Zplyňování biomasy – možnosti uplatnění

Ing. Michael Pohořelý1,2, Ing. Michal Jeremiáš1,2, Ing. Siarhei Skoblia, Ph.D3, Ing. Petra Kameníková1,

doc. Ing. Karel Svoboda, CSc.1, Ing. Markéta Tošnarová1,Ing. Michal Šyc, Ph.D.1, Ing. Miroslav Punčochář, DSc.1 a

Ing. Leoš Gál4

1Ústav chemických procesů AV ČR, v.v.i., Rozvojová 135, 165 02 Praha 62Ústav energetiky, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6

3Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 64Česká technologická platforma pro užití biosložek v dopravě a chemickém průmyslu,

Dělnická 12, 170 00 Praha 7

Ústav chemických procesůAkademie věd ČR

CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁV PRAZE

VYSOKÁ ŠKOLA

Energetické využití biomasy

Biomasa

Suché procesy(termochemické procesy)

Mokré procesy(biochemické procesy)

Fyzikálně-chemické procesy

Spalování (teplo)

Zplyňování (generátorový x syntézní plyn)

Pyrolýza (pyrolýzní plyn, olej,

koks/polokoks)

Anaerobní fermentace

(bioplyn)

Aerobní fermentace(teplo)

Alkoholové kvašení (etanol)

Extrakce, esterifikace bioolejů

(metylester)

Peletizace, Briketování

Termochemické procesy

ProcesStechiometrický

koeficient vzduchu

Celkové tepelné zabarvení

Hlavní produkty

Spalování λ < 1 Exotermní Teplo

Zplyňování 0,2 < λ < 0,8Autotermní/Endotermní

Generátorový plyn/

Syntézní plyn

Pyrolýza λ = 0 EndotermníPyrolýzní plyn, Pyrolýzní olej,Koks/Polokoks

Zplyňování

Palivo + zplyňovací médium (vzduch, O2, pára, CO2)

H2 + CO + CH4 + minoritní sloučeniny + CO2 + H2O + (N2)

+ nečistoty (dehet, prach, sloučeniny síry, chloru apod.)

Teplo

Zplyňování (princip)

222 HCOOH CO

222 H2COO H2C COCO C 2

22 HCOOHC

22 COOC COO 1/2C 2

Olofsson I, Nordin A, Söderlind U: Initial Review and Evaluation of Process Technologies and System Suitable for Cost-Efficient Medium-Scale Gasification for Biomass to Liquid Fuels (2005).

Zplyňování (přísun tepla)

PlynPlyn

Autotermní zplyňování Alotermní zplyňování

Biomasa

Vzduch nebo O2/pára

Zplyňování +

částečné spalování Teplo

Pára

ZplyňováníBiomasa

H. Hofbauer: Fluidized Bed Gasification – State of Technology. International Conference on Biomass gasification for an efficient provision of electricity and fuels - state of knowledge, Leipzig (2007).

Vlastnosti plynu závisí na:

• Fyzikálně chemických vlastnostech paliva.• Typu zplyňovacího generátoru.• Provozních podmínkách generátoru.

1) Zplyňovací médium.2) Stechiometrický koeficient vzduchu (autotermní

zplyňování).3) Teplota.4) Tlak.5) Přítomnost katalyzátorů (ve fluidním loži).6) Doba zdržení v reakční zóně.7) Tepelné zatížení.8) Způsob dávkování.

Příklad složení plynu (majoritní složky)

Zplyňování vzduchem

(autotermní)

Zplyňování párou

(alotermní)

Zplyňování směsí H2O+O2

(autotermní)

Výhřevnost [MJ/Nm3]

4 – 6 12 – 14 12 – 15

H2 [%] 11 – 16 35 – 40 25 – 30

CO [%] 13 – 18 25 – 30 30 – 35

CO2 [%] 12 – 16 20 – 25 23 – 28

CH4 [%] 3 – 6 9 – 11 8 – 10

N2 [%] 45 – 60 < 1 < 1

Typy zplyňovacích generátorů

• Generátory se sesuvným ložem (fixed bed).

• Hořákové generátory (entrained flow).

• Generátory s fluidním ložem (fluidized bed).

Čištění plynu – nutná podmínka jeho aplikace

Zplyňování

Odstraněnídehtu

Čištěníplynu

Biomasa

Zplyňovací médium

Generátorovýplyn

+ dehet+ nečistoty

Vyčištěnýplyn

Sekundární opatření

Aplikace

Primární opatření

Devi L, Ptasinski K, Frans J: A Rewiev of the Primary Measures for Tar Elimination in Biomass Gasification Processes, Biomass and Bioenergy 24, 125-140 (2003).

Použití plynu ze zplyňování

Biomasa Zplyňování

KVET

Transportní paliva

Ostatní

Hofbauer H: Vergasung − ein Baustein zur Realisierung von Polygeneration. Symposium Polygeneration, Güssing (2005).

KVETT

eo

reti

cká

ele

ktr

ická

účin

no

st

[%]

Elektrický výkon [kWel]

Te

ore

tic

káele

ktr

ická

účin

no

st

[%]

Elektrický výkon [kWel]

Hofbauer H: Vergasung − ein Baustein zur Realisierung von Polygeneration. Symposium Polygeneration, Güssing (2005).

Výhody zplyňování oproti spalování

• Převedení tuhého paliva s velkým měrným objemem (biomasa) na plynné palivo s možností spalování v tepelných strojích.

• Syntéza alternativních paliv.• Kogenerace s vyšším teplárenským modulem.

– Nižší měrné a provozní náklady.

– Úspora primárních paliv na jednotku výkonu.

– Snížení produkce CO2, SO2, NOX, TZL, POP apod. na jednotku el. výkonu.

Transportní paliva

Syntézní plyn

Methanol

H2 MTBE

DME

M85

Fischer-TropschFe, Co, Ru

Benzín

Nafta

SNG

Upraveno dle: P.L. Spath, D.C. Dayton: Preliminary Screening – Technicaland Economic Assessment of Synthesis Gas to Fuels and Chemicals with Emphasis on the Potential for Biomass-Derived Syngas. NREL/TP-510-34929 (2003).

Děkuji za pozornost.

email: pohorely@icpf.cas.cz, pohorelm@vscht.cz