Czyste technologie użytkowania węgla

W książce przedstawiono i omówiono główne technologie użytkowania węgla kamiennego i brunatnego. Omówiono wytwarzanie i użytkowanie energii w świecie, znaczenie węgla w światowej energetyce oraz problemy ekologiczne związane z użytkowaniem węgla. Pokazano nowe możliwości, jakie stwarzają nowoczesne, czyste technologie użytkowania węgla pozwalające na zbudowania nowoczesnego układu, w którym energia elektryczna może być wytwarzana z zerową emisją zanieczyszczeń gazowych. W poszczególnych rozdziałach omówiono główne zagadnienia dotyczące użytkowania węgla. W rozdziale 2 scharakteryzowano węgiel kamienny i brunatny. Opisano powstawanie węgla, jego budowę i składniki petrograficzne, strukturę chemiczną, własności, klasyfikację oraz metody oceny jego reaktywności w procesach technologicznych. W rozdziale 3 omówiono występujące w świecie i Polsce zasoby oraz przedstawiono wielkość wydobycia węgla kamiennego i brunatnego jak również handel węglem kamiennym. W rozdziale 4 przedstawiono światowe wykorzystanie węgla kamiennego i brunatnego. Jego wykorzystanie do wytwarzania energii elektrycznej oraz do produkcji stali i w innych sektorach przemysłu. Omówiono też koszt wytwarzania energii elektrycznej z węgla kamiennego i brunatnego. Najwięcej uwagi poświęcono technologiom spalania węgla przedstawionym w rozdziale 5. Omówiono rodzaje kotłów i palenisk stosowanych do spalania węgla, opisano spalanie węgla w kotłach pyłowych i przedstawiono wybrane przykłady współcześnie skonstruowanych, nowoczesnych elektrowni węglowych stosujących kotły pyłowe. Opisano spalanie węgla w kotłach fluidalnych oraz w paleniskach rusztowych. Przedyskutowano technologię stosującą układy kombinowane gazowo-parowe zintegrowane ze zgazowaniem węgla. Omówiono też technologię spalania węgla w atmosferze wzbogaconej w tlen. W jednym z podrozdziałów porównano parametry techniczne elektrowni stosujących różne technologie spalania węgla. Szeroko przedyskutowano emisję zanieczyszczeń gazowych i pyłowych powstałych w procesie spalania węgla. Omówiono technologie i urządzenia do odpylania spalin, technologie i instalacje odsiarczania spalin, technologie i instalacje redukcji tlenków azotu oraz inne techniki określone w dokumencie BREF. Rozdział 6 poświęcono technologiom związanym z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla powstałym w procesach spalania. Omówiono metody separacji gazów mogące znaleźć zastosowanie w rozdzieleniu dwutlenku węgla od innych gazów w spalinach, takie jak: absorpcja chemiczna, absorpcja fizyczna, adsorpcja fizyczna, techniki membranowe, separacja kriogeniczna i inne. Przedstawiono opcje technologiczne wychwytywania dwutlenku węgla w instalacjach energetycznych to jest technologię wychwytywania CO2 po procesie spalania, technologię wychwytywania CO2 przed procesem spalania oraz technologię spalania w atmosferze wzbogacanej tlenem. W dalszej części omówiono możliwości i technologie sekwestracji dwutlenku węgla. Przedstawiono obecnie stosowane techniki składowania dwutlenku węgla, monitoring podziemnego składowania CO2 jak i sposoby transportu dwutlenku węgla. Omawiając sposoby transportu CO2 przedyskutowano bezpieczeństwo środowiskowe i aspekt ryzyka związany z transportem jak również koszt transportu CO2. W dalszej części tego rozdziału omówiono rozwój nowych koncepcji pozwalających na realizację projektów demonstracyjnych przygotowywanych do wdrożenia po roku 2020. Wspomniano też o planach wdrożenia w Europie 10-12 zintegrowanych projektów demonstracyjnych dotyczących CCS o odpowiednio dużej skali. W ostatniej części tego rozdziału przedyskutowano problem przechodzenia od projektów CCS o małej skali do projektów w skali przemysłowej jak również omówiono aspekty ekonomiczne budowy elektrowni z separacją i sekwestracją dwutlenku