kai hasznosításának lehetőségei elgázosítással és pirolízissel

Biomasszák  energe/kai  hasznosításának    lehetőségei  elgázosítással  és  pirolízissel         Dr.  Szemmelveisz  Tamásné   Prof.  Dr.  Palotás  Árpád  Bence   Prof.  Dr.  Szűcs  István  

XIX. Főenergetikusi és Innovációs Szeminárium – Visegrád 2012. május 10.

Á"ekintés     A  szilárd  tüzelőanyagok  hasznosítása     A  biomassza  szerepe  az  energiatermelésben     Az  energe/kai  hasznosítás  elméle/  háGere     Közvetlen  tüzelés     Elgázosítás     Pirolízis  

  Korszerű  technológiák,  gyakorla/  példák       Összegzés    

  Biomasszák  hasznosítása    

  A  biomassza,  mint  energiaforrás       a  szárazföldön  és  vízben  található  élő  és  nemrég  elhalt  szervezetek  (növények,  állatok,   mikroorganizmusok)  tömege;     biotechnológiai  iparágak  termékei,  hulladékai,    melléktermékei.  

  A  termelési-­‐felhasználási  láncban  elfoglalt  helye  alapján     elsődleges:  mező  és  erdőgazdasági  hulladékok,  melléktermékek;       másodlagos:    állaGenyésztés  melléktermékei,  hulladékai;       harmadlagos:  a  biológiai  eredetű  anyagokat  felhasználó  iparágak;     melléktermékei,  hulladékai,  települések  szerves  eredetű    hulladékai.    

  A  biomassza,  mint  tüzelőanyag     előkészítés  nélkül:  fűrészpor,  maghéj;     gyengén  előkészíteG:  apríték;     előkészítés  után:  pellet,  brikeG.  

A  hasznosítás  problémái  

EU  elvárások  1995-­‐2010   230

135 1995 2010

44.8 6

22.5

12

megújuló energia, %

biomassza felhasználás, Mtoe

áramtermelés biomasszából,TWh/ év

Hamu/salak  lágyulási  jellemzők  

A  felhasználás  módjai     Energe/kai  célú  hasznosítás     Önmagában  égetés     EgyüGégetés     Elgázosítás     Pirolízis  

  Mezőgazdasági,  stb  célú  hasznosítás     komposztálás  (talajerő  javítás)     állaGenyésztési  cél  (táplálás,  almozás,  …)     …  

Önmagában,  ill.  együ"égetés       Tipikusan  erőműi   felhasználás     Erede/leg  széntüzelésű   erőmű       Mátra,  Vértes  

  Új  építésű  erőmű         Pannon  

  Fűtőmű     Új  építésű  (/sztán   biomassza)     Miskolc,  Tata,  Pornóapá/  

   

Elgázosítás,  pirolízis       Elsősorban  biomassza   alapanyagon     Szénpor,  zagy,  stb.  is.     Hulladékhasznosítás   lehetősége       Települési  szilárd  hull.     Szennyvíziszap  

http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/cctc/cctdp/project_briefs/tampa/tampaedemo.html

Elgázosítás     Cél     éghető  gáz  előállítása  a  teljes  tüzelőanyag  mennyiségből,       a  folyamat  végén  csak  salak  maradjon  vissza  

  Elv     a  tüzelőanyagot  reakcióba  lépte/k  különböző  gázokkal  (levegő,  oxigén,  szén-­‐ dioxid,  hidrogén),  ami  az  éghető  gázok  széles  választékát  eredményezi.  

  Technológiák     kis  túlnyomáson,  levegő  és  vízgőz  bevitellel  elgázosító  generátorok,  melyek   termékei  az  ún.  generátorgázok;     nagy  túlnyomáson  oxigén,  vízgőz,  hidrogén  bevitellel  elgázosító  második  és   harmadik  generációs  technológiák,  közepes  és  nagy  fűtőértékű  gáztermékkel    

Elgázosítás  –  főbb  reakciók   Reakció  

Reakcióhő

Megjegyzés  

kJ/mól  

1.  C+O2→CO2  

+  407  

   

2.  C+CO2↔2CO  

-­‐  160  

a  CO  aránya  nő  a  hőmérséklet   növekedésével,  1000  °C  felett  100%  

3.  2C+O2→2CO  

+  246  

   

4.  C+H2O↔CO+H2  

-­‐  108  

1000  °C  felett  

5.  C+2H2O↔CO2+2H2  

-­‐  89  

1000  °C  alatt  

6.  C+2H2↔CH4  

+  88,5  

a  metán  aránya  csökken  a  hőmérséklet   növekedésével  

7.  CO+3H2↔CH4+H2O  

+  217  

   

8.  CO2+4H2↔CH4+2H2O  

+  164  

   

9.  2CO+O2↔2CO2  

+  567  

1000  °C  alatt  

10.  2CO↔CO2+C  

+  160  

   

11.  CO+H2O↔CO2+H2  

+  42  

hidrogén  konverzió  

Elgázosítás  –  technológiai  zónák  

Elgázosítás  –  hőmérséklet  hatása   Komponens aránya a gázban, %

100 90

C+H2O↔CO+H2  

80 70 60

C+CO2↔2CO

50

2   4  

40

6  

30 20

C+2H2↔CH4

10 0 400

500

600

700

Hőmérséklet, ˚C

800

900

1000

Elgázosítás  –  nyomás  hatása   Komponens  aránya  a  gázban,  %  

100   90  

C+2H2↔CH4

6  

80   70   60   50  

4   C+H2O↔CO+H 2  

40   30  

C+CO2↔2CO

20   10   0   0  

10  

20  

30   Nyomás,  bar  

40  

50  

60  

70  

80  

Elgázosítás  Vpusai  –  fix  ágyas   tüzelőanyag

t.a.

N. Holt: Gasification Process Selection, 2004

Elgázosítás  Vpusai  –  fluid  ágyas  

tüzelőanyag

t.a.

N. Holt: Gasification Process Selection, 2004

Elgázosítás  Vpusai  –  befúvásos   tüzelőanyag

t.a.

N. Holt: Gasification Process Selection, 2004

Elgázosítási  technológiák  –  GE  Energy  (Texaco)   szén  zagy  alapanyag   oxigénes  technológia   tűzálló  falazatú  elgázosító   alkalmas  feketeszén,  petrolkoksz,  vagy   együGgázosítás  esetén  gyengébb  minőségű   szenek  elgázosítására     elgázosítási  technológia:  GE  Energy     kombinált  ciklusú  erőmű:  GE  Power          

  IGCC  teljes  garancia:  Bechtel  +  GE  Energy     ! G.J.Stiegel Overview of Gasification Technologies, 2005

Elgázosítási  technológiák  -­‐  ConocoPhillips                

szén  zagy  alapanyag   oxigénes,  kékokozatú  technológia   tűzálló  falazatú  elgázosító   alkalmas  különböző  szenek  és  petrolkoksz  elgázosítására   kombinált  ciklusú  erőmű:  projekGől  függő  partnerrel     garancia:  ConocoPhillips   Előnyök     folyamatos  salakeltávolítás     száraz  karbon  visszajáratás  –  nincs  szennyvíz  képződés   vagy  karbon  veszteség     külső  szintézisgáz  hűtő     földgázégős  indítás   G.J.Stiegel Overview of Gasification Technologies, 2005   flexibilis  CO/H2  szabályozás    

!

Elgázosítási  technológiák  –  Shell   száraz  alapanyag  (aprítoG  és  szárítoG  szén)   oxigénes  technológia   vizcsöves  falazatú  elgázosító   alkalmas  különböző  minőségű  szenek   elgázosítására     elgázosítási  technológia:  Shell     kivitelezés:  Black  &  Veatch  és  Uhde     Előnyök          

  megbízható,  nagy  hatásfokú     flexibilis  az  alapanyagok  és  a  termékgáz   szempontjából     alacsony  környezetszennyezési  mutatók     számos  referencia,  sokéves  tapasztalat    

! G.J.Stiegel Overview of Gasification Technologies, 2005

Elgázosítási  technológiák  –  Siemens  (FutureEnergy)   száraz  alapanyag   oxigénes  technológia   vizcsöves  falazat  az  elgázosítóban   alkalmas  különböző  minőségű  szenek   elgázosítására     kompleG  IGCC  technológia:  Siemens     Előnyök          

  nagy  karbon  konverzió  (>  99  %)     a  nyers  szintézisgáz  nem  tartalmaz   szénhidrogéneket,  pl.  kátrányt     nagy  klórtartalom  esetén  sem  képződik  dioxin/ furán     magas  hatásfok  és  rendelkezésre  állás     flexibilis  teljesítményhatár  (200-­‐1500  MW)     gyors  indítás/leállás    

! K-D Klemmer: Siemens Gasification Processes, 2006

Elgázosítási  technológiák  –  Kellogg  Brown  &  Root  (KBR)     „Transport  Gasifier”  xpus     levegős  technológia  (az  oxigén  is  opció)     az  olajfinomítói  katali/kus  krakkolási  technológiára   épül     leginkább  gyenge  minőségű  lignit,  vagy  barnaszén   elgázosítására  alkalmas     teszt  (változatos  alapanyagokkal):  Alabama,  Power   Systems  Development  Facility     demonstrációs  üzem:  Orlando  U/li/es  és  Southern   Power     Előnyök     egyszerű  konstrukció     alacsony  üzemelési  hőmérséklet     nagy  hamutartalmú  nedves  szenekre  is   alkalmazható    

! P. V. Smith: KBR Transport Gasifier, 2005

Elgázosítási  technológiák  –  Brifsh  Gas  Lurgi  (BGL)     oxigénes  technológia     alkalmas  különböző  minőségű  szenek  és  hulladék   együGes  elgázosítására     a  porszenet  brikeGálva  tudja  fogadni     Előnyök     alacsony  kilépési  hőmérséklet  (nincs  szükség   nagyhőmérsékleten  üzemelő  hőcserélőkre)     magas  hatásfok     alacsony  oxigén-­‐  és  gőzfogyasztás     rugalmasan  változtatható  a  terhelés     alacsony  oldékonyságú  salak  képződik  (építőanyagként   felhasználható)     nem  képződik  szálló  hamu     a  nyers  termékgáz  CO2  tartalma  alacsony   Advantica: BGL Gasifier, 2006

 

!

Pirolízis     Cél     Szilárd  energiahordozók  átalakítása  folyékony  üzemanyagokká  

  Elv     Szénvegyületek  bontása  és  hidrogénezése  révén  a  nyersolaj   molekulaszerkezetéhez  hasonló  szerkezet  létrehozása  

  Technológiák     Erede/  technológiák     Bergius  eljárás     Fischer-­‐Tropsch  eljárás    

  TovábbfejleszteG  technológiák     Pirolízis     Hidrogénezés     Teljes  elgázosítás  

Pirolízis  folyamata   Olaj kinyerés

Szilárd tüzelőanyag

Pirolízis

Hő

Gázmosás és -kezelés

Gáztermék

Folyadéknemesítés (hidrogénezés)

Olajtermék

H2 Kátrány

Pirolízis  -­‐  hidrofrakcionálás  

H2 gyártás H2 Szilárd tüzelőanyag

Olajjal zagyolt szilárd tüzelőanyag

Cseppfolyósító reaktor

H2

Szilárd maradék leválasztása

Gáz Nemesítés

Folyadék

Visszatérő folyadék

Szilárd

Biomassza  pirolízis  technológiája  

http://biomasspowerplants.blogspot.com/2010/09/biomass-pyrolysis.html

Összegzés     A  biomasszában  számos  lehetőség  rejlik     Közvetlen  elégetés     Hőtermelési  célból  támogatható     Egyedi  ill.  közösségi  fűtés  a  célravezető?  

  EgyüGégetés     Elsősorban  melléktermék  és  hulladék  felhasználásával  

  Elgázosítás     Gáztüzelő  berendezés  alkalmazása  esetén  (pl.  meglévő  gázmotorok)  

  Pirolízis     EU  előírás  (bio-­‐dízel)     A  legkomplexebb  és  a  legtöbb  buktatót  rejtő  eljárás  

Köszönöm figyelmüket A bemutatott kutató munka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Európai Unió résztámogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg