Spis zgłoszonych i przyjętych na Sesję referatów

A CONTRIBUTION OF THE CENTRALISED ENERGY SECTOR TO THE PREPARATION OF THE POLISH LONG-TERM ENERGY VISION

Louis Jestin
AGH University of Science and Technology, 30-059 Cracow,
EDF Polska, ul. Nowy Świat 19, 00-029 Warszawa, Louis.Jestin@edf.pl

The Polish centralized energy sector is at a major crossroad : it should meet the rocketing energy demand while most of the power production fleet has to be retrofitted in the next 20 years. This tremendous challenge should be perceived as a real opportunity to construct the new sustainable energy sector that will fulfil the future generation needs while securing the economical competitiveness, meeting the environmental European requirements and insuring the social cohesion.

Thus, Poland should elaborate a long-term energy policy to deal optimally with the two major environmental issues :

• "Traditional pollutants" emissions' reduction (i.e. SOx, NOx and dust. Poland should meet the requirement from the LCP Directive and the associated Accession Treaty targets which are inadequate with the Polish power sector idiosyncrasy. Contrary to its European peers, it still exists in Poland many Small coal Combustion Installations (SCIs : less than 50 MWth) such as individual boilers or local district heating ones , which are not taken into account by these European policies. As a consequence and to economically and environmentally optimised the investments to be done, both LCPs and SCIs have to be taken into account not only for the targets to be reached in the 2008-2012 period, but also for the mid 2015-2020 term for which new NEC and LCP Directives are nowadays being prepared. As a large share of the existing capacities will have to be replaced after 2012, it would be especially counterproductive to put the effort in the 2008-2012 period only on the LCP units and doubtless more relevant to centre the efforts on the SCIs. In other words both versions ( from 2001 and the new ones in preparation at EU level) of the LCP and NEC Directives should be analysed together as their implementations in Poland are strongly connected.
• CO₂ emissions' reduction: the challenge is quite similar, as the European Union Emissions Trading Scheme (EUETS) only refers to installations larger than 20 MWth. It could be likewise more efficient to deal with the innumerable SCIs which are outside of the embraced field but of course covered by the Kyoto protocol targets.

All the stakeholders of the energy sector will benefit from such a common policy negotiated with the European Union under the control of the Polish Administration. As explained in this paper, such a policy could enable to save up to €67 billion - compared with a Business-As-Usual scenario - and to gain €16.8 billion thanks to the Kyoto allowances surplus which could be sold on the international carbon market. This could fund and generate self-financing to take up the energy challenge outlined above.

It can be concluded that relaxation of short-term constraints on Polish SOx and NOx and CO₂ emissions for the centralised heat and power sectors will avoid non-justified expenditures in these sectors. The comprehensive long-term energy policy to be established should allow these cost savings to be invested in long-term retrofits that will consider the different options to reduce CO₂ emissions in the power sector and as well the other gases emissions in the domestic heating sector, which generates the most harmful low-stack emissions. This global approach is likely to generate better development scenarios meeting the European as well as the Kyoto targets.

SYMBIOZA WĘGLA Z ENERGIĄ JĄDROWĄ

Stefan Taczanowski
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków

taczanowski@novell.ftj.agh.edu.pl

Symbioza węgla z energią jądrową zasadza się na kilku elementach. Pierwszym jest produkcja H₂ z jej wykorzystaniem na drodze hydrolizy, dostarczająca O₂ jako drugiego głównego produktu. Element ten umożliwia następny - skuteczny wychwyt CO₂ z elektrowni opalanych węglem, dzięki jego spalaniu w atmosferze O₂/CO₂ zamiast w powietrzu. Kolejnym elementem jest wykorzystanie otrzymanych powyższym sposobem H₂ oraz CO₂ jako substratów do produkcji syntetycznych paliw węglowodorowych. Tą drogą można sprostać wzrastającemu popytowi na energię elektryczną z uniknięciem opłat skutkiem przekraczania odnośnych limitów emisji SO₂, CO₂ oraz NO_X (w przyszłości) i podnieść bezpieczeństwo paliwowe kraju w wyniku bazowania na krajowych nośnikach energii. Podsumowując: symbioza węgla z energią jądrową dla produkcji paliw płynnych i gazowych jest optymalną, długofalową koncepcją rozwoju energetyki polskiej.

Referat 3.

NOWE SZANSE DLA TECHNOLOGII WĘGLOWYCH

Marek Ściążko
Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze office@ichpw.zabrze.pl

1. Wprowadzenie
2. Dostępność paliw kopalnych i sytuacja energetyczna świata
3. Zgazowanie podstawą rozwoju współczesnych technologii węglowych
4. Energetyczne kierunki rozwoju w aspekcie konieczności usuwania CO₂
5. Chemiczne kierunki rozwoju konwersji węgla
6. Potrzeby badawczo-rozwojowe
7. Podsumowanie

            Ocenia się, że w drugiej połowie XXI wieku nastąpi zasadnicza zmiana w światowej strukturze zużycia paliw pierwotnych. Zasoby ropy naftowej będą na wyczerpaniu, a dostęp do gazu ziemnego znacznie ograniczony. Wyczerpywanie się naturalnych zasobów paliw węglowodorowych może zostać znacznie przyśpieszone w wyniku intensywnego wzrostu zapotrzebowania na nośniki energii pierwotnej, w szczególności w Chinach i Indiach. Nieunikniony będzie w związku z tym powrót do szerokiego wykorzystania węgla jako najbardziej dostępnego na świecie surowca energetycznego i chemicznego w perspektywie 200 - 300 lat.

Główne wyzwanie związane jest z potrzebą radykalnego zmniejszenia negatywnego oddziaływania na środowisko naturalne procesów wytwarzania energii elektrycznej i ciepła oraz substytucja płynnych paliw naturalnych, takich jak ropa naftowa i gaz ziemny, produktami otrzymanymi z węgla.

Dotychczas opracowano wiele efektywnych metod usuwania substancji zanieczyszczających środowisko, do których należą głównie związki siarki i azotu oraz pyły. Jednak, mimo poważnych udoskonaleń technologicznych dokonanych w okresie ostatnich kilku dekad, nadal wywierana jest presja na redukcję emisji, przy czym zwiększa się nacisk na redukcję emisji dwutlenku węgla związanego z efektem „cieplarnianym". Prace takie prowadzone są już od wielu lat głównie w USA (program „Clean Coal") i Japonii, a ostatnio zagadnienie to staje się również przedmiotem zainteresowania Komisji Europejskiej.

Rozwijanie wysokosprawnych, niskoemisyjnych i „czystych" technologii wykorzystania węgla, ukierunkowanych na efektywne i maksymalne wykorzystanie jego energii chemicznej zmierza do stworzenia w perspektywie kilkudziesięciu lat gospodarki „wodorowej" wytwarzania energii elektrycznej w małych rozproszonych źródłach opartych o ogniwa paliwowe.

Podstawą zawansowanych technologii wykorzystania węgla w dużej skali staje się bezpośrednie wykorzystanie tlenu do tzw. oksyspalania lub też do zgazowania. W konsekwencji umożliwia się uzyskanie skoncentrowanych strumieni dwutlenku węgla, co pozwala na jego usunięcie przy mniejszych kosztach inwestycyjnych i operacyjnych. Nie bez znaczenia jest utrata sprawności netto układu w przypadku usuwania dwutlenku węgla i z tego powodu istotne jest poszukiwanie nowych sorbentów o mniejszym cieple desorpcji.

Porównując rozwijane technologie energetyczne zintegrowane w przyszłości z układami usuwania CO₂ - z klasyczną elektrownią kondensacyjną, w której spalanie zachodzi w strumieniu powietrza, narzuca się wyjątkowo mocno wniosek o „chemizacji" wytwarzania elektryczności, w szczególności widocznej w układach zgazowania. Często też w przypadku zgazowania systemy wytwarzające „czystą" energię są łączone z wytwarzaniem produktów chemicznych i mówi się wtedy o tzw. „energopleksach" lub „poligeneracji". Wiążą one wytwarzanie energii elektrycznej oraz produktów chemicznych z węgla, głównie paliw płynnych silnikowych, metanolu lub wodoru. Można, zatem przyjąć, że siłą sprawczą rozwoju energetycznego wykorzystania węgla jest dążność do maksymalizacji ogólnej sprawności przetwarzania energii pierwotnej poprzez zwiększenie produkcji czystych substancji chemicznych.

Rozwój współczesnych technologii zgazowania związany jest przede wszystkim z intensyfikacją procesu i z tego powodu za rozwojowe uważane są reaktory zawiesinowe pozwalające na uzyskanie wysokich współczynników wymiany ciepła i masy oraz zminimalizowanie zawartości substancji smołowych w otrzymanym gazie procesowym. Systemy przygotowania gazu surowego ze zgazowania mają na celu jego przetworzenie do gazu syntezowego spełniającego wymagania stawiane gazom stosowanym do procesów syntezy: metanolu, paliw, metanu czy w kierunku wydzielenia czystego wodoru. Obecne badania ukierunkowane są zasadniczo na przygotowanie surowego gazu procesowego do syntezy poprzez usuwanie zanieczyszczeń pyłowych jak i składników kwaśnych oraz badania katalizatorów i warunków procesowych reformingu gazu procesowego jak i konwersji tlenku węgla. Innym zagadnieniem jest bezpośrednia synteza DME z gazu syntezowego i synteza okso, czyli reakcje pomiędzy składnikami gazu syntezowego i alkenami, prowadzące do otrzymania aldehydu.

Perspektywicznie pojawiają się nowe koncepcje zgazowania opartego o tzw. tlenkową pętlę chemiczną pozwalające potencjalnie uzyskiwać syntezowe gazy wodorowe z wysoką sprawnością i w niższych temperaturach reakcji.

Wystąpienie poświęcone będzie zatem opisowi obecnych kierunków rozwojowych zgazowania węgla oraz ocenie obszarów badawczych istotnych dla osiągnięcia wysokich sprawności zintegrowanych układów energetycznych i chemicznych.

ROZWÓJ I STRATEGIA KOKSOWNI PRZYJAŹŃ NA TLE ŚWIATOWYCH TRENDÓW W KOKSOWNICTWIE

Edward Szlęk
Koksownia Przyjaźń Sp. z o.o., ul. Koksownicza 1, 42-523 Dąbrowa Górnicza

Artykuł prezentuje powiązania międzynarodowych rynków stali, węgla i koksu. Przedstawia pozycję Koksowni Przyjaźń Sp. z o. o. na rynku koksowniczym zarówno w Polsce, Europie jak i na świecie. Prezentuje wymogi prawne krajowe i wymagania Unii Europejskiej.

Prezentuje strategię rozwoju oraz kierunki poprzez założone cele strategiczne Koksowni Przyjaźń, opracowane w oparciu o analizę trendów rozwojowych światowego koksownictwa.

WYKORZYSTANIE ENERGII ZE ZŁÓŻ NATURALNYCH PALIW WĘGLOWYCH

Mieczysław Żyła, Krystyna Kreiner
Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków krk@agh.edu.pl

Podstawowymi źródłami energii są wciąż ropa naftowa, gaz ziemny oraz węgiel kamienny i brunatny. Dostarczają one 80% całkowitej energii, jaka potrzebna jest dla pokrycia zapotrzebowania dla produkcji przemysłowej, transportu i ogrzewania pomieszczeń. Wadą wymienionych zasobów energii jest wydzielanie bardzo uciążliwych ubocznych produktów gazowych  w postaci CO₂, SO₂ i NO_x. Usunięcie ich jest szczególnie trudne w przypadku pojazdów silnikowych. Z tego powodu w ostatnich latach obserwuje się bardzo liczne działania nad zastosowaniem znacznie lepszego paliwa, jakim niewątpliwie jest wodór. Produkcja tego cennego paliwa na skalę przemysłową jest jednak wciąż otwartym problemem. Według danych literaturowych podstawowymi surowcami do produkcji wodoru  są metan, węgiel kamienny, woda oraz wodorki określonych metali. Najcenniejszym surowcem do produkcji H₂ jest metan, którego zapasy są duże. Drugim cennym surowcem jest węgiel kamienny stosowany do otrzymywania gazu wodnego, zawierającego wodór i tlenek węgla. Bardzo znaczącą metodą jest elektroliza wody. Ponadto należy podkreślić, że w pokładach węgla kamiennego znajduje się wolny wodór w ilościach od jednego do kilku procent. Ważnym zadaniem jest metoda pozyskiwania tego wodoru.

Pracę wykonano w ramach badań statutowych AGH nr 11.11.210.117.

ZWIĘKSZENIE SZANS WYKORZYSTANIA KRAJOWEJ BAZY WĘGLI KOKSOWYCH POPRZEZ DZIAŁANIA TECHNOLOGICZNE W ZAKRESIE PRZYGOTOWANIA MIESZANEK WSADOWYCH

Aleksander Karcz, Andrzej Strugała

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków akarcz@agh.edu.pl strugala@agh.edu.pl

Zwiększenie szans wykorzystania krajowej bazy węgli koksowych poprzez działania technologiczne w zakresie przygotowania mieszanek wsadowych - W referacie przedstawiono charakterystykę krajowej bazy węgli koksowych oraz perspektywy jej wykorzystania w aspekcie przewidywanych wymagań jakościowych węgli koksowych u ich dostawców oraz odbiorców. szczególną uwagę poświęcono optymalizacji receptur koksowniczych mieszanek węglowych, operacjom mechanicznej obróbki węgli i mieszanek wsadowych (rozdrabnianie, częściowe brykietowanie, ubijanie itp.) operacjom termicznej preparacji wsadu (podgrzewanie, częściowe podsuszanie wsadu) oraz zagadnieniu modyfikacji właściwości koksotwórczych mieszanek węglowych za pomocą dodatków plastyfikatorów i składników schudzających. W podsumowaniu określono potencjalne kierunki działań technologicznych w zakresie przygotowania wsadu.

Pracę wykonano w ramach badań statutowych AGH nr 11.11.210.119.

Referat 7

NOWE MOŻLIWOŚCI OCENY JAKOŚCI KOKSÓW W OPARCIU O PODSTAWOWE PARAMETRY ICH STRUKTURY FIZYCZNEJ

Barbara Kwiecińska¹⁾ , Sławomira Pusz²⁾ , Marta Krzesińska²⁾, Barabara Pilawa²⁾, Andrzej Koszorek³⁾

¹⁾ Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, kwiecin@agh.edu.pl

²⁾ Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, ul. Marii Curie-Sklodowskiej 34, 41-819 Zabrze, sekretariat@cmpw-pan.ewdu.pl

³⁾Wydział Chemiczny, Politechnika Śląska, ul. B. Krzywoustego 6, 44-100 Gliwice Andrzej.Koszorek@polsl.pl  

Nowoczesne technologie wielkopiecowe starają się ograniczać zużycie koksu a jednocześnie podnoszą wymagania co do jego jakości, szczególnie w zakresie wytrzymałości mechanicznej i reakcyjności. Poszukuje się również nowych parametrów, które lepiej charakteryzowałyby strukturę i właściwości koksów. Obecnie do oceny jakości koksu stosuje się najczęściej następujące parametry chemiczne i technologiczne: A^d, S_t^d, P_t^d, M₄₀, M₁₀, CRI, CSR, itp. Badnia parametrów fizycznych koksów są rzadkością chociaż mają ścisły związek z ich parametrami technologicznymi i dobrze tłumaczą związki pomiędzy budową wewnętrzną a właściwościami fizyko-chemicznymi koksów.

