali
(NA 2 NOV. 1960
bijlage 6-
st..nkoov.rgau1p,procéd* vin Exxon
- ••3-4-t -
T!a_J _____
-
_
-
--
slenko
.1erugwinnu1c
WR t3(COQ1 -rn(
;U ? - -
:
aor
?
?4 -4ysJ!ür rUw r4
-
H4 cO
Bijlage
PRCCESBESCHRIJVING
7.
--
De fabriek is opgedeeld in een aantal secties, genummerd 100 t/m 800, hieronder weergegeven in een blokscherna: stoom kolen> 100
1
1 -- 200 300
400
[_J
500 > gas naar PNEM
stiktof lucht > 800
L1
LsII
*Is]
zuurstof slak vlieg- géstript 2wavel smelt water
Sectie 100 - Malen en Drogen In deze sectie worden de kolen gemalen en gedroogd. Sectie 200 - Kolensluissysteem In deze sectie worden de gemalen kolen op druk gebracht. Sectie 300 - Vergassing en slakverwijdering In deze sectie vindt de vergassing van de kolen plaats en wordt de slak uit het systeem verwijderd. Sectie 400 - Afgasketel en vaste stof verwijdering In deze sectie wordt de warmte van het gas gebruikt om stoom te produceren. Tevens wordt hier het gas gereinigd van de meegesleurde vliegsmeltdeeltjes. Sectie 500 - Gaszuivering In deze sectie worden zwavelwaterstof en andere verontreinigingen uit de gasstroorn verwijderd. Sectie 600 - Zwavelwinning In deze sectie wordt de zwavel gewonnen uit de zwavelhoudende gasstronien afkomstig uit de secties 500 en 700.
Sectie 700 - Zuur water stripper en flocculatiesysteem. In deze sectie worden gasvormige en vaste onzuiverheden uit het zure water afkomstig uit de secties 300 en 400 verwijderd. Sectie 800 - Luchtscheidingsfabriek In deze sectie wordt lucht gescheiden in zuurstof, benodigd in secie 300, en stikstof, voornamelijk benodigd in sectie 200.
bijlage 8
SHELL-KOPPERS COAL GAJHCAÏiON COAL FEED ANALYSES TIJ. Na. 6 bitum.
Wyodak subbitum.
Coal Iiqt. vac. bttms
German brown coal
H 0 S N
78.1 5.5 10.9 4..3 1.2
75.6 6.0 16.8 0.9 0.7
87.1 5.7 3.3 2.4 1.5
67.5 5.0 26.5 0.5 0.5
Ash ( °/o a.r.)
720
5.9
17.6
6.5
35.0
0
6.4 5.0
2.0
2.0
0
5.0
C (% W maf)
Moisure ( °foW a.r.) Moisture (%w of coat to gast.) LHV of a.r. coal
in MJ/ton
25300
17200
29400
10000
in BTU/Ib
11100
7400
12600
4300
SHELL-KOPPERS COAL GASF1CAT1ON WET SYNGAS COMPOS1TION
III. No. 6
O/ vol
bitum. H20 H2 00 00 2 CH4
H 2S A
+
Wyodak
CoI liqf.
German
subbiturn.
vac. bttrns
brown coal
2.1
11.3 26.9 55.0
1.5 31.6 64.0
2.6 32.5
33.6
62.8
61.8
0.8
1.3
1.0 0.1
-
0.3
0.7
0.2
0.3 0.2
0.5 0.2
0.3
COS
t4 0.5 0.2
011
0.2
0
CD
zuusro
____ 1N4SiIL5 S1ÖF
EL
S1C1TiJFj EE
QfiiUJiiEI
gLEkTRCI7EIT
pVRLY,'ffi 0 /
EINICD
0• 0
k 0
lAlli
0
LEI4V1-. L EL1RCITaJT. 1—. - ; CI
-----
A
i-
-
1
-
-
:- -
bijlage 10
A Kohe B Kalk c Sauerstoff D Eisen E Schiacke F Wasser G Kesselspeisewasser H Dampf J Staub K Produktgas
1 Mahltrocknungsanlage 2 Kohiebunker 3 Kohiefôrdereinrichtung 4 Kaikbunker 5 Kalkfördereinrichtung 6 Kohievergasungsreaktor 7 Verteilkammer mit Schiackengranulation 8 Schlackenaustragsschleuse 9 Wasseraufbereitung 10 Abhiesystem 11 Heiflgaszyklon 12 Gaskühlung und -reinigung 13 Verdichter
bijlage 11
Procetes of crude-'as jurification
•
.rincip1e
Pysica1 actorption
Proces ïater uasliing Selexol flecticol Purisol Pluor Solvent
emica1 absorption
Girbotol