węgla. Rozdział 7 poświęcono technologiom zgazowanie węgla. Omówiono główne metody zgazowania węgla oraz układy i reaktory zgazowania węgla. Przedstawiono aktualny stan realizacji zgazowania węgla w świecie i technologie, w jakich te procesy się prowadzi. Porównano ze sobą stosowane technologie zgazowania węgla. Ponadto przedyskutowano obecne i perspektywicznie kierunki wykorzystania gazu z procesu zgazowania węgla. Omówiono też aspekty ekonomiczne technologii zgazowania węgla oraz problemy związane z ochroną środowiska powodowane tymi technologiami. W dalszej części tego rozdziału omówiono nowe koncepcje zgazowania węgla oraz nowe koncepcje wytwarzania wodoru i gazu syntezowego z węgla. Przedstawiono zaawansowane systemy konwersji gazu syntezowego oraz zaawansowane koncepcje oczyszczania wodoru. Przedstawiono też nowoczesne układy skojarzonego wytwarzania wodoru i energii elektrycznej. W rozdziale 8 omówiono otrzymywanie paliw silnikowych i produktów chemicznych z węgla poprzez metody jego pośredniego i bezpośredniego upłynniania. Przedstawiono stan zaawansowania rozwoju technologii upłynniania węgla w świecie metodą pośrednią poprzez zgazowanie węgla i syntezę Fischera-Tropscha. Przedstawiono tu również syntezę metanolu i dimetyloeteru (DME) z gazu syntezowego oraz syntezę substytutu gazu ziemnego, SNG. W dalszej części przedstawiono produkcję paliw płynnych poprzez bezpośrednie wysokociśnieniowe uwodornienie węgla. Pokazano rozwój i perspektywy rozwoju technologii bezpośredniego upłynniania węgla oraz warianty technologiczne tego procesu. W dalszej kolejności przedstawiono możliwości otrzymywania paliw ciekłych poprzez pirolizę węgla. Ponadto omówiono również aspekty środowiskowe procesu upłynniania węgla oraz ich ekonomiczną opłacalność. Rozdział 9 został poświęcony technologii podziemnego zgazowania węgla. Opisano w nim światowe doświadczenia w podziemnym zgazowaniu węgla oraz rozwój koncepcji i technologii tego procesu. Przedstawiono też ekonomię jak również zagrożenia środowiskowe prowadzenia procesu podziemnego zgazowania. Ponieważ w koncepcji podziemnego zgazowanie węgla proces ten wiązany jest czasem z jednoczesną sekwestracją CO2, również taka koncepcja została omówiona. W rozdziale tym przedstawiono też analizę krajowego potencjału surowcowego dla procesu podziemnego zgazowania węgla jak i perspektywy rozwoju technologii podziemnego zgazowania węgla w Polsce. Oprócz wcześniej omówionych technologii czystego spalania, zgazowania i upłynniania węgla prowadzone są zaawansowane prace nad nowymi perspektywicznymi rozwiązaniami czystego użytkowania, a w szczególności spalania węgla. W rozdziale 10 omówiono te technologie, które nie znajdują się jeszcze w fazie pilotowej, ale z uwagi na stan badań nad nimi wydają się interesujące w dłuższym horyzoncie czasowym. Omówiono tu technologię spalania węgla w pętli chemicznej, technologię spalania węgla z jednoczesnym wychwytywaniem CO2 poprzez kalcynację kamienia wapiennego jak i z zastosowaniem innych absorbentów. Ponadto omówiono możliwość wytwarzania ogniw paliwowych stosujących, jako paliwo węgiel w postaci stałej oraz koncepcję zgazowanie węgla z wykorzystaniem energii jądrowej. W końcowej części rozdziału omówiono możliwość wytwarzania adsorbentów z węgla oraz nowych materiałów węglowych charakteryzujących się unikalnymi własnościami. W ostatnim rozdziale, rozdziale 11 przedstawiono tendencje i programy badawcze w dziedzinie czystych technologii użytkowania węgla kamiennego i brunatnego. Omówiono prowadzone w świecie badania podstawowe jak również programy i badawcze projekty rozwojowe i demonstracyjne w zakresie czystych technologii węglowych realizowane w takich krajach jak Unia Europejska, Stany Zjednoczone, Japonia, Chiny, Australia i Polska. W rozdziale tym poruszono też problem komercjalizacja badań i technologii.