Swedish Gas Technology Centre

Transkript

1 International Seminar on Gasification Process and System Integration International Seminar on Gasification Process and System Integration Datum: Místo konání: Kungsholmen Konferens, Stockholm Školení účastníků projektu Inovace a rozvoj výuky ekoinovací v bakalářských oborech akreditovaných na FTOP VŠCHT Praha Ing. Michael Pohořelý, PhD Swedish Gas Technology Centre Swedish Gas Technology Centre struktura Společnost koordinující výzkum v oblasti produkce plynů z obnovitelných zdrojů energie. Vlastníky je několik velkých energetických společností (e-on, Energigas sverige, atd.). Zaměření jak na výrobu plynů (zplyňování, anaerobní digesce), tak na jejich úpravu, transport a koncové využití. Projekty financovány za přispění švédské vlády a soukromých investorů. Odborné zaměření akce Akce se zúčastnilo 142 delegátů z 19 zemí Jednalo se o zástupce univerzitních výzkumných týmů, energetických společností, výzkumných center apod. Z odborného hlediska byla konference přínosem pro palivářské inženýry, energetiky, chemické inženýry, strojaře Historie semináře 2011: Gas Quality, CHP and New Concepts : Feedstock, Pretreatment and Bed Material : Gas Clean-up and Gas Treatment : Production Technologies and Applications : Gasification and Methanation 1

2 Bioenergy Výroba energie z biomasy Centrum kompetence financované vládou Rakouska. Sídlo : Graz. Výzkumné instalace : Güssing, Wieselburg. Roční rozpočet: 4.5 Mio.. Financování: 55% ze státních prostředků. Počet zaměstnanců: 60 Web: Technologický řetězec Bioenergy Hlavní výzkumná instalace : Güssing Oblast výzkumu: termochemická konverze alternativních paliv, čištění plynu, kombinovaná výroba tepla a elektrické energie, syntéza kapalných paliv. Reaktor s rychlou vnitřní cirkulací fluidního lože. Cílem výzkumu je optimalizace celého technologického řetězce. RAUCH, Reinhard. Integration Aspects in the Next Generation of CHP Plants Based on Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: Instalace Güssing Použité technologie RAUCH, Reinhard. Integration Aspects in the Next Generation of CHP Plants Based on Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: RAUCH, Reinhard. Integration Aspects in the Next Generation of CHP Plants Based on Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: 2

3 Bioenergy Aspekty integrace Kombinovaná produkce tepla a el. energie (KVET). Konverze tepla na elektrickou energii pomocí ORC, či parního cyklu. Využití paliva z jiných odvětví (e.g. Celulóza a papír, dřevařský průmysl). Produkce hodnotných plynů (vodík, methan) jako vedlejší produkt KVET. Dodávky páry průmyslu (plyn může být využit i pro syntézu paliv). Polygenerace Produkce hodnotných plynů, elektrické energie a tepla z biopaliv. Cíl: Vyvinout ekonomicky schůdnou kombinaci technologií zaměřenou na produkci hodnotných plynů, tepla a elektrické energie s využitím polygeneračních strategií. Klíčové faktory: Zvýšení obsahu hodnotných plynů v produkovaném plynu. Separace hodnotných plynů z produkovaného plynu. Optimalizace výrobního řetězce. Možnost využití fotovoltaické a větrné energie k produkci syntetických paliv Čištění plynu RAUCH, Reinhard. Integration Aspects in the Next Generation of CHP Plants Based on Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: Projekt EU 7. rámcový program 10 partnerů: 2 průmyslové společnosti 4 university 4 výzkumné organizace 7 členských států (Rakousko, Francie, Německo, Itálie, Polsko, Rumunsko, Španělsko) Projekt Uniqe Náplň projektu Upravení kvality plynu a snížení koncentrací znečišťujících látek na hodnoty vhodné pro operaci palivového článku s pevným oxidem (SOFC). Tuhé částice: Snížení jejich obsahu na hodnoty v řádu jednotek mg/m 3. Dehet: redukuje výtěžek plynu a účinnost konverze. Při kondenzaci způsobuje technologické problémy. Je nutné důkladně prozkoumat vliv vyšších uhlovodíků v plynu na funkci SOFC. Sirné sloučeniny: jsou zodpovědné za deaktivaci Ni elektrod SOFC. Těžké kovy: Hrozba otravy anody palivového článku. Alkalické kovy: Kondenzace na chladných částech, nepříznivý vliv na keramické části systému. HCl: vysoce rozpustný a korozivní. NH 3 : nemá vliv na funkci SOFC, nicméně při spalování má tendenci vytvářet oxidy dusíku. 3

4 Integrace katalytického čistícího systému do zplyňovacího generátoru Umožňuje odstraňování a kondiciování plynu za teplot blízkých teplotě zplyňování. Katalyticky aktivní filtry umožňují získání plynu prostého dehtu a pevných částic. Přidání sorbentů do fluidního lože umožní výrazně snížit koncentrace sirných sloučenin a kovů v plynu. Integrace katalytického čistícího systému do zplyňovacího generátoru FOSCOLO, Pier Ugo. Integration of Gasifier with Gas Cleaning and Conditioning System. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: FOSCOLO, Pier Ugo. Integration of Gasifier with Gas Cleaning and Conditioning System. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: Integrace katalytického čistícího systému do zplyňovacího generátoru Chod filtru FOSCOLO, Pier Ugo. Integration of Gasifier with Gas Cleaning and Conditioning System. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: FOSCOLO, Pier Ugo. Integration of Gasifier with Gas Cleaning and Conditioning System. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit ]. Dostupné z: Integrace katalytického čistícího systému do zplyňovacího generátoru Výhody zjednodušení procesu. Snížení tepelných ztrát. Kombinace kladných vlastností primarního a sekundárního čištění plynu a omezení nevýhod těchto metod. Jako materiál filtru se osvědčil Al 2 O 3 /NiO. Základy spalovacích procesů 4

5 Jenbacher Společnost produkující plynové motory pro produkci elektrické energie. Nabízí 4 produktové řady, celkem 10 produktů. Výkon jednotek se pohybuje od 0,25 MW do 3MW. Konfigurace: generátorové sety, kogenerační systémy, kontejnerová řešení. Dodáno 8000 jednotek. Hlavním problémem pro funkci motoru je tvorba kondenzátů => použití účinné čistící technologie Kombinace vysokoteplotní filtrace a vodní vypírky: Výsledky: kvalita plynu vyhovuje bezproblémové funkci oxidačního katalyzátoru. Relativně vysoký obsah H 2S a NH 3. Přiměřené investiční a provozní náklady. Systém vypírky pomocí MEŘO Výsledky: plyn vhodný pro funkci oxidačního katalyzátoru. Relativně vysoký obsah NH 3. Investiční a provozní náklady přijatelné. Emise z motoru limity: NOx 500 mg/m 3 CO mg/m 3 problémem je nespálený CO z plynu 5

6 Řešení katalytická oxidace V plynových motorech je možné využívat širokou škálu hořlavých plynů. Klíčovým faktorem je laminární rychlost plamene. Hlavními technologickými překážkami jsou: Nečistoty v plynu (dehet, vlhkost...) Emise VOC/CO. Základy zpracování a využití uhlí a plynu CENSE Center for sustainable energy solutions. Sídlo Lisabon, Portugalsko. 16 stálých výzkumníků (PhD). 28 výzkumníků (ne-phd). 1 administrativní pracovník. Pracovní skupiny: Informační a komunikační technologie Udržitelná energetika a změny klimatu Posuzování vlivu technologií na životní prostředí Ekologická ekonomie a environmentální management IGCC se separací CO 2 před spálením vede k získání plynu bohatého => technologické problémy emise. Jedním z řešení, jak snížit emise NOx je ředění plynu v hořáku turbíny pomocí N 2 či vodní páry (nákladné). Řešením je vývoj směšovacího hořáku s nízkými emisemi NOx, jenž bude schopen zpracovat plyn bohatý. Je nutné přijít se zcela novým designem. 6

7 IGCC s předspalovací separací CO 2 Problematika energetického využívání plynů bohatých Řešené okruhy Problematika spalování. Nové odolné materiály. Konstrukce turbosoustrojí. Systémová analýza. ASSADI, Mohsen. Low emission GT Techn. for H2 rich syngas in Integrated Gasification Combined Cycle. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. Problematika energetického využívání plynů bohatých Nový design hořáku ASSADI, Mohsen. Low emission GT Techn. for H2 rich syngas in Integrated Gasification Combined Cycle. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. Materiálová problematika Vysoké teploty chlazení materiálů. Přítomnost zbytkových kontaminantů. Snížená životnost částí díky přehřívání a vysokoteplotní korozi. Vliv složení spalin na životnost tepelněochranných materiálů. Výzvy Spolehlivá a účinná činnost kompresoru a expandéru v případě spalování nenaředěného plynu bohatého v turbíně. Problémy způsobené vysokým hmotnostním / objemovým tokem paliva a produktů spálení bohatých na vodní páru. ASSADI, Mohsen. Low emission GT Techn. for H2 rich syngas in Integrated Gasification Combined Cycle. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. IGCC-CCS je jedna z nejatraktivnějších technologií pro vysokoúčinné a nízkoemisní využití uhlí. Nicméně tato technologie není v Evropě zatím využívána. Jejímu využití brání 4 překážky: Technické Legislativní Finanční Spojené s veřejným míněním 7

