Možnosti čištění dřevního plynu Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Fakulta technologie ochrany prostředí Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší Možnosti čištění dřevního plynu Siarhei Skoblia, Zdenek Beňo, Jiři Malecha, Petr Buryan odborný seminář Technické systémy pro energetické zplyňování Elektřina s vůní dřeva Hotel Annahof 9.12.2008 Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Zplyňování biomasy ? biomasa+O2 +(H2O) plyn + nečistoty nečistoty: jejich obsah je značně závislé na typu reaktoru a provozních podmínkách (dehet, prach, alkalicke kový.. ) jejich obsah závisi hlavně na složení paliva a je málo závisly na typu reaktoru a provozních podmínkach (N, S, Cl ..) ? naroky na čistotu plynu stoupaji nákladý spojene s čištěnim stoupaji Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Vliv zplyňovacího media a typu paliva Složení plynů při zplyňování biomasy různými médii Složení plynu, % obj. Typ zplyňovacího média vzduch O2 O2+H2O H2O H2 8-16 10-25 28-40 35-40 34,8 CO 10-18 40-60 15-25 25-30 4,3 CO2 12-16 15-30 20-40 20-25 10,1 CH4 2-6 <3 5-8 9-11 50,2 N2 45-60 <1 >C2 0,5-2 <0,5 <2 <5 - Dehet*, g.m-3 1-100 <20 Qs, MJ.m-3 4-7 9-12 10-14 10-16 >22 Zplyňováni vzduchem palivo složka Biomasa Uhlí Tříděný odpad Dehet [g.m-3] 1-10 1 >10 1 Prach [g.m-3] 1-6 1-5 1-10 H2S [ppmv] 3 20-200 2 500-20000 2 50-10000 2 HCl [ppmv] <20 2 50-500 2 >50 2 NH3 [ppm] 4 600-3000 1,2 3000-3800 1,2 600-6000 Výchozim bodem pro odhad obsahu nečistot v plynu elementarni složeni S  H2S N  NH3 Cl  HCl prchava hořlavina ≈ dehet 1 závisí na typu reaktoru 2 závisí na obsahu v palivu 3 COS je méně než 5 % H2S 4 HCN je méně než 5% NH3 Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Vliv zařízeni na vlastnosti plynu a) sušici pasmo b) pyrolýzní pasmo c) redukčni pasmo d) oxidační pasmo Typ generátoru Vlastnosti plynu Protiproud Souproud Fluidní T vys.. [oC] 50-300 250-750 700-850 Prach [g.m-3] 1-20 1-8 5-50 Dehet [g.m-3] >100 0.1-1 1-10 Typ dehtu primární terciální Qs [MJ. m-3] 5,5-7 5-5,5 4,5-5,5 Výhody Vysoká účinnost transformace, nezávislost na obsahu H2O v palivu Nízký obsah dehtu v plynu, filtrace v loži flexibilita výkonu, provozu, nízké požadavky na kvalitu paliva Nevýhody Vysoký dehet, odpadní voda Limitovaný výkon 1-2 (10) MWt požadavky na kvalitu paliva a obsahu H2O Vysoký obsah prachových častíc v plynu Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Požadavký na kvalitu plynu Požadavky na kvalitu plynu pro spalovací motory (nečistoty v plynu ) Sledovaný parametr Hodnota Vstupní teplota, °C < 40 87 Rel. vlhkost plynu, % < 80 87 Prach, mg.m-3 maximální přípustná < 50 234,67 doporučovaná 5 234 Velikost částic, m < 10 67, <  5 87 Dehet, mg.m-3 < 500 234, < 100 14,67, 50-100 121 doporučovaná: < 50 14,< 30 121  *,< 5 87 *** Kyseliny, mg.m-3 < 50** 234 Síra celková, mg.m-3 *** < 700 87 (HCl+2xHF), mg.m-3 *** < 100 87 NH3, mg.m-3 *** < 50 87, není limitován**** * nižší údaje pocházejí z publikace před rokem 1995 a souvisejí s odlišnou definicí složení dehtu a metodou jeho stanovení ** vyjádřeno ve formě kyseliny octové *** hodnoty platné pro spalování zemního plynu o energetickém obsahu 10 kWh.m-3 (36 MJ.m-3), při použití nízkovýhřevných plynů uvedené hodnoty platí pro objem plynu s energetickým obsahem zemního plynu, pro plyn s výhřevností 6 MJ.m-3 budou tyto hodnoty 6krát menší **** zvyšuje emise NOx 14Beenackers A.A.C.M., Maniatis