XlMazid DflC Alkazici ii Poascno () Benfio ld G±azmarcoVetrocoke Catacarb Stretford Takaha
Sulfinol
-
Cu salt-oolution • uachirg MH_ uazhin NaaF uashjnj Fine ciecuiphurization Dry purification Catalytic conversion
CO shift-convcreion Methanization Eydroenation of S compouncls
$olid a'osorption
L Conderi;ation li rj1L:.:
Ga components to be separated
Purifving • medium Yater ndor pressure thy1ene-1yco1dimehy1-et1ier Methanol IT-Me thylyrro1idine Ponylne-
CO 2+112 S
Ilono-, Di-, Triethanoloaniine D±itanrcDanolamine Dirnethy11yc±ne ;1 -i± i2CO 3 K. C034-Vanadate+ ±ata1rst
C0±H 2 S
CO 2+E0 S+COS CO2+ff2 0+S or. CO2+H2S CO2+E2 S
CO2 +a2 0+COS H3 000 ±IL) S C09 +HS 002+a7S+C0S 00 +1-1 S 2 00+H2 S
I O ±As 0. 2 3 ) K7 005+Catalys t irCO3+ Anthraeuinona 00-,+ffa-1 .4nIitouinone-2-zulnhonate Ttrahydro hiorhend±oxide/ • Diiorropano1am ne/ ;ater
li 2 S
Cu formaate CuC1
co
2
TT
+
2 2
Pmronin/uater IfaCH ZnO Iron ore/Luimaso
002 tracos 0 0 2 treces S COIDOUfld3 112 S
Fe-oxicle±Cu-Zn catalyst 1T±-catalyst C0/ïto catalyst
00 CD, CO2 ore. S connounds
Activated coal IJoiccular zieves 0i1icae1
S traces CO2+H20 tracec CO2+I120 treces
iîitrc-cn uachir. Lii: nitroen
C0+Ar+CIÇ
I. ta e, 11.Jrrtin.citif j (1976) p. 92.
bijlage 12 Aard en samenstelling van diverse steenkoolsoorten
Cuiloorgehalte van enkele kolensoorten
Landen/staten van herkomst
Spreiding chloorgehalte (gew. % van, droge kool)
gemiddeld chloorgehalte (gew. S van droge kool)
3
0,00 - 0,06
0,02
22
aantal gegevens
VS West Virginia (ref. 100)
0,00 - 0,21
0,09
(8)
(0,05 - 0,21)
(0,12)
" )
10
0,02 - 0,25
0,11
" )
6
0,00 - 0,08
0,01
" )
8
0,00 - 0,27
0,13
( " )
5
0,02 - 0,10 -
0,06
groot
0,01 - 0,54
0,14
30
0,00 - 0,11
0,04
3
0,02 - 0,04
0,03
1
0,05 a.d. t
0,05
Huidige stoonkool
1
0,1 - 0,2 a.d.
0,15
Toekomstige kolen
1
0,03 d.a.f.
0,03
Pennsylvania
( " )
(stoomkool " Ohio -
(
)
Kentucky ( Illinojs ( Indiana
Overwegend Illinois Cref-. 101) Australjè Queensland (ref. 102) New South Wales Zuid-Afrika Rietspruit (Transvaal) Polen
Het gemiddelde chloorgehalte van alle kolen in bovenstaande tabel is 0,07 gew. S. Bij conventionele ketels wordt een chloorgehalte van 0,3-0,5 gew. S als een hoog gehalte beschouwd (problemen bij bedrijfsvoering). Indien het gemiddelde van Illinois (0,14 gew. S) wordt aangehouden in deze oriënterende studie is dat blijkens bovenstaande gegevens een betrekkelijk hoge waarde. t
luchtgedroogd.
SHELL-KOPPERS COAL GASIFICATION COAL FEED ANALYSES
(5)
III. No. S bitum.
Wyodak subbitum.
Coal liqf. vac. bttms
German brown coaf
maf)
78.1 5.5 10.9 4.3 1.2
75.6 6.0 16.8 0.9 0.7
87.1 57 3.3 2.4 1.5
67.5 5.0 26.5 0.5 0.5
Ash ( °!o a.r..) Moisture (%w a.r.) Moisture (%w of coat to gast.)
12.0 6.5
5.9 35.0
17.6 0
6.4 5.0
2.0
2.0
0
5.0
LHV of as. coai in MJ/ton
25800
17200
29400
10000
in BTU/lb
11100
7400
12600
4300
C H 0 S N
( °/o W
Gehalte spoorelementen in verschillende soorten steenkool (mg/kg) (,t i ) Illinois Basin (V.S.)
Appalachian (V.S.) WestVirginia
Banosylvania
Kentucky Oost n::6
Kentucky West
Illinois
Indiana
Middelen kolom 1 t/m 6
Standaard kool V.S.
