ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ (ΙΤΕΣΚ) 2 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Εναλλακτικών Καυσίµων και Βιοκαυσίµων ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΛΙΓΝΙΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΘΑΡΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ Γ. Σκόδρας, Π. Νάτας, Π. Μπασινάς, Π. Γραµµέλης, Ε. Κακαράς και Γ.Π. Σακελλαρόπουλος Λίµνη Πλαστήρα, Καρδίτσα, Απρίλιος 26 27, 27
Εισαγωγή Έκλυση ρυπαντών κατά την καύση (π.χ. NO x, SO x, Hg, κτλ.) Ανάπτυξη τεχνικών για τον έλεγχο των εκποµπών. Κόστος - Αποτελεσµατικότητα Προληπτική αποµάκρυνση των ρυπαντών όπως S, N, Cl και Hg πριν την καύση του άνθρακα Πυρόλυση-Κύριο στάδιο αποσύνθεσης-σηµαντική διεργασία για την παραγωγή καθαρών ανθράκων
Εισαγωγή OUT HOT FLUE GAS POST COMBUSTION 85 C ± 5 C ORGANIC Feed PYROLYSIS 45-65 C (Vacuum) PYROGAS SCRUBBER Cool Flue Gas Anthracite Clean Coal
Σκοπός Μελέτη της αποτελεσµατικότητας της πυρόλυσης στην αποµάκρυνση των ρυπαντών (S, N, Hg και Cl) σε τρία είδη άνθρακα Βαθµός µετατροπής Περιεκτικότητα σε ρυπαντές Στοιχειακές µετατροπές (C, N, S, H, Hg και Cl) Χρόνος παραµονής ραστικότητα των εξανθρακωµάτων
Πυρόλυση Αρχικά είγµατα Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λιγνίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Άνθρακας Απορυκτοποιηµένος Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Κοκκοµετρία: 15-25 µm Ατµοσφαιρική Πίεση - Ήλιο Θερµοκρασίες: 2 C-9 C Χρόνοι Παραµονής: 5-12 min
Μονάδα Πυρόλυσης PI N 2 RV1 V1 RV2 PI RV3 V2 RV4 FI1 FI2 V4 3V1 PI V6 Coal feed TI V5 VENT BM FM PI : bubblemeter : RV : TI C : : V : 3V : Flowmeter Pressure indicator Regulating valve Temperature indicator controller Ball valve 3 way valve CO 2 BM V9 TIC Tars removal PI V7 V8 VENT
Μεθοδολογία Άµεση Ανάλυση: ASTM D 3172-89 Στοιχειακή Ανάλυση: ThermoFinnigan CHNS EA 11 Analyzer Υδράργυρος: EPA 7471A Χλώριο: ASTM D 428-88 Απορυκτοποίηση: ιεργασία τριών σταδίων (5N HCl, 22N HF and 12N HCl) Θερµοζυγός: TA Instruments TGA-DSC SDT Q6
Άµεση Ανάλυση (κ.β.% επί ξηρού) των αρχικών δειγµάτων είγµα Υγρασία Πτητικά Μόνιµος άνθρακας Τέφρα Πτολεµαΐδας 56.82 44.84 35.17 19.99 Μεγαλόπολης 61.2 34.5 25.6 39.9 Αυστραλιανός 2.47 4.63 47.69 11.68 Απορ. Λιγν. Πτολεµαΐδας 4. 51.35 47.59 1.6
Στοιχειακή ανάλυση (κ.β.% επί ξηρού) των αρχικών δειγµάτων είγµα C H N S Cl (µg/g) Hg (µg/g) Πτολεµαΐδας 48.55 4.17 1.48.72 129.2.185 Μεγαλόπολης 29.53 2.8 1.17 2.61 216.3.175 Αυστραλιανός 71.66 5.42 1.57 2.86 179.5.37 Απορ. Λιγν. Πτολεµαΐδας 6.2 4.36 1.86 1.5 2979.5.18
1 1 Βαθµός Μετατροπής (%) 8 6 4 2 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λιγνίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. Πτητικά (%) 8 6 4 2 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λινγίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) Επίδραση της θερµοκρασίας πυρόλυσης στον βαθµό µετατροπής και στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε πτητικά
Μόνιµος Άνθρακας (%) 1 8 6 4 2 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λινγίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. Στοιχειακός Άνθρακας (%) 1 8 6 4 2 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λιγνίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. 2-35% 5% 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) Επίδραση της θερµοκρασίας πυρόλυσης στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε µόνιµο και στοιχειακό άνθρακα
