Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Czyste technologie węglowe
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
SPSR-1-506-s
Wydział:
Energetyki i Paliw
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Paliwa i Środowisko
Semestr:
5
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Chmielniak Tomasz (chmielniak@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Moduł obejmuje zagadnienia technologiczne oraz inżynierii procesowej związane z czystymi technologiami węglowymi w energetyce i chemii ze szczególnym uwzględnieniem procesów zgazowania i pirolizy.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Ma wiedzę z zakresu nowoczesnych układów wytwórczych zintegrowanych z zgazowaniem i pirolizą paliw stałych oraz zasad ich projektowania i oceny czynnika technicznego i ekonomicznego. Potrafi określić główne elementy technologii, opisać ich rolę, sklasyfikować różne opcje procesu i zastosowania. PSR1A_W04 Kolokwium
M_W002 Ma wiedzę z zakresu wybranych aspektów chemii i inżynierii procesowej dla zrozumienia i analizy procesów konwersji węgla/biomasy i towarzyszących im zjawisk fizykochemicznych. PSR1A_W06 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi projektować proste schematy procesowe układów CTW i symulować procesy związane z technologią zgazowania węgla przy wykorzystaniu symulatora procesu ChemCAD. PSR1A_U03, PSR1A_U07, PSR1A_U01 Projekt
M_U002 Posiada umiejętność zastosowań współczesnych metod analizy termodynamicznej i kinetycznej przemian fizykochemicznych w badaniach procesów paliwowo-energetycznych PSR1A_U04 Kolokwium
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
60 30 15 0 15 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Ma wiedzę z zakresu nowoczesnych układów wytwórczych zintegrowanych z zgazowaniem i pirolizą paliw stałych oraz zasad ich projektowania i oceny czynnika technicznego i ekonomicznego. Potrafi określić główne elementy technologii, opisać ich rolę, sklasyfikować różne opcje procesu i zastosowania. + - - - - - - - - - -
M_W002 Ma wiedzę z zakresu wybranych aspektów chemii i inżynierii procesowej dla zrozumienia i analizy procesów konwersji węgla/biomasy i towarzyszących im zjawisk fizykochemicznych. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi projektować proste schematy procesowe układów CTW i symulować procesy związane z technologią zgazowania węgla przy wykorzystaniu symulatora procesu ChemCAD. - - - + - - - - - - -
M_U002 Posiada umiejętność zastosowań współczesnych metod analizy termodynamicznej i kinetycznej przemian fizykochemicznych w badaniach procesów paliwowo-energetycznych - + - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):

Zakres wykładu:

1. Światowy bilans pierwotnych źródeł energii; Ogólna charakterystyka procesów konwersji paliw stałych, status i perspektywa technologii zgazowania.
2. Paliwa stałe do procesów zgazowania: charakterystyka, klasyfikacja i metody analizy laboratoryjnej.
3. Podstawy zgazowania biomasy i węgla: mechanizm i reakcje zgazowania, pirolizy węgla i biomasy, termodynamiczne i kinetyczne aspekty zgazowania, entalpia tworzenia węgla, model procesu pirolizy)
4. Bilansowanie procesów
5. Wprowadzenie do modelowania CTW z wykorzystaniem ChemCAD
6. Przegląd komercyjnych technologii zgazowania.
7. Operacje jednostkowe w systemach produkcyjnych zintegrowanych ze zgazowaniem paliw stałych;
a) przygotowanie węgla / paliwa,
b) Produkcja tlenu,
c) Konwersja i oczyszczanie gazu, wymagania dotyczące jakości gazu dla syntez chemicznych i IGCC
8. Efektywność środowiskowa zgazowania węgla; emisje do powietrza, stałe produkty procesu
9. Układy energetyczne
a) Układy IGCC, IGFC
b) Systemy CHP
10. Układy chemiczne
a) Produkcja wodoru,
i. Zgazowanie paliwa stałego / węgla
ii. Gaz koksowniczy
b) produkcja metanolu – zgazowanie paliw stałych
11. UCG – Podziemne zgazowanie węgla.
12. Zgazowanie biomasy
13. Techno-ekonomiczna ocena procesów zgazowania węgla
14. Kierunki rozwoju; nowe technologie; Działalność badawczo-rozwojowa w Polsce

Ćwiczenia audytoryjne (15h):

Zakres ćwiczeń audytoryjnych obejmuje:
1) bilansowanie procesu zgazowania lub pirolizy paliw stałych,
2) równowagę w układach dwufazowych gaz- ciało stałe na przykładzie procesu zgazowania,
3) kinetykę reakcji pirolizy,
4) kinetykę procesu zgazowania na przykładzie wybranych reakcji przebiegających w układzie,
5) szacowanie kosztów inwestycyjnych dla instalacji zgazowania paliwa stałego.
W trakcie ćwiczeń studenci będą indywidualnie rozwiązywali zadania obliczeniowe dotyczące w/w tematów.