6 AS
Br
9
:
Cd
-
-
-
Ce Co Cr Cu F
17 19 11 70
18 24 13 90
15 19 11 30
1 La Li Mii
'b Ni
Pb Sb Sc Se Sn Sr Te Te Tl U
v w Y Zn Zr
4
°
-
3
85
2,9
-
8
-
0,12
44 21 6,2 18 4,9
3,4 1,5
0,20
64 2.1 9,8 20 5,2
3,7 1,1
78 26 5.2 16 4
3,1 O+W 4,6
16 18 8,8
15 29 8,3 59
-
-
0,18
45 73 8,8 25 33
16 19 7,4 16 6,4
3,1
24 19 9,7 50 (n = 1)
0,08
24 26 5,2 33 7,2
20 5
19,5 1 5,7 f0,3 19,8 ±0,8
20 20 20 10 50
-0,145
0,1
--
--
45,2 31 7,1 21,3 10,1
-
2
4
3,2
2,6
0,74
-
43 t 3 18 ± 3 3,8 ±1,3 3,8 ±0,2 3,4 4 0,2
50 50 10 20 10 5 5 5
O+W 2,5
-
-
-
-
-
-
30
33
29
32
35
35
17 63
22 68
15 60
48 77
140 88
73 100
idem
idem
idem
ref.103
17,5 21,3 10,3 59,8
0,1
19,3 ±1,6
(2,9)
-
Ga Ge
Eg
,03
Benadering V.S.I (Oost)
idem
idem
2,2
32,3
-52,5
156 14
1,41±0,07 37,1 t 3,3 0,620,27 30 t iO
76
-
ref. 104
2 200
-2
50 1 50 100
-
Gehalte spoorelementen in verschillende soorten steenkool (mg/kg) n = 101 waarvan 82 uit Illinois min.-max. Ag As B Be Bi Br Cd Ce Co Cr Cu Cs F Ga Ge Hg 1 La Li Mn 14o Ni
Pb P Sb Sc Se Sn Sr Te Ti U V W Y Zn Zr
<
0,03- 0,80 0,5 - 93 5 -224 0,2 - 4
4 -52 0,1 - 65 4,4 - 24 1 - 43 4 - 54 5 - 61 049- 1,5 25 -143 1,1 - 7,5 1 - 43 0,02- 1,6 < 1 - 5,8 3,3-12
n = 27 verbruik BRD
oin-max 0,2- 1,2 2 - 50 9 - 90 0,9- 3,4 <2
zeer uiteenlopende herkomst
Britse centrales
Australiê bitumineuze kolen
min.-rnax.
min.-max.
min.-max.
0 - 3 0,8 15 -356 < 0,1 0 00
<
4 - 73 0,4- 3
<10 <30 4 - 80 10 - 60
<
f0,2
0,3- 0,8 < 0,4 -
<
34
< 0,1 - 50
12 - 50
2,6 -185
0,2 - 1 1 - 55 1,5 - 300 0,4 - 8
0,6 - 30
< 1,5 - 30
2,5 - 40 0,3 - 30 50 - 500 1 - 20 < 0,3 - 30 0,026- 0,4 <
20 -370
40 -480
27 -202
< 1,4-0(0j < < 1,4 < 4,3
0,4- 50 (150) 0,0011 - 11 <1,5 -40
<
9 -Ç5Q <0,7 0,42 ->60 25 -
35 -180 <1 - 3 12 - 40 20 - 60
3 - 7
<4 - 50
-
6 -181 1 -30 3 - 80 4 -218 5 -400 0,2 - 8,90 1,4 - 3,6 0,45- 7,70 1 - 51 19 -130 - -
0,5 - 4,5 11 - 78 0,04- 2,1 0,31- 0,77 6 8 -133 reL 101 en 105
6 -29 15 - 95 20 -270 0,4- 2 0,6- 5,5
10 - 30
0,9- 9,6 1,8- 4,4
< 0,1
15 <1 <4 < 1,3 30 -185 <10 18 -210
reL 63
0
<20 4iED
0,5- 2,3 30 -154
0,1 - 49 7,6 -2000 0 - 140
T-
ref. 31
0,21 - 2,5 < 0,9 - 15
0 - 100
< 1,4 ->100
2,5 -33 <0,3 0,8 - 70 1,5 - 60 30 20
ref. 105
0,4 - 5 4 - 90 < 4 - 20 1 - 25 <15 - 500 6 ref. 105
(4'
Sporenelementen—samenstell ing kolen
1 Gemiddelde gehalte in Element
Australische kolen (ppm)
As B Be
3 t 60
1,5
Co
t 4
Cr
.1 6
Cu
15
Hg
La
1 0,1 10
Mo
t 1,5
Ni
t 15
Pb
t 10
Se
t 0,8
Sn
t <3
Sr
t 100
tJ
1 2
V
20
Zn
t <100
Zr
t 100
Enkele kengetallen voor kolen die niet in het koolstof-waterstof-dingrom van fig. . zijn aangegeven
asgehalte (gew. % van droge kool)
Kolensoort
Land
Newcastle
Australiè
10,5
Blair Athol
Polen
V.S.
