Informacja o zrealizowanych pracach w roku 2010 w Temacie Badawczym nr 2
„Opracowanie i weryfikacja w skali pilotowej technologii ciśnieniowego zgazowania węgla w reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym przy wykorzystaniu CO2 jako czynnika zgazowującego”
W roku 2010 uzyskano następujące efekty:
- Analiza stanu wiedzy w zakresie merytorycznym CTB 2.1.1 ze szczególnym uwzględnieniem metod i procedur realizacji prac badawczych.
- Zestawienie i usystematyzowanie wyników badań realizowanych na świecie stanowiących materiał porównawczy/odniesienia dla prac realizowanych w ramach CTB 2.1.1.
- Zakres i plan prac eksperymentalnych w zakresie badań laboratoryjnych wpływu temperatury i czasu przebywania paliwa w strefie reakcyjnej na sprawność usuwania rtęci
- Analiza stanu wiedzy w zakresie metod głębokiego rozdrabniania substancji stałych, ze szczególnym uwzględnieniem ich przydatności do rozdrabniania węgli
- Wytyczne dostosowania stanowiska do badań hydrodynamiki przepływu układów wielofazowych w zakresie optymalizacji konstrukcji, aparatury kontrolno-pomiarowej i metodyki realizacji prac badawczych
- Charakterystyka analityczna węgli wytypowanych do badań eksperymentalnych
- Projekt modernizacji instalacji celem umożliwienia przeprowadzenia badań nad zgazowaniem węgla brunatnego w skali wielkolaboratoryjnej.
- Przegląd Instalacji IZPS dla wykonania harmonogramu konicznych prac modernizacyjnych.
- Znaczący wzrost pojemności absorpcyjnej badanego roztworu absorpcyjnego względem roztworów wodnych nieaktywowanego MDEA (pojemność porównywalna względem wodnych roztworów MDEA aktywowanego MEA i PZ)
- Znaczne (około stukrotne) przyśpieszenie absorpcji CO2 w badanych roztworach względem roztworów wodnych MDEA
- Analiza stanu wiedzy w zakresie merytorycznym CTB wraz ze wskazaniem istotnych obszarów badawczych, wymagających intensywnych prac dla rozwoju zastosowania adsorbentów węglowych w dynamicznych procesach separacji CO2 ze strumienia gazów
- Izotermy adsorpcji CO2 dla wytypowanych adsorbentów (28 węgli aktywnych)
- Wytyczne dla dalszych prac nad otrzymaniem węgla aktywnego o wysokiej efektywności wychwytywania ditlenku węgla.
- Analiza stanu wiedzy na temat usuwania CO2 przy użyciu sorbentów wapniowych, w tym sposobów przeciwdziałania spadkowi zdolności sorpcyjnych CaO w czasie pracy.
- Model symulacyjny usuwania ditlenku węgla z gazu syntezowego
- Wybór najkorzystniejszych typów wodorotlenków glinu i lepiszczy dla wytwarzania manganowych nośników sorbentów siarkowodoru
- Analiza stanu wiedzy w zakresie składu gazu uzyskiwanego z różnych technologii zgazowania węgla.
- Przygotowane mieszanek modelowych gazów ze zgazowania węgla do badań laboratoryjnych.
- Założenia dla realizacji testów w zmodyfikowanej instalacji doświadczalnej.
- Charakterystyka katalizatora Ni(10)CeZrO2 w procesie rozkładu toluenu w funkcji rosnącej temperatury dla reakcji reformingu parowego oraz półspalania.
- Analiza stanu wiedzy w zakresie merytorycznym realizacji CTB ,
- Wybór związków modelowych do symulacji substancji smolistych w trakcie badań laboratoryjnych
- Wytyczne w zakresie parametrów realizacji badań laboratoryjnych .