Od kilku lat w Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN w Zabrzu (wcześniej Zakład Karbochemii PAN w Gliwicach) prowadzone są badania podstawowych właściwości fizycznych węgli i koksów: gęstości rzeczywistej, porowatości, refleksyjności, modułów sprężystości i parametrów EPR [1-4]. Dotychczasowe badania koksów z węgli pojedynczych oraz z mieszanek węglowych wykazały istnienie wyraźnych korelacji pomiędzy ich parametrami fizycznymi i technologicznymi. Refleksyjność oraz parametry sprężystości dobrze korelują z właściwościami mechanicznymi koksów oznaczanymi metodą Micum (M₄₀ i M₁₀) i Nippon Steel Corporation - NSC (CSR). Istnieją również wyraźne związki pomiędzy modułem sprężystości i porowatością oraz refleksyjnością i gęstością rzeczywistą koksów. Z kolei porowatość, gęstość rzeczywista i koncentracja centrów paramagnetycznych  wykazują związek z reakcyjnością koksu wyznaczoną metodą NSC (wskaźnik CRI) lub metodą genewską. Stwierdzono, że wyniki badań właściwości optycznych i parametrów EPR koksów związane są z matrycą podczas gdy metoda spektroskopii ultradźwiękowej odzwierciedla charakter całkowitej objętości koksu zawierającej zarówno matrycę jak i występujące w niej pory, w tym pory zamknięte.

Zastosowane metody badawcze okazały się być komplementarne wobec siebie, a uzyskane wyniki badań pozwalają na dogłębną charakterystykę struktury wewnętrznej koksów co, w dalszej kolejności, pozwala prognozować  ich właściwości.

Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić, że podstawowe parametry fizyczne koksów mogą odgrywać równie ważną rolę w ocenie jakości koksu jak, znacznie częściej stosowane, metody techniczne.

Prezentowane badania zostały częściowo sfinansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach grantu nr 4 T12 B 044 29.

[1] Krzesińska M., Structure and Properties of Natural and Processed Carbon Materials Studied with Ultrasounds: a review, in Current Topics in Acoustical Research, R. Richard (ed.), Research Trends, Trivandrum, India, 2003, vol.3, ss.43-61.

[2] Pilawa B., Pusz S., Krzesińska M., Kwiecińska B.K., „Optical reflectance, dynamic elastic modulus and EPR parameters of Polish coals: from low bituminous to anthracite". Proc. 12^th  Int.Conf. Coal Science, Cairns, Australia, 2-6 Nov. 2003,wydane na CD.

[3] M. Krzesińska, S. Pusz, A. Koszorek, Elastic and optical anisotropy of the single-coal monolithic high-temperature (HT) carbonization products obtained in a laboratory scale, Energy & Fuels, 2005, 19, 1962-1970.

[4] M. Krzesinska, B. Pilawa, S. Pusz, The physical parameters of different rank coals related to their degree of cross-linking and the caking ability, Energy & Fuels, 2006, 20, 1103-1110.

Referat 8

STABILIZACJA ZAWARTOŚCI WILGOCI W MIESZANCE WSADOWEJ DLA BATERII KOKSOWNICZYCH SYSTEMU UBIJANEGO.

Wojciech Kaczmarek, Witold Pasek

Zakłady Koksownicze „Zdzieszowice" Sp. z o.o. ul. Powstańców Śl. 1, 47-330 Zdzieszowice

Dla baterii koksowniczych pracujących w systemie ubijanym ze względu na formowanie bryły naboju duże znacznie ma stabilizacja zawartość wilgoci w mieszance węglowej.

W Zakładach Koksowniczych „Zdzieszowice" wykonano instalację do automatycznego sterowania zawartością wilgoci w mieszance. Układ zbudowany jest z mikrofalowych mierników wilgotności na taśmociągach na wieże węglowe, z których sygnał wyjściowy jest wykorzystywany do sterowania zasuwą regulacyjną, która dozuje wodę do układu zraszania mieszanki węglowej.

System pomiarowy składa się z jednostki sterującej oraz układu mikrofalowego - anteny tubowe, które zamontowane są nad i pod taśmociągiem i układu izotopowego. Zadaniem układu mikrofalowego jest pomiar wilgotności węgla, układ izotopowy służy do korygowania zmian grubości warstwy węgla oraz zmian gęstości mieszanki węglowej. Dozowanie wody do mieszanki oparte na ciągłym, automatycznym pomiarze wilgoci pozwala na wyeliminowanie problemów technologicznych związanych z dozowaniem mieszanki zbyt suchej lub zbyt mokrej.

Stabilny poziom wilgoci w mieszance węglowej pozwala na:

• wzrost produktywności baterii koksowniczej,
• zmniejszenie ilości gazu koksowniczego kierowanego do opalania baterii,
• wydłużenie żywotności ceramiki baterii,
• poprawę warunków pracy obsługi technologicznej baterii.

TWORZENIE SIĘ WODORU NA DRODZE NISKOTEMPERATUROWEGO UTLENIANIA WĘGLA KOPALNEGO TLENEM Z POWIETRZA

¹⁾Franciszek Czechowski, ²⁾Anna Marzec, ²⁾Sylwia  Czajkowska

¹⁾Wydział Inżynierii Ochrony Środowiska, Politechnika Wrocławska, 50-370 Wrocław, franciszek.czechowski@pwr.wroc.pl

²⁾Zakład Karbochemii PAN, 44-121 Glwice, marzeca@neostrada.pl

Podsumowano wyniki literaturowe, opisujące powstawanie wodoru podczas zachowawczego utleniania węgli kopalnych tlenem z powietrza. Utlenianie węgli (C^daf 81 - 86%) pochodzących z różnych lokalizacji i formacji geologicznych (węgle karbońskie z Niemiec i USA, permskie z Południowej Afryki i Australii oraz trzeciorzędowe z Kolumbii), tlenem z powietrza wykazało powstawanie wodoru w poreakcyjnej atmosferze gazowej w ilościach od ułamkowych części procenta do dochodzących do 1%obj.. Ilość wygenerowanego wodoru z danego węgla koreluje z jego podatnością na utlenianie oraz w niewielkim stopniu zależy od rozdrobnienia węgla. Przedstawiono również wyniki zachowawczego utleniania kilkunastu węgli kamiennych z polskich kopalń Górnego Śląska, tlenem z powietrza w temperaturze 50 i 90 °C i czasie utleniania 48 i 72 godzin. Ilość wygenerowanego wodoru w temperaturze 50 °C była zróżnicowana w zakresie 0,1 - 0,5%obj., podczas gdy w temperaturze 90 °C stanowiła niemal stałą wartość 0,5%obj.. Mechanizm powstawania wodoru w procesie niskotemperaturowego utleniania węgla kopalnego tlenem z powietrza jest dyskutowany.

ROZWÓJ  ODKSZTAŁCEŃ WĘGLA KAMIENNEGO W PROCESACH SORPCYJNO-DESORPCYJNYCH

¹⁾Grażyna Ceglarska-Stefańska, ²⁾Zofia Majewska, ²⁾Stanisław Majewski,  ²⁾Jerzy Ziętek, ¹⁾Katarzyna Czerw

¹⁾Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków gcegla@agh.edu.pl kczerw@agh.edu.pl

²⁾Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

majewska@geol.agh.edu.pl,majewski@agh.edu.pl, zietek@geolog.geol.agh.edu.pl  

W pracy przedstawiono wyniki badań sorpcyjnych i dylatometrycznych wykonanych na blokowych próbkach węgla kamiennego (20x20x40 mm).

Powszechnie znanym jest zjawisko pęcznienia / kontrakcji węgli, towarzyszące procesom sorpcyjnym gazów (CO₂, CH₄). Te zmiany objętościowe np. w trakcie sekwestracji CO₂ w utworach węglonośnych mogą wpływać na zmiany ich przepuszczalności. Koncepcja pracy opiera się na założeniu, że badania prowadzone na kawałkowych próbkach, w porównaniu z badaniami na próbkach ziarnowych, mogą dostarczyć informacji istotnych dla pełniejszego poznania zachowania się CO₂ w procesie jego sekwestracji. Uzyskane wyniki wskazują, że na oddziaływania węgiel-gaz ma wpływ naturalna porowatość węgla wynikająca z jego składu maceralnego. W przypadku  kawałkowych prób gaz wolny zgromadzony w pęknięciach i szczelinach węgla odpowiedzialny jest za skurcz próbki, który utrudnia dyfuzję do i z porów sorpcyjnych.