9
srnelttraject van de as ( ° C)
? -)1.600
0,4
1.500-1.600
0,3
Drayton
10-13
1.250-1.480
0,7-1,0
Janina
18,5
1.100-1.250
2,6
Bytom (export)
14-16
1.160-1.350
0,8-1,0
Rosebud
13
1.200-1.230
1,4
9
1.050-1.200
3,6
Illinois nr. 5 Illinois nr. 6
10,5
1.300-1.400 1.000-1.200
Pittsburgh
8
nr. 8 Zuid-Afrika
zwavelgehalte (gew. % van droge kool)
3,1
1.100-1.300 1.500-1.600
2,6
Sasol-I
36
1.200-1.400
0,5
TCOA-export
16,5
1.330-1.500
0,8
(Witbank)
Het hoge asgehalte van de Sasol-kolen wordt ten dele veroorzaakt doordat de getalwaarde voor ongewassen kolen is
ingevuld; ook na wassing blijft
het asgehalte echter zeer hoog.
TABLE 1
-
Coal analyses (1)
(D
Eastem coal
Westem coal
65.56
67.80
: 4.76 - 127
4.72
Stream no. Ultimate analy5is. wt % (Dr)') Carbon Hydrogen Nitrogen Sulfur Ash
..
()
-...; ..J 4.17 S
Oxygen (difl) Hhv(Btu/b) -
1.17 0.35
L._ 13.15
1122
- 11.09
14.74 11,707
-.
11,736
TABLE 2 —Coal analyss trace comporients Stream no.
CD
(1)
Eastern
Wetem
coal
coal
-
Element. ppm
-' ----------.
Antirnony 12 . Arsenc '----•---- - 8.0 Barium - . -. 64 Berytlium - . 0.6 Boon. NA 602 -- Chlorine Cadmiû - 1.4 Chromkun - 35 Cobalt - 5 Copper. 19: Fluonne , 96 • - . - . 23 .' Lead .' .'
.... ,..-...,.,-. •.;_,__... (--.-,:-,,
-
Molybdenurn
-- "' ;.. 0.08.
s'-' - '- -8 6
NickéI Selenium
i- 1 55, t:
..,
.. . ,,. Silve '..
Thallium ' Vanadium ZInc
. , 2 - 0.2 . . . - 0.25 - 25 q7
<0.5 <0.9
<02 15
24 02
34- 0..9 8 55
4.0 34 - 0.1
03 3.7
1.7 0.3 03
14
-
() QL
rabe.1 1. Analyse resultaten slakken c.q. vJ.iegas. tlitvoering DSM (oncentrat.te: nq/kg (droog)
Metaal
bijlage 13
Monster
j 1
2
3
4
6
5
Zn Pb
39
55
75
64
53
10
10
.10
Cu
53
34
115
84
Cd
2
2
2
4
105
140
2 2.4.10
2
NL
1,6.10
230
143
2,9,10 41 S
655
563
4,5.10
205
11
6
15
12
21
13
2
29
92
137
Cr
245
Mc As Co
13 7 74
lig
c 0,1
3. '/
153
103
< 0,1
<0,1
< 0,1
523
12 10
190
153
156
1<
79
0,1
- 1
4 5
9
<S
<5
20
9
215
423
215
195
482
408
<10
< 10
Sb
<10
<10
<10
<10
5e
< 0,5
< 0,5
< 0,5
<
\na.L.ysersu.Ltztsn 'ran erit.awata.
o;s
< o,s
nat ;ed.
4 tr art
tet 3.3it
-4atar.
'11
3e
3b 3e
<3<3 1<0 7,3
2,231
2,341
2,33, 1,21
3230
,3
21,
21341
31
1730
7,3
<0,311
3,321
3,32<0.31,
25
1 3,7
3,O1 1
.1,361
3, ij <0,3L3,321<0,311<0 ,35<0,35t 3,31<3,31.<0,31<0,1.<3,343,33
660
H.1,7
O,311
3,321 3,31<3,31
21
32<3 1 31
1,39 3,3:.-3.35i<0.35 1,32<0,31<3,31<1,1<3,34<3,33
1,2:<0,22j 2,35<0,351 2,311-<3,31<0,31<3,1-0.34 <3,33 3,21<3.311 3,32;
O,32j 3,33!<3,35<3,35i<3,313,a1<0 31:-
.1.3c'. rlattawe.cer
0 3 4 3,08 '<3 32<036 3 2 <3 <3 35 Ii <3 31<3 321< <0 4 <3 36 5,3 7,7 0,5 11,0 3,38 5,1 3,3 <0 1 3 <3,051 0,1 <3,31<0,32I<1 <3,4 <0,36 3,5 0,2 3,2 0,38 0,361 3,2 1,2 3,361<0,1 <3,013,02'j
ï
3,1 <0,32 3.3 0,4 <0,3 3,05
53 0,2 3,2 0,4 <3,32 0,2 J0 <' 3,381<0,1 <3,01 <0,021<j
-
Monster 1 : Lurgi-slak 2
Texaco-slak
3 Winkler-vliegas 4 : Winkler-slak 5 6
: Sheil-slak PGEM-Nijrnegen-vl legas
et=euwbaa= meetbaar.
