Zplyňování. Ing. Martin Lisý, PhD. Energetický ústav VUT v Brně Fakulta strojního inženýrství

Transkript

1 Zplyňování Ing. Martin Lisý, PhD. Energetický ústav VUT v Brně Fakulta strojního inženýrství Projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Statním rozpočtem ČR

2 Technologie zpracování biomasy technologie produkt využití termochemické přeměny suché procesy spalování teplo vytápění, výroba el.en. zplyňování plyn chemický prům., vytápění, výroba el.en. rychlá pyrolýza olej, dehet, plyn vytápění, výroba elen, pohon vozidel, chemický prům. chemické přeměny v kapalném prostředí zkapalňování olej pohon vozidel esterifikace bionafta MEŘO pohon vozidel biochemické procesy mokré procesy anaerobní digesce bioplyn chemický prům., vytápění, výroba el.en., pohon vozidel alkoholové kvašení etanol, butanol pohon vozidel kompostování hnojivo hnojivo mechanické přeměny lisování olej pohon vozidel mechanická úprava štěpka, pelety, drť.. vytápění 2

3 Spalování biomasy spalování je nejstarší a nejjednodušší metoda pro termickou přemp eměnu biomasy za dostatečného přístupu kyslíku ku produktem je tepelná energie, která se následnn sledně využije pro vytápění,, technologické procesy, nebo výrobu elektrické energie spalování nevyžaduje náron ročnou předchozp edchozí úpravu biomasy (je přijatelnp ijatelná i vyšší vlhkost suroviny), ale účinnost spalovacího procesu je na kvalitě paliva závislá 3

4 Části roštového ohniště Základní části : spalovací prostor vymezený stěnami rošt s palivovou násypkou, hradítkem, škvárovým jízkem a výsypkou zařízení pro přívod spalovacího vzduchu Základní části roštu : nosná konstrukce roštnice hnací ústrojí (u mechanických roštů)

5 Zplyňov ování termochemická přeměna pevného nebo kapalného paliva na plyn s podstechiometrickým množstv stvím přistupujícího kyslíku ku teplo teplo vzduch palivo popel tuhý úlet plynné složky kapalné složky 5

6 Fáze při p i zplyňov ování fáze spalování ohřev, odpařen ení vody, oxidace produkty: plynné složky, popel fáze pyrolýzy ohřev, odpařen ení vody, uvolňov ování plynných látekl produkty: plynné složky, polokoks fáze vytvářen ení chemické rovnováhy promích chání plynných produktů a jejich vzájemn jemné reakce získáme konečné složen ení plynu 6

7 Produkty zplyňov ování plyn, popel, pevný úlet, nečistoty, příměsip nečistoty složen ení plynu CH % H % CO % CO % N % Q d i 3,5 5,5 5,5 MJ.m 3 n 1,22 kg.m 3 n dehet (fenol a vyšší šší) pevné částice (popeloviny, nedopal) vyšší uhlovodíky (benzen, toluen, xylen) sloučeniny síry s (H 2 S, SO x ) sloučeniny dusíku (HCN, NH 3, NO x ) sloučeniny chloru sloučeniny alkalických kovů 7

8 Termodynamika zplyňov ování faktory ovlivňuj ující chemické reakce velikost palivových částic a rozsah rozměru ru obsah vody v palivu způsob kontaktu částice s plynem míra ohřívání teplotní profil generátoru tlak v generátor torů C CO 2CO 172, 4kJ 2 C H O H CO 131, 3kJ 2 2 C O CO 393, 5kJ 2 2 C H O CO H 90, 2kJ C 0,5O 2 CO 110, 5kJ CO H O CO H 41, 1kJ C H CH 74, 8kJ CO 2H CH CO 247, 3kJ CO H CH H O 206, 1kJ CO H CH H O 165, 0kJ

9 výhody zplyňov ování Kriteria zplyňov ování možnost kogenerace vedoucí k úspoře e primárn rních energetických zdrojů možnost smíš íšení s jinými palivy teplota procesu není omezena nízkými n teplotami měknutm knutí popele snadná kontrola spalovacího režimu nevýhody zplyňov ování vznik složitých aromatických uhlovodíků dehet vysoké požadavky na kvalitu a čistotu plyn složit itější technologie vyšší investiční náklady 9

10 Využit ití dřevoplynu chemický průmysl pro separaci metanu, vodíku, čpavku atp. spalování v kotli v parním m RC e=0,1 0,2 0,2 spalování v tepelných motorech e=0,5 0,6 0,6 pro spalovací motory, e= 0,6 0,9 0,9 pro paroplynové cykly 10

11 Zařízen zení pro zplyňov ování pevné (sesuvné) ) lože souproudé protiproudé s křížovým k prouděním fluidní lože se stacionárn rní fluidní vrstvou s cirkulující fluidní vrstvou podle provozního tlaku atmosférick rické tlakové 11

12 Troška historie 12

13 Typy zplyňovac ovacích ch zařízen zení pevné lože protiproudý souproudý křižový proud 13

14 Typy zplyňovac ovacích ch zařízen zení fluidní lože s bublinkujícím ložem s cirkulujícím m ložem 14

15 Porovnání typů zplyňova ovačů 15

16 Porovnání typů zplyňova ovačů 16

17 Druhy zplyňovac ovacích ch medií vzduch levný, nízkn zká výhřevnost plynu O 2 vyšší výhřevnost vodní pára zvyšov ování obsahu vodíku směs s vzduchu (nebo O 2 ) a vodní páry CO 2 H 2 zvyšov ování obsahu metanu zvyšov ování obsahu vodíku 17