Praca wykonana w ramach Projektu Badawczego MNiI 4 T12B 039 30

Referat 11

PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF POROUS CARBONACEOUS MEMBRANES

Ivan Koutník ,Pavel Ševčík, Pavla Ličáková (Holcová), Miroslav Kaloč

VŠB-Technical Univerzity of Ostrava, 708 33 Ostrava Poruba, Czech Republic (ivan.koutnik@vsb.cz  pavla.holcova.fmmi@vsb.cz   miroslav.kaloc@vsb.cz )

The research in the inorganic membranes sphere has noticed extensive increase in the last years. Therefore the great part of research is dedicated to membrane preparation from non-polymeric and inorganic materials as e.g. silicates, zeolites and carbon, which have required properties and even higher permeability and selectivity. Membranes reported in this entry have been prepared from blast-furnace coke, pitch coke, biomass carbonizate and binding pitch. In the first instance a macroporous carbonaceous membrane matrix by controlled carbonization was prepared. In the last instance the impregnation technology with various fractions from coal tar pitch was applied. This combined process utilizes advantages which return materials prepared in the form of C/C composites to obtain the best possible membrane mechanical properties with required porosity. The permeability of various samples for chosen gases was measured. It was determinated this modifications effect, by this way, on permselective properties of prepared membranes.

Key words: carbonaceous membrane, carbonization, impregnation technology, C/C composite

WPŁYW RODZAJU WĘGLA KAMIENNEGO NA WIELKOŚĆ EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH

¹⁾ Danuta Olszewska , ²⁾ Agnieszka Marcewicz-Kuba

¹⁾ Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, dolszew@agh.edu.pl

²⁾ Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, pl. Marii Curie-Skłodowskiej 3, 20-081 Lublin amarcewi@hermes.umcs.lublin.pl

Spalanie węgli jest procesem skomplikowanym, któremu towarzyszy powstawanie zanieczyszczeń środowiska. Węgle kamienne, będące jednym z podstawowych źródeł pozyskiwania energii, różnią się właściwościami fizykochemicznymi oraz energetycznymi w zależności między innymi od miejsca wydobycia. Również sposób ich spalania, stosowanie metod zmniejszania wytwarzanych zanieczyszczeń ma wpływ na wielkość emisji, np. NOx, SO2 do atmosfery. Prezentowany referat przedstawia wpływ rodzaju węgla kamiennego na wielkość emisji zanieczyszczeń gazowych, na przykładzie wybranych polskich węgli kamiennych.

Praca finansowana z badań statutowych UMCS oraz umowy AGH nr 10.10.210.52

ZGAZOWANIE WĘGLA I SYNTEZA PALIW SILNIKOWYCH

Krzysztof Dreszer, Lucyna Więcław-Solny

Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze office@ichpw.zabrze.pl

W referacie omówiono technologie zgazowania węgla i produkcji paliw silnikowych na drodze syntezy Fishera-Tropscha. W referacie scharakteryzowano stan rozwoju reaktorów zgazowania współczesnej generacji (tzw. Reaktory dyspersyjne), do których węgiel dostarcza się w postaci rozdrobnionej poniżej 0,2 mm. Reaktory te produkują gaz syntezowy niezawierający kłopotliwej smoły, a ponadto charakteryzują się znacząco większą zdolnością przerobową, dochodzącą jednostkowo do 2500 t węgla/dobę. Tego typu rozwiązania są w szczególności korzystne dla warunków polskich, gdzie dominująca jest produkcja miału węglowego. Scharakteryzowano także stan rozwoju reaktorów do syntezy paliw silnikowych z gazu ze zgazowania węgla ze szczególnym podkreśleniem nowoczesnych rozwiązań katalitycznych reaktorów do syntezy niskotemperaturowej. Przedstawiono zarys koncepcji technologicznej produkcji paliw płynnych w skali przerobu ok. 6 mln. Ton/rok węgla dla warunków krajowych.

BADANIE WYBRANYCH, TERMICZNYCH CHARAKTERYSTYK WĘGLOWYCH DYSZ HYBRYDOWYCH, POCISKÓW RAKIETOWYCH NA PALIWO STAŁE

Maciej Miszczak, Waldemar Świderski, Dariusz Szabra, Zygmunt Pierechod

Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia, ul. Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka k. Warszawy m.miszczak@chello.pl

Przedstawiono wyniki badań rozkładu temperatur i ich przebiegi w funkcji czasu na zewnętrznych  powierzchniach  korpusów modeli dysz pocisków rakietowych na paliwo stałe, zbudowanych z grafitu pirolitycznego oraz grafitu polikrystalicznego nasyconego węglem pirolitycznym, a także określono stopień zużycia (erozji) przekrojów krytycznych tych modeli. Badania przeprowadzono na stanowisku stacjonarnym z wykorzystaniem strumienia gorących gazów o temperaturze bliskiej 3000 K, wylatujących z dyszy palnika acetylenowo-tlenowego z prędkością około 0,5 Macha, dostarczanych do stożka wlotowego modelu dyszy grafitowej, co w pewnym stopniu odpowiada rzeczywistym warunkom oddziaływania produktów spalania na zespół dyszowy silnika rakietowego podczas jego pracy. Pomiary temperatur wykonywano podczas ogrzewania korpusów dysz gazem z palnika oraz podczas ich stygnięcia, za pomocą termopar i kamery termowizyjnej, usytuowanych po przeciwnych stronach korpusów, prostopadle do ich osi wzdłużnej i na wysokości przekroju krytycznego.

Wyniki badań wskazują na realną możliwość wykorzystania ww. rodzajów materiałów węglowych do budowy dysz, małogabarytowych pocisków rakietowych na paliwo stałe, których układ napędowy pracuje do 10 sekund, wytwarzając produkty spalania o temperaturze do około 3500 K.

Powinny to potwierdzić badania stacjonarne silników rakietowych na paliwo stale, wyposażonych w dysze hybrydowe na bazie ww. materiałów węglowych. W ramach tych badań zostaną wykonane analogiczne pomiary temperatur i erozji przekroju krytycznego dysz a także pomiary podstawowych charakterystyk roboczych silników rakietowych - przebiegi ciągu i ciśnienia w funkcji czasu pracy silnika.

Badania stacjonarne silników rakietowych na paliwo stałe, wyposażonych w grafitowe dysze hybrydowe, stanowią ostatni etap badań eksperymentalnych Projektu Badawczego Nr 0 T00B 026 29 p.t. „Badanie dysz hybrydowych", przyznanego Wojskowemu Instytutowi Technicznemu Uzbrojenia przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, finansowanego ze środków na naukę w latach 2005 - 2007. 

ROZDZIAŁ MIESZANINY METAN-AZOT NA KLINOPTYLOLICIE

Mieczysław Ryszard Bałys, Bronisław Buczek

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

balys@agh.edu.pl , bbuczek@agh.edu.pl

Wyczerpywanie się zasobów paliw kopalnych i związany z nimi gwałtowny wzrost wymagań środowiskowych i jakościowych wymusza na nas wprowadzenie nowych technik lub ulepszenie starszych, już stosowanych w przemyśle. Dużą rolę odgrywają tu procesy prowadzone z wykorzystaniem zjawisk adsorpcji, a szczególnie oczyszczanie gazów i separacja składników mieszanin gazowych metodą PSA (pressure swing adsorption). Tą metodą prowadzone na skalę przemysłową są między innymi procesy: otrzymywania składników powietrza, rozdziału n-parafin od izo-parafin czy odzysku wodoru z gazów rafineryjnych. W ostatnich latach obserwuje się szczególne zainteresowanie adsorpcyjnymi metodami wzbogacenia w metan różnego pochodzenia biogazów oraz gazów o niskiej jego zawartości (gazy kopalniane, gaz ziemny zaazotowany). Gaz niskiej jakości należy wzbogacić obniżając poziom azotu do 5-10% N₂ w celu uzyskania produktu o wartości kalorycznej 10.1 kWh/m³ (odpowiadającej gazowi ziemnemu typu L - zawartość metanu powyżej 91%).

W procesach adsorpcyjnych podstawowym problemem jest dobór odpowiedniego adsorbentu, to znaczy takiego, który wykazywałby odpowiednio wysoką selektywność w stosunku do składników rozdzielanej mieszaniny. W przypadku mieszaniny N₂-CH₄. na wszystkich znanych adsorbentach równowagowa selektywność jest wyższa dla metanu. Różnice w średnicach kinetycznych tych molekuł (metan 0,380 nm, azot 0,364 nm) wskazują, że powinna być możliwa ich skuteczna separacja w wyniku selektywności kinetycznej.