0,35
- Gemiddelde gehalten aan spoorelementen in steenkool van verschillende herkomst
Representatieve waarden V.S. (Oosten)
-
mg/kg
Ag s B Be Br Cd Ce Co Cr Cu F Ga Ge Bg 1 La Li Mn Mo Ni Pb Sb Sc Se 5fl Sr Te Ti
0,1 10 50 10 20 5 20 20 20 10 50
VK BRD (centra(totaal verbruik), les)
mg/kg
mg/kg
0,5 16 30 1,6
1,5 27 32 140
0,1
50 50 10 20 10 5 5 5 2 200
mg/kg
<
150 1,5 15 10
0.5 20 50 10 20 5 20 20 50 50 200 5 5 0,5 5 10 50 200 20 50 100
-
s
1,8 0,4
-
33,6
4 6 15
114 5,1
0,5 2,9
4 6 0,1 10
14 44 70 0,9 2,0
<
84,3 2 27,9 38 3,1 2,8
55
0,79 <3 100
2 50 1
1,0 75 4
1,3 76
Zn Zr
50 100 Zie bijlage 2.4.2.2.
5 5 . 2 200
-
-
u v w
Voor 'Ie- Klasse A Klasse B zwarte grijze derland WcA lijst lijst WcA redelijk water water hoog te achten xx xx x x waarden
mg/kg 0,5 3 60 1,5
18
2
Australi bitumineus
80
ref. 31
ref. 32
2 20 <10 7 <100 100
2 100 10 10 100 100
rng/kg
mg/kg 5000
x
50
x x
50 x
50
SO(Crb
5000 5000 5000
X X
50
5000 5000 5000 50
x X
50 5000 50 50 5000 5000
X
ref. 33
x "Soffen en processenbesluit" van de Wet chemische afvalstoffen ; de waarde voor Cr°+ vn klasse A en alle waarden van klasse B betreffen verbindingen van de elementen. XX
De kruisjes geven aan of van de desbetreffende elementen streef'.'aarden zijn opgenomen in het IMP water (grijze en zwarte lijst)
bijlage 14
-
Some PotCfltiafly hazsrdous substances that could be SSSO Ciated wuth Ct cnversion technotogie (6) Moe, porly urid.rstood
Higher lignificaric.
Loer significanGi
B.rs.n.: 54ispecied to cavs. leukemi B.ryllium: Su;p.cj.d to Cause bont end lung cane., Cadmium: PoaibIe Celatiento prort. CanC.r Fluoriø.s: May lncr.ase sansitiviry to chen%ical5 atfSCIJng Cintral narvous rylten. Lead: Susp.cteC occupationel ce,. cinogen . Nickel: Occupational cancer incidence Nickel carDonyl: Causet luit; cancer. posibIy simm. Nitric acid: Can Irritate .yes. lungs. mucous m.mbranea, skin end cerrede t.etfl Nitric oxide: Can ceuse pneumonha ci,. cutatory syrtein damage; sulpected respiratery lrrsttien end toom corro. zien Nitregen diosid.: Suspected to reduct reustance to bacteria; acute expesure ceuses ncreascd respiratory inhibition Phenols md cresoli: Occupational ce'cinogen (skin); may dame;. Cantral nerveus sysiem and Ijver Selenium: Occupational cause of diges. tive and nervous disorders Sullur dtozide: Correlates with chrenic respiratory discises; $yrlergistic .1 lecti witit particul3tes ZinG cflioride: Pcialiblii cercinogen
tø liii? Carbon enonosids: Suspecttd b.hav.øra1 •,,. changes: and pr.cipltat h.art ar.acI.s wit.h Fluor,d.: Sui-ected •ssociauon blood disorOsri )i.ri;an.se: Causes brein daifllqt end pneurnonia In high dosel Zyten.: Inhlbitien of .i.ct,ica ••tivItY l, carebral coetes et levels D&ow 000C titretisold V.nadiurn: Acuta retirStOry lrvitatior. Citrenac ing.stion producet eystamIC symotoms Zinc oside: Occupatiorial eXOOSU'S CSfl cauje inteetinal, r,apirstory. skin and nerveus disorOeri
-
-
Berter understOOd Beryllium: Causci acute end Ctrpnic Arsenic: Lethal at high doses resosratory dsserder from shoriterm Barium: Ly. nose throat skin irritant: i.aIt.S end suif,de poisonout .sposure Ch,omiurn: Suspected ceuse of luit; Berylisumn: Causes chron.c berylliosis Cadmium: Systernic and lat.aI .flects cancer Fluorsdes: High evels lead to CPsreit,c tram inhalation af high cOcentr.tions poiioning or fitality: cen cause respi C.crbon monoxide: C.auses dizl,ness ratory impa,rmerrt fatiguc and coronary dytfunctior, Chrornsurn: Occupatienal exposure Leed: Damages centra1 nervous 5)-stem causes letiont of skin end mucOuI Uercury: Darnaçes central nervous mcm Dr. rie & system Po$y:yclic aromstic hydrocsrbons: Car Cyaniøes: High concentrationt lihal Ppienoli aria cresolt: Corredes Skin and CinogeniC Uranium: insoluble compounds dam.;e! mnuceus memra net lungs: bits dam.;e kiøneys and Seierssurn: Causes dermatitit and resp ratory irritation S rt t ric t Teluene: Chronic exposure can cause brein dam.;.