Στοιχειακό Υδρογόνο (%) 1 8 6 4 2 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λινγίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) Επίδραση της θερµοκρασίας πυρόλυσης στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε στοιχειακό υδρογόνο
1 8 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λινγίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. 3-4% Στοιχειακό Άζωτο (%) 6 4 2 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) Επίδραση της θερµοκρασίας πυρόλυσης στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε στοιχειακό άζωτο
1 8 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λινγίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. Στοιχειακό Θείο (%) 6 4 2 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) Επίδραση της θερµοκρασίας πυρόλυσης στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε στοιχειακό θείο
Στοιχειακός Υδράργυρος (%) 1 8 6 4 2 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λινγίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. ~7% 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) Επίδραση της θερµοκρασίας πυρόλυσης στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε στοιχειακό υδράργυρο
1 Στοιχειακό Χλώριο (%) 8 6 4 2 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας Λινγίτης Μεγαλόπολης Αυστραλιανός Απορ. Λιγν. Πτολεµ. 55-65% Αυστραλιανός 4-55% Μεγαλόπολης 2-3% Πτολεµαΐδας 2 4 6 8 1 Θερµοκρασία Πυρόλυσης ( C) Επίδραση της θερµοκρασίας πυρόλυσης στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε στοιχειακό χλώριο
1 Βαθµός Μετατροπής (%) 8 6 4 2 2 4 6 8 1 12 14 Χρόνος Πυρόλυσης (min) Επίδραση του χρόνου πυρόλυσης στον βαθµό µετατροπής των εξανθρακωµάτων
1 1 8 8 Στοιχειακό Άζωτο (%) 6 4 2 Στοιχειακό Θείο (%) 6 4 2 2 4 6 8 1 12 14 Χρόνος Πυρόλυσης (min) 2 4 6 8 1 12 14 Χρόνος Πυρόλυσης (min) Επίδραση του χρόνου πυρόλυσης στην περιεκτικότητα των εξανθρακωµάτων σε στοιχειακό άζωτο και θείο
1 Στοιχειακός Υδράργυρος (%) 8 6 4 2 2 4 6 8 1 12 14 Χρόνος Πυρόλυσης (min) Επίδραση του χρόνου πυρόλυσης στην περιεκτικότητα του εξανθρακώµατος σε στοιχειακό υδράργυρο
Απώλεια Βάρους (%) 1 8 6 4 2 2-5 C Πτολ. 2 C-2min Πτολ. 3 C-2min Πτολ. 4 C-2min Πτολ. 5 C-2min 8 6 4 2 Ρυθµός Απώλειας Βάρους (%/min) Απώλεια Βάρους (%) 1 8 6 4 2 6-9 C Πτολ. 6 C-2min Πτολ. 7 C-2min Πτολ. 8 C-2min Πτολ. 9 C-2min 8 6 4 2 Ρυθµός Απώλειας Βάρους (%/min) 2 4 Θερµοκρασία ( C) 6 8 2 4 Θερµοκρασία ( C) 6 8 Απώλεια βάρους και ρυθµός απώλειας βάρους κατά την καύση των εξανθρακωµάτων λιγνίτη Πτολεµαΐδας (2-9 C-2min)
ραστικότητα d W d t - W i = A e - E R T W Αρχικό βάρος του εξανθρακώµατος A Παράγοντας συχνότητας Ε Ενέργεια ενεργοποίησης (σταθερό. 13KJ/mol) Τ Θερµοκρασία (K) R Παγκόσµια σταθερά (8.314 Jmol -1 K -1 )
22 Λιγνίτης Πτολεµαΐδας 21 ραστικότητα [ln(a )] 2 19 18 17 6 65 7 75 8 Καύσιµα συστατικά (%) ραστικότητα των εξανθρακωµάτων σαν συνάρτηση των καύσιµων συστατικών (µόνιµος άνθρακας και πτητικά)
Απώλεια Βάρους (%) 1 8 6 4 2 Πτολ. 6 C-5min Πτολ. 6 C-1min Πτολ. 6 C-3min Πτολ. 6 C-6min Πτολ. 6 C-12min 7 6 5 4 3 2 1 Ρυθµός Απώλειας Βάρους (%/min) 2 4 Θερµοκρασία ( C) 6 8 Καύση εξανθρακωµάτων σε διάφορους χρόνους (6 C για 5-12min)
Συµπεράσµατα Ανθρακοποίηση είναι αποτελεσµατική µέθοδος για την παραγωγή καθαρών ανθράκων Ικανοποιητική αποµάκρυνση των ρυπαντών S, N, Hg και Cl επιτυγχάνεται µε ανθρακοποίηση στους 5-6 C και για 2min Αύξηση του χρόνου πυρόλυσης έχει µηδενική επίδραση στην αποµάκρυνση των ρυπαντών και στην δραστικότητα των εξανθρακωµάτων