18 Dehet: Přítomnost dehtu je jedním z hlavních problémů při energetickém využívání energoplynu. Definice dehtu Tar Protocol... jedná se o veškeré organické látky s bodem varu vyšším než má benzen (80,1 C) Tvorba dehtu:

19 Rozdělení dehtu: Podle vzniku dehtu: primární dehet bezprostřední produkty pyrolýzy, aldehydy, alkoholy, furany, apod. sekundární dehet stabilnější fenoly a olefiny terciální dehet stabilní látky: alkylaromáty(styren, xylen, toluen,...), PAHy (inden, naftalen, pyren, atd...) Klasifikace podle schopnosti kondenzace a rozpustnosti ve vodě: 1. nedetekovatelné pomocí plynové chromatografie 2. heterocyklické sloučeniny 3. aromatické uhlovodíky (jednokruhové) 4. lehké polyaromatické uhlovodíky (2 3 kruhové PAH) 5. těžké polyaromatické uhlovodíky (5 6 kruhové PAH) 6. neidentifikovatelné při plynové chromatografii

20 Primární metody eliminace dehtu: výhodou je jejich přímá aplikace v generátoru, není však možno dosáhnout úplného odstranění dehtů Tepelné krakování teploty C podle typu dehtu dehty z biomasy jsou teplotně stabilnější kontakt s otápěným povrchem přívod vzduchu ochlazení, ztráta výhřevnosti Parciální oxidace Katalytické krakování dehet z biomasy obsahuje vysoce stabilní PAHy pro jejich odstranění je nutná přítomnost katalyzátorů vápenaté materiály, zejména olivín a dolomit dosaženo až 20 ti násobné snížení dehtu 0,5 2 g/nm 3

21 Sekundárn rní způsoby odstraňov ování prachu a dehtu odstraňov ování prachu horký cyklon mokré elektrostatické odlučova ovače bariérov rové filtry mokré metody odstraňov ování dehtu termický rozklad mokré metody použit ití aktivního uhlí katalytické metody 21

22 Mokrá vypírka nevýhody praček mařen ení tepla spotřeba prací kapaliny nízká účinnost vypírky produkce znečištěné kapaliny 22

23 Sekundární metody eliminace dehtu: výhoda: vysoký stupeňčistoty plynu nevýhodou je nutnost instalace dalších zařízení Katalytické štěpení dehtů vlastnosti katalyzátorů: levné, pevné, odolné proti otěru, odolné proti deaktivaci, spékání, regenerovatelné redukce dehtu je podmíněna přítomností vodní páry nebo CO 2 C n H m + n H 2 O n CO + (n + m/2) H 2...parní reforming C n H m + n CO 2 2n CO + ( m/2) H 2...suchý reforming Dále: hydrokrakování, hydrogenace, kat. pyrolýzy, polymerace Průmyslové katalyzátory (na bázi kovů, např. Ni) Přírodní katalyzátory (vápence)

24 Katalyzátory na bázi kovů: Výhody: jsou účinnější než přírodní katalyzátory pracují za nižších provozních teplot Nevýhody: jsou náchylné k otravě sírou, popř. deaktivaci látkami, jež blokují jejich mikrostrukturu (alkálie, SiO 2 ) jsou podstatně dražší

25 Přírodní katalyzátory: Výhody: jsou dostupné a levné dosahují vysoké účinnosti štěpení dehtů nižší náchylnost k deaktivaci sírou při vysokých teplotách Nevýhody: vyšší provozní teploty náchylnost k tvorbě zakoksování suchý reforming dehet parní reforming CO +CO 2 + H 2 +CH koks termické štěpení nejedná se o nevratný proces T >840 C, d< 1,9mm, m> 0,17 kg.h.m 3 olivín, dolomit, zeolit, kalcit, vápenec

26 Güessing,, Rakousko 26

27 Güessing,, Rakousko 27

28 Lahti,, Finsko 28

29 Harboøre re,, DánskoD 29

30 Paroplynová elektrárna rna na dřevnd evní odpad Värnamo 1 zplyňovací generátor, 2 zásobníky, 3 vstupní palivové silo, 4 sušička, 5 vstupní zásobník paliva, 6 cyklónový odlučovač, 7 chladič plynu/parní kotel na sytou páru, 8 vysokoteplotní filtry, 9 výstup na fléru, 10 dotlačovací kompresor, 11 spalovací turbína, 12 parní turbína, 13 kondenzátor/teplofikační výměník, 14 kotel na odpadní teplo, 15 komín, 16 zásobníky topného oleje, 17 odvod popele. 30

31 Biofluid 100 atmosférický fluidní zplyňova ovač zplyňovac ovací medium vzduch palivo dřevní štěpka dřevní odpad stébelniny odpady čištění plynu horký katalytický filtr 31

32 Zplyňovací kotle

33 Technologie GEMOS

34 Proudění vzduchu kotlem

35 Změna konstrukce

36 Rychlostní pole

37 Koncentrace vzduchu

38 Přidány BRÝLE

39 Změna rychlostního pole

40 Zešikmení vestavby

41

42