Kombinirani proces s integriranim uplinjavanjem (Integrated Gasification Combined Cycle – IGCC) je tehnologija u kojom seugljen, biomasa ili otpad pretvara u sintetski plin. Zatim se odstranjuju nečistoće iz nastalog pline prije izgaranja te se nastoji pretvoriti sve zagađivače u koristan nusprodukt. To rezultira nižim emisijama sumpornog dioksida, čestica i žive. Višak topline iz primarnog izgaranja i generacije se odvodi u generator pare, što rezultira većom učinkovitošću u odnosu na konvencionalne termoelektrane na ugljen.

Zbog činjenice da je energet s najvećim prirodnim rezervama te zbog činjenice da mu cijena ne raste, ugljen je drugi izvor energije u svijetu.[1] Stoga niže emisije, koje kombinirani proces s integriranim uplinjavanjem omogućuje, mogu biti od velike važnost u budičnosti kako će se regulative o emisijama štetnih plinova postrožavati[2].

Proces uplinjavanja može se provoditi sa ugljenom koji sadrži visok postotak sumpora, ostataka nafte i biomase.Rasplinjavanje ugljena je namjerno nepotpuno izgaranje, prouzročeno nedovoljnim pristupom kisika. To se obavlja u posebnim pećima pri čemu se teži za što većim postotkom gorivog H2 i CO u proizvedenom plinu. Na rešetku unutar peći je nasut visok sloj ugljena. Ugljen izgara u struji zraka obogančenog kisikom, cilj procesa je nepotpuno izgaranje sa što većim udjelom CO kako bi vrijednost sintetičkog plina bila veća. Ugljen na rešetci će se zažariti s gornje strane od vrućih plinova te će privlačiti molekule kisika, što znači da će udio CO u sintetičkom plinu biti to veći što je veća i razina ugljena na rešetci. Kako bi se povećala učinkovitost takvog procesa u njega se dodaje i struja vode koja se grije nastalim plinom te se na visokim temperaturama raspada na H2 i O2. Nastali kisik odmah se troši za nastajanje CO. Nastali sintetički plin se odvodi i pritome prolazi kroz nekoliko faza čišćenja i separacije. Zatim se čisti sintetički plin odvodi u komoru za izgaranje gdje izgara. Dimni plinovi se tada odvode u plinsku turbinu koja

je dirketno spojena na generator električne energije. Višak topline nastale za vrijeme uplinjavanja se zajedno sa vrućim dimnim plinovima odvode u generator pare. Proizvedena vodena para se tada odvodi u parnu turbinu koja je također spojena na generator električne energije.[3]

Najveći problem IGCC postrojenja je velika početna investicija, više od 3,593 dolara po kW[5]. Što

je 3 puta veća cijena u odnosu na konvecionalne termoelektrane na ugljen. Pretpostavlja se da

će razlika u cijeni biti sve manja kako će se postrožavati regulative o emisiji štetnih plinova.

Wabash River je često bila van pogona zbog problema s plinifikatorom i ti problemi nisu u

potpunosti otklonjeni. Wabash River je također bila van pogona zbog učestalih problema s

korozijom i erozijom izmjenjivača topline. The Polk County IGCC ima problema s konstrukcijom.

U početku su se javili problemi s korozijom cijevovodima te plinifikatoru koji su se brzo riješili.

Nedugo zatim nastupili su problemi s vatrostalnom zaštitom u plinifikatoru čiji je popravak bio jako

skup. General Electric trenutno razvija model IGCC postrojenja koje bi trebao uvesti veću

pouzdanost ovakvih postrojenja. Značajke njihovog modela su moderne turbine koje su

prilagođene za rad sa sintetičkim plinom.[6] Postoji nekoliko IGCC postrojenja u sklopu rafinerija u

Europi koje su pokazale odličnu pouzdanost nakon manjih početnih poteškoća. Nekoliko

čimbenika je pomoglo u tome:

• Nijedno od ovih postrojenja nije koristilo napredne plinske turbine

• Sva postrojenja u sklopu rafinerije koriste ostatke iz proizvodnje umjesto ugljena kao sirovinu.

