Газификация угля достигнет совершеннолетия

состояние угольной отрасли, как правило, поднимаются и опускаются в ответ на цену и доступность другие виды ископаемого топлива. Уголь традиционно отправили на обочине, как грязная из ископаемых видов топлива. Тем не менее, в последние годы целого ряда факторов - в том числе растущий спрос на нефть в Китае, Индии и других развивающихся стран, в результате перебоев с поставками со всего мира геополитических событий, растущую веру в то, что традиционные добычи нефти является своего пика, и недостаточные инвестиции в разведку вверх по течению - привели цен на нефть и природный газ усилится (CEP. апреля 2006. с. 24-32). Например, совсем недавно, в конце апреля, сырой нефти ударил своего исторического максимума в $ 75/bbl, а природного газа ударил своего исторического максимума в $ 16/mcf в конце 2005 года (после колеблется в районе $ 2/mcf за десятилетие, ведущей к 2000).

Эти факторы привели возрождение интереса к газификации угольных технологий, таких как комбинированного цикла комплексной газификации (ВЦГ), уголь-химических веществ и угля в жидкие углеводороды (CTL) процессов, которые позволяют этот раз очерненная природных ресурсов, которые будут использоваться - со значительными экологическими преимуществами и жизненного цикла стоимость - по сравнению с обычными нефте-и naturalgas-процессы для получения власти, химикатов и жидких видов топлива на транспорте. В результате беспрецедентного числа стихийных проекты, основанные на газификации угля, были объявлены в течение последнего года или двух (box. стр. 7).

Хотя первое поколение растений IGCC власти пришли онлайн в США и Европе в 1990-х годов и до сих пор находящихся в эксплуатации, устойчиво низких цен на природный газ заставили ВЦГ в спящий режим с тех пор. Теперь, после десятилетнего перерыва в ходе которого только один IGCC Завод был построен в США. по крайней мере половина делать / EN промышленных масштабах комбинированный цикл комплексной газификации были объявлены только в США в прошлом году или около того, а также дополнительные проекты областью действия.

И, подчеркнув, тенденция к повышению их разработчиков, почти все комбинированный цикл комплексной газификации объявил недавно - American Electric Power (Колумбус, Огайо; <A HREF = "http://www.aep.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW "> <www.aep.com />), Duke Energy (Charlotte. NC: <a target="_blank" href="http://www.duke-encrgy.coni" rel="nofollow"> WWW. Герцог-encrgy.coni </ A>). которая недавно слилась с Синерджи (Цинциннати, Огайо), ERORA Group LLC (Луисвилл, Кентукки; <a target="_blank" href="http://www.erora.com" rel="nofollow"> www.erora.com </ A>). Excelsior (Holmun. МН; <a target="_blank" href="http://www.excelsioreiiergy.com" rel="nofollow"> www.excelsioreiiergy.com </ A>). и др. - намечены на 600 - до 700 МВт мощности, более чем в два раза больше первого поколения растений ВЦГ в эксплуатации в настоящее время (все из которых 250-300 МВт).

Удар по высокой стоимости

"Хотя капитальные затраты растений ВЦГ в настоящее время ссылки как 10-15% выше, чем сравнительно размеров угольных сгорания, это широко признается стоимость разрыв становится больше, чем миф реальностью, когда общие затраты жизненного цикла сравниваются", говорит Дэвид Дентон , директор по развитию бизнеса для Истман Газификация Услуги (Kingsport, Т. Н.; <a target="_blank" href="http://www.eastman.com" rel="nofollow"> www.eastman.com </ A>). В частности, традиционные угольные электростанции рискуют значительных дополнительных капитальных затрат и долгосрочных операционных расходов для удовлетворения ужесточение контроля требований, относящихся к югу SO ^ ^ 2, NO ^ х ^ к югу. метельчатый и ртути, которые производятся, когда уголь сгорает. Для сравнения, в объекте IGCC эти загрязняющие вещества удаляются гораздо более costeffectively из концентрированных высокого давления (400-1200 фунтов на квадратный дюйм) синтез-газа поток производства газификации угля, - пока не сжигается в газовой турбине.

По опыту эксплуатации, которая может принести до волны установок IGCC также должно помочь устранить это разница в затратах, говорит Джефф Филлипс, старший менеджер проекта для будущего угольной генерации вариантов на электроэнергии научно-исследовательский институт (EPRl; Шарлотта. NC; < HREF = "http://www.epri.org" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.epri.org </ A>). "Как мы получить больше из этих растений IGCC построен, то мы получим дальше по кривой обучения, и цена, безусловно, спуститься в качестве типовых проектов, связанных с ними сокращения оборудования расходы, связанные, становятся доступными".

