je použitelný ke kogenerační výrobě elektrické je skladovatelný a po úpravě může být použit i v rozvodech pro zemní plyn

Využití bioplynu Bioplyn - hořlavý a energeticky bohatý plyn je použitelný ke kogenerační výrobě elektrické energie a tepla, je skladovatelný a po úpravě může být použit i v rozvodech pro zemní plyn je použitelný k pohonu vozidel je využitelný v palivových článcích k přímé výrobě elektrické energie.

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Standardní spalné teplo látky (Superior calorific value) je rovno standardní spalné entalpii, kde voda je v kapalném stavu (voda vzniklá spálením látky) Výhřevnost látky (Inferior calorific value) je rovna standardní spalné entalpii, kde voda je v plynném stavu (je nižší o výparné teplo vody)


Výhřevnost CH4 = 802,82 kJ/mol 35,8 MJ/Nm3 9,94 kWh/Nm3

1 Nm3 bioplynu (65,6 % CH4)

23,5 MJ/Nm3

(energetický potenciál) - výhřevnost

6,528 kWh/Nm3

z 1 Nm3 BP (65,6 % CH4) se může využít:

2,2 kWh el

elektrické energie průměr 33,7 % využití (max.41%)

tepelné energie


3,54 kWh tep (54,2 % využití)

Využití pouze tepla


Kogenerační využití bioplynu teplo a elektrický proud Plynový motor JENBACHER s generátorem elektrického proudu

generátor

plynový motor



sedla ventilů hlava válce Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti


ÚČOV Praha Kogenerační jednotky MWM Deutz (celkový počet jednotek na ÚČOV – 5)

Každá z nich má elektrický výkon 0,964 MWe a tepelný výkon 1,489 MWt. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Buňky kogeneračních jednotek na BPS (izolované tepelně a proti hluku) výfuk

sání


Buňky kogeneračních jednotek na BPS (izolované tepelně a proti hluku)


Sání a výfuk motoru


výfuky motorů


Prvky bioplynového rozvodu (vždy žluté)


Stoly na chlazení motorů (maření přebytečného tepla)





Středotlaký kotel na výrobu páry pro hygienizační jednotku


Středotlaký kotel na výrobu páry pro hygienizační jednotku


Řízení motoru podle produkce bioplynu a měření kvality bioplynu


Kontinuální měření kvality bioplynu

CH4 CO2 O2 H2S


Kontrola a centrální řízení provozu celé BPS


Vizuální kontrola provozu


Konec přednášky 24.11.


Rizika exploze při výrobě bioplynu Dolní mez výbušnosti pro metan je 5 % obj. v kyslíku nebo vzduchu Horní mez výbušnosti pro metan je 15 % obj. v kyslíku nebo vzduchu Po iniciaci této směsi počátečním impulsem dojde k zapálení (výbuchu) (iniciace je zahřátí směsi na autoiniciační teplotu, stačí zahřát nepatrný objem, exotermická reakce nastartuje a rychle se šíří) Aktivní zdroje iniciace dle ČSN EN 1149‐1:  Elektrická jiskra Mechanická jiskra Statická elektřina Samovznícení


Bezpečnost při zacházení s bioplynem Rozsah ochranných opatření: Zóna

Zdroje iniciace musí být spolehlivě vyloučeny

0

V normálním provozu Při očekávaných poruchách Při výjimečných poruchách

1

V normálním provozu Při očekávaných poruchách

2

V normálním provozu


Statická elektřina Poklop na anaerobním reaktoru UASB pro čištění vod (s volnou hladinou) – antistatický plast

Zóna 0 a 1 Požadavky na antistatické vlastnosti plastových poklopů daných ČSN 33 2030

nárosty oxidované síry ze sulfanu v bioplynu


Zušlechtění bioplynu - odstranění CO2 Biomethan – kvalita zemního plynu Energie obsažená v bioplynu ve formě CH4 ‐ zejména její tepelná složka není všude využívána úplně Využití je omezeno lokálními podmínkami a obtížnostmi distribuce Převedení bioplynu na biomethan a jeho vtláčení do sítě zemního plynu je řešení, jak využít energii CH4 tam, kde je potřeba, využívá se již existující distribuční soustavy Použití stlačeného biomethanu (RCNG) pro pohon vozidel ekologický provoz, nezávadné výfukové plyny, důležité zejména v městském provozu