The basis for the ranking ot a sub5tanCr Is a combnetmon of the substances inherent texiciry and the degree af human espasure ant:mpated. The Iatrr is S relatsve measure reflectmng the mnc,eaSe in c -oncentrat,Ons Over urDan er rural background levelt, the concerstratmon expected as compared wmth the level thought to bi harmful and the number of persoris wno wil bi aflected (ach effect is placed in the grmd .ccordmnC to itt rankmn; of ignlfmc.ance and how well it ii underslOOd. The list of probleml is net compreherrlive and doet not in corporate all advaricet to date in the asiessm.nt ei current knowledge. Hewever. the mast important effeCtS are believed to bi cavered. Som. SI.mDt3flCtI are listad more than once depending en the efl.ct and the level af understandmn;.
-
bijlage 114 (vervo
PoenciaI1y gassrdoua Subaaac.s Suspecrud ?resexic in COaL COQVtIiOQ Ptanc Proces. Scrsai.a 111-71 6)
6
Cheaicai classificatlan ÂC4s and Ah7dr4as
Pitas.
Campotmd
Maid.c Acid 1iqii4 Cresylle AC.Id liquid SuLfuri.c Aid liquid Ltqid Anraquinone M sullurir 4cid Aliphscic A.roaadc Â1coois
liquid Liquid
Diyi.nas MechyLeyi.asinra Azopnix
gas tas & as/Ltquid
Inorganic S&Lca
A~UIUM Luit act
liquid
Carbanyi Copoids
Lacon.s ÂJ4.hydas
gas/liquid gaa/liquid
C~Claa Cases
Carbon 4de Su.Ltur Odss iirtgsu Odas
gas
?d1nas.. Pyrrni£o)3asaofurans
gae/]i.4uid gas/liqul4 ja&
8.nzaua Toin. xylmam
gas/].iquid gac/liquid
ÂLcooL.
Rydrocambous
O1afi. Phenois
?oc.turs
Suifur Cooiads
Trac. Ejnts
-
flxi. Particujatas -
Canid..
Cnoid
11ckaL Cirbonyt Cobs.Lt Carbonyl
jas
SuLjur Psrticu1.ss Cata.Iyut Finea Coks Coal. Dust
gas gas
Rydrolen Cysnida Anniu tocy.nata
Liqul Uqui
gas gas
gas
gas gas gas/14.quid Liquid ga. /liquid gas/liquid gas
.nthracmnaa lenw(a)pyrtne 3enzo(s)pyren. Pery Leus 9enzo(g.h.)pery1ens
7 : gas gas jas
Sauree: G. Cav.uaugb, cc ei., "?ocentiaily fazardoui E51a$LoC1I fr, !xcraction and ?roceaaing od Coat and Oti, • 1pA-501275U.S. !nvtronasntal Proteccion Agency, asflLogCo0. D.C., 19 5.
ga. -
/ gas Las gas gas jas
gas gas gas gas gas gas jas jas
Sulfid.a SuJ.foogtag 1rca. iopb..n.a aydxeu Sulfid.. Mathyl X*rcaptzns Carbon DiguUid.. Carbouyl. Su.LZi4. Methyl iophena
i.iquid liquid ga' jas 1 liquid gaaf Liquid gaa/1iquid
Vana4ias Nickai. Laad Cobalt )blybdanu. Stroutium 3.ry1lii Sei.oiu*
gaa/liquid jas gas jas gas liquid
gas ga' 'as
gas rad liquid
gas Her cury An ti= ny Arseui c Phoaphorua
Orgeno-sacailics
-
ga.
PhoLa D11J. Phasol Crasols ly isnola ?henyt PbaLs Âikyi. ?snoLs Âiyi. crasois
?hen reu. Yluorantbren. Cbr7.eo. 3enzo (a) snracena Aidine Banzo(s) androne Dibenzo(a,J)pyrso. Dibenzo(a ,n) pytsu. Dib.oso(a,i) pyren. MacyL Pyran. ludeno(1 2.3-c, d)pyrant 3enzoa4ins
Oitcai C1zaaifLceon
gas jas liquid gaa/liqtiid
gas Con ttued...
111-11 U.S. Energy t.sasrcfl and Devetopsent AdainistraCi a. Sy-iathetic Vu.1. Co.rciaiizaciaa ?rogra.. gRDA-1547. Dec 1976. p. tV-19.