Для отделки IGCC расходы, связанные, каждый из ведущих производителей угля сегодня gasitier - GE Energy (Атланта, штат Джорджия; <a target="_blank" href="http://www.gepower.com" WWW rel="nofollow"> . gepower.com </ A>). Shell (Хьюстон: <a target="_blank" href="http://www.shell.com" rel="nofollow"> www.shell.com </ A>) и ConocoPhillips (Хьюстон; <A HREF = " http://www.conocophillips.com "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.conocophillips.com </ A>) - в последнее время создали стратегический альянс с крупной фирмой инженерно-строительный, с помощью которых комплект всех партнеров IGCC связанных инжиниринг, проектирование, закупки и строительные услуги в один стандартизированный пакет. Например, GE Energy в партнерстве с "Бектел корпорации (San Francisco, CA: <a target="_blank" href="http://www.bechtel.com" <rel="nofollow"> www.bechtel.com / >); Shell в партнерстве с обеих Черный

"Все началось состава для IGCC, когда первый из этих союзов | GE-Бектел] было объявлено в середине-2004", говорит Филлипс EPRI в. "Эти компании имеют финансовые лошадиных сил назад завод миллиардов долларов власти, и они предлагают единую точку ответственности, что делает все проще для разработчиков проектов".

требования Хефти кислорода

Сегодня подавляющее большинство процессов газификации угля, использование oxygenblown gasi уровней с кислородом производится на месте использования крупнотоннажных воздуха блока разделения (АСУ) на основе криогенной дистилляции. АСУ представляет собой один из крупнейших билет пунктов в целом схема IGCC, с точки зрения капитальных затрат, связанных с гигантской колонны дистилляции и охлажденных корпуса, а также огромное количество энергии, необходимое для сжатия и приточного воздуха, который должен быть разделенных и поддерживать криогенных температурах (порядка-185 ° C) в течение криогенных колонны дистилляции.

Например, в соответствии с Эдвардом Лоу. генеральный директор газификации GE Energy, предстоящая парк WXM МВт номера IGCC потребуется 5000 коротких тонн / сут кислорода - заметное увеличение по сравнению с 2000 коротких тонн / сут, необходимых меньше, первого поколения IGCC объектов, которые до сих пор находящихся в эксплуатации.

"В течение многих лет инженеры были постепенно сокращения расходов на кислород, необходимый для этих кислорода трудоемкие процессы, но криогенных разделения воздуха является зрелой технологией, так и технические прорывы, которые могли бы привести к большей экономической улучшения сложнее, а гораздо сложнее". Эксперт говорит, промышленности Джим Соренсен. , который провел 40 лет с Air Products, а также был основателем и председателем Совета Газификация технологий (GTC: Арлингтон, штат Вирджиния.; <A HREF = "http://www.gasitication.org" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW "> www.gasitication.org </ A>) перед началом своего консультанта. Sorensenergy LLC (Аллентаун, Пенсильвания).

Снижение издержек достижения

Сегодня ряд инженерных достижений в настоящее время преследовал снизить стоимость газификации угля - с особым упором на АСУ. Некоторые из них рассмотрены ниже.

Интеграция АСУ и газа turbinex. Для максимальной эффективности при одновременном снижении капитала, так и энергии и операционных затрат, ВЦГ сегодняшних схемах все чаще прибегают к частичной интеграции АСУ вверх и вниз по течению турбин.

Вот типичный пример такого подхода, пониженного давления сжатого воздуха извлекается из газовой турбины и используется в качестве источника некоторых из сжатого воздуха, поступающего в Асли. При правильном инженерии, это может существенно уменьшить размер автономной воздушный компрессор, отделка eapital и затраты на энергию. В других случаях, турбины может использоваться как Tor власти водитель (он ASU компрессора, снова сократить капитальные и энергетические затраты за счет устранения необходимости компрессора для и автономный электродвигатель (хотя это и практикуется чаще в CTL и уголь-химическими веществами растений, чем номера ВЦГ).