K., Gasification Technologies for Heat and Power from Biomass for energy and environmental, Proc. 9th Eur. Bioen. Conf., Vol. 2, s. 1399 (1996) 67Hasler P., Nussbaumer T., Gas cleaning for IC engine applications from fixed bed biomass gasification, Biomass and Bioenergy, Vol. 16, (6) s. 385 (1999) 87Jenbacher AB, Kvalita pohonného plynu, Technický návod č. 1000-0300 121Milne T.A., Abatzoglou N., Evans R.J., Biomass Gasifier „Tars“: Their Nature, Formation and Conversation. National Renewable Energy Laboratory – Colorado, 1998 …. Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Složeni plynu a dehtu GC-TCD/ analyzátory GC-TCD/FID (2-3 kanaly) dehet dle „Tar protocol“ k. roztok GC-MS GC-FID dehet Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Dehet a stanoveni jeho obsahu v plynu primární dehet (100-200 g/m3) sekundární dehet (10-100 g/m3) terciární dehet (1-10g/m3) Stanovení složení dehtu a jeho obsahu (absorpce „dehtu“ v absorčním roztoku (acetonu, i-propylalkoholu, toluenu) Gravimetrické stanoveni (Wtarg) suma dehtu, naftalen a výševroucí sloučeniny (ztráty: T, X, EB, inden, až 80% naftalenu) Chromatografické stanovení (WtarGC) suma jednotlivých složek dehtu toluen (Mr=92) až koronen (Mr=300) Wtarg < WtarGC Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Čištění plynu Primární opatření (probihajicí přimo při vzniku plynu v generátoru) dvou a vice stupňove procesy s pevným ložem kombinujici pyrolýzu, parciali oxodaci, a zpyňovani/spalovani pevného zbytku použiti katalyzátoru/adsorbentu v generatorech s fluidni vrstvou (parni reforming, parcialni oxidace, chemisorbce H2S, konverze NH3) 2. Sekundární opatřeni (probihajici za generátorem) vysokoteplotni (suché) filtrace, adsorbce H2S, katalytické štěpeni dehtu, NH3 nizkoteplotní (mokré) kondenzace a vypraní kapalným mediem-voda, organické prací kapaliny Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Teplotní rozmezi procesu Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Odstraňování prachových částic Cyklony K jejim hlavním výhodám patří jednoduchá konstrukce, nízká tlaková ztráta a použitelnost při vysokých teplotách. Účinnost odstraňování částic prachu je úměrná rychlosti vstupujícího plynu a nepřímo úměrná průměru cyklonu, pro vyšší míru odstranění prachu se v praxi používá spojení více cyklonů menšího průměru usazovací rychlost uu usazovací rychlost a velikost částic 1 hustota častíce vr obvodová rychlost r poloměr zakřivené dráhy Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Odstraňování prachových částic Barjerové filtry Podstatou funkce bariérového filtru je separace prachových částic z plynu na porézní podložce prostupné pro plyn. Velikost zachycených částic a účinnost filtrace závisí u bariérových filtrů na velikosti pórů, která se obvykle pohybuje v rozmezí 0,5 až 100 m nevyhodou je použiti pouze pro odstraňováni suchých a nelepivých častíc el. solenoid RUKAV tl. plyn Rukavové filtry tvorené různými tkaninami min tepl. rosný bod H2O, dehtu nad 100°C max. odolnosti materiálu vůči teplotě <250°C Keramické filtry (max. 650°C koroze alkalickymi kovy ) Sintrované metalické filtry (dražší a odolnejší vůči teplotě, korozivnimu prostředí ) Filtry tvořené vrstvou zrnitého materiálu panelové filtry sesuvné filtry Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Filtrace na/v loži zrnitého materiálu zachycování prachových částic probíhá na loži zrnitého materiálu (např. písku) nedostatky