TERMICKÉ PROCESY PŘI VYUŽITÍ ALTERNATIVNÍCH SUROVIN Most, 13.6.2013 Autor: Doc. Ing. J.LEDERER, CSc.
OBSAH PRINCIPY POUŽÍVANÝCH TERMOCHEMICKÝCH PROCESŮ VELKOKAPACITNÍ REALIZACE TERMOCHEMICKÝCH PROCESŮ MALÉ PROCESY (?) V APLIKACI OBNOVITELNÝCH (ODPADNÍCH) SUROVIN
Proč termochemické procesy Velké molekuly Malé molekuly
TERMOCHEMICKÉ PROCESY Spalování - reakce s molekulárním kyslíkem - dochází při něm k produkci tepla Zplyňování - tepelný proces, při kterém se organické sloučeniny rozkládají na hořlavé plyny působením vysoké teploty (v přítomnosti vody a kyslíku) Parní reforming - katalytická reakce uhlovodíků s vodní parou za vzniku oxidu uhelnatého a vody Parciální oxidace je reakce uhlovodíkové suroviny s kyslíko-parní směsí - hlavními produkty jsou oxid uhelnatý a vodík. Pyrolýza - nekatalytický radikálový proces štěpení uhlovodíků na nižší uhlovodíky především olefíny
PARNÍ REFORMING VELKOKAPACITNÍ VÝROBA VODÍKU CH 4 +H 2 O CO+3 H 2 ΔH= +206.28 kj/mol
PARCIÁLNÍ OXIDACE Reakce s kyslíko-parní směsí C n H m +n/2o 2 nco+m/2h 2 C n H m +n H 2 O nco+(m/2+n)h 2 Surový plyn, obj.% CO 2 4.07 CO 46 H 2 49 CH 4 0.2 H 2 S 0.7 COS 0.03 C n H m +no 2 n CO 2 +m/2h 2
PYROLÝZA C 2 H 6 C 2 H 4 +H 2 ΔH= +144,53 kj/mol ETHYLENOVÁ JEDNOTKA 1,5 mil. tun surovin T = 800 C Spotřeba zemního plynu 0,15 kg / 1 kg suroviny
Izolace produktů pyrolýzy Ethan Propan LPG C4 fr. C5 fr. C9 fr. Benzin HCVD APO PYROLÝZNÍ PECE 4 x GK6 5 x SRT III SRT I 3 1.-5. st. 1 2 Methan Vodík 6 7 4 5 Topný Olej Plyn. Olej Ethylen 8 9 1-primární kolona (olejová pračka) pyrolýzního plynu, 2-stripovací kolona pyrolýzního oleje, 3-prací kolona (vodní pračka) pyrolýzního plynu, 4-odlučovač prací vody, 5-stripovací kolona pyrobenzinu, 6-turbokompresor, 7-coldbox, 8-demetanizér, 9-deetanizér, 10-ethylenová kolona, 11- depropanizér, 12-propylénová kolona, 13-debutanizér, 14-depentanizér, 15-BTX kolona, 16-redestilační kolona C9 frakce L+TPB 10 DPG 11 C5 fr. 12 13 14 15 TPB těžký pyrolýzní benzin, LPB lehký pyrolýzní benzin, DPG hydrogenační jednotka (Droping Pyrolysis Gasoline) TPB Etha n H 2 C10 fr. Naftalen Proplachový Olej LPB Propylen Propan H 2 C4 fr. Benzen PYROTOL C9 fr. 16 C9 + fr.
VYUŽITÍ TERMICKÝCH PROCESŮ PRO VYUŽITÍ ALTERNATIVNÍCH SUROVIN malé procesy Navrhují se postupy: Zajímavé názvy (vysokoteplotní oxidace, termická a katalytická depolymerace, termické štěpení, pomalý termický rozklad ) 1. Spalování malé spalovny 2. Zplyňování zplyňování vzduchem (nikoli kyslíkem) 3. Pyrolýza PTR
ZRALÝ PROCES TECHNOLOGICKÉ DETAILY NIKOLI PRINCIPY
POROVNÁNÍ VELKÝCH A MALÝCH PROCESŮ KDY JE PROCES ŽIVOTASCHPNÝ RACIONÁLNÍ PROVOZ DRAHÉ PRODUKTY (maximální konverze,selektivity) ZPRACOVÁNÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ DOKONALÉ VYUŽITÍ TEPLA VELKÉ PROCESY KONTINUÁLNÍ ETHYLEN, PROPYLEN, BENZEN, VODÍK VODÍK ŽÁDNÉ LEVNĚJŠÍ PRODUKTY TOPNÉ OLEJE, SAZE, PLYNY PINCH MINIMUM TEPELNÝCH ZTRÁT EKOLOGIČNOST ŽÁDNÉ EMISE, SEPARACE H 2 S, HCN ODPADNÍ VODY - BIČ BEZPEČNOST VYSOKÝ STUPEŇ M&R T = 500 až 1300 C LOGISTIKA STÁČENÍ A SKLADOVÁNÍ TOXICKÝCH LÁTEK
POROVNÁNÍ VELKÝCH A MALÝCH PROCESŮ - SPALOVÁNÍ KDY JE PROCES ŽIVOTASCHPNÝ DRAHÉ PRODUKTY ZPRACOVÁNÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ EKOLOGIČNOST BEZPEČNOST VELKÉ PROCESY RACIONÁLNÍ VYUŽITÍ TEPLA, TEPLOTNÍ ÚROVNĚ SKLÁDKOVÁNÍ POPELOVIN SORBENTŮ TŘÍSTUPŇOVÉ ČIŠTĚNÍ SPALIN, EMISE VYSOKÝ STUPEŇ M&R, T= 1100 C, NEHOŘLAVÉ PRODUKTY MALÉ PROCESY LOKÁLNÍ VYUŽITÍ TEPLA, VÝROBA ELE S MALOU ÚČINNOSTÍ SKLÁDKOVÁNÍ/DOPRAVA ČIŠTĚNÍ SPALIN - MOŽNÉ NIŽŠÍ STUPEŇ M&R LOGISTIKA VELKÉ VZDÁLENOSTI LOKÁLNÍ
MODERNÍ REALIZOVANÁ SPALOVACÍ ZAŘÍZENÍ Měrné výrobní emise hlavních znečišťujících látek vztažené na využitelnou vyrobenou energii ZDROJ PALIVO VÝKON MĚRNÉ EMISE (kg/mwh) CO SO 2 TOC Násypná šachtová kamna U5P Černé uhlí 6 kw 16,4 2,2 7,8 Ručně ovládaný teplovodní kotel DAKON Černé uhlí 22,2 kw 10,0 0,6 5,8 DIOXINY VE VELKÉ SPALOVNĚ Produkce dioxinů ze spaloven SKO ve vztahu k produkci dioxinů z domácích topenišť v roce 2006 1% Elektrárenský kotel s fluidním ohništěm a odsířením Hnědé uhlí 135 MW 0,49 1,32 0,89 99% Domácí topeniště Spalovny SKO Bez větších komentářů lze z hlediska emisí konstatovat, že velké spalovny dokonale vybavené jednotlivými čistícími stupni představují minimální emisní riziko při vysokém stupni využití odpadů na energie.
