"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8782
ETF8782 "Põlevkiviõli ja elektrienergia koostootmise mudelleerimine (1.01.2011−31.12.2014)", Arvo Ots, Tallinna Tehnikaülikool, Mehaanikateaduskond.
ETF8782
Põlevkiviõli ja elektrienergia koostootmise mudelleerimine
Shale oil and power cogeneration process modeling
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.17 Energeetikaalased uuringudT140 Energeetika 2.2. Elektroenergeetika, elektroonika (elektroenergeetika, elektroonika, sidetehnika, arvutitehnika ja teised seotud teadused)100,0
AsutusRollPeriood
Tallinna Tehnikaülikool, Mehaanikateaduskondkoordinaator01.01.2011−31.12.2014
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.201111 040,00 EUR
01.01.2012−31.12.201211 040,00 EUR
01.01.2013−31.12.201311 040,00 EUR
01.01.2014−31.12.201411 040,00 EUR
44 160,00 EUR

Põlevkivi kasutamise senise prioriteetse elektrienergia genereerimise kõrvale on jõuliselt tekkimas ka põlevkiviõli tootmine. Teema käsitleb põlevkiviõli ja elektrienergia koostootmise (PEK) tehnoloogia võimaluste analüüsi ja kaasaja tasemel optimaallahenduse väljaselgitamist. Maailma praktikas puudub pakutavale tehnoloogiale tänapäeval analoog. Põlevkivi põletamise efektiivsemaks meetodiks elektrienergia tootmistsüklis on osutunud põletamine tsirkuleerivas keevkihis (lühendatult TTK), põlevkiviõli tootmisel aga parimaks (vaatamata suurtele energiakadudele) utteprotsess tahkesoojuskandja (lühendatult TSK) meetodil. Senini toimub põlevkiviõli ja elektri tootmine iseseisvates seadmetes. Põlevkiviõli ja elektri ühildatud koostootmise protsessi põhiideeks on põlevkivi termiliseks töötlemiseks vajaliku kõrgtemperatuurse soojuskandjana kasutada tsirkuleerivas keevkihis ringlevat tuhka. Tsirkuleeriva keevkihiga põletusseade on ühtlasi ka aurugeneraator elektri genereerimiseks vajaliku auru aurusaamiseks, utiliseerides utteprotsessist järele jääva energia, mis senini moodustab energiakao.. PEK tehnoloogiline skeem võimaldab toota põlevkiviõli ja kasutada kogu protsessiga kaasnevaid sekundaarseid energiavooge ühes kompaktses seadmes. Olemasolevate andmete kohaselt TSK seadmes siirdub põlevkivienergiast keskmiselt 56 % õlisse, ülejäänud osa (44%) on PEK tehnoloogia rakendamisel kasutatav aga täiendavalt 2,5...3 kWh elektrienergia saamiseks ühe kg põlevkiviõli kohta. Põlevkiviõli iseseisval tootmisel TSK-s paisatakse keskkonda märkimisväärsel hulgal selliseid kahjulikke gaasilisi ühendeid nagu SO2, H2S, HCl, CO jt ning tahkel kujul põlemata süsinikku, sulfiidset väävlit jt. Nende ühendite tekkepõhjuseks on kogu utteprotsessi ulatuses esinev taandav hapnikuvaene keskkond. PEK tehnoloogia rakendamisel aga enne väliskeskkonda suundumist läbib voolus hapendava keskkonna TKK-s, viies eespool mainitud kahjulike ühendite kontsentratsiooni põlemisgaasis praktiliselt nulli. Lähtudes õlitootmiseks kavandatava põlevkivi kogusest 10 miljonit tonni aastas, PEK tehnoloogia rakendamine võimaldab ainuüksi kaevandamata jääva põlevkivi arvelt säästa vähemalt 600 miljonit krooni aastas. Projekti eesmärkideks on: 1) PEK tehnoloogia matemaatilise mudeli koostamine; 2) Mudelarvutused algandmetest lähtuvalt ja protsessi efektiivsusnäitajad; 3) PEK tehnoloogia mõju keskkonnale ja võrdlus TSK tehnoloogiaga; 4)Õli- ja elektrihinna kujunemise alused PEK tehnoloogia rakendamisel.