Сегодня IGCC операторов брать уроки у lirst поколение растений ИГКС, которые имеют опыт работы на обоих концах спектра интеграции. Например, в течение десяти лет Полк IGCC объекта в городе Тампа, штат Флорида, и завод Вабаш ВЦГ в Terre Haute, IN. как использовать автономные воздушные компрессоры, чтобы обеспечить свои ASUS, с заводом Тампа также иметь компрессор для сжатия побочным азота для возвращения в камеру сгорания газовой турбины. , где он разбавляет синтез-газа в нижней точке (хромой температуры и тем самым уменьшить образования термических NO ^ х ^ к югу.

Тем не менее, comparahly размера IGCCs, который начался около того же времени в Европе (завод Демколек в Нидерландах, а также объекты Elcogas в Испании) являются затишья комплексной со 100% сделают первый воздуха, необходимого для их ВРУ подается через добычи из газовой турбины, а побочным продуктом производства азота ASU возвращаются в камеры сгорания газовых турбин.

"На бумаге это выглядит очень хорошо, но теперь у вас есть процессы, которые слишком тесно интегрированы, поэтому, если один выйдет из строя, все они идут вниз, как домино", говорит Филлипс EPRI. Лоу от GE Energy добавляет: "Полный АСУ-turhinc воздуха интеграции обеспечивает более высокую эффективность и снизить капитальные затраты, зачастую приводит к хижине на заводе, который трудно начать работать и при пониженном нагрузка".

"Никто никогда не повторить маршрут два европейских IGCCs общей интеграции - это слишком проблематично, говорит Филлипс. "Двигаясь вперед, мышления является то, что частичная интеграция лучше". По словам Лоу. "Наши исследования на авиасалоне интеграции, 30-50% оптимальный уровень интеграции между воздуха ВРУ и турбины".

Ион-Transport мембраны (ITM). Удар по укоренившейся действующего технологии. Air Products и химических веществ (Allentown. PA; <a target="_blank" href="http://www.airproducts.com" rel="nofollow"> www.airproducts.com </ A>) работает с 1988 года . и в партнерстве с Министерством энергетики США (DOE: Вашингтон. DC: <a target="_blank" href="http://www.doe.gov" <rel="nofollow"> www.doe.gov / >) с 1998 года, разработка высокотемпературных керамических мембран, которые могут производить тоннажа кислорода, необходимого для растений IGCC при существенно более низких затратах, чем в криогенной дистилляции. В настоящее время в промышленных масштабах, наконец, наличие в пределах досягаемости. Air Products 'ITM основана на запатентованной керамической (перовскитных оксидов, содержащих отдельные металлы и редкоземельные элементы), и достигает высокой степени чистоты, высокого отрывом потока ионов кислорода из горячих. сжатого воздуха на входе.

На прошлой осенью, компания начала с приемо-сдаточных испытаний в промышленных масштабах модуль прототипа мембраны основе разделения воздуха системы. Каждый модуль состоит из "десятки десятков мембраны вод с зазорами между ними каждый воздушным Как". говорит Фил Армстронг, ITM кислорода руководителя программы. Каждая пластина размером примерно с CD-ROM (рис. 1) и способен производить 0,5 т / г кислорода. В промышленных масштабах модуль будет только два фута - "си /, е пару буханок хлеба начала до конца". говорит Armstrong - и в конечном итоге сможет производить 1 тонну / д кислорода. Protoype система производит до 5 тонн / сут кислорода с использованием нескольких модулей параллельно, модель LOR крупномасштабных объектов.

Типичным криогенных колонке дистилляции 200 футов ростом, и данный ASU для IGCC может потребовать два или более столбцов для работы, размещается в изолированных холодильные камеры. С таким компактным размерам, ITM кислорода модули "с диаграмм с точки зрения пространства эффективности", говорит Армстронг. "Сравнительно размера ITM кислорода систему, включая все сосудов и трубопроводов, будет три четверти размер всего 1 дистилляции башня - поразительную разницу".

"Мы ожидаем, ITM подход по сокращению капитальных затрат и эксплуатационных (мощности) расходы, связанные с крупнотоннажных криогенных номера на 30-40%", добавляет он.

Каждая пластина состоит из двух собственных перовскита керамических внешних слоев, окружающих структурированной, пористый слой в центре. Во время работы горячей. воздух под высоким давлением (800-900 ° C, 200-300 фунтов на квадратный дюйм) течет вне плотного наружного слоя, а также повышенной парциальное давление кислорода диски ионов кислорода через плотный керамической мембраны. Кислород, проходящие через пористый внутренний помещения в пределах каждой мембраны вода проходит в центральной трубы коллектора. С пониженным содержанием кислорода, азота богатых воздуха, который проходит из модуля при повышенной температуре и давлении могут быть возвращены в разделе сжатия газовых турбин.