POROVNÁNÍ VELKÝCH A MALÝCH PROCESŮ - PYROLÝZA KDY JE PROCES ŽIVOTASCHPNÝ DRAHÉ PRODUKTY DOKONALÉ VYUŽITÍ TEPLA EKOLOGIČNOST BEZPEČNOST LOGISTIKA VELKÉ PROCESY ETHYLEN, PROPYLEN, BENZEN, VODÍK ENDOTERMNÍ MINIMUM TEPELNÝCH ZTRÁT ŽÁDNÉ EMISE, SEPARACE H2S, ODPADNÍ VODY - BIČ VYSOKÝ STUPEŇ M&R REACH, T 800-1100 C DOKONALÉ PROPOJENÍ S RAFINÉRIÍ MALÉ PROCESY SMĚSNÝ PLYN PALIVO PYROOLEJE NE PALIVA UHLÍK NE AKTIVNÍ UHLÍ ENDOTERMNÍ/CHLAZENÍ VODOU/VZDUCHEM PRANÍ KYSELÝCH PLYNŮ? ODPADNÍ VODY? HOŘLAVÉ PLYNY, POLYAROMÁTY EJ&RAF NEJSOU VYBAVENY PRO STÁČENÍ
MALÉ PYROLÝZY BIOMASA, ODPADNÍ PLASTY OPTIMISMUS VS. REALITA
Pyrolýza pneu? Hmotnostní složení typické pneu Kaučuk 41% Plniva (saze, silika, atd.) 30% Vystužovadla (Nylon, ocel atd.) 15% Plastifikátory (Olej) 6% Vulkanizační chemikálie 6% (Síra, ZnO atd.) Antioxidanty atd. 2%
hm[%] DISTRIBUCE PRODUKTŮ MALÉ PYROLÝZY 120 550 C 500 C 500 C 550 C 560 C 560 C 100 80 29 17,2 44,8 10 6,8 6,5 35 37,6 38,1 60 33,5 Plynná fáze Pevná fáze 40 Kapalná fáze 20 38 38 55 55,6 55,4 0 Pyromatic Laresgoiti Boxioning González Cunliffe
CHEMICKÉ VYUŽITÍ PYROLÝZNÍ KAPALINY PYROLÝZOU ZÍSKÁME VYUŽITELNÝ PLYN, MOTOROVÁ PALIVA, VYUŽITELNÝ UHLÍK PŘÍPAD TEPLOTA C BENZEN TOLUEN XYLENY 1 550 0,8 2,9 5,5 2 650 4,1 6,6 12 3 500 1,3 6,7 5,7 4 600 0,1 0,8 - PRO PALIVA.VÍCESTUPŇOVÁ DESTILACE, VYSOKOTLAKÁ HYDROGENACE, Síra -10 ppm, aromáty omezeny PRO PETROCHEMICKÉ AROMÁTY.. DESTILACE, TOTÁLNÍ ODSÍŘENÍ, NÍZKÉ VÝTĚŽKY
POROVNÁNÍ VELKÝCH A MALÝCH PROCESŮ ZPLYŇOVÁNÍ (POX) KDY JE PROCES ŽIVOTASCHPNÝ DRAHÉ PRODUKTY ZPRACOVÁNÍ VEDLEJŠÍCH PRODUKTŮ DOKONALÉ VYUŽITÍ TEPLA EKOLOGIČNOST BEZPEČNOST VELKÉ PROCESY VODÍK VODÍK/CO BEZ DUSÍKU SAZE ÚPRAVA NA DEFINOVANÝ VÝROBEK PINCH MINIMUM TEPELNÝCH ZTRÁT ŽÁDNÉ EMISE, SEPARACE H2S, HCN ODPADNÍ VODY - BIČ VYSOKÝ STUPEŇ M&R REACH, T = 1300 C MALÉ PROCESY NÍZKO VÝHŘEVNÝ SMĚSNÝ PLYN NEŘEŠÍ SE CHLAZENÍ VODOU/VZDUCHEM PRANÍ KYSELÝCH PLYNŮ? ODPADNÍ VODY? BENZEN, VODÍK, CO POLYAROMÁTY
ZPLYŇOVÁNÍ VZDUCHEM - PŘÍKLAD Složení plynu za reaktorem Plyn za reaktorem [% obj.] CO2 10 H2 5 Spalné teplo plynu: Q s = 7,1 MJ/m 3 CO 8 CH4 4 N2 63 C2H6 0,3 C2H4 4 C3+ 3
ZÁVĚR: QUIDQUID AGIS, PRUDENTER AGAS ET RESPICE FINEM HROZBA DRAMATICKÉHO ÚBYTKU LESNÍCH POROSTŮ Jess, DGMK 2012