Metody poz tlenu do oxyfuel.pdf

(76 KB) Pobierz
Metody pozyskiwania tlenu do procesu oxyfuel.
Aby spełnić wymagania techniczne instalacji Oxyfuel naleŜy uwzględnić warunki dotyczące
dostarczenia tlenu procesowego. Instalacje tlenowe wymagają duŜych nakładów
inwestycyjnych.
Obecnie stosowaną metodą wytwarzania czystego tlenu (o czystości większej niŜ >99,5%)
jest metoda Lindego. W procesie tym kompresor kriogeniczny spręŜa powietrze aŜ do 200
bar. Po schłodzeniu spręŜonego powietrza zostaje ono poddane dekompresji. Podczas
gwałtownego rozpręŜania powietrze ochładza się osiągając temperaturę skroplenia. Pozostała
w zbiorniku niewielka ilość powietrza ulega skropleniu. Skroplone powietrze zostaje
rozdzielone w kolumnie destylacyjnej. Energochłonność procesu prowadzonego na dwóch
szeregowych kolumnach destylacyjnych wynosi 250 kWh /t . Dodatkowo, by osiągnąć
el O2
czystość tlenu powyŜej 95% naleŜy zuŜyć jeszcze 200 kWh /t . RozwaŜyć naleŜy równieŜ
el O2
proces, w którym przy zastosowaniu wielu kolumn destylacyjnych osiągnąć moŜna czystość
tlenu 95%, a energochłonność procesu kształtuje się na poziomie 160 kWh /t .
el O2
Energochłonność tego procesu jest skrajnie wysoka! Powietrze składa się z trzech głównych
składników (po osuszeniu i usunięciu CO ). Są to: azot, tlen i argon.
2
5
% obj (powietrze)
O
2
Temperatura wrzenia [°C]
20,95
0,93
78,08
-183,0
-185,9
-195,8
Ar
N
2
W tabeli zamieszczono temperatury wrzenia tlenu, argonu i azotu. Najpierw odparowaniu
ulegają ciecze bardziej lotne, o niŜszej temperaturze wrzenia. W tym przypadku azot.
Następnie w wyŜszej temperaturze odparowaniu ulega argon. Z powodu małej róŜnicy
temperatury wrzenia tlenu i argonu stosować naleŜy, wielokrotną destylację, WiąŜe się to
jednak z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi. PoniŜej przedstawiono schemat podwójnej
kolumny Lindego:
Pominięcie procesu usuwania argonu spowodowałoby obniŜenie czystości tlenu do 95%. Te
5% argonu nie wpływa znacząco na przebieg procesu Oxyfuel. Argon jednak naleŜy usunąć z
gazów spalinowych, wraz z pozostałością tlenu i azotu. RozwaŜyć naleŜy, uwzględniając
energochłonność procesu i koszty instalacji, oddzielanie argonu i innych pozostałych
składników po procesie spalania.
Membrany perowskitowe
Inną, intensywnie rozwijaną, techniką wytwarzania tlenu wysokiej jakości jest separacja tlenu
w wysokiej temperaturze za pomocą membran perowskitowych. Perowskity są grupą
nieorganicznych związków chemicznych, soli o ogólnym wzorze ABX , gdzie A - to zwykle
3
kation metalu z grupy litowców lub berylowców (rzadziej któregoś z metali przejściowych),
B - to kation o liczbie koordynacyjnej równej 6 (najczęściej tytan, niob, tantal, mangan), zaś
2-
X - to zazwyczaj anion tlenkowy O , rzadziej halogenkowy lub siarczkowy. Nazwa tej grupy
związków pochodzi od minerału perowskitu CaTiO , reprezentatywnego przedstawiciela
3
grupy. Struktura perowskitów moŜe być opisana przez regularną sieć płasko-centrowaną
4+
(FCC) z jonem B
4+
2+
w centrum sieci. W większości związków o tej strukturze promienie
jonowe B oraz A są mniejsze od wartości implikowanych przez geometrię sieci, toteŜ nie
"stykają się" one z sąsiednimi anionami tlenkowymi, łamiąc pierwszą zasadę Paulinga. Na
skutek tego, sieć moŜe ulegać odkształceniom, mającym na celu minimalizację jej energii.
Wykorzystywany do procesu oddzielania tlenu perowskit opisać moŜna ogólnym wzorem
sumarycznym ABO , gdzie współczynnik
δ
wskazuje niedobór atomów tlenu w strukturze
3-δ
cząsteczki. W temperaturze powyŜszej 800 °C te wolne przestrzenie (wakansy - nieobsadzone
atomami węzły sieci krystalicznej) mogą się przemieszczać. Perowskity przewodzące
przewodzą elektrony i jony tlenu. Siłą napędową transport jonów tlenu jest róŜnica ciśnienia
cząstkowego tlenu po obu stronach membrany. JednakŜe nie dochodzi w tym przypadku do
dyfuzji atomów tlenu przez materiał porowaty, ale dochodzi do reakcji chemicznej.
Wytworzony tą metodą tlen ma czystość 100%. Na szczególne zainteresowanie zasługuje
BSCF5582 (Ba Sr Co Fe O ) z którego rozwojem wiąŜe się duŜe nadzieje. W
świecie
0,5
0,5
0,8
0,2
3-δ
prowadzi się wiele programów badawczych związanych z tą problematyką. Materiały te nie
znalazły jeszcze zastosowania przemysłowego.
Glony
Metodą biologiczną, wykorzystując glony, wytworzyć moŜna równocześnie tlen i biomasę
oraz rozkładać CO . Pod wpływem
światła
glony wytwarzają biomasę (ze znaczną
2
zawartością tłuszczu) oraz tlen z CO i wody. Wydajność procesu fotosyntezy glonów jest
2
znacznie większa niŜ roślin lądowych. Na rysunku 5 przedstawiono schemat działania
instalacji firmy E.ON Hanse z Hamburga.
Licht -
światło
Gasverbrennung – spalanie gazu
Bioreaktor - bioreaktor
Abwärme – ciepło wylotowe
Rauchgas - spaliny
Algenabscheider – oddzielacz glonów
Abluft – odpływ
Trocken - suche
Algenbiomasse – biomasa z glonów
Feucht – wilgotny
Kulturmedium - bakterie
Nährstoffe – substancja odŜywcza
Frischwasser –
świeŜa
woda
Zugabe - dodatek

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin