i i i l kik onvencionalni izvori energije-uljugalj semestar/energetika i... · 2010-10-21 ·...

K i l i i i ij U ljKonvencionalni izvori energije-Ugalj

Pregled

Proces nastajanjaProces nastajanja,Osnovne karakteristike,Klasifikacija,Rezerve,Proizvodnja i potrošnja,Postupci prerade ugljap p g j

Proces stvaranja ugljeva

Proces stvaranja

Proces stvaranja ugljevaPripremna faza ili faza humifikacije-akumulacija, izmena i transformacija organske materije u sapropelFaza ugljenifikacije (karbonizacije)-proces povećanja Faza ugljenifikacije (karbonizacije) proces povećanja sadržaja ugljenika u organskoj materiji – dijageneza i metamorfizam

dijagenezametamorfizam

Osnovne karakteristike uglja

Hemijski sastav (maseni)Hemijski sastav (maseni)

c+h+o+n+s+p+ca+mg+fe+w+a=1

c-ugljenik, h-vodonik, o-kiseonik, n-azot, s-sumpor, p-fosfor, ca-kalcijum, mg-magnezijum, fe-gvožđe,w vlaga a pepeow-vlaga, a-pepeo

Gornja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jednog kg uglja pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni jednog kg uglja, pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni na temperaturu na kojoj su pre početka sagorevanja bili ugalj i vazduh pri čemu je vodena para kondenzovala i nalazi se u tečnom stanju

Osnovne karakteristike uglja

Donja toplotna moć [MJ/kg kJ/kg]Donja toplotna moć, [MJ/kg, kJ/kg]

Količina toplote koja se oslobodi pri potpunom sagorevanju jednog kilograma uglja pri čemu su sagorevanju jednog kilograma uglja pri čemu su produkti sagorevanja ohlađeni do temperature koju na kojoj su bili gorivo i vazduh pre početka sagorevanja pri čemu je vodena para u parnom stanjustanjuManja je od gornje toplotne moći za toplotu kondenzacije vode

K liči i lji ih ijKoličina isparljivih materija,Sadržaj pepela,Sadržaj ugljenika u suvoj materiji

Gornja toplotna moć (približno) se razlikuje od donje toplotne moći zaGornja toplotna moć (približno) se razlikuje od donje toplotne moći zavrednost toplote isparavanja vlage sadržane u uglju

rwHH dg += .

r ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡kgkJ latentna toplota isparavanja ⎦⎣kg

w maseno učešće vlage Sadržaj vlage pranog lignita, lignita sa suve separacije i sušenog lignitaje 56 73% 53% i 23 1% sledstveno pa su odgovarajuće toplotne moći:je 56,73%, 53% i 23,1%, sledstveno, pa su odgovarajuće toplotne moći: Prani lignit

kgkJ96785673,025108254H 1g =⋅+= kg

Lignit sa suve separacije

kgkJ900553,025107675H 2g =⋅+= g

Sušeni lignit

kgkJ18726231,0251018147H 3g =⋅+=

Mazut

kgkJ44900H 4g =

Klasifikacija ugljeva

Klasifikacija: prema poreklu nastanku nameni Klasifikacija: prema poreklu, nastanku, nameni, starosti, itdPrema klasifikaciji Ekonomske komisije OUN za Evropu, gornja granica je gornja toplotna moć bez pepela od gornja granica je gornja toplotna moć bez pepela od 23,87MJ/kg

Kameni ugalj Hd>23 87MJ/kgKameni ugalj Hd>23,87MJ/kgMrki ugalj 12,5MJ/kg<Hd<23,87MJ/kgLignit Hd<12,5MJ/kg

Klasifikacija ugljeva

Antracit Kameni ugalj Mrki

Lignit

Klasifikacija uglja prema sadržaju isparljivih materija - Nemačka

Volatiles%

C Carbon %

H Hydrogen %

O Oxygen %

S Sulfur %

Lignit - Lignite 45-65 60-75 6.0-5.8 34-17 0.5-3

Flammkohle (Flame coal)

40-45 75-82 6.0-5.8 >9.8 ~1

Gasflammkohle (Gas flame coal)

35-40 82-85 5.8-5.6 9.8-7.3 ~1

Gaskohle (Gas coal) 28-35 85-87.5 5.6-5.0 7.3-4.5 ~1

Fettkohle (Fat coal) 19-28 87.5-89.5 5.0-4.5 4.5-3.2 ~1

Esskohle (Forge coal) 14-19 89.5-90.5 4.5-4.0 3.2-2.8 ~1

Magerkohle (Non baking coal)

10-14 90.5-91.5 4.0-3.75 2.8-3.5 ~1

Anthrazit (Antracite) 7-12 >91.5 <3.75 <2.5 ~1

Dokazane rezerve uglja na kraju 2006.g j j

Ukupno 909 (408)

milijardi

SAD 25%

Rusija 16%

Kina 12%=75.5% j

tonaKina 12%

Australija 9%

Indija 7,5%

Nemačka 6%

Izvor BP

Godišnja potrošnja 4.6 (3.7) milijardi tona

Izvor WECUglja ima dovoljno za još najmanje 150 godinagodina

Proizvodnja i potrošnja uglja

Izvor BP

Ptrošnja primarne energije u svetu

Potrošnja primarne energije u svetu i učešće energenata u potrošnji

Izvor IEA

Proizvodnja kamenog uglja po regionima i učešće regiona u i d ji k ljproizvodnji kamenog uglja Izvor IEA