8 Základy energetiky Jedná se o dvoustupňový zplyňovací systém, kde je přenos tepla mezi zónou spalování a zplyňování realizován pomocí tepelných trubic. Výsledkem je: Úplná konverze pevného paliva. Vysoká spolehlivost provozu v důsledku oddělení procesů spalování a zplyňování. Kvalita plynu adekvátní pro použití v plynových motorech či pro syntézu paliv. KIENBERGER, Thomas. The agnion Heatpipe-Reformer: A Promising Concept for Small Scale Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. Účinnost výroby studeného plynu. Vyšší hmotnostní tok paliva nižší čas zdržení nižší konverze pevného uhlíku. Vyšší teplota vyšší konverze pevného uhlíku. KIENBERGER, Thomas. The agnion Heatpipe-Reformer: A Promising Concept for Small Scale Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. KIENBERGER, Thomas. The agnion Heatpipe-Reformer: A Promising Concept for Small Scale Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. Koncentrace dehtu před a za čistící tratí. Závislost koncentrace dehtu na přebytku vodní páry. KIENBERGER, Thomas. The agnion Heatpipe-Reformer: A Promising Concept for Small Scale Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. KIENBERGER, Thomas. The agnion Heatpipe-Reformer: A Promising Concept for Small Scale Gasification. In: International seminar on gasification 2012 [online] [cit. 8

9 Výkon jednotky: kw. Účinnost výroby studeného plynu: 50-70% Silně závislá na konverzi pevného uhlíkatého zbytku. Výhřevnost suchého plynu: MJ/m³. Obsah dehtu: 2 4 g/nm³ (ex BTX). Obsah dehtu je rovněž velice silně závislý na přebytku vodní páry. Alternativní zdroje energie SOEC je účinnější, než klasická nízkoteplotní elektrolýza. HANSEN, John Bogild. Power and Gas Grid Integration Using Haldor Topsoe Electrolysis and Methanation Technology. In: International seminar on gasification 2012 [online]. HANSEN, John Bogild. Power and Gas Grid Integration Using Haldor Topsoe Electrolysis and Methanation Technology. In: International seminar on gasification 2012 [online]. Problémem využití alternativních zdrojů energie (mimo biomasy) je velká fluktuace výkonu. Východiskem z této situace může být integrace těchto nestabilních zdrojů např. se stabilní termochemickou konverzí biomasy. HANSEN, John Bogild. Power and Gas Grid Integration Using Haldor Topsoe Electrolysis and Methanation Technology. In: International seminar on gasification 2012 [online]. HANSEN, John Bogild. Power and Gas Grid Integration Using Haldor Topsoe Electrolysis and Methanation Technology. In: International seminar on gasification 2012 [online]. 9

10 Využití technologie SOEC pro obohacování bioplynu. Koncept celkové integrace energovodů a produktovodů HANSEN, John Bogild. Power and Gas Grid Integration Using Haldor Topsoe Electrolysis and Methanation Technology. In: International seminar on gasification 2012 [online]. Vzniká potřeba integrace fluktuujících alternativních zdrojů energie (větrná, solární) s těmi stabilními (biomasa, odpady). Plyn vzniklý jako produkt procesů vyplývajících z této integrace je velmi vhodný pro vykrývání energetických špiček. Tento plyn je možno využít i pro produkci kapalných paliv (methanol apod.) Plynárenská síť může sloužit jako velice flexibilní a adaptabilní úložiště uhlovodíků a jako systémový integrátor. Souhrn konference V oblasti zplyňování je trendem neustálé zvyšování účinnosti transformace energie paliva do vznikajícího plynu. Pozornost je neustále upřena k metodám čištění plynu jak od vyšších uhlovodíků, tak v současné době především od látek působících jako katalytické jedy. Aktuálním trendem je integrace jednotlivých alternativních zdrojů energie (vítr, sluneční záření, biomasa) s využitím moderních technologií, za účelem eliminace jejich hlavních nevýhod (fluktuace výkonu) DĚKUJI ZA POZORNOST 10