W pracy przedstawiono wyniki badań przydatności naturalnego klinoptylolitu meksykańskiego do rozdziału mieszaniny gazowej N₂/CH₄ w warunkach dynamicznych. Zdolności rozdzielcze oceniano w teście symulującym podstawowe etapy zmiennociśnieniowej adsorpcji PSA wykorzystującej efekt kinetyczny. Przedstawiono wpływ wybranych parametrów procesu i dyfuzyjnych na efektywność wydzielania metanu. Dla mieszaniny wzorcowej zawierającej 45%CH₄ uzyskano wzbogacenie w metan powyżej 90%CH₄. Wyniki te wskazują na możliwość zastosowania tego materiału jako adsorbentu do produkcji metodą PSA gazu o wysokim wzbogaceniu w metan.

Praca wykonywana w ramach prac statutowych AGH 11.11.210.125

Referat 16

BADANIA ZAWARTOŚCI METANU W WĘGLACH BRUNATNYCH

¹⁾Paweł Baran, ¹⁾Stanisław Hołda, ²⁾Jan Macuda, ¹⁾Adam Nodzeński, ²⁾Ludwik Zawisza

¹⁾Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, baranp@agh.edu.pl, nodzen@agh.edu.pl

²⁾Wydział Wiertnictwa Nafty i Gazu,  Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,  macuda@agh.edu.pl, zawisza@agh.edu.pl

Gazonośność pokładów węgla brunatnego zależy od ciśnienia złożowego gazu, składu gazu, składu petrograficznego i stopnia uwęglenia węgli, zawartości wody oraz temperatury złożowej. Istotną rolę w konkretnych przypadkach odgrywają warunki geologiczne, a w szczególności grubość i szczelność nadkładu spoczywającego na złożu węgla oraz występowanie uskoków.

Dla określenia metanonośności aktualnie eksploatowanych węgli brunatnych w kopalniach węgla brunatnego Bełchatów, Adamów, Turów i Konin, do badań laboratoryjnych pobrano po  próbce węgla z każdej z kopalń. Miejsca poboru próbek węgla zostały dobrane w taki sposób aby odzwierciedlały występujące różnice w ich wykształceniu petrograficznym.

Badania dotyczyły występowania metanu sorbowanego w pokładach węgla brunatnego, w rejonach największych, udokumentowanych złóż węgla brunatnego na obszarze Polski. Określono wzajemne relacje pomiędzy metanem wolnym i zaadsorbowanym w strukturze porów węgla. Obliczono całkowitą ilość  metanu zdeponowanego w badanych węglach. Przeanalizowano możliwe zagrożenia  wynikające z obecności metanu w złożach .  

Pracę wykonano w ramach badań statutowych WPiE AGH (umowa nr  11.11.210.124)

Referat 17

OCENA PRZYDATNOŚCI ADSORBENTÓW Z PREKURSORÓW WĘGLOWYCH DLA UKŁADU MAGAZYNOWANIA ENERGII

Bronisław Buczek, Eliza Wolak

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo - Hutnicza, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków bbuczek@agh.edu.pl, eklimows@agh.edu.pl

Wiele prac teoretycznych i badawczych wskazuje, że wykorzystanie adsorbentów dla magazynowania ciepła w zamkniętych cyklach termodynamicznych, może znaleźć zastosowanie w prostych adsorpcyjnych układach chłodniczych. Układy takie mogą być wykorzystywane do przechowywania żywności i lekarstw, produkcji lodu, w systemach klimatyzacyjnych i pompach cieplnych.

Przedmiotem oceny były kompozyty węglowe w postaci monolitycznych kształtek, których charakterystykę przedstawiono poniżej:

AC35 - cegiełki otrzymane, z mieszaniny handlowego pylistego węgla aktywnego i suspensji wodnej policzterofluoroetylenu poprzez suszenie, formowanie, prasowanie i obróbkę termiczną w 473 K.

ACS - kształtki formowane przez prasowanie półkoksu z węgla kamiennego, który wcześniej aktywowano za pomocą KOH z dodatkiem fluorku poliwinylidenu (5%) jako lepiszcza.

APM - kształtki formowane przez prasowanie mezofazy pakowej aktywowanej za pomocą KOH, również z dodatkiem fluorku poliwinylidenu (5%) jako lepiszcza.

Oznaczenia densymetryczne, badania struktury porowatej oraz wyznaczone entalpie adsorpcji i ciepło zwilżania metanolem wskazują, iż do celów magazynowania energii najbardziej nadaje się adsorbent otrzymany z mezofazy pakowej na drodze aktywacji wodorotlenkiem potasu.

Praca finansowana z projektu zamawianego PBZ-MEiN-2/2/2006

BADANIA UKŁADU WĘGIEL - GAZ W ASPEKCIE POZYSKIWANIA METANU I SEKWESTRACJI CO₂.

Grażyna Ceglarska-Stefańska, Adam Nodzeński, Stanisław Hołda

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków gcegla@agh.edu.pl, nodzen@agh.edu.pl  

Od szeregu lat zajmujemy się badaniami układu węgiel - gaz w aspekcie zagadnień wyrzutowości, pozyskiwania metanu i emisji gazów cieplarnianych. Badania sorpcyjne w układzie węgiel - gazy kopalniane, prowadzone w warunkach zbliżonych do warunków in situ, wskazują na większe powinowactwo węgli względem CO₂. W konsekwencji wprowadzony do utworów węglonośnych dwutlenek węgla będzie nie tylko sorbowany, ale również będzie  wypierał zgromadzony w nich metan. W prezentowanych badaniach przedstawiono istotną rolę silnych i specyficznych interakcji cząsteczek obydwu gazów ze strukturą porowatą węgla, a także naprężeń wywołanych pęcznieniem węgli, przy modelowaniu możliwości składowania CO₂ czy pozyskiwania CH₄. Izotermy sorpcji wyznaczane w szerokim zakresie ciśnień i temperatur stanowiły podstawę do określenia energii gazu zgromadzonego w węglu. Badania sorpcji mieszanin CO₂ i CH₄ doprowadziły do wykrycia inwersji selektywności tych gazów dla węgli o różnym stopniu metamorfizmu.

Pracę wykonano w ramach badań statutowych WPiE AGH (umowa nr  11.11.210.124)

POROWATE MATERIAŁY WĘGLOWE W UKŁADACH MAGAZYNOWANIA ENERGII

Leszek Czepirski

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo - Hutnicza, 30-059 Kraków, czepir@agh.edu.pl

Porowate materiały węglowe (węgiel aktywny, węglowe sita cząsteczkowe, aktywne włókniny węglowe, membrany węglowe) o wysokiej zawartości pierwiastkowego węgla, rozwiniętej porowatości wewnętrznej, dużej powierzchni właściwej, są powszechnie stosowane w procesach oczyszczania i rozdzielania w fazie gazowej lub ciekłej. Równocześnie obok tradycyjnych zastosowań adsorbentów węglowych pojawiają się nowe, niekonwencjonalne jak: adsorpcyjne magazynowanie paliw gazowych (metan, wodór) lub ich wykorzystanie w układach magazynowania energii cieplnej. W referacie omówiono metody otrzymywania i kryteria doboru adsorbentów węglowych dla powyższych zastosowań.

Praca finansowana z PBZ-MeiN-2/2/2006 (AGH nr 19.19.210.153)

MATERIAŁY WĘGLOWE MODYFIKOWANE NANOKRYSTALICZNYM WĘGLIKIEM KRZEMU

Cezary Czosnek

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków czosnek@agh.edu.pl

Możliwości wykorzystania materiałów węglowych w licznych dziedzinach techniki wiążą się z określonymi oczekiwaniami co do ich jakości.  W wielu wypadkach materiały węglowe w postaci „czystej" nie są w stanie sprostać takim wymaganiom i dlatego stosowane są liczne próby modyfikacji ich właściwości poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków, często nieorganicznych.  Jednym z nich jest krzem, który w odpowiednich warunkach może tworzyć w takim układzie węglik krzemu, charakteryzujący się korzystnymi właściwościami mechanicznymi, odpornością na działanie podwyższonej temperatury i wielu chemikaliów. Na szczególne podkreślenie zasługuje wzrost odporności na utlenianie w podwyższonych temperaturach takich kompozytowych układów C/SiC.

