Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Gasification
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
STCH-2-204-ET-s
Wydział:
Energetyki i Paliw
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Energy Transition-KIC
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
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

The module concerns solid fuel gasification technology and production plants integrated with gasification process. Students will design process related to gasification technology.The research module.

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 Is able to describe advances in the field of the implementation of typical gasification processes, principles of their design and evaluation of technical and economic factor TCH2A_W04, TCH2A_W02 Egzamin
M_W002 Is able to specify main components of gasification technology, describe they role, categorize different process options and applications. TCH2A_W04, TCH2A_W02 Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Is able to acquire, critically evaluate and creatively process information from the scientific literature databases, and other properly chosen sources in English TCH2A_U01 Projekt
M_U002 Is able to prepare and present an oral presentation in English on issues related to gasification resulted from practical exercises TCH2A_U06 Prezentacja,
Projekt
M_U003 Is able to design simple process flow sheets and simulate processes related to coal gasification technology. TCH2A_U04, TCH2A_U05 Projekt
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Can discuss the social role of the graduate of technical university, particularly in the dissemination of technical culture in society and can communicate in a meaningful and attractive way information on the achievements of applied chemistry and its effects on development of modern technologies, especially in the fuel – energy sector TCH2A_K02 Zaangażowanie w pracę zespołu
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 0 0 30 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 Is able to describe advances in the field of the implementation of typical gasification processes, principles of their design and evaluation of technical and economic factor + - - - - - - - - - -
M_W002 Is able to specify main components of gasification technology, describe they role, categorize different process options and applications. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Is able to acquire, critically evaluate and creatively process information from the scientific literature databases, and other properly chosen sources in English - - - + - - - - - - -
M_U002 Is able to prepare and present an oral presentation in English on issues related to gasification resulted from practical exercises - - - + - - - - - - -
M_U003 Is able to design simple process flow sheets and simulate processes related to coal gasification technology. - - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Can discuss the social role of the graduate of technical university, particularly in the dissemination of technical culture in society and can communicate in a meaningful and attractive way information on the achievements of applied chemistry and its effects on development of modern technologies, especially in the fuel – energy sector + - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 120 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 45 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 15 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):

Scope of the Lecture
1. World balance of primary energy sources; General characteristics of solid fuel conversion processes, status and perspective of gasification technologies.
2. Solid fuels for gasification processes: characteristics, classification and methods of laboratory analysis.
3. Fundamentals of biomass and coal gasification: mechanism and reactions of gasification, coal and biomass pyrolysis, thermodynamic and kinetic aspects of gasification, bed types, feed systems, process classification, process selection, gasification criteria, co-firing.
4. Overview of industrial gasification technologies.
5. Unit operations in production systems integrated with solid fuel gasification;
a) Coal/fuel upgrading,
b) Oxygen production,
c) Gas conversion and cleaning, gas quality requirements for chemical syntheses and IGCC
6. Environmental performance of coal gasification; air emissions, solid by products utilization
7. Power systems
a) Combustion processes (IC, Gas turbines, steam cycles)
b) Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC),
c) CHP systems
8. Chemical systems
a) Hydrogen production,
i. Solid fuel/coal gasification
ii. NG reforming (steam/oxygen)
iii. Coke oven to hydrogen
b) methanol production – gasification
9. UCG – Underground coal gasification.
10. Biomass gasification: type of fuel, fuel input, application, feedstock related problems
11. Overview of commercial gasification technologies of biomass gasification and co-gasification of coal and biomass.
12. Techno-economic assessment of coal gasification processes
13. Development directions; new technologies; R&D activities in Poland.

