TECHNOLOGIE OCHRANY OVZDUŠÍ

TECHNOLOGIE OCHRANY OVZDUŠÍ Přednáška č. 10 Snímek 1.

Osnova přednášky Vztah energetiky a produkce oxidu uhličitého Rizika zvyšování koncentrace CO 2 v atmosféře Možnosti omezení emisí CO 2 do atmosféry Technologie odlučování CO 2 Snímek 2.

Často používané zkratky IEA GHG International Energy Agency (Mezinárodní energetická agentura) Greenhouse Gases (Skleníkové plyny) HDP Hrubý domácí produkt GDP Gross Domestic Product (synonymum HDP) CCS IGCC Carbon (dioxide) Capture and Sequestration (Záchyt a odlučování uhlíku/ oxidu uhličitého) nebo Carbon Capture and Storage (Záchyt a ukládání ) Integrated Gasification Combine-cycle (typ paroplynové elektrárny s integrovaným zplyňováním paliva) Snímek 3.

Často používané zkratky MEA Monoethanolamin DEA Diethanolamin CLC Chemical-Looping Combustion (Spalování s chemickou smyčkou) ECBM Enhanced Coal Bed Methane production (Zvýšená produkce methanu v uhelném loži) EOR Enhanced Oil Recovery (Zvýšené získávání oleje) NMP n-methyl-pyrrolidon Snímek 4.

Rizika emisí CO 2 Vztah energetiky a produkce CO 2 V průběhu 100 let (1900 2001) nárůst: Populace o 250 % Spotřeba energie o 915 % Obsah CO 2 v atmosféře 295 (1900) 315 (1960) 371 ppm obj. (2001) Dle IEA předpokládán celosvětový nárůst spotřeby energie v letech 2004 2030 o 57 %; V roce 1960 zahájen provoz observatoře Mauna-Loa na Havaji, monitorující koncentraci CO 2 v atmosféře (údaje před rokem 1960 dle analýz jádra ledovců) Od roku 1850 zjištěn nárůst celosvětové průměrné teploty se zrychlujícím trendem od roku 1970; Příčiny dosud neprokázány stále vedeny spory. Snímek 5.

Rizika emisí CO 2 Vývoj globální teploty v letech 1860-2000 Snímek 6.

Rizika emisí CO 2 Produkce skleníkových plynů Hodnoty v preindustriálním období stanoveny analýzou ledovců. Snímek 7.

Rizika emisí CO 2 Historický vývoj obsahu CO 2 v atmosféře Snímek 8.

Rizika emisí CO 2 Historický vývoj obsahu CO 2 v atmosféře Snímek 9.

Rizika emisí CO 2 Předpoklady vedoucí k vývoji technologií odlučování CO 2 Klimatická teorie: Rovnováha mezi UV a viditelným zářením absorbovaným planetou a reflexí IR záření do kosmu Ze všech zkoumaných faktorů se ve sledovaném období vzestupu teplot změnila pouze koncentrace atmosférického CO 2. Vzestup koncentrace CO 2 v atmosféře odpovídá jen 55 % úhrnné antropogenní emise přírodní mechanismy stále schopny odloučit cca 45 50 % CO 2 produkovanéhočlověkem. Retenční kapacita oceánů cca 1,7 Gt (CO 2 ) / rok (celkem zadržováno cca 38 000 Gt (CO 2 ); Retenční kapacita lesů cca 1,4 Gt (CO 2 ) / rok; Na základě výše uvedeného vypracovány scénáře vývoje teploty. Snímek 10.

Rizika emisí CO 2 Scénáře vývoje globální teploty Snímek 11.

Rizika emisí CO 2 Vztah ekonomického rozvoje a produkce CO 2 Y. Kaya navrhl vztah: CO ( HDP ) ( BTU / HDP) ( CO BTU ) CO celkový = POP PC 2 2 2 / Ve vztahu je: CO 2 celkově uvolněný CO 2 do atmosféry CO 2 POP HDP PC HDP BTU/HDP CO 2 /BTU celkově zachycený CO 2 biosférou a geosférou světová populace hrubý domácí produkt per capita hrubý domácí produkt celkem spotřeba energie na domácí produkt uvolněný CO 2 na jednotku spotřebované energie Snímek 12.

Snižování koncentrace CO 2 Cesty vedoucí ke snížení koncentrace CO 2 v atmosféře Vyplývají z Kayova vztahu; Některé jsou hypotetické, jiné realizovatelné: Snížení světové populace Snížení HDP na hlavu Snížení spotřeby energie na jednotku HDP (snižování energetické náročnosti procesů) Snížení emise CO 2 na jednotku vytvořené energie (přechod od fosilních paliv na jiné energetické zdroje, aplikace metod CCS na stávající energetické zdroje) Metody CCS umožňují exploataci stávajících energetických technologií. Základ separovat CO 2 a uložit v geologických vrstvách. Snímek 13.

Snižování koncentrace CO 2 Cesty vedoucí ke snížení koncentrace CO 2 v atmosféře Kapacita podzemních úložišť (jen odhady) 1120.10 9 3400.10 9 tun CO 2 ; Technickyřešeno: Identifikace vhodných hornin a metody injektáže vývoj metod separace CO 2 ze spalin 3 možnosti separace CO 2 : Post-combustion procesy Pre-combustion procesy Oxy-combustion procesy Snímek 14.