Istnieje kilka metod otrzymywania uszlachetnionych węglikiem krzemu materiałów węglowych, z których należy wymienić nasycanie ciekłym krzemem, powierzchniowe uszlachetnianie metodą CVD, czy też wprowadzanie krzemu lub innych dodatków zawierających ten pierwiastek do mieszaniny surowców węglowych na etapie komponowania mieszaniny z następującą po tym obróbką termiczną takiego układu.  Oprócz szeregu czynników fizykochemicznych wpływających na jakość finalnego produktu nie bez znaczenia jest także rodzaj i forma dodatku krzemowego, np. uziarnienie, stopień rozwinięcia powierzchni, czy jego reaktywność chemiczna, zwłaszcza, jeśli wziąć pod uwagę skomplikowany charakter przemian termochemicznych, zachodzących w takim heterogenicznym układzie.

Autor prowadzi badania nad otrzymywaniem materiałów węglowych modyfikowanych węglikiem krzemu, z wykorzystaniem szerokiej gamy prekursorów krzemoorganicznych w dwuetapowym procesie syntezy aerozolowej. W niniejszym komunikacie przedstawiono stan dotychczasowych badań w tym zakresie.

Pracę wykonano w ramach Badań Statutowych AGH, umowa nr 11.11.210.120

WPŁYW ZAWARTOŚCI PIERWIASTKA WĘGLA I TLENU W WĘGLACH KAMIENNYCH NA SORPCJĘ TLENKU WĘGLA

¹⁾Janusz Cygankiewicz, ²⁾Mieczysław Żyła, ¹⁾ Agnieszka Dudzińska

¹⁾ Główny Instytut Górnictwa Zakład Aerologii Górniczej, 40-166 Katowice

Plac Gwarków 1, tel (32)259-21-36, email: bdxad@gig.katowice.pl,

²⁾ Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków

W celu wykazania wpływu chemicznych centrów sorpcji na węglach kamiennych na sorpcję tlenku węgla wyznaczono izotermy sorpcji CO na węglu aktywnym o dobrze rozbudowanej strukturze porów i na próbach węgli kamiennych.

Węgle kamienne, na których prowadzono badania wykazują zróżnicowany chemiczny charakter powierzchni oraz różną porowatość. Porównując uzyskane izotermy sorpcji wykazano, że sorpcja na węglu aktywnym jest kilkakrotnie większa od sorpcji CO na węglach kamiennych, co niewątpliwie jest wynikiem dobrze rozbudowanej struktury mikro i submikroporów.   Do badań wybrano węgla kamienne o różnej zawartości tlenu i tlenowych grup reaktywnych. Uzyskane wyniki wykazują wyraźną zależność sorpcji CO od zawartości tlenowych grup i tym samym polarności powierzchni węgli. Z uwagi  na niską temperaturę krytyczną tlenku węgla badania przeprowadzono w temp. 77,5 K.

Badania przedstawione w niniejszej pracy zostały wykonane w ramach projektu badawczego własnego finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Informatyzacji pt: „Wpływ stopnia metamorfizmu i porowatości węgli kamiennych na sorpcję i desorpcję tlenku węgla i niższych węglowodorów nienasyconych".

Numer projektu 4 T12A 03227.

ZASTOSOWANIE POLSKICH WĘGLI KAMIENNYCH W TECHNOLOGII PCI

Aleksander Sobolewski, Grażyna Fabiańska - Świeca, Krzysztof Dreszer

Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla, ul. Zamkowa 1, 41-803 Zabrze office@ichpw.zabrze.pl

W latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku nastąpił szybki rozwój technologii wdmuchiwania pyłu węglowego (PCI) do wielkiego pieca. Był on wymuszony koniecznością obniżenia kosztów wytopu surówki.

W wystąpieniu przedstawiono istotę technologii PCI polegającą na zastąpieniu części koksu stosowanego w procesie wielkopiecowym, pyłem węglowym wdmuchiwanym do wielkiego pieca oraz zalety z tym związane. Przedstawiono także wpływ wybranych właściwości węgla na jego zachowanie się podczas przygotowywania pyłu i jego wykorzystania w procesie wielkopiecowym. Omówiono badania przeprowadzone w IChPW związane z analizą i wytypowaniem polskich węgli kamiennych o właściwościach najkorzystniejszych w aspekcie wykorzystania ich jako paliwa w technologii PCI.

MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA MODYFIKOWANYCH MATERIAŁÓW WĘGLOWYCH W REAKCJACH USUWANIA TLENKÓW AZOTU Z GAZÓW ODLOTOWYCH ZE ŹRÓDEŁ STACJONARNYCH.

Teresa Grzybek

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków grzybek@agh.edu.pl

Usuwanie tlenków azotu z gazów spalinowych jest jednym z najważniejszych problemów związanych z produkcją energii. Dotychczas jedyną metodą usuwania NO i NO₂ z gazów odlotowych ze źródeł stacjonarnych stosowaną na skalę przemysłową jest selektywna redukcja katalityczna amoniakiem (SCR). Najczęściej używane katalizatory (V₂O₅/WO₃/TiO₂) charakteryzują się wysoką aktywnością w średnim obszarze temperatur (ok.250^oC do ok.400^oC). Poszukuje się nadal materiałów aktywnych i selektywnych w obszarze niskich temperatur (< 150^oC). Jednym z możliwych rozwiązań jest zastosowanie materiałów węglowych (węgli aktywnych lub włókien węglowych). W pracy przedstawiono dyskusję badań nad modyfikacją materiałów węglowych i ich zastosowaniem w reakcji SCR.

Pracę wykonano w ramach Badań Statutowych AGH, umowa nr 11.11.210.109

BADANIE WĘGLA AKTYWNEGO MODYFIKOWANEGO ZWIĄZKAMI AZOTU I MANGANU W REAKCJI REDUKCJI NO AMONIAKIEM

Teresa Grzybek, Jerzy Klinik, Bogdan Samojeden

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków grzybek@agh.edu.pl, klinik@agh.edu.pl, bogdan.samojeden@agh.edu.pl

Węgle aktywne stanowią obiecujące materiały dla niskotemperaturowej redukcji tlenku azotu amoniakiem (SCR). ). Właściwości katalityczne takich materiałów można znacznie poprawić przez wprowadzenie grup powierzchniowych oraz promowanie tlenkami/wodorotlenkami metali d-elektronowych. W pracy przedstawiono badania katalizatorów promowanych związkami azotu oraz manganu. Określono budowę takich materiałów (tekstura, grupy powierzchniowe, skład chemiczny powierzchni) oraz aktywność i selektywność do N₂ w reakcji SCR.

Pracę wykonano w ramach Badań Statutowych AGH, umowa nr 11.11.210.109

SORPCJA DITLENKU SIARKI NA PROMOWANYCH KOBALTEM I MANGANEM WŁÓKNACH WĘGLOWYCH

Teresa Grzybek., Jerzy Klinik., Paweł Niemczyk

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków grzybek@agh.edu.pl, klinik@agh.edu.pl  

Usuwanie ditlenku siarki i tlenków azotu z gazów odlotowych jest jednym z najważniejszych problemów ochrony środowiska. Większość stosowanych metod  wytwarza substancje odpadowe lub trudnozbywalne produkty. Metody Bergbau-Forschung i metoda Mitsui, w których podczas procesu dwustopniowego usuwa się NO_x i SO₂ na drodze katalityczno-adsorpcyjnej przy zastosowaniu materiałów węglowych, są metodami bezodpadowymi. W celu ich dalszego rozwinięcia poszukuje się coraz efektywniejszych adsorbentów. W niniejszej pracy badano oddziaływanie ditlenku siarki z powierzchnią włókien węglowych modyfikowanych kationami kobaltu i manganu. Metodami sorpcyjnymi określono wielkość sorpcji fizycznej i chemisorpcji, a sposób wiązania z powierzchnią analizowano metodą termoprogramowanej desorpcji.