Učešće u proizvodnji električne energije u svetu

Izvor IEA

Cene uglja

US dollars per tonneNorthwest Europe

marker price †

US Central Appalachian coal spot

price index ‡Japan coking coal

import cif priceJapan steam coal

import cif price1987 31,30 - 53,44 41,281988 39 94 55 06 42 471988 39,94 - 55,06 42,471989 42,08 - 58,68 48,861990 43,48 31,59 60,54 50,811991 42,80 29,01 60,45 50,301992 38,53 28,53 57,82 48,451993 33,68 29,85 55,26 45,711994 37,18 31,72 51,77 43,66, , , ,1995 44,50 27,01 54,47 47,581996 41,25 29,86 56,68 49,541997 38,92 29,76 55,51 45,531998 32,00 31,00 50,76 40,511999 28,79 31,29 42,83 35,742000 35,99 29,90 39,69 34,582001 39,29 49,74 41,33 37,962002 31,65 32,95 42,01 36,902003 42,52 38,48 41,57 34,742004 71,90 64,33 60,96 51,342005 61,07 70,14 89,33 62,912006 63,67 62,98 93,46 63,04

Izvor BP

Eksploatacija-podzemna

Eksplotacija -površinskaEksplotacija površinska

Prerada uglja

Sušenje i briketiranje ugljaSušenje i briketiranje uglja,Destilacija uglja,Gasifikacija i likvefakcija

Prerada uglja

Sušenje Sušenje Postupci:

Bez promene agregatnog stanja vlage (mehaničkim putem)S t t j l (T l t š j )Sa promenom agregatnog stanja vlage (Toplotno sušenje)

Rotacione sušareC šCevne sušareFlajsnerov postupak

kBriketiranjePostupak sa vezivom-pod niskim pritiskomPostupak sa vezivom –pod visokim pritiskom

Destilacija proces zagrevanja uglja bez prisustva vazduha pri čemu ne

Prerada uglja

Destilacija-proces zagrevanja uglja bez prisustva vazduha pri čemu ne dolazi do hemijske promene komponentiU zavisnosti od tempertaure:

Niskotemperaturni ili švelovani koks –zagrevanje 450-650CSrednjetemperaturni koks 650-850CVi k t t i k k 900 1100CVisokotemperaturni koks 900-1100CTok destilacije:

100C isparava higroskopna vlaga300C isparava hemijski vezana vlaga, CO2 i H2S350-400C izdvajanje sagorljivih gasova, ugalj postaje plastična masa350 400C izdvajanje sagorljivih gasova, ugalj postaje plastična masa450-650C-očvršćavanje plastične mase

Primer: od 1000kg koksnog uglja750-780kg koksa toplotne moći 29000-31000kJ/kg280 320 3 k k 280-320 m3 koksnog gasa 30-35 kg katrana10 kg benzola, naftalina i amonijaka

Pogodni ugljevi za koksovanje:Pogodni ugljevi za koksovanje:

25-30% isparljivih komponenti, 75-90%C, 5-6% H2 i 5-100% O2

Prerada uglja -Gasifikacija uglja

Gasifikacija i likvefakcija uglja

Postupak nepotpunog sagorevanjaPostupak nepotpunog sagorevanjaProdukti gasifikacije:

Visokokalorični prirodni gas 33-37MJ/m3Srednjekalorični prirodni gas 15-19MJ/m3Srednjekalorični prirodni gas 15-19MJ/m3Niskokalorični gas 5-10MJ/kg

Lurgi ProcesLurgi ProcesKomadi uglja u nepokretnom sloju, pritisak 20-30barSredstvo za gasificiranje vodena para i kiseonikToplotna moć dobijenog gasa 15MJ/m3p j g g /

Typical Product Gas Composition

Component Volume %Lurgi proces nove generacije

Hydrogen 30.8

Carbon Monoxide 57.2

Methane 6.2

C b Di id 4 9Carbon Dioxide 4.9

Other Hydrocarbons 0.4

Non Combustibles 0.5

Usavršen Lurgi proces

Winkler tehnologija –najstarija tehnologijaWinkler tehnologija najstarija tehnologijaProizvodnja gasa za potrebe hemijske industrije i sirovog sinteznog gasaGasifikacija usitnjenog uglja u fluidiziranom sloju pod Gasifikacija usitnjenog uglja u fluidiziranom sloju pod atmosferskim pritiskom

Winkler generator nove generacije

Koppers-Totzek tehnologija-najmlađa tehnologijaOdvija se u suspenziji gas-sitne frakcije do 1mm, atmosferski pritisak, visoka temperaturaPogodna za sve vrste ugljeva

Tehnologije treće generacije u razvoju

Koncept podzemneKoncept podzemne gasifikacije uglja

Likvefakcija ugljaLikvefakcija uglja

Likvefakcija uglja-Sasol