Pomiń polecenia Wstążki
Przeskocz do głównej zawartości
Ta witryna używa plików cookie. Korzystając ze strony wyrażasz zgodę na używanie plików cookie, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki. Możesz je w każdej chwili zmienić. Szczegóły znajdziesz w polityce plików cookie.
 

Instalacje pilotowe CCS w TAURON Wytwarzanie

Elektrownia Łaziska - Instalacja pilotowa aminowego usuwania CO2 ze spalin

Zastosowana w łaziskiej instalacji metoda jest tzw. metodą absorpcyjną. W procesach technologicznych usuwany składnik z fazy gazowej ulega absorpcji w fazie ciekłej, przy czym może on ulegać rozpuszczeniu w cieczy w sensie fizycznym – absorpcji fizycznej lub ulegać reakcji – absorpcji chemicznej. Obecnie jedyne komercyjnie dostępne i wystarczająco aktywne absorbenty chemiczne do separacji CO2 o małym stężeniu ze spalin, to wodne roztwory alkanoloamin.  

Budowę instalacji pilotowej pracującej aktualnie w Elektrowni Łaziska sfinansowali partnerzy przemysłowi: TAURON Polska Energia i TAURON Wytwarzanie, zaś koszty badań prowadzonych przez Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w ramach zadania badawczego nr 1 finansuje Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. 

Podstawowym układem technologicznym instalacji pilotowej jest moduł usuwania CO2 ze spalin, składający się z kilku węzłów procesowych. Najważniejszym z nich jest węzeł absorpcji, którego głównym elementem jest kolumna absorpcyjna, do której doprowadzane są spaliny. Gaz z sekcji głębokiego odsiarczania (wymagana technologicznie ze względu na możliwość degradacji amin jest zawartość siarki nie większa niż 20 mg/m3n) o natężeniu ok. 200 m3n/h wprowadzany jest do kolumny, gdzie kontaktuje się ze spływającym po wypełnieniu, wodnym roztworem aminy. Wychwyt przeważającej ilości CO2 ze strumienia gazu następuje w wyniku absorpcji z towarzyszącymi reakcjami chemicznymi. Nasycony dwutlenkiem węgla roztwór absorpcyjny poprzez węzeł odzysku ciepła kierowany jest do kolumny desorpcyjnej. Odzysk ciepła ma kluczowy wpływ na wskaźniki charakteryzujące cały proces, zmniejszając zapotrzebowanie na energię.

Ciąg technologiczny służący do realizacji procesu wychwytywania CO2 metodą aminową składa się z 40 aparatów i zlokalizowany jest w kontenerze technologicznym. Podstawowym elementem części technologicznej są trzy kolumny sorpcyjne, które wraz z konstrukcjami wsporczymi na czas transportu są demontowane i składowane w kontenerze magazynowym. Trzeci z kontenerów – nadzoru, zawiera układy sterowania, podręczne laboratorium oraz pomieszczenie obsługi. W ciągu technologicznym znajduje się 180 punktów pomiarowych dla monitorowania procesu. Po zakończeniu cyklu badań dla kotła pyłowego w Elektrowni Łaziska, kontenery z instalacją pilotową zostaną przewiezione i zamontowane w Elektrowni Jaworzno III, gdzie będzie badana skuteczność tej metody dla spalin pochodzących z kotła fluidalnego.


  

Elektrownia Łagisza - Zmiennociśnieniowa instalacja pilotowa do badań wychwytu CO2 ze spalin

Mowa tu o instalacji oczywiście adsorpcyjnej, podłączonej do kanału spalin największego na świecie kotła fluidalnego na parametry nadkrytyczne (bloku 460 MWe). Adsorpcja jest metodą stosowaną w przemyśle głównie do oczyszczania i odzysku gazów, czyli do separacji powietrza, odzyskiwania i oczyszczania wodoru, osuszania powietrza, separacji CO2 z metanu itp. Metoda ta polega na zagęszczaniu par i gazów na powierzchni ciała stałego (adsorbentu) wskutek oddziaływania sił międzycząsteczkowych i wykorzystuje różnice w chłonności sorpcyjnej lub szybkości adsorpcji poszczególnych składników rozdzielanej mieszaniny gazowej w danym adsorbencie. Wśród adsorbentów najbardziej popularne są adsorbenty zeolitowe oraz węglowe, które wypełniając kolumnę adsorpcyjną stanowią złoże. Aby proces mógł być prowadzony w sposób ciągły, potrzebne są minimum dwie kolumny adsorpcyjne. W praktyce stosuje się systemy wielozłożowe, co korzystnie wpływa na efektywność procesu.