-
-
Samenstelling van condensatieprodukten bij het Synthane-proces MaSS spectrometriç analyses of Synthane benzene Solubletar a Parent Compound B.P. °C
Formula
Vol % Benzene Soluble
Structural Type
Lignite
Illinois nr. 6 Coal ECI
Vol % ECI
) ( 4f
)
Montana Subbituminous Coal
Pittsburgh Seam Coal
Vol % ECI
Vol % ECI
Estimate Benzene Estimate Benzene Estimateb Benzene Estimateb b b Vol % Gas ) Soluble Vol % Gas ) Soluble Vol % Gas ) Soluble Vol % Gas
80.1
2.1
0.017
4.1
0.02
3.9
0.026
1.9
0.016
Indenes
C H 6 6 CHCHCH:CR
182.4
8.6
0.048
1.5
0.005
2.6
0.012
6.1
0.034
Indans
C 6 H4 CU 2 CH 2 CH 2
176.5
1.9
0.010
3.5
0.011
4.9
0.021
2.1
0.011
Naphthalenes
C 10 H 8
217.9
11.6
0.058
19.0
0.059
15.3
0.061
16.5
0.083
Fluorenes
295
9.6
0.037
7.2
tL018
9.7
0.03
10.7
0.041
Acenaphtenes
C 6 HCHC 6 H 4 2 C 10 H 6 (CH 2 ) 2
277.5
13.5
0.056
12.0
0.030
11.1
0.037
15.8
0.066
3-ring aromatics
C6 H4 ;(CH 2 ) 2 :C 6 H 4
354.5
13.8
0.05
10.5
0.023
9.0
0.026
14.8
0.053
Phenylnaphthalenes
C6 H 5 C 10 H 7
325
9.8
0.031
3.5
0.0066
6.4
0.016
7.6
0.024
NO
3.5
NO
4.9
ND
7.6
NO
1.4
NO
3.0
NO
4.1
ND 0.020
Benzenes
C)
7.2
ND
ND
NO
4.0
ND
Phenols
C 6 8 5 0H
182
2.8
0.019
13.7
0.056
5.5
0.03
3.0
Naphthols
C 10 H 7 0H
288
ND
NO
9.7
0.026
9.6
0.034
ND
Indanols
C 6 H 4 CH 2 CH 2 :CHOH
NO
0.9
1.7
0.0049
1.5
0.0057
0.7
ND
NO
4-ring pericondensecl 4-ring catacondensed
Acenaphthenols
ND
ND
0.0043 ND
2.5
NO
4.6
NO
0.9
NO
ND 0.0033
2.0
ND
0.0023
Nl)
Nl)
Phenanthrols
C 14 }1 90H
168
2.7
0.0089
NO
Dibenzofurans
C6 H 4 0C 6 H 4
287
6.3
0.024
5.2
0.012
5.6
0.017
4.7
0.018
C 6 H 4 SC 6 H4
332.3
3.5
0.012
1.0
0.002
1.5
0.004
2.4
0.0083
NO
MD
Dibenzothiophenes Benzonaphthothiophenes
ND
NO
1.7
NO
NO
ND
MI)
NO 0 t-.
a) "The analyses given are derived from the Bruceton 25 lb/hr coal feed laboratory sca'e Synthane gasifier. These may be representative of those gases which will be obtained from a (pilot plant and a) commercial operation (of the Synthane process). There will be some differences due to both variation in temperature, steam-oxygen feed quantities, and coal. Adapted from the work of Forney et al. (1974). ECI estimate of concentration in gas phase. C1 No data.
Q) (D -t(D 1 < 0
bijlage 14 (vervo
0aanic compounds Froni the Syrthane gasification process
(bench scale unit) 5 .
(') Chrooatoqraphic identification
Fornuis
B.P. ° C
Concentration .ig/g (ppm)
Acetic Acid
CH 3 C00H
119.1
Propanoic Acid
CH 3 CHCO0H
141.1
n-Sutanoic Acid
CH 3 CH 3 CH 3 C00H
163.5
20.86
Acetamide
CH 3 COHH 3
222
HO
591 60.5
n-Pentanojc Acjd
CH 3 (CH 3 ) ) CO0H
197
10.62
Propionarnide
CH 3 CH 2 C0(UH 3 )
213
HD
n-Hecanojc Acid
CH 3 (CH2).COOH
205
Butyramide PhenoJ.