Snižování koncentrace CO 2 Cesty vedoucí ke snížení koncentrace CO 2 v atmosféře Snímek 15.

Snižování koncentrace CO 2 Výhody a nevýhody jednotlivých skupin procesů Skupina procesů Výhody Nevýhody Post-combustion procesy Vhodné pro většinu stávajících uhelných elektráren Možný retrofit Zředěný CO 2 Atmosférický tlak spalin Nízký parciální tlak CO 2 Výrazně vyšší výkon nebo recirkulovaný objem nezbytný pro dosažení vysoké úrovně záchytu CO 2 produkovaný za nižších tlaků, než je vyžadováno procesem odlučování Snímek 18.

Snižování koncentrace CO 2 Výhody a nevýhody jednotlivých skupin procesů Skupina procesů Výhody Pre-combustion procesy Získán syn gas s vysokou koncentrací CO 2 Vysoký tlak Vysoký parciální tlak CO 2 Dostatečný potenciál pro separaci (tlakový spád) Více technologií pro separaci k dispozici Dobrý poměr náklady/zatížení jednotky Nevýhody Vhodné hlavně pro nové elektrárny, málo zplyňovacích jednotek aktuálně v provozu Společné potíže komerčního nasazení zplyňovacích systémů:dostupnost, pořizovací náklady, potřeba rozsáhlých podpůrných systémů Snímek 19.

Snižování koncentrace CO 2 Výhody a nevýhody jednotlivých skupin procesů Skupina procesů Výhody Oxy-combustion procesy Velmi vysoké koncentrace CO 2 ve spalinách Možnost retrofitu a změny paliva v technologii Nevýhody Cenová diskvalifikace kvůli velké kryogenní výrobě kyslíku Vyžadován chlazený recykl CO 2 pro udržení teplot v mezích potřebných pro materiály spalovacího prostoru Snížená účinnost procesu Vstup dodatečné vsázky Snímek 20.

Snižování koncentrace CO 2 Post combustion procesy Oxid uhličitý separován ze spalin, tj. z prostředí obsahujícího NO x a SO 2 ; Jednou z možností je aplikace monoethanolaminu (MEA) technikou absorpce. Technologie známá ze zpracování zemního plynu více než 60 let; Náklady a rozměry absorbéru srovnatelné s mokrou vypírkou SO 2 ; Část páry spotřebována na provoz odlučovače (1/4 1/3 celku) riziko růstu nákladů na výrobu elektřiny až o 70 %! Alternativní systému odloučení pomocí membránové separace. Snímek 21.

Snižování koncentrace CO 2 Pre combustion procesy Palivo konvertováno na směs CO 2 a H 2 (reformingem v případě zemního plynu nebo zplyněním v případě uhlí v první fázi na CO + H 2 a následně reakcí vodního plynu na CO 2 a H 2 ); Pozn.: Reakce vodního plynu v anglosaské terminologii označována jako Water Gas Shift Reaction (WGSR); Následně CO 2 odloučen absorpcní MEA, adsorpcí pomocí metody PSA, případně membránovou separací; Technologie zplynění uhlí a následné spálení generátorového plynu užíváno již používanou metodou IGCC (v ČR např. paroplynová elektrárna ve Vřesové). Snímek 22.

Snižování koncentrace CO 2 Oxy combustion procesy Spalování za použití kyslíku odsaparovaného ze vzduchu; Část CO 2 ze spalin recyklováno za účelem udržení teploty v topeništi pod rizikovou mezí; V první fázi odloučen popílek v elektrofiltru a následně spaliny odsířeny; Z procesu spalování kyslíkem po odloučení PM a SO 2 získány spaliny s obsahem 90 % CO 2 ; Separace kyslíku spotřebuje 23 37 % celkové energie vyrobené elektrárnou a náklady jsou srovnatelné s mokrou absorpcí (viz výše). Snímek 23.

Metody separace CO 2 Separační techniky CO 2 Absorpce Adsorpce CLC Membránová separace Chemisorpce Adsorpční lože Plynová separace MEA Alumina Polyfenylenoxid Roztok NH 3 Zeolity Polydimethylsiloxan Dvě alkálie Aktivní uhlík Plynová absorpce Fyzikální sorpce Regenerační metody Polypropylen Selexol Tlakový swing Systém na bázi keramiky Rectisol Fluorový proces (propylen karbonátový) NMP-Purisol Teplotní swing Elektrický swing Vypírka Membrána / DEA Snímek 24.

Vybrané procesy odlučování CO 2 Odlučování za pomoci aminů Snímek 25.

Vybrané procesy odlučování CO 2 Odlučování za pomoci aminů (pilotní jednotka CASTOR) Snímek 26.

Vybrané procesy odlučování CO 2 Membránová separace za pomoci enzymů (Proces Carbozyme) Snímek 27.

Vybrané procesy odlučování CO 2 Karbonátová smyčka s cirkulací sorbentu = mletého vápence kalcinace (900 1 000 C) uvolnění CO 2, karbonatace (cca 650 C) pak opět vznik CaCO 3 Snímek 28.