Výhody biomethanu kvalita

srovnatelná se ZP => možnost vyskladnění do plynovodní sítě => palivo pro pohon vozidel (CNG)

hustá síť plynovodů v ČR vyšší účinnosti energetického využití oproti bioplynové stanici (kogenerace) regulovatelný a skladovatelný zdroj energie stálý zdroj obnovitelný zdroj -> neutrální z hlediska emisí CO2

Nevýhody biomethanu  nedostatečná

legislativa

omezený potenciál čištění a úprava plynu velké investiční náklady Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Metody odstraňování CO2 z bioplynu • Tlaková vodní vypírka • Chemická vypírka • Adsorpce změnou tlaku (PSA) • Membránové metody • Kryogenní rektifikace


Tlaková vodní vypírka CO2 z bioplynu zjednodušené technologické schéma

Stlačený surový bioplyn je protiproudně veden do vypírací kolony, kde se ve studené vodě přednostně rozpouští CO2, Ten je v desorpční koloně odstraněn uvolněním tlaku a provzdušněním, regenerovaná čistá voda se vrací do absorpce Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Proces je založen na výrazně vyšší rozpustnosti CO2 ve vodě

rozpustnost CH4 ve vodě


rozpustnost CO2 ve vodě

Schématické znázornění procesů při absorpci





Chemická vypírka CO2 z bioplynu Kromě vody jsou k dispozici také další promývací kapaliny poskytující mnohonásobně vyšší rozpustnost absorbátu oproti vodě. Porovnání promývacích (absorpčních) činidel větší kapacita a selektivita činidla vzhledem k adsorbátu = vazební síly = nárůst energetické náročnosti desorpce  nutné nalézt kompromis mezi kapacitou, selektivitou a ekonomickou výhodností regenerace. Kapacita vody je v porovnání s ostatními chemickými nebo fyzikálními promývacími činidly nejnižší, avšak je nejdostupnější a nejlevnější.


Chemická vypírka CO2 z bioplynu

název

absorbát

Voda

CO2, H2S, NH3

Purisol

složení

tlak (bar)

teplota (°C)

H2O

4-7

3 - 30

CO2, H2S,

N-Methylpyrrolidon

>20

-20 - +40

Rektisol

CO2, H2S, NH3, COS, HCN

Methanol

>20

Selexol

CO2, H2S, NH3, COS

Polyethylenglykol -ether

Genosorb

CO2, H2S, NH3, H2O

Tetraethylenglykol dimethylether


-

-70 - -10

20-30

0 – 40

>7

0 – 40

Glykolová pračka bioplynu


Aminové vypírání CO2 z bioplynu

• • • •

název

absorbát

složení

Tlak (bar)

Teplota (°C)

MEA

CO2, H2S, COS, CS2

2,5n monoethanolamin,

>1

cca 40

DEA

CO2, H2S, COS, CS2

2n-3n diethanolamin

8-70

20-55

MDEA

CO2, H2S

N-methyldiethanolamin

>10

50-70

MEA je toxický, nutná regenerace, udávaná životnost roztoku cca 10 let úniky zcela minimální, dopad na životní prostředí zcela minimální (riziko téměř nulové) nutnost ochrany proti korozi (agresivita roztoku MEA) Lze použít i jiná činidla. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Chemická vypírka CO2 z bioplynu MEA (monoetanolamin) Hrubé technologické schéma aminové pračky

Surový bioplyn je protiproudně veden do vypírací kolony, kde se ve vypírací kapalině rozpouští CO2, Ten je v desorpční koloně odstraněn vyvařením, regenerovaná kapalina se po ochlazení vrací do absorpce Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Amínová pračka


Prozesswärmeerzeugung Variante: Auskopplung Abgaswärme


PSA (Pressure Swing Adsorption – Adsorpce se změnou tlaku) • • •

Adsorpce na molekulových sítech Pro výrobu molekulových sít se nejprve jemně rozemele černé uhlí a poté je vytlačováno (extrudováno) s přidanými polymerními částicemi s určitou velikostí . Při následném termickém zpracování se polymery rozkládají, vznikají mikropory podle velikosti polymerní částice, v nich se při adsorpci mohou vázat sorbované látky.

Adsorpce se změnou tlaku - PSA • Adsorpční proces probíhá pod tlakem. • Použité molekulové síto se regeneruje snížením tlaku a evakuací.


