Zplyňování biomasy – možnosti uplatnění Ústav chemických procesů Akademie věd ČR CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE VYSOKÁ ŠKOLA 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 6 2Ústav energetiky, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6 3Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší, VŠCHT, Technická 5, 166 28 Praha 6 4Česká technologická platforma pro užití biosložek v dopravě a chemickém průmyslu, Dělnická 12, 170 00 Praha 7

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 Alkoholové kvašení (etanol) Extrakce, esterifikace bioolejů (metylester) Peletizace, Briketování

Termochemické procesy Stechiometrický koeficient vzduchu Celkové tepelné zabarvení Hlavní produkty Spalování λ < 1 Exotermní Teplo Zplyňování 0,2 < λ < 0,8 Autotermní/ Endotermní Generátorový plyn/ Syntézní plyn Pyrolýza λ = 0 Pyrolýzní plyn, Pyrolýzní olej, Koks/Polokoks

Zplyňování H2 + CO + CH4 + minoritní sloučeniny + CO2 + H2O + (N2) 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) 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) Plyn Autotermní zplyňování Alotermní zplyňování Biomasa Vzduch nebo O2/pára Zplyňování + částečné spalování Teplo Pára Zplyňování 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. Zplyňovací médium. Stechiometrický koeficient vzduchu (autotermní zplyňování). Teplota. Tlak. Přítomnost katalyzátorů (ve fluidním loži). Doba zdržení v reakční zóně. Tepelné zatížení. Způsob dávkování.

Příklad složení plynu (majoritní složky) Zplyňování vzduchem (autotermní) Zplyňování párou (alotermní) Zplyňování směsí H2O+O2 Výhřevnost [MJ/Nm3] 4 – 6 12 – 14 12 – 15 H2 [%] 11 – 16 35 – 40 25 – 30 CO [%] 13 – 18 30 – 35 CO2 [%] 12 – 16 20 – 25 23 – 28 CH4 [%] 3 – 6 9 – 11 8 – 10 N2 [%] 45 – 60 < 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 Odstranění dehtu Čištění plynu Biomasa Zplyňovací médium Generátorový plyn + dehet + nečistoty Vyčištěný 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 KVET Zplyňování Biomasa Transportní paliva Ostatní Hofbauer H: Vergasung − ein Baustein zur Realisierung von Polygeneration. Symposium Polygeneration, Güssing (2005).

KVET 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 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