Pracę wykonano w ramach Badań Statutowych AGH, umowa nr 11.11.210.109

NISKOEMISYJNE SPALANIE WĘGLA KAMIENNEGO Z ZASTOSOWANIEM KATALIZATORÓW DESONOX

¹⁾ Agnieszka Marcewicz-Kuba, ²⁾ Danuta Olszewska

¹⁾Wydział Chemii, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, pl. Marii Curie-Skłodowskiej 3, 20-081 Lublin amarcewi@hermes.umsc.lublin.pl

²⁾Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, 30-059 Kraków, dolszew@agh.edu.pl

Spalanie węgla kamiennego związane jest z emisją stałych i gazowych zanieczyszczeń do atmosfery. Wśród substancji lotnych, wchodzących w skład tych zanieczyszczeń można wymienić tlenki siarki i azotu. Niniejszy referat prezentuje sposoby usuwania SO2 i NOx ze źródeł stacjonarnych, ze szczególnym uwzględnieniem innowacyjnej katalitycznej metody ich redukcji już w trakcie samego procesu spalania, zwanej DESONOX. Do katalizatorów tej metody można zaliczyć modyfikowane jonami metali szlachetnych lub przejściowych, naturalne i syntetyczne glinokrzemiany oraz materiały tlenkowe.

Praca finansowana z badań statutowych UMCS oraz umowy AGH nr 10.10.210.52

KINETYKA SORPCJI TLENU NA WĘGLU KAMIENNYM

Janusz Cygankiewicz

Główny Instytut Górnictwa Zakład Aerologii Górniczej, 40-166 Katowice

Plac Gwarków 1, tel (32)259-21-36, bdxad@gig.katowice.pl

MAGAZYNOWANIE DITLENKU WĘGLA I METANU W MASIE WĘGLOWEJ - ANALIZA TERMODYNAMICZNA

Grzegorz Stefan Jodłowski,  Janina Milewska-Duda, Marta Wójcik

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków jodlowsk@agh.edu.pl, milewska@agh.edu.pl, mwojcik@agh.edu.pl  

Magazynowanie ditlenku węgla w wyrobiskach zamkniętych kopalń jest jedną z idei redukcji jego emisji do atmosfery. Zachowanie ditlenku węgla w złożu węglowym jest zatem interesującym tematem poznawczym i technologicznym. W pracy przeanalizowano serię wysokociśnieniowych izoterm sorpcji ditlenku węgla w węglach kamiennych o różnym stopniu uwęglenia. Badania potwierdzają jego migrację w głąb struktury węgla, a zatem absorpcja CO₂ jest zjawiskiem rónoważnym adsorpcji. Jest ona zapewne także przyczyną wypierania metanu ze złoża węglowego. Jednocześnie właściwość ta będzie powodowała dużą pojemność sorpcyjną złoża względem ditlenku węgla.

Praca finansowana w ramach Badań Statutowych AGH nr 11.11.210.122

PARAMETRY STRUKTURALNE I ENERGETYCZNE WĘGLI KAMIENNYCH O RÓŻNYM STOPNIU UWĘGLENIA

W ŚWIETLE MODELU ADSORPCYJNO-ABSORPCYJNEGO

Grzegorz Stefan Jodłowski,
Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków jodlowsk@agh.edu.pl  

Na proces sorpcji substancji małocząsteczkowych w węglu kamiennym wpływa szereg zjawisk limitowanych przez specyficzną strukturę tego materiału. Węgiel kamienny jest substancją o ograniczenie sztywnej sieci zawierającej jednocześnie elastyczną fazę molekularną. Występowanie całkowicie sztywnych, prawie krystalicznych domen arenowych, będących jednym z elementów sieciujących strukturę ma wpływ na dwa człony energii swobodnej (entropię i entalpię) stanowiącej o ilości i dystrybucji molekuł sorbatu w poszczególnych podukładach sorpcyjnych. Przeanalizowano wpływ poprawek uwzględniających odstępstwa od modelu polimerycznego ze względu na obecność domen arenowych dla szeregu układów sorpcyjnych substancja małocząsteczkowa (pary wody i metanolu, metan, ditlenek węgla) - węgle kamienne. Stwierdzono występowanie niedużych zmian parametrów energetycznych, zaś parametry strukturalne identyfikowanych węgli praktycznie się nie zmieniają. Rozwinięty model daje zatem adekwatny obraz układu sorpcyjnego.

Praca finansowana w ramach Badań Własnych AGH, nr 10.10.210.52

WYSOKOZORIENTOWANE MATERIAŁY WĘGLOWE W DZIEDZINIE "THERMAL MANAGEMENT" UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH

Zygmunt Pierechod; Maciej Miszczak
Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia, ul. Prymasa Stefana Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka k. Warszawy m.miszczak@chello.pl

Jednym z najważniejszych problemów wymagających rozwiązania w ramach eksploatacji układów elektronicznych, jest skuteczne odprowadzanie ciepła z ich podzespołów i elementów. Przy rozwiązaniu niniejszego problemu istotne jest zapewnienie odpowiednio dużego współczynnika przewodnictwa cieplnego. Interesującym materiałem, który można wykorzystać przy rozwiązaniu problemu odprowadzania ciepła podczas pracy układów elektronicznych, jest grafit pirolityczny poddany rekrystalizacji w wysokich temperaturach. Istnieje możliwość otrzymania materiału o współczynniku przewodnictwa cieplnego wzdłuż płaszczyzny krystalograficznej (ab) czterokrotnie wyższym niż współczynnik przewodnictwa cieplnego miedzi, czyli porównywalnej ze współczynnikiem przewodnictwa cieplnego diamentu. W ramach posteru przedstawione zostaną wyniki prac badawczych prowadzonych w Wojskowym Instytucie Technicznym Uzbrojenia nad otrzymywaniem tego rodzaju materiałów.

PERSPEKTYWY ENERGETYKI OPARTEJ NA WĘGLU W WARUNKACH OGRANICZANIA EMISJI

Wojciech Suwała,

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków suwalaw@agh.edu.pl

Artykuł przedstawia wyniki badań modelowych w zakresie perspektyw produkcji energii elektrycznej i ciepła w warunkach znacznego ograniczenia emisji pyłów i gazów. Nowe technologie pozwalają znacznie zredukować emisję pyłów, tlenków siarki i azotu. Problemem pozostaje emisja gazów cieplarnianych, która wymusza zmiany źródeł paliw pierwotnych na rzecz energii odnawialnej i nuklearnej. Artykuł omawia ten problem na bazie prac własnych w porównaniu z wynikami innych projektów

Praca wykonana w ramach badań statutowych AGH nr 11.11.210.157

ROLA I ZNACZENIE PYŁU WAPIENNEGO W SYSTEMIE ZABEZPIECZEŃ PRZECIWWYBUCHOWYCH W KOPALNIACH WĘGLA KAMIENNEGO

Bronisław Buczek, Elżbieta Vogt

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków bbuczek@agh.edu.pl, vogt@agh.edu.pl  

Nieszczęśliwe wypadki, jakie miały miejsce w ostatnim okresie w górnictwie węglowym ewidentnie wskazują, że pomimo szeroko zakrojonych działań mających na celu zapewnienie bezpieczeństwa pracy w tym resorcie, nadal istnieje duże zagrożenie życia i wystąpienia strat materialnych, których powodem są wybuchy w kopalniach. Prowadzone prace związane z restrukturyzacją polskiego górnictwa dążą w kierunku zwiększenia rentowności produkcji węgla w wyniku skupienia wydobycia na wąskim obszarze występowania wysokowydajnych kompleksów ścianowych. Ta tak zwana wysoka koncentracja wydobycia może powodować zwiększenie poziomu zagrożenia wybuchowego czy wręcz być przyczyną pojawienia się nowych zagrożeń naturalnych. Pomimo, że zagadnieniom wybuchu oraz przenoszenia fali wybuchu przez pył węglowy poświęcono wiele prac [1-6] to w świetle przedstawionych faktów temat wydaje się być nadal otwarty i aktualny. Przeprowadzone dotychczas badania i doświadczenia potwierdzają, że bardzo efektywnie na przerwanie przenoszenia wybuchu działają zapory z pyłu kamiennego. Skuteczności pyłu wapiennego na hamowanie wybuchów metanu również została stwierdzona. Inne metody nie zawsze są możliwe do zastosowania lub są mniej efektywne od zapór pyłowych. Próby stosowania nowych środków mających zastąpić pył pociągają za sobą konieczność wykonywania długotrwałych i kosztownych badań przydatności produktu w warunkach, jakie panują w kopalni.