Степень турбины интеграции, было предусмотрено с самого начала делает этот проект еще более привлекательными для применения ВЦГ и другие энергоемкие приложения. "Тот факт, что ITM нужд горячего высокого давления газа из турбины, а затем могут возвращаться Inn. Высокого давления газа на турбину без дополнительного нагрева или сжатия, что значительно уменьшает чистый расход электроэнергии, ITM системы по сравнению с криогенной дистилляции" говорит Армстронг.

Однако, "освоение турбины проблемы интеграции не является тривиальной задачей", отмечает он. Например, "самый коммерчески доступных сегодня турбины газа позволить себе не более 20% добычи воздуха, но с 20% у нас нет достаточного воздушного потока для нашей ITM. В идеале мы хотели бы видеть по крайней мере 80% времени, но системы, которые дают более 50% добычи воздуха по-прежнему пользуются отличной экономической выгоды ". Air Products сотрудничает с Siemens электроэнергии для разработки соответствующих модификаций турбин, которые будут "открыть дверь для более тесной интеграции между нашими ITM системы и ICiCC класса турбины", говорит Армстронг.

В 2009-2010, Air Products ожидает окрестить 150 тонн / сут испытания объекта. "Это масштабы развития также будет следующей главной помехой для ITM кислорода для очистки на пути, в конечном счете заседании IGCC подходящих возможностей 1000 - на 2000 тонн / сутки и более, говорит Армстронг, и позиции, технологии и быть часть объекта рекламные IGCC разрабатывается FutureGen Альянс (коробка, выше). А. раз продемонстрировали на этой шкале, система ITM Кислород может также он используется для производства кислорода для стекла. целлюлозно-бумажной и химической приложений.

Air-ветром, а не oxygenblown. газификации. Через DOEsubsidized Чистота угольная энергетическая инициатива, Южный компании (Атланта, штат Джорджия; <a target="_blank" href="http://www.southernco.com" <rel="nofollow"> www.southernco.com /> ), Орландо (Флорида) Коммунальные услуги комиссии (OUC; <a target="_blank" href="http://www.ouc.coml" rel="nofollow"> www.ouc.coml </ A>. "и" Холлибертон -вспомогательных Келлог, Браун энд Рут "(КБР: Хьюстон; <a target="_blank" href="http://www.halliburton.com" rel="nofollow"> www.halliburton.com </ A>) строят 285 МВт IGCC объекта в OUCs Orlando-области Стэнтон Knergy центр, который будет первым commercialscale применения окисленный (не кислородом ветром) угля gasitier (название транспорта Gasitier), что Южный и КБР развиваются уже последние несколько лет в фонд развития энергосистем (PSDF; <a target="_blank" href="http://www.psdf.southemco.com" <rel="nofollow"> www.psdf.southemco.com / >) вблизи Wilsonville, AL. группу ожидает разорвать местах в конце 2007 года, и довести завод Интернете к середине 2010 года.

"Ожидаемой экономии расходов, связанных с ПБР-hlown газификации - 10%, или на более значительное сокращение расходов на электроэнергию по сравнению с использованием кислорода ICGG выдувное газификации". Рэндалл говорит Раш, режиссер. PSDF Южной компании - "приходят не только от ликвидации ASLl. Барак с нижней рабочей температуры перевозкам газификатор" (около 1,80 ° Н по сравнению с 2.500-2.800 ° F газификации температуры для газификации в сложившейся кислорода выдувное зашлакованности газогенераторы, которые предназначены для плавления золы, возникающего при угля газифицирована).

"Нижняя температур приведет к более надежной конструкции и эксплуатации, а также возможность использования более дешевых строительных материалов". говорит Раш, который отмечает: "Большинство существующих сегодня в IGCC кислорода выдувное газификации требуют крупных огнеупорных ремонт каждые два-три года, но мы работаем в 10 лет в Иль Wilsonv без существенных тугоплавких проблем".

Тем временем, потому что транспорт Gasitier. , который состоит из простых, огнеупорной подкладкой секций труб (рис. 2) работает при более низких температурах, чем кислород выдувное единиц. Южно компании и КБР были сосредоточены на использовании дешевой, углей низкого ранга (который, как правило, имеют более высокий уровень летучих веществ, золы и влаги по сравнению с битуминозных углей и антрацитов). Эти низкосортных углей составляют половину американских и мировых разведанных запасов, в соответствии с Rush. "Мы решили сосредоточить внимание на tirst углей низкого ранга, поскольку они имеют более высокую скорость реакции присущие чем каменных углях [таким образом, они могут быть обработаны эффективно, при более низких температурах газификации]," говорит он. "Экономика кислорода выдувное зашлакованности газификации, как правило, падает, когда они обрабатывают нижнюю углей".

