Kolenvergasser

Kolenvergasser

Vooraf

Dit arrangement bevat een voorbeeld opgave voor de pilot examens Havo CE.

De eigenaar van deze voorbeeldopgave is Evelien Veltman.

Leerlingen kunnen de meeste vragen uit deze voorbeeldopgave op papier maken.

Wanneer ze op de 'Controleer antwoord' toets drukken, verschijnt een uitgewerkte oplossing.

Er zijn een tweetal berekeningsvragen waar een getal ingevuld kan worden. Als de leerling nu op de knop 'Controleer antwoord' drukt en het antwoord is goed, dan verschijnt er een groene balk met de tekst 'Goed'.
Als het antwoord onjuist is, verschijnt de uitleg voor het juiste antwoord.
 

Op dit moment is het programma nog niet geschikt om de leerlingen reactievergelijkingen en antwoorden met sub- en superscript (bijvoorbeeld: CO32- of 2,3.10-6) te laten invullen.

Zodra dit mogelijk is, zullen de vragen in het computerprogramma kunnen worden beantwoord en gecorrigeerd.

Veel succes.

Kolenvergasser

Beantwoord de vragen  1 t/m 3 aan de hand van het in bron 1 beschreven proces.
 
Bron 1 De vergasser
1   In de vergasser ontstaat, onder toevoeging van zuurstof aan de kolen, bij hoge temperatuur en
2   druk, kolengas. De niet-brandbare fractie van de kolen (gesteente) komt naar buiten als slak.
3   De slak komt in koud water terecht, bij het stollen ontstaan kleine korrels, het zogenaamde
4   granulaat. Om de slak vloeibaar te houden totdat het verwijderd wordt is een temperatuur van
5   meer dan 1500 °C nodig. Daarom is in het onderste deel van de reactor de temperatuur rond
6   de 2500 °C.
7   Het kolengas bestaat hoofdzakelijk uit koolstofmonooxide en waterstof en bevat in dit stadium
8   nog verschillende verontreinigende stoffen. Deze verontreinigingen kunnen zowel gassen als
9   kleine deeltjes van een vaste stof zijn. Deze verontreinigingen worden stapsgewijs verwijderd
10 waarna uiteindelijk het brandbare syngas (gezuiverde kolengas) over blijft. In de syngaskoeler
11 wordt het gas afgekoeld. In de hiervoor gebruikte warmtewisselaar wordt de hierbij vrijkomende
12 warmte gebruikt om water om te zetten in stoom. De stoom wordt gebruikt om een generator
13 aan te drijven de geproduceerde elektrische energie kan elders in de centrale worden gebruikt.
14 Gasreiniging “Droge filtratie”
15 In het kolengas zitten behalve de bruikbare componenten ook nog gasvormige
16 verontreinigingen en fijne stofdeeltjes. Het fijne stof dat uit niet-brandbaar materiaal bestaat en
17 dat ook nog in de kolen aanwezig was, wordt ook wel vliegas genoemd. Door middel van een
18 zogenaamde droge filtratie wordt dit uit het gas verwijderd. De vliegas deeltjes worden vast
19 doordat een deel van de inmiddels afgekoelde kolengas (150°C - 200° C) teruggevoerd wordt
20 naar de vergasser. Hierdoor wordt de temperatuur in het bovenste deel van de reactor
21 ongeveer 900 °C en worden ook kleine vliegas deeltjes dusdanig afgekoeld dat ze weer vast
22 worden. Het filter is opgebouwd uit 2 delen. Als eerste een cycloon, hierin worden de grootste
23 deeltjes afgevangen (ongeveer 10%). Daarna vindt verdere filtratie plaats door middel van een
24 keramisch filter.
25 Gasreiniging “Natte gasreiniging”
26 Na de droge filtratie wordt het gas  in wastorens verder gezuiverd. In eerste instantie door het
27 met water te wassen. Hierbij worden in water oplosbare verbindingen uit de kolen, zoals
28 chloriden, fluoriden, cyaniden en ammoniak aan het gas onttrokken. Het gebruikte water wordt
29 in de afvalwaterbehandelingsinstallatie weer gereinigd en vervolgens hergebruikt.
30 Het kolengas is nu al redelijk gezuiverd. Een belangrijke vervuiling die echter nog steeds
31 aanwezig is, is het diwaterstofsulfide (H2S). De H2S wordt  in een tweede wastoren
32 uitgewassen met sulfinol en/of MDEA (methyldiethanolamine). Op deze manier wordt ruim 99%
33 van de zwavel verwijderd.
34 Kolengas/ syngas
35 Het dan gezuiverde kolengas heeft als hoofdbestanddelen koolstofmonooxide en waterstof. Dit
36 mengsel wordt ook wel syngas genoemd.
 
In Bijlage 1 is het in bron 1 beschreven proces weergegeven in een processchema.
De processen zijn aangegeven maar de stofstromen ontbreken.
 
 
 


 

 

Men probeert om milieutechnische en economische redenen grondstoffen en energie zo optimaal mogelijk te benutten. 

Beantwoord de vragen 3 t/m 10 die horen bij de bronnen 2a en 2b

 

Bron 2a  Verschillende brandstoffen

In de centrale kunnen verschillende typen brandstoffen worden gebruikt. Dit kan voordelig zijn als er verschillende typen brandstof op een bepaald moment beschikbaar zijn. De fossiele brandstoffen zoals olie en gas raken op. Maar er zijn nog wel vrij grote hoeveelheden steekool, die echter als nadeel hebben dat daar vrij veel zwavel in zit. Eigenlijk is dat de reden dat het steenkool enkele tientallen jaren geleden als onwenselijke brandstof werd gezien. De bij verbranding vrijkomende  SO2 was mede verantwoordelijk voor het ontstaan van zure regen e. Als daar, door de sterk verbeterde technologie, een oplossing voor wordt gevonden, is er waarschijnlijk een nieuwe toekomst voor kolen als energieleverancier. Daarom is het belangrijk dat deze centrale meerdere typen brandstoffen kan bevatten

 

Bron 2b Bruinkool  Bron Wikipedia

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Bruinkool is een fossiel brandstof die bestaat uit plantenresten die in diepe aardlagen tot koolstof en andere scheikundige verbindingen worden omgezet.

Bruinkool en vooral de geologisch minst oude bruinkoolsoort "spriet" wordt soms ook ligniet genoemd. Ligniet is echter een geologische term en duidt op geologisch afzettingsmateriaal dat ook in niet-exploiteerbare hoeveelheden (en vervuild door andere materialen) voorkomt. Bruinkool echter is een spreektaalterm die altijd een delfstof aanduidt: bruinkool is een vorm van ligniet die zuiver genoeg is om exploitatie economisch te verantwoorden.

Bruinkool bestaat uit afzettingen van plantenresten die in het geologisch verleden langdurig aan hoge druk en warmte zijn blootgesteld. De transformatie door toenemende blootstelling aan druk en temperatuur van veen veroorzaakt eerst bruinkool, dan steenkool, daarna antraciet en tenslotte  grafiet. Droge bruinkool bevat tot 75% koolstof. Ter vergelijking: droge turf bevat tot 60% koolstof en antraciet tot 95% koolstof.

Bruinkool heeft een hoog zwavelgehalte. Verbranding van bruinkool in verouderde elektriciteitscentrales (met name in Oost-Europa) draagt daarom bij aan zure regen. In moderne bruinkoolcentrales wordt de zwaveluitstoot grotendeels afgefilterd

Het verzuren van het milieu is een van de redenen waarom kolencentrales in onbruik zijn geraakt en er protesten lopen tegen het gebruik van bruinkoolcentrales in Oost Europa. Deze verzuring werd mede veroorzaakt door de zwaveldioxide die ontstaat bij de verbranding van zwavelhoudende brandstoffen. 

De moderne kolenvergasser ondervangt het probleem van de zwaveldioxide uitstoot.

In de tweede waskolom wordt het zwavel, dat na de vergassing voornamelijk aanwezig is als diwaterstofsulfide verwijderd door het te laten reageren met een oplossing van MDEA.
Het MDEA is een base met de formule C5H13O2N en kan één waterstofion opnemen. 

In de centrale kunnen verschillende typen brandstof worden gebruikt. Een van de mogelijke brandstoffen is biomassa voornamelijk aangeleverd in de vorm van houtsnippers.

Het gebruik van fossiele brandstoffen wordt gezien als oorzaak van het versterkte broeikaseffect. Gebruik van biobrandstoffen draagt minder bij aan het broeikaseffect en wordt soms bestempeld als CO2 neutraal

De verschillende typen brandstof hebben elk hun eigen samenstelling.
En wat we aanduiden met steenkool is geen zuivere koolstof maar bevat nog een klein percentage koolwaterstoffen. ( bron 2b.)

In de kolenvergasser worden brandstof en zuurstof gemengd. De in de brandstof aanwezige koolstof en waterstof zullen uiteindelijk worden omgezet in koolstofmono-oxide en waterstof. Dat er uitsluitend koolstofmono-oxide en waterstof ontstaan komt omdat er in de vergasser  een aantal reacties naast elkaar verlopen.

  1. C + O2      --> CO2
  2. C + CO2    --> 2CO
  3. C + H2O    -->  CO + H2
  4. CO + H2O  -->  CO2 + H2
  5. C + 2H2     -->  CH4
  6. CH4 + H2O -->  CO + 3H2

In de vergasser moeten zuurstof en brandstof in de juiste verhouding worden gemengd om een zo zuiver mogelijke vorm van syngas te krijgen. 

De samenstelling van de brandstof is bepalend voor de verhouding brandstof <> zuurstof in de vergasser.
In bron 2b staan nog andere voorbeelden van brandstoffen. Belangrijk voor de efficiëntie is de zogenaamde inkolingsgraad. De inkolingsgraad is als volgt gedefinieerd:
\(inkolingsgraad \:=\:\frac{mol\:C}{mol\:H} \)
Biomassa kun je voorstellen met de formule ( C6H11O5)n.

Brandstof A heeft een inkolingsgraad van 0,25, deze wordt in de vergasser omgezet in koolstofmonoxide en waterstof.

  • Het arrangement Kolenvergasser is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Dick Naafs
    Laatst gewijzigd
    2014-12-24 11:55:27
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding 3.0 Nederland licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Voorbeeldopgave bij de pilotexamens CE havo scheikunde
    Leerniveau
    HAVO 5;
    Leerinhoud en doelen
    Scheikunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Studiebelasting
    0 uur 20 minuten
    Trefwoorden
    kolengas, kolenvergasser, nieuwe scheikunde, syngas, voorbeeldopgave ce havo scheikunde

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van