WYKORZYSTANIE ZASOBÓW WĘGLA W UKŁADACH

ZGAZOWANIA

Marek Ściążko

Krzysztof Dreszer

Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla

25 września 2006

Przewidywany wzrost temperatury i oczekiwana redukcja CO2

0

1

2

3

4

1800 1850 1900 1950 2000 2050

Lata

Wzr

ost

tem

per

atu

ry [

C]

Zmierzony wzrost globalnej temperatury

Przewidywany wzrost temperatury

0

5

10

15

20

25

1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

Rok Kalendarzowy

Gt C

/rok

IS 92a

WRE 550

SCENARIUSZE ROZWOJU:

TECHNOLOGIE CZYSTEGO WĘGLA

PIROLIZASPALANIE ZGAZOWANIE

MECHANICZNAPRZERÓBKA

WĘGLA

ENERGIAELEKTRYCZNA

CIEPŁOGAZ

SYNTEZOWYDLA CHEMII

ZINTEGROWANY SYSTEM ENERGETYCZNY – STRATEGIA NA 1szą połowę XXI WIEKU

ZGAZOWANIE

WYDZIELANIEWODORU

SYNTEZAPALIW

SYNTEZAMETANOLU

TURBINAGAZOWA

Wodór

Paliwasilnikowe

Metanol

Energiaelektryczna

Gaz procesowy

Rozwój technologii energetycznych

Separacja CO2

Technologiepo 2015

Technologiepo 2025

Technologie po 2020

Po spalaniu

Oxyspalanie

IGCC

Poligeneracja

Chemicznytransfer tlenuMineralizacja

CO2

Ogniwa paliwowe

Karbonizacja/dekarbonizacja

Wg Vattenfall

Opcje technologiczne

Spalanieklasyczne

Zgazowanie

Spalanie wtlenie

SeparacjaCO2

Zgazowanie

Sep

arac

ja p

owie

trza

Reforminggazu

Spalanie

Reforminggazu

Spalanie

Syntezachemiczna

SeparacjaCO2

Powietrze

En. elektryczna iciepło CO2

N2, O2,H2O

En. elektryczna i ciepło

CO2, H2O

CO2, H2O

En. elektryczna iciepło

H2O

Metanol

H20

CO2

Po

lig

ener

acja

IGC

CS

pal

anie

w t

len

ieS

pal

anie

kla

sycz

ne

En. elektryczna iciepło

Nowageneracja

technologii

Skala czasowa rozwoju nowych technologii

Instalacjatestowa

0.5 MWth (< 0.5 mlnEuro)

Instalacjapilotowa30 MWth

(<40 mln Euro)

Instalacja demo300-600 MWth200-600 mln

Euro

Instalacjakomercyjna

> 1000 MWth

wg Vattenfall, 2005Oxyspalanie

Zgazowanie - IGCCwg RWE, 2005

2015 ok. 2020

Instalacja demo450 MWel1 mld Euro

PODSTAWOWY SCHEMAT IGCC

CHŁODZENIEBEZPOŚREDNIELUB POSREDNIE

ZGAZOWANIEWĘGLA

ROZDZIAŁPOWIETRZA

ODPYLANIE

USUWANIESIARKI

TURBINAGAZOWA

TURBINAPAROWA

KOCIOŁPAROWY

Powietrze

Spaliny

Powietrze

N2

Powietrze 600 C

Para Woda

H2S

40 CGazsyntezowy

1500 C

300 C

O2 Czysty gaz

Węgiel

Ciepło

Wodachłodząca

INSTALACJE DEMONSTRACYJNE

REAKTORY ZGAZOWANIA

Węgiel/tlenPara wodna

Gaz

Płaszcz

Ścianamembranowa

WodaPara

TlenWęgiel

Komorazgazowania

Gazsyntezowy

Żużel

Wymurówka

Chłodzeniewodne

SPRAWNOŚĆ OPERACYJNA

SPRAWNOŚĆ UKŁADU IGCC

• Typ węgla: węgle o większej zawartości wilgoci i popiołu – niższa sprawność.

• Technologia: suche systemy dozowania, gorące oczyszczanie gazu – lepsza sprawność.

• Poziom technologiczny turbiny: wyższa temperatura wlotowa – wyższa sprawność.

• Oczekiwana sprawność 48% bez CO2, 42% z usuwaniem CO2.

PORÓWNANIE IGCC i PC

Parametr Jedn. IGCC PCNakłady kapitałowe $/kWe 1450 1225Emisja: NOx kg/GJ 0.01 0.015 SOx kg/GJ 0.005 0.02 PM kg/GJ 0.002 0.005Sprawność netto % 40 40Obniżenie emisji Hg % 95 55 - koszt $/kg 1700 18500Usuwanie CO2 -zwiekszenie kosztów % 30 73 -obniżenie mocy % 5 28

