Erőművi technológia KÖRNYEZETVÉDELMI TECHNOLÓGIÁK

Nagy felmelegedés – 56 millió éve Forrás: National Geographic, november p Nem tudni miért, 56 millió éve – röpke néhány száz év alatt – hatalmas tömegű szén került a tengerbe. A légkörben is elterjedt szén-dioxid formájában, csapdába ejtette a nap melegét, megkezdődött a paleocén-eocén hőmérsékleti maximum (PETM) időszaka. Az óceánban elpusztultak a korallpolipok, mészvázuk feloldódott amint azt a mélytengeri üledék mutatja. 56,1 millió éve 56 millió éve (PETM) 55,8 millió éve PALEOCÉN EOCÉN A PETM idején annyi szén jutott a légkörbe, amennyi a Föld mai szén-, köolaj- és földgáz-készletének elégetésével keletkezne. Átlagosan 5°C-szal nőtt a levegő hőmérséklete (20°C-ról 25°C-ra). Több mint évig tartott, míg a tengerek és erdők elnyelték a széntöbbletet. 56,4 56,3 56,2 56,1 56,0 55,9 55,8 55,7 millió éve CO 2, ppm a légkör becsült CO 2 -tartalma óriási mennyiségű szén került a légkörbe a paleocén-eocén hőmérsékleti maximum (PETM) idején a CO 2 lassan kivonódik a légkörből 400 ezer éve CO 2, ppm a mai korban a Déli-sark jégzárványiban mért légköri gáztartalom alapján a Mauna Loa Obszervatórium mérései alapján (2010-ben 390 ppm) a 2100-ra várható értékek* * az Éghajlat-változási Kormányközi Testület (IPCC) előrejelzése azzal a feltevéssel, hogy a Föld lakossága, gazdasága a mai ütemben nő, és nem korlátozzuk a szénkibocsátást

Szén-dioxid leválasztás és tárolás KÖRNYEZETVÉDELMI TECHNOLÓGIA AZ ERŐMŰVI TECHNOLÓGIÁBAN

Indokoltság - szükségesség globális klímaváltozásra adott válasz az energiaigények növekednek az atomenergia elfogadottsága problémás a megújulók nem versenyképesek olaj és gázfüggés csökkentése a szén versenyképességének javítása az emisszió-kvóta kereskedelem hatástalansága

Szén-dioxid kibocsátás

Megoldandó feladatok CO 2 leválasztás ◦tüzelés után: füstgáztisztítás ◦tüzelés előtt: tüzelőanyag átalakítás ◦Oxyfuel technológia CO 2 tárolás ◦óceánokban ◦geológiai formációkban ◦karbonátos ásványokban

Technológiák

Tüzelés utáni leválasztás Abszorpciós technológiák Kémiai oldószerek: alkán-aminovegyületek ◦Monoetanolamin ◦Metil-monoetanolamin ◦Dimetil-monoetanolamin Fizikai oldószerek: metil vegyületek ◦metanol ◦polietilénglikol-dimetil-éter Fiziko-kémiaioldószerek: metanol és alkán-aminokeverékek

Tüzelés utáni leválasztás

Tüzelés utáni MEA eljárás

Alkamazható aminok Elsődleges ◦monoetanol-amin (MEA) Másodlagos ◦dietanol-amin (DEA) ◦piperazin (PZ) Harmadlagos ◦metil-dietanolamin (MDEA) ◦trietanolamin (TEA)

Monoetanol-amin (MEA)

Másodlagos aminok DEA: CH 3 N (C 2 H 4 OH) 2 Piperazin

Kémiai reakciók (MEA) A víz disszociációja: ◦2H 2 O ↔ H 3 O + + OH - Karbonát keletkezés: ◦HCO H 2 O ↔ H 3 O + + CO 3 2- MEA protonátmenet: ◦MEA + H 3 O + ↔ H 2 O + MEAH + Hidrogén-karbonát keletkezés ◦CO 2 +2H 2 O ↔ H 3 O + + HCO 3 - Karbamát keletkezés: ◦MEA + HCO 3 - ↔ MEACOO - + H 2 O

Abszorpciós technológiák jellemzői Kémiai oldószerek ◦Költséges, mivel rendkívül energiaigényes ◦Már alacsony (kb. 7%) CO 2 koncentrációnál is működik Fizikai oldószerek ◦Kevésbéenergiaigényes ◦Csak magas (15% felett) CO 2 koncentrációnál működik

Tüzelés előtti leválasztás (IGCC)

