Ολοκληρωμένα συστήματα ηλεκτροπαραγωγής με συνθετικό φυσικό αέριο από αλλοθερμική αεριοποίηση γαιάνθρακα

Abstract

Η αύξηση της ζήτησης ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο σε συνδυασμό με την αύξηση του πληθυσμού κάνουν επιτακτική την ανάγκη αναζήτησης νέων μεθόδων παραγωγής ενέργειας με ικανοποιητική απόδοση και με περιβαλλοντικά αποδεκτό τρόπο. Για την επίτευξη αυτών των στόχων είναι απαραίτητη η βελτιστοποίηση των υφιστάμενων τεχνολογιών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και η ανάπτυξη νέων περιβαλλοντικά "φιλικότερων" τεχνολογιών και καυσίμων, όπως το συνθετικό φυσικό αέριο. Η συγκεκριμένη διπλωματική εργασία αφορά στην παραγωγή συνθετικού φυσικού αερίου (SNG), η χρησιμότητα του οποίου αναλύεται στο πρώτο κεφάλαιο. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια γενικότερη αναφορά στις καθαρές τεχνολογίες άνθρακα, όπως οι ατμοηλεκτρικοί σταθμοί με υπερκρίσιμα χαρακτηριστικά ατμού, η καύση σε ρευστοποιημένη κλίνη και ο συνδυασμένος κύκλος με ενσωματωμένη αεριοποίηση (IGCC), οι οποίες συμβάλλουν στην αύξηση του βαθμού απόδοσης των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής και στην μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται αναλυτικά η αεριοποίηση, η οποία ανήκει στις καθαρές τεχνολογίες άνθρακα και αποτελεί το πρώτο στάδιο παραγωγής συνθετικού φυσικού αερίου (SNG). Γίνεται αναφορά στην τεχνολογία της αεριοποίησης, στα πλεονεκτήματά της, καθώς και στην χρησιμότητα του αερίου σύνθεσης. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρεται στην διαδικασία της μεθανοποίησης, η οποία αποτελεί και την "καρδιά" του συστήματος παραγωγής συνθετικού φυσικού αερίου (SNG). Γίνεται λόγος για τους καταλύτες που χρησιμοποιούνται στην μεθανοποίηση και στον κίνδυνο απενεργοποίησής τους (catalyst deactivation), κατά την διάρκεια της μεθανοποίησης. Αναφερόμαστε στα συστήματα ψύξης που μπορούν να εφαρμοστούν και σε διάφορα παραδείγματα πιλοτικών κυρίως συστημάτων μεθανοποίησης. Το πέμπτο κεφάλαιο αναφέρεται στην δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα, όπου περιγράφονται συνοπτικά οι διάφοροι τρόποι δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα από θερμοηλεκτρικούς σταθμούς. Το έκτο και το έβδομο κεφάλαιο αποτελούν το υπολογιστικό μέρος της εργασίας. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται η περιγραφή της μοντελοποίησης των μονάδων που χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή του συνθετικού φυσικού αερίου (SNG), δηλαδή του αντιδραστήρα μετατόπισης (Shift Reactor), του μεθανοποιητή και της μονάδας διαχωρισμού του διοξειδίου του άνθρακα, καθώς και των αρχών βάσει των οποίων έγινε η μοντελοποίηση. Επίσης γίνεται μια περιγραφή του αεριοποιητή που χρησιμοποιήθηκε, του Αναμορφωτή Βιομάζας Σωλήνων Θερμότητας (BioHPR). Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται η προσομοίωση της διαδικασίας παραγωγής συνθετικού φυσικού αερίου (SNG), καθώς και η σύζευξη της εγκατάστασης με μονάδα συνδυασμένου κύκλου. Τέλος, ακολουθεί μια ενεργειακή μελέτη των εγκαταστάσεων αυτών.

The world energy consumption is constantly increasing and it will certainly still increase during the 21st century. The major part of this consumption is satisfied by fossil fuels, which are responsible for the majority of the greenhouse gases. For these reasons, the future energy systems should convert fuels into energy efficiently. Second generation fuels, such as Substitute Natural Gas (SNG), are environmentally friendlier than fossil fuels.Also the conversion of coal into Synthetic Natural Gas will provide a new approach to enhance the security of supply with natural gas and will reduce dependences on non-european natural gas resources. The conversion of coal into Substitute Natural Gas (SNG) starts with the process of gasification, the conversion of coal into syngas and continues with the catalytic methanation. This step is followed by the carbon dioxide and water removal. This particular diploma thesis refers to the production of Substitute Natural Gas from allothermal coal gasification and its use in combined cycle energy production systems.