To eliminira probleme koje uzrokuje oprema za pripremanje ugljena.

• Ovakva se postojenja tretiraju kao predkemijska postrojenja za preradbu.

U Nizozemskoj postoji termoelektrana sa integriranim uplinjavanjem snage 250 MW koje radi

uspješno. Ova termoelektrana uz ugljen koristi još 30% biomase kao dodatne sirovine. Vlasnik

NUON trenutno gradi još jednu IGCC elektranu snage 1300 MW koja će biti puštena u

pogon 2011. godine.[7]

IGCC termoelektrane zagađuju manje okoliš nego konvencionalne termoelektrane na ugljen što ih čini sigurnijima za okoliš. Međutim prve generacije takvih postrojenja su zagađivale otpadne vode arsenom, selenijem i cijanidom. Ti problemi su se riješili boljim sagrojevanjem ugljena, ali i sve većom upotrebom otpada koji nastane sagorjevanjem (koks, pepeo, ugljični dioksid i sl) u kemijskoj industriji. Nažalost kod uplinjavanja nastane i manja količina opasnog otpada za koji su potrebne posebna postrojenja kako bi se iskoristio.Dobra strana IGCC postrojenja je to što su kompatibilni sa sustavom za hvatanje i skaldištenje ugljičnog dioksida.[8]

Gasifikacijom se generiše gasovito gorivo za pokretanje gasne turbine, a plinovi sagorjevanja se dalje koriste za zagrijavanje vode/vodene pare u kotlu. Između gasnog i parnog procesa je ugrađeno odgovarajuće postrojenje za produkciju svježe pare za parnu turbinu (HRSG) – kotao utilizator. Ukupna zapremina dimnih gasova, koji se ispuštaju u okolinu, je kod postrojenja sa IGCC procesom manja nego kod postrojenja iste snage sa konvencionalnim sagorijevanjem uglja. Adekvatno manji su i investicioni i pogonski troškovi postrojenja za

ODG. Velika prednost je u visokom stepenu iskorištenja uglja sa malim razvojem emisije (stepen odsumporavanja >99% i stepen denitrifikacije >70%). Sporedni proizvod je elementarni sumpor, masene čistoće 99%. U Evropi postoje dvije termoelektrane sa IGCC procesom, 250 MW u Guggenum-u, Holandija i 300 MW u Puertollano – Španija i više termoelektrane u SAD. U planu su sljedeći projekti, npr. u EU, SAD, Japanu,Kini.

Temeljni tehnološki proces u elektrani obuhvata sljedeće elemente :

Dvostepeno ložište ( za gasifikaciju uglja i za sagorjevanje gasa ); Postrojenje za dobavu fluida za gasifikaciju ( kiseonik ili vazduh ); Postrojeje za čišćenje dimnih gasova i proizvodnju sumpora; Kombinovano gasno – parno postrojenje

Šematski prikaz postrojenja sa gasifikacijom uglja dat je na slici 4.5.

Slika 4.5. : Integrirana jedinica kombinovanog postupka sa gasifikacijom uglja

Primjenom najnovije generacije gasnih turbina (npr. General Electric turbine, model F) snage preko 200 MW moguće je postići stepen korisnosti ciklusa i do 55 %, čime se mogu kompenzirati gubici energije za gasifikaciju uglja. Potrošnja goriva po jedinici proizvedene energije kod ovih postrojenja je oko 25 % manja nego kod klasičnih termoelektrana koje spaljuju ugljenu prašinu. Temeljna prednost elektrana sa gasifikacijom uglja u odnosu na klasična postrojenja je u zaštiti okoline. Kod ovih se postrojenja iz dimnih gasova odstranjuje praktički sav sumpor a proizvedena količina NOx-a je smanjena zbog niže temperature sagorijevanja. Količina CO2 je također manja zbog veće efikasnosti pretvaranja toplotne energije u električnu. Sumpor se zbog dodavanja vode odnosno vodene pare u kotao za gasifikaciju uglja u dimnim gasovima veže u vodonikov sulfid (H2S), koji se redukcijom pretvara u čisti sumpor.