Projekt instalacji pilotowej i koncepcja badań powstały dzięki wcześniejszym pracom prowadzonym w małej oraz dużej skali laboratoryjnej przez Politechnikę Częstochowską. Decyzja o wyborze metody adsorpcyjnej DR-WPSA do separacji CO2 z gazów spalinowych wynikała z analizy parametrów spalin. Jej istotą jest zastosowanie dwusekcyjnego adsorbera. Dzięki takiemu rozwiązaniu istnieje możliwość wzbogacenia otrzymanego produktu z pierwszej sekcji adsorbera w wydzielonej dodatkowej (drugiej) sekcji adsorbera. Prowadzony w ten sposób proces, przy odpowiednim doborze adsorbentów i parametrów pracy, pozwala na uzyskanie wysokiej sprawności wydzielania dwutlenku węgla oraz wysokiego stężenia CO2 w produkcie. Gazy spalinowe pobierane z kanału spalin kotła fluidalnego bloku 460 MW w Elektrowni Łagisza są sprężane oraz schładzane do temperatury 35-40 ºC. Następnie sprężony gaz kierowany jest do absorbera, gdzie poprzez przemywanie wodą usuwa się z niego pyły i alkalia. Z gazu usuwa się tlenki siarki oraz azotu za pomocą węgla aktywnego, impregnowanego wodorotlenkiem potasu i jodkiem potasu. Tak przygotowany gaz trafia do sekcji osuszania spalin, gdzie para zawarta w spalinach absorbowana jest przez glikol. Oczyszczony i osuszony gaz kierowany jest następnie do sekcji separacji dwutlenku węgla DR-VPSA. Czterokolumnowa instalacja realizując w każdym z adsorberów inny etap procesu pozwala na jego prowadzenie w sposób ciągły. Instalacja pilotowa DR-VPSA jest jednostką mobilną składającą się z dwóch kontenerów: kontenera technologicznego z częścią procesową oraz kontenera nadzoru ze sterowaniem, pomiarami i częścią socjalną. Metoda adsorpcji zmiennociśnieniowej z podwójnym płukaniem złoża składnikiem lekkim i ciężkim (DR-VPSA – ang. Dual-Reflux Vacuum-Pressure Swing Adsorption) nie była dotychczas testowana w procesie separacji CO2 z gazów spalinowych na rzeczywistym obiekcie w sakli pilotowej na świecie.

Praca badawcza tej instalacji polegać będzie na testowaniu różnych receptur procesu, pozwalając jednocześnie na zadawanie określonego ciśnienia w poszczególnych etapach pracy instalacji, strumienia gazu płuczącego oraz czasu trwania etapów procesu. W toku badań planuje się przeprowadzeni testów na dwóch rodzajach adsorbentów - węglu aktywnym oraz wybranym adsorbencie zeolitowym – dla różnych parametrów.

Zebrane dane pozwolą na określenie wpływu różnych parametrów procesowych na sprawność wychwytu CO2, uzyskanie wiedzy technicznej oraz ruchowej instalacji i będą stanowiły podstawę do opracowania studium lokalizacji instalacji CCS w ramach studium wykonalności nowego bloku energetycznego na terenie TAURON Wytwarzanie.

 

Niebawem powstanie jedna instalacja

 

Profesor Wojciech Nowak
Profesor Wojciech Nowak
Profesor Wojciech Nowak, dyrektor Instytutu Zaawansowanych Technologii Energetycznych Politechniki Częstochowskiej, prodziekan ds. nauki na Wydziale Inżynierii Środowiska i Biotechnologii.

Koordynator kilkunastu programów badawczych Unii Europejskiej, lider Projektu Strategicznego NCBiR "Spalanie tlenowe dla kotłów pyłowych i fluidalnych zintegrowanych z wychwytem CO2", autor instalacji pilotażowej w Elektrowni Łagisza.

 

Panie profesorze, która z dwóch instalacji pilotowych – absorpcyjna, czy adsorbcyjna - powstałych we współpracy z TAURONEM jest pana zdaniem lepszym rozwiązaniem dla polskiej energetyki?

Po to badamy te dwie metody i po to się zajmujemy dwoma rozwiązaniami, żeby znaleźć i jasno określić korzyści płynące z każdej z nich. Na końcu zaś z pewnością będziemy budować coś w rodzaju połączonej metody. W ten sposób mamy okazję do stworzenia bardzo fajnej technologii eliminującej wady i łączącej zalety obu metod: absorpcyjnej i adsorbcyjnej. Przykładem może być chociażby fakt, że z metody absorpcyjnej część gazu „przecieka” do atmosfery, bardzo szkodliwego gazu, który nawiasem mówiąc można by usunąć metodą adsopcyjną. I chociażby w tym momencie mamy już połączenie tych dwóch metod.