Ćwiczenia projektowe (15h):

Studenci zaprojektują schemat procesowy wybranego procesu związanego z technologią zgazowania węgla w symulatorze procesu ChemCad. Następnie obliczą parametry procesu i przygotują bilans masy i energii. Wyniki powinny być przygotowane w formie krótkiego raportu.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia audytoryjne: Podczas zajęć audytoryjnych studenci na tablicy rozwiązują zadane wcześniej problemy. Prowadzący na bieżąco dokonuje stosowanych wyjaśnień i moderuje dyskusję z grupą nad danym problemem.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Ćwiczenia audytoryjne (CA):
- obecność na zajęciach (dopuszczalna 1 nieobecność nieusprawiedliwiona)
- kolokwium (ocena co najmniej 3)

Wykład:
Egzamin pisemny (ocena co najmniej 3)

Ćwiczenia projektowe (CP):
- obecność na zajęciach (dopuszczalna 1 nieobecność nieusprawiedliwiona)
- ocena projektu (ocena co najmniej 3)

Warunki dopuszczenia do egzaminu – oceny pozytywne z CP i CA

w pozostałych kwestiach obowiązuje:
REGULAMIN STUDIÓW PIERWSZEGO I DRUGIEGO STOPNIA AKADEMII GÓRNICZO-HUTNICZEJ IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia audytoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci przystępując do ćwiczeń są zobowiązani do przygotowania się w zakresie wskazanym każdorazowo przez prowadzącego (np. w formie zestawów zadań). Ocena pracy studenta może bazować na wypowiedziach ustnych lub pisemnych w formie kolokwium, co zgodnie z regulaminem studiów AGH przekłada się na ocenę końcową z tej formy zajęć.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Ocena z ćwiczeń audytoryjnych (CA): – kolokwium -procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.
Ocena z testu wykładowego – kolokwium (T): procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.
Ocena z ćwiczeń projektowych (CP): ocena projektu: oceniana będzie wartość merytoryczna (WM) oraz forma (F) i wyniki interpretacji wyników (IW), zgodnie z zależnością: CP=0,4*WM+0,4*IW+0,2*F

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z testu wykładowego (T) i z ćwiczeń audytoryjnych (CA) i projektowych (CP):
OK = 0,5·T + 0,25S + 0,25P

Wartość średniej a ocena końcowa
od 3,00 ocena słowna: dostateczny (3.0)
od 3,21 ocena słowna: plus dostateczny (3.5)
od 3,71 ocena słowna: dobry (4.0)
od 4,21 ocena słowna: plus dobry (4.5)
od 4,71 ocena słowna: bardzo dobry (5.0)

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:
Wykład: samodzielna praca z wykorzystaniem źródłowej literatury
Ćwiczenia projektowe: praca samodzielna
Ćwiczenia audytoryjne: praca samodzielna

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. T. Chmielniak, Badania symulacyjne technologii wytwarzania wodoru w aspekcie emisji CO2, w cyklu – wydobycie, transport i przetwórstwo węgla, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2014, ISBN 978-83-7880-143-6
2. Higman Ch., Burgt M., Gasification, Elsevier, 2003.
3. John Rezaiyan, Nicholas P. Cheremisinoff; Gasification Technologies. A Primer for Engineers and Scientists; Taylor & Francis Group, LLC, 2005
4. Borowiecki, T. Sciążko M. i in. Czysta energia, produkty chemiczne i paliwa z węgla – ocena potencjału rozwojowego. IChPW, Zabrze, 2008.
5. Józef Szarawara, Jerzy Piotrowski. Podstawy teoretyczne technologii chemicznej, WNT, 2010.
6. Andrzej Burghardt, Inżynieria reaktorów chemicznych, Tom I, PWN, Warszawa 2011.
7. Marek Ściążko. Modele klasyfikacji węgla w ujęciu termodynamicznym. Rozprawy-Monografie AGH, z. 210, 2010
8. Wybrane materiały z wykładu w formie pliku pdf. (j.ang.)