Aside using oil shale for electricity production, prevailing previously, more and more oil shale is used for production of shale oil. The subject of this project deals with possibilities of combined cogeneration of shale oil and electricity (CSE) and analysis the CSE technology to find the best solution for its application. There is no analogue to this technology in world practice. The most effective method of production of electricity from oil shale is firing in circulating fluidized bed (CFB). The best technology for shale oil production (regardless of great energy losses) is retorting process using solid heat carrier (SHC). So far the production of shale oil from oil shale and generation of electricity have been separated technological processes. The basic idea of (CSE) technology is the application of ash circulating in CFB combustor as solid high temperature heat carrier needed for shale oil retorting process. The CFB combustor at the same time is a steam generator for utilization of potential energy remaining in shale oil production. The present method of shale oil production causes great energy losses. The CSE technology enables to use almost all energy involved in the shale oil production in a single compact unit. Only 56 % of oil shale energy content goes into the oil. Application of CSE technology enables to use the rest of the energy (44 %) for production of electricity approximately 2.5÷3 kWh per one kg produced shale oil. The production of shale oil with SHC method emits into environment remarkable amount of harmful gaseous compounds such as SO2, H2S, HCl, CO and in solid form unburned carbon and sulphide sulphur. They are forming in the reducing environment in the retorting process. The CSE technology reduces the environmental impact of shale oil production because flows to environment pass oxidizing atmosphere. As the result there are practically no sulphur dioxide, sulphur hydrogen and carbon monoxide in the gases emitted into environment. The purposes of project are: 1) Elaboration of mathematical model of the CSE technology; 2) Model calculations of CSE technology with various initial data and the process efficiency 3) The impact of CSE technology on environment and comparison with SHC technology; 4); The take shape of the prices on shale oil and electricity due to application of CSE technology.
Projekti põhieesmärgiks oli põlevkiviõli ja elektri koostootmise (PEK) tehnoloogia analüüs. PEK tehnoloogia idee seisneb tsirkuleeriva keevkihiga (TKK) katlas ringleva tuha kasutamises tahke soojuskandjana (TSK) põlevkivi (PK) utmisel. Kõik põlevkiviõli tootmisel tekkivad kaassaadused: poolkoks, uttegaas (poolkoksgaas) ja fenoolvesi suunatakse TKK katla koldesse, kus hapnikku sisaldavas keskkonnas neutraliseeritakse kõik ökoloogiliselt kahjulikud ühendid. PEK tehnoloogia analüüsiks koostati matemaatiline mudel, mis koosneb: 1. reaktortrumlisse mineva põlevkivikuivati soojuslikust ja massibilansist 2. reaktortrumli soojuslikust ja massibilansist 3. koos reaktortrumliga töötava tsirkuleeriva keevkihtkatla soojuslikust ja massibilansist Mudelleerimise põhilised tulemused: 1. Määrati poolkoksi ja uttegaasi põletamisest genereeritav elektriline võimsus sõltuvalt utmistrumli võimsusest (vahemikus 70÷560 t/h) ja PK kütteväärtusest (vahemikus 7÷12 MJ/kg). PK koostis määrati statistilisest seosest kütteväärtuse ja koostise vahel 2. Sõltuvalt TSK algtemperatuurist ja PK koostisest: ? 1 kg põlevkiviõli kohta toodetakse 2,43÷2,67 kWh elektrit, ? TSK kulu 1 kg tarbepõlevkivi kohta on 1,42÷1,94 kg ja 1 kg kuiva põlevkivi kohta 1,57÷2,21 kg, ? Koldesse mineva poolkoksi kütteväärtuseks kujuneb 0,67÷1,23 MJ/kg. 3. PK kuivatamiseks vajalik põlemisgaasi kogus moodustab ainult poolkoksi ja poolkoksgaasiga köetavas TKK katlas umbes ühe kolmandiku kogu koldest väljuvast põlemisgaasist.