HO CH 3 OH
n-eptanoic Acid r0resoi resoLs
182
NO
NO
21.16 NO 1953.9 ND
CH 3 CHOH
191.5
63.2
CH3C6ft.OH CH 3 CH0H >
202.3 202.5
1740.1 HD
n-Octarioic Acid 2,-DmmethyLpheno1
NO
HO
NO
NO
(0I 3 ) 3 CH 3 0H
212
C Z H 5 CK.0H
207.5
(CH3)2CH30H
211.5
213.9
3,5-Oirnethyihenol
(CH 3 ) 2 CH 3 CH
219.5
2376
23-Oinethylphenol
(CH 3 )2CH 3 OH
219
.EthyIoheno1 2,5-Di.methy1henoi.
r-Honanoic Acjd 3,4..0fethy1phnoj
HO
NO
(CH3)CH30H
n- Decanoic Acjd
225
34.48 29.92
25.36 MD 101.73
NO
NO
04'tIaphthol
C3H70H
233
'-HaphthoI
CLOH70H
294.35
Haphthalene
C (a H g
217.9
2-Hethylnaphthalene
CLQH7CH3
245
1.263
3-Hethylnaphthaiene
CH 7 CH 3
240-3
0.031
Azajene
HO
HO
Biphenyl
CH 5 CH 3
2,6-Dlrnethylnaphthalene
C3 0 H6(CH 3 ) 3
HO
CH6(CH3)a
NO
1,3
and 1,6-Dimethylnaphthalene
Butylated Hydroyto1uene
254-5
NO
NO
HO 9.17 24.65 0.139
NO 0.0017 0.048 0.066 HO
1,5 and 2,3-0ioeth1naphtha1ene
C 13 H3(CH 3 ) z
243
1,2-Oimnethylnaphthalene
CH ; (CH 3 ) 2
HO
Acnaphthy1ene
C LO HCHCH
265-75
NO
Acenaphthene
C 13 H(CH 3 ) 3
277.5
IRb
F1urene
CHCH2CbH
293-5
0.0175
9,10-Dihydrr'anthrdcefle
CH :(CHZ
305
0.0022
)Z
.- CJH4
0.024 0.010
Adapted Frori the work oF Nassey and Dunlap ( 1976 ) and Cuerin and Epler (1976). b11 te ce so]ut1on. C
No data.
-
bijlage 15
De orde van grootte van de kosten van nazuivering van het Lurgi-procesafvalwater m.b.v, een koolfilterinstallatie in zijn eenvoudigste opzet -
-.
Reactieve kolen (met 0,7 gew. zwavel da.f.)-
• -
3 Hoeveelheid procesafvalwater (m /h>
Weinig reactieve kolen (met 3 gew. zwavel d.a.f.). 155
83 2
3
25
45
100
180
10
18
Totaalinvestering (miljoen gulden) Hoeveelheid kool geinstalleerd ( ton )t Hoeveelheid kool geregenereerd (ton/jaar)T Hoeveelheid kool vervangen i.v.in.
vergruizing (ton/jaar) Kosten (miljoen gulden/jaar) van regéneratie (F 1,51kg) -
0,15
0,27
van koolvervangirig (F 4/kg)
0,10
0,18
voor bedieningspersoneel (0,5 man/ploeg)
0,10
0,10
nutsbedrijf
industri.e
industrie
bedrijf
Kapitaal kosten
0,33
0,61
0;48
0,90
Totaal
0,68
0,96
1,03
1,45
Kosten in F/m 3 procesafvalwater
ca. F 1
ca. F 1,5
ca. F 0,8 ca. F 1,2
Kosten in ct/m 3 GAE -.
ca. 0,2 ca. - 0,3
ca. .0,4 ca. 0,5
Deze gegevens zijn afgeleid van informatie van IEA-Coal Research (ref. 85). Zie bijlage 4.52. De kosten van biologische zuivering van Lurgi-procesafvalwater ()
Reactieve kolen (met 0,7 gew. % zwavel d.a.f.)
Weinig reactieve kolen (set 3 gew. % zwavel d.a.f)
Hoeveelheid procesafvalwater (m 3 /h)
83
155
Totaal investering van biologische zuivering (miljoen gulden)
6
9
Variabele kosten (miljoen gulden/jaar)
0,17
0,31
Kosten bedieningspersoneel (miljoen gulden/jaar) (1 man/ploeg)
0,19
0,19
nutsbedrijf
industrie
nuts. . bedrijf
industrie
Kapitaal-afhankelijke kosten in miljoen gulden/jaar,
0,95
1,79
1,39
2,66.
Totaal kosten (in miljoen gulden/jaar
1,31
2,15
1,89
3,16
Kosten in F/m 3 afvalwater
2
3,2
1,5
2,5
Kosten per m Groningen aardgas ° equivalent (ct/m 3 GAE)
0,44
0,72
0,66
1,10
Volgens IEA-Coal Research bedraagt de totaal investering voor de biologische zuivering van 190 m 3 /h procesafvalwater ca. 10 miljoen gulden. Volgens IEA-Coal Research is 2,5 Wh per m 3 afvalwater nodig i.v.m. de beluchting. Aangenomen dat elektriciteit 8 ct/Wh kosten de variabele kosten voor 80% uit elektriciteitakosten bestaan. Zie bijlage 4.5.2.
C1s;ic DFS $ rii f'or 41-70 sheets 322 ww . . bindort Ic coM