filtrů s pevnou porézní membránou jsou minimalizovány maximální pracovní teplota je limitována pouze vlastnostmi zrnitého materiálu filtrace v loži filtrace na „zarostlém“ loži filtrace na povrchu filtru Sesuvný filtr Panelový filtr Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Filtrace na loži zrnitého materiálu - Panelový filtr Plyn prochází filtrační plochou, na níž postupně vzniká filtrační koláč. Pro zkrácení první méně účinné fáze filtrace v lože se jako náplň filtru používají jemnější částice písku (0,2-0,6 mm). Druhá pojistná sekce je permanentně naplněna pískem o větší velikosti částic (0,8-1,0 mm). Jakmile tlaková ztráta na filtru překročí nastavenou hodnotu, dojde k regeneraci filtračního povrchu. Tlakový ráz odstraní nejen filtrační koláč, ale i část filtračního lože znečištěného prachem. filtrace Regenerace lamely 1 a 2 náplň filtru: pisek 0,3-0,4 mm, celková účinnosti: > 99,5%. Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Filtrace v loži zrnitého materiálu – Sesuvný filtr Filtr s protiproudým uspořádáním je tvořen vrstvou zrnitého materiálu posouvaného směrem dolů. Aby nedocházelo k tvorbě filtračního koláče a nárůstu tlakové ztráty na rozhraní styku pevného a plynného média, mají částice filtračního lože větší průměr (2-5 mm). Větší prahová rychlost fluidace umožňuje provoz za vyšších filtračních rychlostí, která však snižuje účinnost filtrace a způsobuje úlet jemných částic lože. Srovnáni vlastnosti sesuvného (MBF) a panelového (PBF) filtru Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Filtrace v loži zrnitého materiálu – Sesuvný filtr Zplyňování biomasy, průtok plynu 20 m3.h-1, obsah filtru: 140 kg dolomitu (2-5 mm) tok lože 2 kg.h-1 Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Vysokoteplotní odstraňování prachu A: 450 °C, 100 % biomasa, 2,54 g.m-3, B: 525 °C, 75 % biomasa + 25 % PET, 3,70 g.m-3 B A náplň filtu: pisek 0,3až 0,8 mm plocha filtru: 202 cm2 objem 150ml max. teplota 600°C A B 0,5-0,89 mm 200x B Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Katalytické odstraňování dehtu CO + H2O  CO2 + H2 CO + 3H2  CH4 + H2O Vhodné katalyzátory Dolomit (MgCO3.CaCO3), vápenec T=750°C, konverze  80% T>850°C, 95-98% Niklové katalyzátory vysoká aktivita a rychlost deaktivace při nizkých H2O/C, teplotach (<650°C), citlive k otravě kat. jedy (H2S) metatizace 250 °C <T<350 °C pre-reforming 350 °C <T<550 °C parní (suchí) reforming 550 °C <T<750 °C T > 750 °C Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Odstraňování dehtu za modelových podmínek Mikroreaktor: 0,3 g. Kat. +0,3 g. kř. skla naftalen: 1,6 g.m-3, 112 ml.min-1, SV=9700 h-1, 8,9 % H2, 21,0 % CO2, 70,1 % N2, 24,6 g.m-3 H2O Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Odstraňování dehtu/ učínnost dolomitu Konverze uhlovodíků a dehtu na dolomitu v závislosti na teplotě palivo: 75 % dřevěné hobliny+25 % drť PET lahví, dolomit: 0,5 l, plyn: 0,5 m3.h-1, SV=1000 h-1 Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Štěpení dehtu produkovaného souproudým generátorem Modelový panelový filtr (NTNU) ID= 85mm, 57cm2, 530°C, 1,0 mn3.h-1, SV=4700 250ml olivínový písek 0,35 mm +250ml G 56A 1-2 mm Dehet<1,0 g.mn-3, příd. H2O 132 g. h-1.mn-3 Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Výsokoteplotní čištěni plynu Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

Děkuji za pozornost Skoblia S. Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008