Description of the lecture

1. The group will be divided into 6-person teams (identical with teams operating during the “Project” class – modeling of gasification processes in ChemCAD).
2. The lecture – 1.5h (2×45 min) will be divided into two parts:
a. The first approximately 45min -1h will be the traditional lecture in form of slide show,
b. The second is a short test in the scope of current and / or previous lectures or work on special projects related to the scope of the lecture (PBL).
3. The test will contain approximately 5 multi-choice questions. After writing the tests, the selected team will present and comment the answers. The tests will prepare students for final test at the end of semester (part of the exam).
4. The topics of projects will be prepared individually for each of the project group (project example for classes 2018 is shown below, Projects will be presented during the first meeting).
5. Work on the projects will include: discussion on current status, problems, proposed solutions etc.
6. During the semester each group will present results of the work twice: in the middle and at the end of the project implementation (see detailed schedule of the meetings)
7. Students will prepare projects (in groups) on the basis of knowledge from the lecture and literature review and independently acquired knowledge from their own analyzes.
8. Two meetings (4×45 min) will be prepared by students and will include 30-minute presentations (10 minutes of discussions) of results of the projects developed by them. The results, the knowledge and skills received will be helpful during the “ChemCAD – Project” meetings (see short description bellow)
9. One meeting will have the character of an Oxford debate – Details below.

Basic schedule of the lecture

see:
http://home.agh.edu.pl/~lstepien/Gasification/lecture_2018.pdf

Test:

Example of test questions: http://home.agh.edu.pl/~lstepien/Gasification/lecture_2018.pdf

Student projects (an example, for more see:http://home.agh.edu.pl/~lstepien/Gasification/lecture_2018.pdf)

Project no 1: Why air gasification could be better for industrial power system.
Key issues/ content:
1. Advantages of oxygen and air gasification
2. Selected examples of IGCC systems
a. Detailed description / diagrams
b. Gasification and power generation efficiency
c. Application possibilities
d. Investment and operating costs
3. Summary

The project should be based on scientific publications, eg Elsevier database, NETL sources and others.

Oxford Debate

1. General rules:
a. At the beginning of the classes, the thesis of the debate will be announced.
b. Proposed theses will be closely related to the subject of lecture.
c. The proposed theses are:
i. “Coal combustion is more attractive technology than coal gasification”
ii. “The use of fossil fuels does not contribute to global warming”
iii. “Entrained flow gasification is more attractive than fluidized bed gasification”
d. Students will choose two teams (5 person each)
e. A Jury will be selected from the students (five person)
f. Other students will be play the role of the audience (about 15 people)
g. The external guests will be also invited
i. The proposed guests include prof. Wojciech Nowak (director of the AGH Energy Center), prof. Marek Ściążko (Scientific secretary at the IChPW), and research workers from the Department of Fuel Technology at WEiP AGH and from the Institute for Chemical Processing of Coal.
h. The lecturer will choose the Chairman (who will conduct the debate and ensure observance of the rules) and the secretary of the debate.
i. The time of the debate is 1 hour
j. Before the debate the teams “for the thesis” and “against the thesis” will be drawn.

2. The rules of assessment
a. The evaluation will be carried out by voting
b. Voting will take place using specially prepared forms.
c. Three votes will take place (Vote: the audience, the chairman and the secretary)
i. First vote: For the thesis before the debate
ii. Second vote for the thesis after the debate
iii. Third for the best team
d. The award for winning the debate will be a diploma
3. The course of the debate
a. Welcome of all participants by the Chairman – presentation of participants, with special emphasis on external guests.
b. Draw of teams for and against the thesis. Teams know the thesis of the debate before meeting, but they do not know whether they will defend its or whether they will be its opponents
c. After the draw, the teams go for a 10-minute consultation (outside the room).
d. During the consultation of the parties, the Chairmen give the floor to the Secretary, who explains to the public the rules of the debate and voting procedure.
e. The Chairman starts the first vote – for the main thesis. Voting takes place by raising hands – for / against / abstention. The secretary counts the votes . The result will be announced after the debate.
f. The parties return and the Chairmen orders the beginning of the debate by giving the floor to the first speaker for the Proposition.
g. From this moment, the parties speak alternately (according to the rules of organization of the debate described at the beginning by the Secretary).
h. Each of the speakers has about five minutes to speak
i. The last speaker from each team ends the speech with a summary of the team’s argumentation.
j. After completing the summaries, the Chairman orders the next votes – first on the thesis, then on the winner and gives the floor to the Secretary who reiterates the voting rules.
k. Voting in the presence of teams is secret and takes place using the prepared forms.
l. After collecting and counting the votes from the audience and the Jury, the Secretary shall provide information about the results to the Chairman (on the page).
m. The Chairman announces the results – first, which thesis won before and after the debate, and then which team won.
n. The Chairman and the Secretary congratulate the participants and give the diplomas.
o. Thank you to the audience (Chairman) ends the debate.