Кроме того, "потому что Газификатор транспорта является быстрое, в кипящем слое газогенератор, который работает в транспортном режиме, мы, как много золы, так что даже угля с зольностью 40% не беспокоить нас", добавляет он.

Хотя азота в воздухе (в настоящее время на 79% об.) Удаляется, когда воздух криогенно дистиллированной для получения кислорода для обычного кислорода выдувное gasitiers, азота в воздухе проходит через транспорта Gasitier, когда он настроен как окисленный газификатор и попадает в угольной полученных синтез-газа. По Раш, присутствие этого большого объема горячей богатых азотом газа является экономически эффективным способом власти как паровых и газовых турбин использоваться во время комбинированного цикла производства электроэнергии.

'Сверхзвуковые сжатия. "Как было отмечено выше, два из основных факторов, расходы, связанные с IGCC являются вверх сжатия воздуха на входе в АГУ, а ниже по течению сжатия побочным СО2. Сейчас, CO2, как правило, сжимается до давления достижения уровня, необходимого для трубопроводного транспорта и использование методов увеличения приложений нефтеотдачи, но, глядя на дорогу, должны подземных арест когда-либо станет жизнеспособной и требуется, даже более высоких давлениях необходимо будет достигнута. "Чтобы существенно сократить расходы как вверх, так и вниз по течению воздуха CO, сжатие," Ramgen Power Systems (Bellevue, WA; <A HREF = "http://www.ramgen.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW" > <www.ramgen.com />) разрабатывает компрессора ", основанный на технологии сжатия сверхзвукового", то есть ", способный одновременно достижение очень высоких показателей одноступенчатой давления и очень высокой эффективности", говорит президент Ramgen Питер Болдуин. Разрабатывается при финансовой поддержке Министерства энергетики. компрессорной технологии Ramgen сочетает в себе аспекты систем ударного сжатия, используемых в сверхзвуковом полете с бухты турбомашин методов проектирования, используемые в обычных осевых и центробежных компрессоров сегодняшнем (рис. 3).

"Для сжатия СО2 во время ВЦГ. Обычных центробежных компрессоров системы, как правило, требуется восемь этапов (с соответствующим номером из нержавеющей стали промежуточным между этапами), чтобы достичь 100:1 сжатия", говорит Болдуин. Для сравнения, компрессор Rumgcn "может достичь сопоставимых степени сжатия, используя только две стадии с одним промежуточным охладителем", говорит Болдуин. "Это может значительно уменьшить общий размер пакета, вес и сложность, и позволяет тепла сжатия для восстановления и используется в других процесса".

Проверка концепции ротора была протестирована на воздухе при низкой коэффициент давления, с высоким давлением ротора планируется провести испытания в ближайшее время. МЭ обязалась финансировать разработку 2-сцены, 100:1 давления отношение демонстрационная установка, которая будет номинально мощностью 1 четверти промышленных масштабах llowrate в 600,000-700,000 б / ч.

До тех пор, как существующих экономических, экологических и геополитических факторов продолжать движение в промышленных масштабах применения мирового угольного gasilication номера для получения энергии, химических веществ и топлива, инженерное сообщество, несомненно, продолжать реализацию передовых технологий и совершенствования конструкции и эксплуатации стратегии отделка затраты на эти перспективные, но капитало-и энергоемких, fossilfuel преобразования процессов.

Сюзанна Шелли, пишущим редактором

Сюзанна Шелли является Манхэттен-независимый автор, специализирующийся в области науки, техники и технологии (E-mail: suzanneashelley@yahoo.com). 16-летний ветеран, бывший главный редактор журнала "Химическая инженерия", в настоящее время Шелли пишет о самых различных химических процессов, нефтеперерабатывающей, фармацевтической и связанной с ними инженерных и бизнес-темы, как для корпоративных клиентов и различных технических журналах торговли. Она получила степень бакалавра в области геологии от Colgate Univ. и MS в области геологии из Univ. Южная Каролина (Колумбия). Шелли и профилированного в 2005 году книгу "Be Happy в сфере труда: 100 женщин, которые любят их | набл и почему", Гордон, J., Ballantine книги.