CCS technologie typu pre-combustion v podmínkách České Republiky

Transkript

1 CCS technologie typu pre-combustion v podmínkách České Republiky VITVAROVÁ M., NOVOTNÝ V., DLOUHÝ T., HRDLIČKA F. (ČVUT v Praze, Fakulta strojní) JAKOBSEN J., BERSTAD D., HAGEN B., ROUSSANALY S., ANANTHARAMAN R. (SINTEF ER) PILAŘ L., HROCH T., VYVADIL J., VLČEK Z. (ÚJV Řež, a. s.) Kotle a energetická zařízení 2016,

2 Studie pilotních technologií CCS pro uhelný blok v ČR - NF-CZ08-OV doba realizace celkový rozpočet ,-- Kč poskytovatel Ministerstvo financí ČR hlavní partner projektu ČVUT v Praze (doc. Tomáš Dlouhý) další partneři projektu ÚJV Řež, a.s. (dr. Lukáš Pilař) SINTEF ER (dr. Jana P. Jakobsen) Hlavní cíl projektu komplexní technicko-ekonomické porovnání tří základních metodik pro separaci CO 2 integrovanou do energetického zdroje v podmínkách ČR

3 Úvod proč využívat technologie záchytu CO 2 Závěrem z klimatické konference v Paříži (prosinec 2015) pro EU a USA cíl snížení emisí CO 2 o 30/40% do roku 2030 vůči roku 1990 v návaznosti na plán USA pomocí zvýšení účinnosti tepelných elektráren nahrazení části výrobních kapacit uhelných elektráren elektrárnami na zemní plyn nahrazení starších zdrojů novými zdroji na bázi jaderné či OZE 1,2) Státy EU 28 vyprodukovaly v roce ,5 % 2) světových emisí skleníkových plynů.?proč se zabývat CCS? 1) 2) Elektrárny jsou v USA s podílem 31 % největším zdrojem znečištění, Zdroj: U.S. EPA

4 Technologie záchytu CO 2 CCS technologie pre-combustion Proč CCS technologie typu pre-combustion vyšší účinnost ve srovnání s klasickou parní uhelnou elektrárnou max. 60% paroplynový oběh x max. 45% parní oběh s nadkritickými parametry

5 IGCC elektrárna návrh IGCC elektrárny vychází z obdobných realizací ve světě a dle doporučení získaných ze zkušeností z provozu elektrárny Vřesová Základní rozdíly oproti el. Vřesová Zplyňovací technologie Shell (1600 C, 3 MPa) Quench na 900 C ochlazeným syngasem za separací popílku Systém chlazení syngasu před filtry (nutnost ochlazení syngasu na 250 C) (sytá pára, HP 12,5 MPa, MP 4,5 MPa = procesní) SGT-2000E (o nominálním výkonu 187 MWe)

6 Palivo - lignit Parametr Jednotka Složení paliva v surovém stavu Složení paliva před zplyňováním Q i r MJ/kg 16,50 21,99 Q s r MJ/kg 18,07 23,31 W t r % hm. 31,00 11,00 A d % hm. 13,00 13,00 A r % hm. 8,97 11,57 Složení hořlaviny C daf % hm. 70,4 70,4 H daf % hm. 6,1 6,1 N daf % hm. 1,0 1,0 O daf % hm. 20,89 20,89 S daf % hm. 1,61 1,61 Otázka dlouhodobé dostupnosti potřebného lignitu??

7 Elektrárna IGCC s integrovanou technologií CCS pre-combustion Integrace CCS technologií přináší nutnost integrace nových systémů: integrace CO shift reaktorů => potřeba vody/páry pro reakce (cca 36 kg/s) úprava spalovací turbíny úprava vzduchového kompresoru integrace dusíkového kompresoru integrace DeNOx úprava procesního schématu odvodu a rekuperace tepel v systému IGCC Analyzované technologie CCS pro IGCC na bázi AGR unit vypírka methanolem Rectisol na bázi zkapalnění zemního plynu Kryogenní metoda Polymerní membránová separace H 2 CO 2

8 Schéma elektrárny IGCC s CCS technologií na bázi solventů vysoké ztráty CO2 v AGR jednotce 8%, problém dosažení separačního faktoru (CCR) 90% a vyšší)

9 Kombinovaná Rectisolová vypírka (CO2 + H2S)

10 Elektrárna IGCC Bez i s CCS technologií nízké ztráty CO2 v AGR jednotce 1,5%, problém vysoké regenerace tepla v systému

11 Kryogenní separace Procesní diagram pro systém kryogenní separace pro výstupní tlak směsi separovaného CO2 odpovídající 115 bar Berstad D.(2015) Norway Grants WP3 CCS separation proces Cryogenic presentation on IV. Bilateral Workshop of NF-CZ08-OV project, Prague, November 2015

12 Membránová separace Roussanaly, S., Anantharaman R., Hagen B. L.(2015) Membrane for pre-combustion capture from IGCC presentation on IV. Bilateral Workshop of NF-CZ08-OV project, Prague, November 2015 Roussanaly, S., Anantharaman R., Hagen B. L.(2015) Membrane for pre-combustion capture from IGCC presentation on IV. Bilateral Workshop of NF-CZ08-OV project, Prague, November 2015

13 IGCC elektrárna s a bez CCS technologie 85% CCR Parametry bez CCS Rectisol Kryogenní CO2 membrány H2 membrány Hrubý výkon CC [kwe] Vlastní spotřeba elektřiny [%] 13% 22% 21% 45% 48% Hmotnostní průtok syngasu na SPT [kg/s] 46,75 17,5 19,5 18,5 17,2 Snížení účinnosti bloku vlivem CCS 43,35%* 11,15% 10,47% 20,57% 22,29% Složení separovaného CO2 CO2-98,39 95,45 94,35 82,87 CO - 0,03 3,25 2,65 2,33 H2-0,45 0,03 2,66 13,14 *hrubá účinnost bloku bez CCS v %

14 IGCC elektrárna s a bez CCS technologie 85% CCR - vlastní spotřeba elektřiny

15 Efekt separačního faktoru Rectisol změna účinnosti (tj. pokles) o 0,2% při změně (zvýšení) CCR o 1%

16 Srovnání s dalšími obecnými metodami separace CO 2 (oxyfuel a post-combustion) Parametre Oxyfuel* Post-combustion Post-combustion - Precombustion - amoniak* adsorpce* nárůst CAPEX 38% 33% 27% 50% nárůst výrobní ceny elektřiny 42% 50% 8% 45% Cenaz za separovanou tunu CO2 [USD/t] 25 28, Data převzata z projektu FR-TI1/379 a výzkumné zprávy ÚJV 14545

17 ZÁVĚR Kryogenní metoda přináší určitý potenciál, pokud je využita v IGCC => kapalný produkt Membránová separace může mít v dlouhodobém horizontu zajímavý potenciál, ale dnes průmyslově vyráběné membrány nejsou pro tuto separaci vhodné IGCC => otázka maximalizace využití odpadních tepel.

18 Děkuji za pozornost Podpořeno z Norských fondů , programu CZ08 Zachytávání a ukládání CO2, projektu NF-CZ08-OV Studie Pilotních technologií CCS pro uhelný blok v podmínkách ČR Informace o projektu NF-CZ08-OV nfccs05@gmail.com