Pył wapienny posiada jednak pewne wady jak np. utrata lotności powodowana naturalnie występującą w kopalniach wilgocią [7]. Aby przeciwdziałać temu zjawisku opracowano sposób wytwarzania pyłu wodoodpornego [1, 8] polegający na powlekaniu powierzchni zwykłego pyłu kamiennego warstwą kwasu stearynowego. Podstawowym sposobem wytwarzania pyłu wodoodpornego jest dodawanie kwasu stearynowego do młyna, w którym następuje rozdrabnianie kamienia wapiennego. Problem pojawiający się podczas hydrofobizacji takiego pyłu związany jest z faktem, że wytwarzany wodoodporny pył stanowi jedynie niewielki procentowy udział w całkowitej produkcji kamieniołomów, a zastępowanie młynów o starej konstrukcji nowoczesnymi maszynami może zmniejszyć liczbę ewentualnych jego producentów. Niedopuszczenie do tego typu sytuacji wymaga analizy roli i znaczenia pyłu wapiennego w systemie zabezpieczeń przeciwwybuchowych. Badania takie mogą bowiem ułatwić znalezienia innej metody wytwarzania pyłu czy znalezienie substancji zastępczej o podobnym działaniu.

1. P. Wolański, Dust explosion research in Poland, Pow. Tech. 71, 1992.

2. P. Field, Dust explosions, Elsevier, 1982.

3. J. Marcol, W. Matula, M. Stolecki, W. Rybkowski, H. Muszer, Prace GIG, 554, 1972.

4. K. Lebecki, Prace GIG, 784, 1993.

5. K. Cybulski, Wiadomości Górnicze, 10, s. 466, 2003.

6. G.V.R. Landman, Ireland, The Journal of the South African Insitute of Mining and Metallurgy, May/April, 2000, 101.

7. B. Kozłowski, J. Sobala, Walka z pyłem węglowym w kopalniach węgla kamiennego, Wyd. Śląsk, Katowice, 1970.

8. Polska Norma PN-G-11020.

Praca finansowana przez MNiSW - projekt N524 036 32/3934

ZGAZOWANIE WĘGLA - PERSPEKTYWA DLA GOSPODARKI WODOROWEJ

Katarzyna Zarębska, Karolina Pernak - Miśko

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków zarebska@agh.edu.pl

Zgazowanie węgla i wykorzystanie go do produkcji wodoru jako powszechnego nośnika energetycznego jest zgodne z priorytetem bezpieczeństwa energetycznego Unii Europejskiej. Opracowanie długofalowej strategii energetycznej dla Europy wymaga bowiem uwzględnienia różnych źródeł energii równoległego wykorzystania wielu dostępnych zasobów surowców energetycznych. Do tej pory większość wodoru produkowano z gazu ziemnego i był to jeden z najtańszych sposobów otrzymywania tego pierwiastka na skalę przemysłową. Ocenia się jednak, że w drugiej połowie XXI wieku nastąpi znacząca zmiana w światowej strukturze zużycia paliw pierwotnych. Niestety na dzień dzisiejszy potrzebne ilości wodoru są znacznie większe niż jego produkcja.

Podstawą zaawansowanych technologii wykorzystania węgla jest jego zgazowanie, które obecnie stosowane jest w chemii oraz demonstracyjnie w energetyce. Jest to jeden z ważniejszych procesów technologicznych, dotyczący przeróbki węgla. Rozważając kierunki rozwoju systemów wytwarzających „czystą" energię obydwa kierunki są często integrowane i rozważa się koncepcję tzw. energokompleksów wiążących wytwarzanie energii elektrycznej i produktów chemicznych. Dodatkową zaletą tego surowca jest jego w miarę równomierne występowanie w świecie. Z gospodarką wodorową wiąże się jednak wiele trudnych problemów, jak choćby opracowanie metod magazynowania i bezpiecznego przesyłania, poza tym wodór nie jest obojętny środowisku, gdyż para wodna powstała z jego spalenia powoduje efekt cieplarniany. Wodór jest gazem bardzo lekkim, trudnym do skroplenia i sprężenia zatem jego produkcja wymaga kosztownej infrastruktury technicznej. Mimo i takich, opinii wodór zdobywa coraz większą popularność i musimy się liczyć, z tym że już niedługo może stać się powszechnie stosowanym paliwem.

Praca finansowana z badań WPiE AGH umowa nr 10.10.210.52

Referat 34

SORPCJA PAR CIECZY APOLARNYCH NA WĘGLU KAMIENNYM O RÓŻNYM SKŁADZIE PETROGRAFICZNYM

Andrzej Krzyżanowski, Katarzyna Zarębska

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków krzyzano@agh.edu.pl, zarebska@agh.edu.pl

Badania sorpcyjne prowadzone przy użyciu różnych sorbatów i w różnych warunkach eksperymentalnych potwierdziły przypuszczenie, że węgiel kamienny posiada bardzo rozbudowany układ porów. Duża ich część przypada na pory o rozmiarach porównywalnych z cząsteczkami sorbowanych substancji. Wiadomo również, że udział makro- i mezoporów w chłonności sorpcyjnej węgli jest nieznaczny, ale mają one istotne znaczenie w procesach dyfuzji i filtracji gazów. Procesom urabiania węgla, gwałtownym odprężeniom górotworu (tąpania), wyrzutom skał, a także procesom samozagrzewania węgla towarzyszy wydzielanie się dużych ilości zaadsorbowanych w węglu gazów. Dotychczasowe prace badawcze koncentrowały się na adsorpcji i desorpcji takich gazów jak: metan, ditlenek węgla, czy azot. Brak jest natomiast pozycji literaturowych dotyczących sorpcji i desorpcji węglowodorów na węglach kamiennych.

Przeprowadzono pomiary sorpcyjne, z zastosowaniem mikrobiuretek cieczowych próbek węgli kamiennych pobranych z KWK Jaworzno, Sośnica, Wesoła. Jako sorbaty zastosowano pary: n-heptanu i hept-1-enu. Analiza uzyskanych wyników pozwoliła na przyjęcie hipotezy iż sorpcja par substancji apolarnych ma charakter głównie powierzchniowy i w istotny sposób zależna jest od porowatości węgli kamiennych. Przebieg izoterm sorpcji wskazuje także iż obecność wiązania podwójnego wpływa na oddziaływania typu sorbent-sorbat , a tym samym wielkość chłonności sorpcyjnej badanych węgli.

Praca finansowana z badań WPiE AGH umowa nr 11.11.210.112

ZMIANY WŁAŚCIWOŚCI WĘGLI KAMIENNYCH W PROCESIE WYGRZEWANIA W ATMOSFERZE POWIETRZA I AZOTU

Krystyna Kreiner, Mieczysław Żyła

Wydział Paliw i Energii, Akademia Górniczo-Hutnicza, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków krk@agh.edu.pl  

W pracy przedstawiono wyniki badań sorpcji pary wodnej na próbkach dwóch węgli kamiennych o różnym stopniu metamorfizmu, poddanych uprzednio niskotemperaturowemu wygrzewaniu (70 i 110 ⁰C) w atmosferze powietrza lub azotu przez 1 ½ godziny. Analiza otrzymanych izoterm sorpcji  przed i po wygrzewaniu próbek  pozwoliła na ocenę zmiany powierzchniowego stężenia grup polarnych  badanych węgli. Jak wiadomo, węgiel jest układem złożonym, a jego własności zależą od ilości charakterystycznych grup funkcyjnych i rodzaju ich połączeń. Ze względu na złożoność układu  określenie korelacji pomiędzy strukturą węgla a jego właściwościami w procesach przeróbki chemicznej ( np. proces koksowania i upłynniania węgla) jest trudne.

Praca finansowana z badań WPiE AGH umowa nr 11.11.210.117