Czyli można powiedzieć, że dwóch twórców, dwóch profesorów, już się w tym wypadku dogadało?

Nie, no myśmy od początku wiedzieli o tym, że tutaj nie ma żadnej konkurencji, wręcz odwrotnie. Metoda absorpcyjna jest metodą powszechnie znaną, metoda adsorpcyjna może trochę mniej, ale jest to w każdym razie ten element innowacyjności, wprowadzania czegoś nowego.

Kiedy więc można się spodziewać efektu połączonych sił dwóch ośrodków badawczych – wspólnej instalacji pilotowej profesorów Nowaka i Ściążki?

Występujemy w tej chwili razem w nowym konkursie zorganizowanym przez Norwegów i jeżeli uda nam się go wygrać, to taką metodę zaproponujemy. Jeżeli nie, to będziemy poszukiwać takiego projektu, w którym będziemy się mogli zrealizować i tę metodę przedstawić. Czyli tak czy inaczej taka metoda powstanie. Dlatego między innymi, że my możemy to bardzo prosto zrobić – jeżeli TAURON będzie zainteresowany taką właśnie wspólną metodą, to my nasze dwa kontenery połączymy ze sobą i w wielkim skrócie to będzie właśnie oczekiwana fuzja.

 

Współpraca zamiast rywalizacji

 

Dr hab. inż. Marek Ściążko
Dr hab. inż. Marek Ściążko
Dr hab. inż. Marek Ściążko, prof. nadzwyczajny. W latach 1991 – 2013 dyrektor Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla. Jest członkiem Grupy Doradczej ds. Energetyki – DG RTD UE, Komitetu Energetyki oraz Inżynierii Chemicznej Polskiej Akademii Nauk, profesor krakowskiej AGH.

  

Czy jest pan także zwolennikiem wspólnej instalacji, która łączyłaby zalety absorpcyjnej i jednocześnie adsorpcyjnej metody usuwania dwutlenku węgla ze spalin kotłów energetycznych?

To jest pomysł procesowy, żeby połączyć wyniki badań, które uzyskaliśmy w dwóch różnych instalacjach pilotowych w Łaziskach i Łagiszy – elektrowniach należących do spółki TAURON Wytwarzanie i stworzyć koncepcję technologiczną, która jest absolutnie nowa i nowatorska. Powinna ona dać znacznie lepsze parametry zarówno w wychwytywaniu dwutlenku węgla, jak i w kosztach tego procesu. Liczę, że coś z tego nowego postanie. Obydwaj z profesorem Nowakiem będziemy się nad tym zastanawiać w nadchodzących miesiącach.

Czyli już jesteście panowie po pierwszych rozmowach na ten temat?

W sumie tak, jest już koncepcja, którą zgłaszamy w projekcie norweskim, o którym właśnie wspominał profesor Nowak. Natomiast muszę tu podkreślić, że na razie jest to koncepcja w naszych głowach i trzeba ją zmaterializować, czyli dokonać oceny merytorycznej i modelowej, a potem wypróbować ją technicznie.

Czy my jako TAURON Wytwarzanie mamy okazję na taką wspólną pilotową instalację w najbliższym czasie?

Ponieważ koncepcja powstała właśnie we współpracy z TAURONEM, więc jeżeli tylko sprawdzi się ona w praktyce, to TAURON będzie jej współwłaścicielem.

Czyli w kolejnej elektrowni naszego koncernu spotkacie się panowie obydwaj z profesorem Nowakiem i wasze dwa kontenery, ale już jako jedna instalacja?

- Powiedzmy sobie otwarcie, że tak. W uproszczeniu można powiedzieć, że te właśnie dwa kontenery, a właściwie ich moduły zostaną ze sobą połączone. Może w Elektrowni Jaworzno III jeszcze to nie nastąpi, bo tam moja instalacja trafi najwcześniej. Wspólną koncepcję trzeba najpierw sprawdzić w małych instalacjach, w warunkach laboratoryjnych w naszych instytutach, a dopiero potem sięgnąć po skalę pilotową. Szansa jednak na to jest duża, bo trzeba rozwijać technologie aby sprawność elektrowni była możliwie najwyższa, a niestety CCS ją obniża. My staramy się teraz znaleźć najlepsze i jednocześnie najkorzystniejsze metody wychwytywania CO2. A czy potem będziemy pracować w kierunku sekwestracji, czy też innego wykorzystania dwutlenku węgla, to już zupełnie inna sprawa.