Hrubé technologické schéma adsorpce se změnou tlaku (PSA)

Cyklus procesu lze rozdělit do čtyř fází: – Adsorpce pod tlakem (1) – Desorpce snížením tlaku v protiproudu (2) – Desorpce pomocí evakuace (3) – Nárůst tlaku surového plynu a produktu (4) Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Pressure swing adsorption


Membránové metody Oddělování složek plynu v důsledku rozdílných rychlostí permeace pomocí tenké membrány. • Pro výrobu membrán jsou k dispozici různé materiály. Nejdůležitější skupinu materiálů představují polymerní materiály, které jsou využívány v 90 % případů. Mezi ně patří materiály jako polysulfon, polykarbonát nebo polydimethylsiloxan. (relativně levné) nevýhody: omezená selektivita, vyšší selektivita = nižší permeabilita, omezená teplotní a chemická odolnost – nutnost předúpravy bioplynu Polymerní membránou, např. z acetátu celulózy, prochází oxid uhličitý a sulfan mnohem rychleji (faktor 20 resp. 60) než methan. Anorganické materiály membrán: zlepšení nedostatků, avšak velmi nákladné materiály


Princip membránových separací

• • • • •

Protože metan také prostupuje membránou, dochází při jednoduchém modulovém uspořádání k velké ztrátě metanu. Pro snížení ztráty metanu je navzájem propojováno více membránových jednotek. Podle dostupných údajů je při dvojstupňovém modulovém uspořádání je výtěžek methanu cca 85 % a obsah metanu v produktu je 95 % obj. Zvýšením počtu membránových modulů se na jedné straně zvyšuje výtěžek methanu, na druhé straně rostou investiční náklady na zařízení. vysoký tlak – výhody z pohledu následného vtláčení methanu do distribuční sítě


∆pi

CH4

CO2 H2O H2S

NH3 N2

O2

Bioplyn

Methan

CO2-v permeátu

Membrána (aromatický polyimid)


Schéma dvoustupňové membránové separace oxidu uhličitého z bioplynu


Membránové technologie

Bruck/Leitha Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

až 500 kg/d biomethanu plnící stanice pro traktory od r. 2009


Technologické schéma kryogenní rektifikace

Stlačení plynu na 80 barů, ochlazení, odloučení kondenzátu, další ochlazení, vstup do rektifikační kolony, kapalný podíl vstupuje do další dělící kolony (vypadává CO2, odplyn recyklován); plyn z první kolony – stále znečistěn CO2 – ochlazení na -80 až -110 °C, další dělící stupeň Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Biomethan může být vtláčen do distribuční sítě zemního plynu nebo do zásobníků stanic pro zásobování vozidel pohonnými hmotami


Vozidlové plynové motory – různé aplikace český výrobce TEDOM • motory pro dopravní techniku nacházejí uplatnění: • v autobusech, nákladních vozech, železničních motorových vozidlech • stavebních a zemědělských strojích a také v říčních a pobřežních lodích.

Nákladní automobily

Autobusy


Vlaky

Lodě

Liberec 5 autobusů TEDOM C12 G


Trutnov (Osnado spol. s r.o., člen ARRIVA) Autobus TEDOM C12 G


Třebíč 3 autobusy TEDOM C12 G


Bratislava 20 autobusů TEDOM C12 G


Varna 10 autobusů TEDOM C12 G


Bristol, Anglie Bio-bus

Foto Wessex Water (Bath, England), Julian James Photography

Biobus (40 míst) je poháněn přímo biomethanem, první cestující nastoupili 20.11.2014. Nádrže na stlačený biomethan jsou na střeše, pohon plynovým spalovacím motorem. Na jednu nádrž je dojezdová vzdálenost 300 km a emise CO2 o 20 – 30% nižší než srovnatelný dieselový motor, bez dalších nebezpečných exhalací, navíc CO2recyklovaný snižující uhlíkovou stopu.


Čistírna odpadních vod z města Bristolu umístěná v Avonmouthu provozovaná firmou GENeco zpracovává 75 million m3 (19,815 million gal) odpadních vod ročně a 35000 t organického odpadu z domácností, supermarketů a výrobců potravin. Anaerobní fermentací je přemění na 17 million m3 (4491 million gal) biomethanu.

Foto Wessex Water (Bath, England), Julian James Photography

Stanice na úpravu bioplynu a plnící zařízení pro Biobus je přímo na ČOV. Pro jednu cestu Biobusu 300 km dlouhou stačí biomethan vyrobený z roční produkce odpadních vod a odpadů od 5 obyvatel. Biobus jezdí s ostatními autobusy na lince z Cribbs Causeway v jižním Gloucestershire do Stockwoodu v Bristolu, která převáží 46 500 cestujících každý týden. Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

Autobusy na bioplyn Malmo, Švédsko


je použitelný ke kogenerační výrobě elektrické je skladovatelný a po úpravě může být použit i v rozvodech pro zemní plyn

Recommend Documents