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:
1. T. Chmielniak, M. Ściążko, Co-gasification of biomass and coal for methanol synthesis. Applied Energy 74 (2003), 393-403.
2. P Burmistrz, T Chmielniak, L Czepirski, M Gazda-Grzywacz, Carbon footprint of the hydrogen production process utilizing subbituminous coal and lignite gasification; Journal of Cleaner Production 139, 2016, 858-865
3. T. Chmielniak, Badania symulacyjne technologii wytwarzania wodoru w aspekcie emisji CO2, w cyklu – wydobycie, transport i przetwórstwo węgla, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2014, ISBN 978-83-7880-143-6
4. T. Chmielniak, M. Ściążko, G. Tomaszewicz, M. Tomaszewicz, Pressurized CO2-enhanced gasification of coal – thermodynamical and kinetic modeling. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, September 2014, Volume 117, Issue 3, pp 1479–1488.
5. T. Chmielniak, M Ściążko, J Popowicz, T Szczypiński, J Bigda, A Sobolewski, Model procesowy demonstracyjnej instalacji produkcji metanolu zintegrowanej ze zgazowaniem węgla przy użyciu ditlenku węgla, Przemysł Chemiczny 96/3(2017).
6. T. Chmielniak, Reduction of mercury emissions to the atmosphere from coal combustion processes using low- temperature pyrolysis – a concept of process implementation on a commercial scale. Rynek Energii 2(93)/2011.
7. A modified gibbs free energy minimisation model for fluid bed coal gasisication / Marek ŚCIĄŻKO, Leszek STĘPIEŃ // Chemical and Process Engineering ; ISSN 0208-6425.
8. Model of particle degradation of calcium sorbent used in fluidized bed boilers for coal combustion / Mateusz KARCZEWSKI, Marta MARCZAK, Leszek STĘPIEŃ
9. Simulation analysis of wastes gasification technologies / Leszek STĘPIEŃ, Marek Ściążko, Grzegorz CZERSKI, Łukasz Kiełtyka // E3S Web of Conferences [Dokument elektroniczny]. – Czasopismo elektroniczne ; ISSN 2267-1242. — 2017 vol. 14 art. no. 02002, s. 1–12.

Patenty:
1. P 389372, „Sposób wytwarzania gazu syntezowego”. A. Sobolewski, A. Mianowski, E. Sutor, H. Tymowski, J. Kurp, J. Tchórz, J. Popowicz, K. Jałosiński, M. Ściążko, R. Duszewski, T. Dobrzański, T. Chmielniak. Data publikacji: 2011-04-26
2. PL 213418, „Zastosowanie reduktorów ditlenku węgla do wytwarzania gazu syntezowego”. A. Mianowski, M. Sciążko, A. Koszorowski, T. Chmielniak, J. Popowicz, J. Baraniec. Data publikacji: 28.02.2013.
3. PL 213842, „Układ urządzeń do przetwarzania paliwa stałego, zwłaszcza węgla kamiennego w mieszaninę gazów”. T. Chmielniak, T. Dobrzański, R. Duszewski, Ł. Grela, K. Jałosiński, J. Kurp, M. Uliniarz, E. Sutor, M. Ściążko, J. Tchórz, H. Tymowski. Data publikacji: 31.05.2013.

Projekty:

1. Projekt Strategiczny NCBiR: Zaawansowane technologie pozyskiwania energii; Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej: 2010–2015; koordynator tematu badawczego nr 5; kierownik prac realizowanych przez IChPW, wykonawca merytoryczny.
2. Studium wykonalności projektu instalacji do produkcji paliw gazowych i płynnych z węgla kamiennego (T.3.25/2008, IChPW); Ministerstwo Gospodarki, EPK S.A./ ICHPW, wykonawca merytoryczny.
3. Pole Bełchatów. Koncepcja i analiza możliwości wykorzystania węgla brunatnego do produkcji metanolu (T.3.36/2009, IChPW); PGE KWB Bełchatów S.A., kierownik projektu.
4. Założenia do korygowanego Studium Wykonalności Elektrowni Poligeneracyjnej, 2015, Grupa Azoty SA, kierownik projektu
5. Analiza i ocena możliwości odbudowy mocy w wybranym obiekcie Grupy Tauron na bazie zgazowania węgla w atmosferze CO2 oraz komercyjnych technologii zgazowania w reaktorach dyspersyjnych, 2015, Tauron Polska Energia SA, kierownik projektu
6. Projekt Rozwojowy nr N R06 0022 06/2009, Układ kogenaracyjnego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła z biomasy stałej, (T.16.09-11.001, IChPW), kierownik projektu,.
7. Project No. 23-2011-IP19-CoalGas: Development of Coal Gasification Technology for High Efficiency Fuels and Power Production, 2011-2015, wykonawca merytoryczny.

Informacje dodatkowe:

60% obecność na wykładach upoważnia do przystąpienia do egzaminu zerowego.