IGCC karbonkivonással Hatásfok: 38,4%

IGCC H 2 gyártással H 2 fajlagos költsége: 7,1 USD/GJ

Oxyfuel

Oxyfuel

Költségek

Hűtött ammóniás technológia

Költségek

CO 2 tárolás Elvi tárolási lehetőségek  Injektálás geológiai formációkba folyékony vagy szuperkritikus állapotban (működik)  Óceánok mélyén, legalább 1000 m (kísérleti)  Karbonátképzés(kísérleti): fémoxid + CO2= stabil fém-karbonát

CO 2 tárolás Tárolási lehetőségek: 1 kimerült olaj/gázmezők 2 gáz/olaj kinyerése 3 mélységi sós víztestek 4 nem bányászható szénmezők 5 föld alatti szénelgázosítás 6 porózus kőzetek/barlangok

Oxyfuel-rendszerű kazán a CCS-hez 28 Forrás: VGB PowerTech,, 90. k. 11. sz november p szén levegő füstgáz szén oxigén füstgáz oxidáns recirkulált füstgáz a) Levegős rendszer b) Oxyfuel-rendszer O2O2 égéshez O2O2 O2O2 levegőben O2O2 kazán után O2O2 légbontóból O2O2 kazán után O2O2 távozó gázban O2O2 recirkulált füstgázban távozó gáz Az Alstom kísérleti berendezései 30 MW th, Vattenfall, Schwarze Pumpe, Németországban, 2008 szeptembere óta üzemben van; 32 MW th, TOTAL, Lacq, Franciaország-ban, 2009 közepe óta üzemben van; 15 MW th, Alstom Windsor (CT), USA-ban, 2009 augusztusa óta üzemben van. Demonstrációs berendezés Jänschwalde Erőmű (Vattenfall) Német- ország, 250 MW, szárított lignitre, >95%-os oxigénnel, 2012-ben engedélyezik és 2015-ben várhatóan üzembe helyezik

Korszerű CO 2 -kimosó szénerőművekhez Forrás: Modern Power Systems, 29. k. 5. sz május, p. 30. és BWK, 61. k. 6. sz p MW e 3 MW e 5 MW e -240 MW t -100 MW t 500 MW t -280 MW t -90 MW t abszorber deszorber elgőzölögtető szegényített oldat dúsított oldat szivattyúk kompresszor 99% CO °C kb. 120°C bar <1% CO 2 Német „Cooretec” fejlesztés (Siemens, E.ON, Staudinger 5 Erőműnél, kísérlet 2009-ben) Egy 800 MW-os feketeszén-erőműhöz kialakított megoldás vázlata az adatokkal Előny a korábbi MEA (mono-etanol-amin) eljáráshoz képest: itt az aminósav sóját használják, és az energiafelhasználás egyharmaddal csökken (2,7 GJ/t CO 2 -re), hatásfok-veszteség 11%-ról 9%-ra. füstgáz a kénmentesítőtől

Szén-dioxid-megkötés algákkal Forrás: Modern Power Systems, 29. k. 6. sz június, p. 18. füst- gáz kén- men- tesítő Niederausseni ErőműNiederausseni Algatelep kb. 750 m füstgáz algatelep buborékoltató reaktor a füstgáz és az alga- szuszpenzió keverésére mikro-algás fotobio- reaktorok száraz hűtő ventilátor 90%-os leválasztás 300 kg/h CO m 3 /h Első szakasz: (18 hónap)

IGCC+CCS lignittel Goldenbergben (D) 31 Forrás: Modern Power Systems, 29. k. 6. sz június, p örlés, szárítás elgázo- sítás gáz- kezelés kondici- onálás levegő- bontás CCPP N2N2 O2O2 H2H2 CO/H 2 CO 2 levegő nyers lignit 210 t/h 110 t/h Szárítás, őrlés (WTW); quench elgázosító (1000 MW t, 40 bar); gázkezelés (H 2 S/CO 2, Claus); kondicionálás (nitrogén, víz); gázturbinás hasznosítás („F” osztály, diffúziós égőkkel). 55% → 12% gáz sziget erőmű sziget 455 MW48,5% bruttó 295 MW 160 MW gőz gáz bruttó 455 MW 135 MW nettó 320 MW levegőbontás 49 MW őrlőszárítás 19 MW gáztisztítás 21 MW gázsűrítés 30 MW egyéb önf. 16 MW Teljes szén-dioxid-keletkezés: 2,85 M t (7500 h/a) Leválasztott szén-dioxid: 2,60 M t (92% hatásfok) Kibocsátott szén-dioxid: 0,25 M t (107 g/kWh) 1130 M € 480 M € 430 M € 180 M € Teljes létesítési költség 2220 M € gáz sziget erőmű sziget csővezeték tároló €/MWh €/MWh erőmű cső és tároló tüzelő üzem leírás CO 2 piaci ár „gazdasági” távolság lignit