VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ENERGETICKÝ ÚSTAV VÝZKUM ZPLYŇOVÁNÍ BIOMASY A KOMUNÁLNÍHO ODPADU V ATMOSFÉRICKÉM FLUIDNÍM LOŽI Zdeněk Skála, Ladislav Ochrana, Martin Lisý, Marek Baláš, Přemysl Kohout, Sergej Skoblja

Zplyňování Termochemická konverze organického materiálu bez přístupu kyslíku při teplotě 750 – 1000°C Zplyňovací medium: vzduch, pára, vzduch obohacený kyslíkem Složení produkovaného plynu závisí na použitém palivu, typu zplyňovače, teplotě, tlaku, zplyňovacím mediu. Obecné složení plynu: Nečistoty CH4 3÷5 % prach H2 8÷12 % dehet CO 12÷18 % sloučeniny síry CO2 15÷20 % sloučeniny chloru N2 48÷60 % sloučeniny alkalických kovů Výhřevnost 4,5÷7 MJ/mn3 sloučeniny dusíku Přínos zplyňování spočívá zejména ve zvýšení účinnosti využívání energie biomasy, zejména při kogeneraci.

Atmosférický fluidní generátor Biofluid 100 Základní parametry: Tepelný výkon: 100 kWt Spotřeba paliva: max. 40 kg/h Průtok vzduchu: max. 50 mn3/h Standardní provozní podmínky: Spotřeba paliva: cca. 20 kg/h Průtok vzduchu: cca. 25 mn3/h

Zplyňování biomasy a odpadů zaměření na nedřevní biomasu a odpady problematické je zplyňování stébelnin, zejména slámy: nízká teplota sintrace popele obsah síry, chlóru, alkálií detailně bylo testováno 15 vybraných druhů biomasy : smrk, borovice, bříza, buk, topol, vrba, akát amarant, pšeničná sláma, řepková sláma, kukuřice, šťovík, sléz, saflor, pazdeří

Sledované parametry paliv a plynu: Hrubý rozbor (obsah vody, popele, hořlaviny) Prvkové složení paliva: C, H, N, O, Cl, F, S Výhřevnost a spalné teplo Biochemická analýza : třísloviny, lignin, holocelulóza, prysk. látky Složení popele : cca. 20 složek charakteristické teploty popele: (sintrace, měknutí, tání, tečení) Složení plynu On-line: CO2, CO, NOx, SOx, O2 One-Off: CO2, CO, N2,H2, CH4, C2-C6, H2S, Benzen, Toluen, atd. Obsah dehtu a prachu Obsah HCl, HF a NH3 Vlhkost plynu Výhřevnost a spalné teplo For detailed Knowlages about generated gas we need detailed gas composition. Gas composition measurement was carried out in two ways. One was an on-line monitoring of gas composition (CO, CO2, O2, SOx, NOx, TOC) carried out throughout the duration of every experiment, in the other, simultaneously, samples of gas were collected in gastight glass-made sample containers and these then were analyzed (CO, CO2, O2, N2, H2, CH4, C2 -C6, H2S). Samplings for the determination of tars in the gas were carried out in line with Tar Protocol [9]. Samples for the establishment of presence of HCl, HF and NH3 in the gas were trapped in NaOH solution.

Monografie: Energetické parametry biomasy

Metody odstraňování dehtu ČIŠTĚNÍ PLYNU Dominantním problémem čištění produkovaného plynu je odstranění dehtu! Metody odstraňování dehtu Primární metody: tepelné krakování, parciální oxidace dávkování katalyzátoru přímo do fluidního generátoru Sekundární metody: Pračky plynu Použití přírodních katalyzátorů (vápenec, olivín, dolomit, atd.) Použití průmyslových katalyzátorů (zinek, nikl, atd.)

Základní popis HKF Elektrické otápění: 3 samostatné sekce max. příkon 25 kWe provozní příkon cca 10kW Provozní teplota: 800-1200°C Optimální průtok: 25 Nm3 za hodinu Katalyzátor: dolomit zrnitost 2-5 mm

Schéma zapojení

Dosažené výsledky při optimálních podmínkách: Průměrný obsah dehtu: Před dolomitovým filtrem: 3-5 g .mn-3 Za dolomitovým filtrem : 5-30 mg .mn-3 (25 mn3.h, 850-870°C) Průměrný obsah prachových částic: Před dolomitovým filtrem : 2-4 g .mn-3 Za dolomitovým filtrem : 10-80 mg .mn-3 (25 mn3.h, 850-870°C) Vzorek prachu obsahoval přes 94% suchého otěru z dolomitu. Průměrné složení plynu CO2 H2 CH4 CO Etan Etylen Acetylen Benzen Toluen Ostatní Před filtrem %obj. 16.3 12.9 2.75 16.0 0.10 0.91 0.18 0.14 0.03 0.05 Za filtrem %obj. 17.7 16.12 1.68 20.66 0.006 0.04 0.02 0.000

Čištění pomocí kovových katalyzátorů Otápěno elektricky Maximální provozní teplota: 900°C Maximální průtok plynu: 30 m3n/h Ochranné lože: Pro odstranění síry náplň: dolomit, oxidy Fe, Zn Katalytické lože: Objem katalyzátoru: 2 litry 5 druhů katalyzátoru

Schéma rozšířené trati

Prozatímní dosažené výsledky Složení plynu před za CO2 12,92 6,93 H2 17,66 27,11 CO 6,77 16,56 CH4 3,76 0,47 CxHy 1,73 0,15 N2 56,43 48,21 Q 6,01 5,88 Odstranění dehtů Dehet před Dehet za Účinnost odstranění [mg.mn-3] % 1081 127 88,3 800,6 119,5 85,1 1017,8 78,5 93,5

Připojení spalovacího motoru: otáčky 3000 min-1, el. výkon 22kW výstupy zapojeny do páteřní sítě FSI VUT původně jednotka bez úprav, s výjimkou směšovače kompletní on-line snímání všech vstupních i výstupních dat

Záznam výkonové křivky

Další potřebné kroky dokončit a optimalizovat systém čištění energoplynu navrhnout a instalovat systém regulace KJ pomocí Lambda sondy – již hotovo optimalizovat spojení fluidního generátoru a následného systému čistění plynu s KJ, aby nedocházelo k vzájemnému negativnímu ovlivňování

Závěr Tato prezentace předkládá stručný přehled výzkumu zplyňování biomasy a odpadů, čištění energoplynu probíhajícího na FSI v Brně pomocí katalytických metod. V současnosti je možné pomocí instalovaných zařízení dosáhnout požadované čistoty plynu pro jeho aplikaci do spalovacího motoru. Získané zkušenosti a poznatky z dosavadního provozu dávají velkou naději, že zvolená cesta povede k vytvoření funkční technologie spojení fluidního zplyňovacího generátoru s kogenerační jednotkou se spalovacím motorem

Děkuji za pozornost Poděkování: Výzkum fluidního zplyňování probíhá za finanční podpory MPO, MŠMT a GAČR: GA101/04/1278 - Energetické parametry biomasy GA101/06/0650 - Výzkum čištění energoplynu Doktorský projekt GAČR 101/03/H064 „Energie z biomasy“, Výzkumný záměr MŠMT č. MSM 0021630502 „Ekologicky a energeticky řízené soustavy zpracování odpadů a biomasy“ EUREKA OE 146: Horký filtr na čištění plynu vyrobeného zplyňováním Děkuji za pozornost