Informacja o zrealizowanych pracach w roku 2011 w Temacie Badawczym nr 2
„Opracowanie i weryfikacja w skali pilotowej technologii ciśnieniowego zgazowania węgla w reaktorze z cyrkulującym złożem fluidalnym przy wykorzystaniu CO2 jako czynnika zgazowującego”
Przeprowadzono badania laboratoryjne wpływu temperatury i czasu przebywania węgla brunatnego KWB Bełchatów oraz węgla kamiennego KWK Janina na stopień usunięcia rtęci z paliwa. Otrzymane wyniki wskazują, iż możliwa jest znaczna redukcja zawartości rtęci w paliwie przy wykorzystaniu procesu pirolizy niskotemperaturowej. Realizacja procesu w temperaturach 200 i 500oC pozwala na uzyskanie sprawności separacji w zakresie 9,6 – 99,5% oraz 1,2 – 74,7% odpowiednio dla węgla brunatnego i kamiennego. Z punktu widzenia skuteczności usuwania rtęci i właściwości paliwa oczyszczonego wydaje się, że optymalną temperaturą procesu dla węgla brunatnego jest temperatura z zakresu 250 – 300oC natomiast dla węgla kamiennego 350oC.
Opracowano nową metodę oznaczania zdolności reakcyjnej paliw o różnym stopniu metamorfizmu wobec ditlenku węgla, która uwzględnia wpływ temperatury i podwyższonego ciśnienia. Zaproponowano 4 układy równań kinetycznych I-rzędu do opisu szybkości powstawania CO i ubytku CO2. Zweryfikowano doświadczalnie 2 spośród 4 zaproponowanych modeli.
W instalacji laboratoryjnej (wydajność do 4 kg/h) określono wpływ parametrów procesowo-technologicznych (stosunek powietrze/węgiel, stosunek CO2/węgiel, ciśnienie, temperatura) na zawartość składników palnych (tlenek węgla, wodór, metan) w gazach otrzymanych w procesie zgazowania węgli: Janina, Wieczorek, Bełchatów.
Opracowano metodę wytwarzania ziarnowych węgli aktywnych o dobrze rozwiniętej mikroporowatości i zadowalającej wytrzymałości mechanicznej w procesie aktywacji koksu z węgla bitumicznego wodorotlenkiem potasu. Testy w warunkach stacjonarnych wykazały, że otrzymane ziarnowe węgle aktywne wykazują znacznie wyższą niż handlowy węgiel aktywny NORIT R2030CO2 pojemność magazynową ditlenku węgla (120 wobec 80 cm3(STP)/g) i porównywalną selektywność wobec innych składników gazu syntezowego.
Opracowano recepturę wytwarzania materiałów chemisorbujących H2S w wysokich temperaturach oraz określono ich podstawowe właściwości fizykochemiczne. Wykazano, że najkorzystniejsze właściwości sorpcyjne względem H2S wykazują adsorbenty na bazie mieszanych tlenków Zn-Fe oraz na bazie mieszanych tlenków Zn-Ti.
Stwierdzono, że materiały na bazie cynku i tytanu nie wykazują aktywności w reakcji rozkładu amoniaku - dodatek kobaltu rozwija tę funkcję.
Rozdzielano gaz modelowy o składzie: CO 50,0 ± 1 % obj., CH4 4,9 ± 0,1 % obj., CO2 20,0 ± 0,4% obj. i reszta H2, przy użyciu membrany poliimidowej (producent: UBE). Uzyskano wysokie, dochodzące do 88 % obj., stężenie wodoru w permeacie. Tak wysokie wzbogacenie syngazu wodorem przy użyciu membrany polimerowej nie zostało odnotowane w dostępnej literaturze.
Testy katalityczne reakcji reformingu parowego toluenu i a-metylonaftalenu, prowadzone w obecności CO, CO2 i H2 na wstępnie sformowanym katalizatorze Ni/CZ wykazały, że 70% obj. wprowadzanej mieszanki składników modelowych smoły ulegała przereagowaniu do CO, natomiast uzysk wodoru wynosił około 19% obj. Wykonane testy wykazały również, że w obecności pary wodnej oraz CO, CO2 i H2 (składniki gazu ze zgazowania węgla), modelowe składniki smoły są rozkładane na Ni/CZ nie tylko w wyniku reformingu parowego a także suchego reformingu, zachodzącego przy udziale CO2.