Skojarzone wytwarzanie energii i metanolu

Zgazowanie wegla

Oczyszczanie,reforming,

usuwanie CO2

Układ parowogazowy

SyntezametanoluRozdział

powietrza

Powietrze

Azot

Tlen

Gaz

Ditlenek węgla

GazresztkowyGaz

syntezowy

Układcyrkulacji

Metanol

En. elektryczna

Para wodna

Parawodna

Schemat aktualny HTFT

Zakłady Sasol w Secundzie

Secunda – Sasol II i III

Zakłady w Secundzie – Sasol II i III

ca. 4 km2 km

Sasol II Sasol III

3000 ton węgla/h = 24 mln ton/rok6000 bbl/h = 6 mln ton paliw ciekłych

Zakłady Sasol II

1500 t węgla/dzień40 gazogeneratorów Lurgi

Widok baterii gazogeneratorów

Reaktory zgazowania LurgiX 80

Aktualnie w produkuje syngaz 80 reaktorów zgazowania

Stosowane reaktory syntezy HTFT

Reaktor cyrkulacyjny – wycofywany Reaktor fluidalny – nowy D=8 m i D = 10 m

Reaktor CFB (dawniej Kellog)

Powiększanie skali reaktorów HTFT

1955 1980 1980 2000

6500 bbl/d20000 bbl/d

Reaktor SAS i CFB

Reaktor SAS

Zgazowanie – paliwa ciekłe(IV-IGCC, V–IGCC opłata CO2, VI-paliwa bez opłat, VII-z opłatami CO2

Wariant IV V VI VII Nakłady inwestycyjne (mln zł) 3 890 3 890 3 661 3 661 Moc netto (MW) 1 155 1 155 676 676

Produkcja paliw ciekłych (t/rok) 0 0 517 175 517 175

Wskaźnik nakładów inwestycyjnych (zł/kW)

3 369 3 369 - -

Zużycie paliwa (t/godz.) 532 532 532 532 Emisja CO2 (t/rok) 9 219 926 9 219 926 7 594 518 7 594 518 Koszty operacyjne (mln zł) 820 820 828 828 Opłaty za emisję CO2 ($20/t) 0 555 0 457 Amortyzacja (mln zł) 194 194 183 183 Odsetki (mln zł) 103 103 94 94 Koszty produkcji razem 1 117 1 672 1 106 1 563 Przychody ze sprzedaży energii (mln zł) 1 282 1 282 750 750 Przychody ze sprzedaży prod. ciek. (mln zł) 0 0 856 856 Przychody ze sprzedaży razem (mln zł) 1 282 1 282 1 607 1 607 Koszt wytwarzania energii elektrycznej (zł/MWh)

123 184 97 137

Koszt wytwarzania ropy (zł/t) - - 1 139 1 610 Koszt wytwarzania ropy ($/bbl) - - 48 68 NPV (Net Present Value) (mln zł) 144 -4 319 2 481 -682

Szacunkowe koszty produkcji [$/bbl] (cena węgla 40 $/t)

Koszty surowca: 20Koszty operacyjne: 15Koszty kapitałowe 20Razem: 55

Dodatkowo CO2min 10max 23

Koszt prod.min 65max 78

WNIOSEK

Skojarzone technologie energetyczno – chemiczne, oparte o zgazowanie, są obiektywną drogą zwiększenia efektywności wykorzystania węgla i zminimalizowania zanieczyszczenia środowiska w perspektywie długoterminowej, a w szczególności stają się atrakcyjne ekonomicznie w przypadku konieczności usuwania CO2.

WĘGIEL DLA ENERGETYKIZAWODOWEJ40 MLN TON

ENERGETYKAZAWODOWA

32 GW

GAZ ZIEMNY DLA CHEMII2 MLD M3

ZUŻYCIE ROPY NAFTOWEJ18 MLN TON

WĘGIEL DLA ENERGETYKIZAWODOWEJ40 MLN TON

ENERGETYKAZAWODOWA

32 + 7.5+2 GW(41.5 MW)

GAZ ZIEMNY DLA CHEMII2 MLD M3

ZUŻYCIE ROPY NAFTOWEJ18 + 2 MLN TON

WEGIEL DOSTĘPNY10 MLN TON

STAN AKTUALNY SCENARIUSZ ROZWOJU

WARIANT PALIWPŁYNNYCH

SCENARIUSZE

STRATEGIA

• Poligeneracja – en. elektryczna + gaz syntezowy w integracji z zakładami chemicznymi

• Zastąpić można ca. 2 mld m3 NG i wyprodukować dodatkowo 2000 MWel.

• Zaletą mogą być relatywnie niskie koszty inwestycyjne z uwagi na już rozbudowaną infrastrukturę syntezy.

• Poligeneracja jest również metodą na jednoczesne odtwarzanie mocy w energetyce.

• Ukierunkowanie na F – T pozwoli wytworzyc ok. 2,5 mln t paliw.

• Koszty inwestycyjne niejednoznacznie zdefiniowane; duży wpływ ceny CO2

REKOMENDACJE

• Wykonać analizę techniczno-ekonomiczną integracji koncepcji zgazowania z:– energetyką– chemią– petrochemią

• Funkcją celu winno być zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego kraju w aspekcie zabezpieczenia dostaw energii, półproduktów chemicznych i paliw przy minimalnych kosztach inwestycyjnych.

• Stworzyć prawne zachęty do inwestowania w czyste technologie węglowe

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ I

ZAPRASZAM DO

WSÓŁPRACY