159 / 2021-10-25 17:11:00

Wykorzystanie węgli i odpadów w procesie współzgazowania ukierunkowanego na wytwarzanie gazu bogatego w wodór - Use of coals and wastes in a co-gasification process aimed at producing hydrogen-rich gas

Hydrogen,coal gasification,waste

Atrakcyjność ekonomiczna węgli niskiej jakości oraz flotokoncentratów jest ograniczona, a także problematyka zagospodarowania odpadów komunalnych z szeroko rozumianej działalności człowieka, stwarzając aktualnie wyraźne wyzwanie. Produkcja paliw alternatywnych podyktowane jest względami ekologicznymi, ale również i ekonomią. Należy mieć na uwadze ograniczenie emisji ditlenku węgla, wykorzystanie potencjału energetycznego odpadów oraz zwiększeniem ich odzysku w obiegu, ograniczenie kosztów produkcji energii (mniejszy koszt pozyskania paliwa alternatywnego w odniesieniu do kosztów paliw konwencjonalnych). Rozpatrując powyższe komponenty jako obfity strumień paliwowy można je uznać za atrakcyjne materiały zawierające węgiel, w związku z tym należy opracować przyjazne dla środowiska i opłacalne ekonomicznie opcje ich wykorzystania.

Przebadano wybrane węgle, flotokoncentraty oraz paliwo alternatywne RDF (Refuse Derived Fuel) pod kątem ich zgazowania parą wodną. Komercjalizacja instalacji zgazowania węgla to jedna z metod właściwego wykorzystania i przetwarzania paliw niskiej jakości. Technologia umożliwia właściwe wykorzystanie potencjału energetycznego paliw. Wymagania komercyjnych rozwiązań technologii zgazowania węgla to w głównej mierze odpowiednie określenie parametrów paliwa wsadowego, a także wyznaczenie parametrów procesu przetwarzania (zgazowania) paliwa, które należy oznaczyć tak, aby ukierunkować proces przetworzenia materiału wsadowego, celem uzyskania żądanego produktu wyjściowego.

Przeprowadzono analizę reaktywności flotokoncentratów oraz węgli niskiej jakość, w celu określenia możliwości ich wykorzystania w procesie współzgazowania parą wodną z odpadami energetycznymi RDF. Opracowano modele do badania podobieństw i różnic pomiędzy badanymi paliwami, a także zależności między parametrami fizykochemicznymi a reaktywnością paliw możliwych do zagospodarowania w procesie zgazowania parowego.

Wyselekcjonowano węgle niskiej jakości, stworzono mieszanki z paliwem alternatywnym RDF o zawartości 5%wag, 10%wag. i 20%wag RDF oraz poddano eksperymentalnemu współzgazowaniu. W badaniu skupiano się na produkcji gazu bogatego w wodór, który jest czystym, ekologicznym nośnikiem energii, możliwym do zastosowania w energetyce i transporcie. W trakcie przeprowadzonych eksperymentów uzyskano gaz o stężeniu wodoru od 59%obj. do 68%obj. Wykonano analizę wyników z wykorzystaniem narzędzi chemometrycznych przy użyciu oprogramowania MATLAB oraz MS Excel. Uzyskane wyniki prześledzono z zastosowaniem metody grupowania hierarchicznego. Uwzględniono korelację składu tlenkowego w procesie produkcji wodoru uzyskiwanego w gazie syntezowym. Zauważono, iż dodatek paliw alternatywnych przyczynił się do wzrostu stężeń wodoru. Spostrzeżono zdolność katalityczną tlenków metali zawartych w paliwie. Właściwości katalityczne wykazują poszczególne tlenki w paliwie węglowym oraz w paliwie alternatywnym, ze szczególnym uwzględnieniem K₂O oraz Al₂O₃ oraz TiO₂ dostarczany do zgazowywanej mieszanki paliwowej wraz z RDF. Najwyższe wydajności produkcji wodoru uzyskano przy udziale 5%wag RDF w temperaturze zgazowania 900ºC. Przyrost temperatury wpływał na spadek stężeń ditlenku węgla natomiast, stężenia metanu były niskie niezależnie od temperatury w reaktorze, może to świadczyć o zaniku reakcji hydrozgazowania oraz metanizacji na skutek wpływu katalizatorów K₂O oraz Al₂O₃, TiO₂, poprzez wydajniejsze przetwarzanie substancji smolistych oraz sadzy.

Usystematyzowane podejście do przetwarzania surowców trudnozbywalnych, potwierdza kierunek zagospodarowania i utylizacji odpadów w sposób wydajny energetycznie z zachowaniem zasad minimalizacji wpływu działalności człowieka na otaczające środowisko naturalne z wykorzystaniem technologii zgazowania parowego. Dobór mieszanki paliwowej wymaga wnikliwej analizy, która wskazuje szereg zależności występujących pomiędzy jakością paliw oraz parametrami fizykochemicznymi. Dalsze kierunki badań wymagają określenie odpowiedniej proporcji paliwa alternatywnego RDF z uwzględnieniem korelacji składu tlenkowego w badanych próbkach dla uzyskania jak najkorzystniejszego wpływu na produkcję wodoru przy współzgazowaniu z paliwem niskiej jakości oraz flotokoncentratami.