WYKORZYSTANIE ZASOBÓW WĘGLA W UKŁADACH ZGAZOWANIA
description
Transcript of WYKORZYSTANIE ZASOBÓW WĘGLA W UKŁADACH ZGAZOWANIA
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