Overarching Learning Outcomes (according to European Institute of Innovation & Technology – EIT)

• Innovation skills and competencies (EIT OLO 4) The ability to use knowledge, ideas and technology to create new or significantly improved products, services, processes, policies, new business models or jobs.
• Research skills and competencies (EIT OLO 5) The ability to use cutting-edge research methods, processes and techniques towards new venture creation and growth and to apply these also in cross-disciplinary teams and contexts.
• Intellectual transforming skills and competencies (EIT OLO 6) The ability to transform practical experiences into research problems and challenges.

Ćwiczenia projektowe (30h):

Students will design the flow sheet of selected process related to coal gasification technology in ChemCad process simulator. Students then will calculate process parameters and prepare mass and energy balance. The results should by prepared in form of the short report.
During the project students will also prepare one presentation on the basis of selected scientific paper.

For more detail information see: http://home.agh.edu.pl/~lstepien/Gasification/lecture_2018.pdf

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 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:

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 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:

Grading formula:
FG=03*PG+0,7*FEG
Where:
-FG-final grade
-PG-Project Grade
-FEG-Final Exam grade
Grade for the project and the exam must be positive ie 3 and above

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

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Lecture:

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Higman Ch., Burgt M., Gasification, Elsevier, 2003.
2. John Rezaiyan, Nicholas P. Cheremisinoff; Gasification Technologies. A Primer for Engineers and Scientists; Taylor & Francis Group, LLC, 2005
3. https://www.netl.doe.gov/research/energy-analysis/baseline-studies
4. https://www.netl.doe.gov/File%20Library/Research/Coal/energy%20systems/gasification/gasifipedia/index.html
5. http://www.tampaelectric.com/data/files/PolkDOEFinalTechnicalReport.pdf, Tampa Electric Polk Power Station, Final Report, DOE, 2002.
6. 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
7. Borowiecki, T. Sciążko M. i in. Czysta energia, produkty chemiczne i paliwa z węgla – ocena potencjału rozwojowego. IChPW, Zabrze, 2008.

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. T. Chmielniak, M. Ściążko, J. Zawistowski, M. Dudyński, Badania technologii zgazowania biomasy w złożu stałym w skali 3,5 MW. Przemysł Chemiczny nr 85/8-9/2006, s. 1247-1251.
3. T. Chmielniak, J. Bigda, A. Czardybon, J. Popowicz, G. Tomaszewicz, Technologie oczyszczania gazu procesowego ze zgazowania węgla. Przemysł Chemiczny, t. 93, nr 2, 2014, s. 232–242.
4. 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
5. 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
6. M. Ściążko, T. Chmielniak (2012). Cost Estimates of Coal Gasification for Chemicals and Motor Fuels, Gasification for Practical Applications, Dr. Yongseung Yun (Ed.), ISBN: 978-953-51-0818-4, InTech, DOI: 10.5772/48556. Available from: http://www.intechopen.com/books/gasification-for-practical-applications/cost-estimates-of-coal-gasification-for-chemicals-and-motor-fuels

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

Informacje dodatkowe:

Condition for admission to the exam (passing the exam is the basis for passing the subject):
Lecture: participation in minimum 10 classes and obligatory: in meetings related to the presentation of project (lecture) results and the Oxford Debate.
Project – Chemcad: 2 or less unjustified absences.

The method and mode of compensating the arrears:
Lecture – own work with recommended literature (including direct materials from lecture); consultations;
Project – alone work using accessible computer work stations and computer software/ consultations