MOŽNOSTI ZVYŠOVANIA

ENERGETICKÉHO POTENCIÁLU

BIOPLYNU

Vypracoval: Stanislav Vagaský

Školiteľ: Ing. Alice Vagenknechtová, Ph.D.

Studentská vědecká konference, 22. 11. 2013

VYSOKÁ ŠKOLA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ V PRAZE

Fakulta technologie ochrany prostředí Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší

Počet bioplynových

staníc 481

Inštalovaný výkon 363.24 MW

Výroba elektriny v

aktuálnom roku 1809 GWh

Podiel bioplynu na OZE 20.7 %

BIOPLYN/BIOMETHAN

Biomethan- výsledok úpravy surového bioplynu- odstránenie nežiadúcich zložiek (CO2,H2S, H2O)

Využitie bioplynu:

Kogeneračné jednotky

Spaľovanie v kotloch

Využitie biomethanu:

Pohon vozidiel

Dodávka do plynárenských sietí

Zdroj: www.czba.cz, k 30.06.2013

Požiadavky na kvalitu biomethanu pre možnosť jeho

dodávky do plynárenských sietí v ČR podľa TPG 902 02

Parameter Hodnota

Obsah methanu min. 95 % obj.

Obsah vody (vyjadrený ako teplota

rosného bodu vody) max. -10 °C

pri predávacom tlaku

Obsah kyslíku max. 5,0 % obj.

Obsah oxidu uhličitého max. 2,0 % obj.

Obsah dusíku max. 0,2 % obj.

Obsah vodíku max. 30 mg.m-3

Celkový obsah síry (bez odorantov) max. 5 mg. m-3

Obsah merkaptánovej síry

(bez odorantov) max. 7 mg. m-3

Obsah sulfánu (bez odorantov) max. 0,5 % obj.

Obsah amoniaku neprítomný

Halogenované zlúčeniny max. 1,5 mg (Cl+ F). m-3

Organické zlúčeniny kremíku max. 6 mg (Si). m-3

Hmla, prach, kondenzáty neprítomný

ÚPRAVA BIOPLYNU NA BIOMETHAN

Adsorpčné metódy PSA- pressure swing adsorption (95-98% CH4)

Absorpčné metódy PWA- pressure water absorption- fyz.(98% CH4)

ChemA- chemical absorption- s chem. reakciou

- MEA,MDEA a pod. (99% CH4)

Membránové procesy- ↑↓-tlaké mebránové procesy (97% CH4 )

Kryogénne separácie- v štádiu vývoja a overovania

Bio

ply

n

Biomethan CH4

Oxid uhličitý CO2

Vodná para H2O

Sulfán H2S

Amoniak NH3

METÓDA PSA

( PREASSURE SWING ADSORPTION)

CNG / BIOCNG

COMPRESSED NATURAL GAS - STLAČENÝ ZEMNÍ PLYN ČI BIOMETHAN

Výhody: Vyššie oktánové číslo

Vyššia bezpečnosť - motory na CNG podliehajú prísnym štandartom

Lacná prevádzka

Nízke emisie - počas spaľovania CNG vzniká velmi málo CO2, vďaka čomu

motory na CNG splňujú súčastné ale aj budúce emisné kritéria

Nevýhody: Krátky dojazd - na jednu štandartnú nádrž je možné prejsť 200-250 km

Prísnejšie bezpečnostné kritéria - garážovanie a servis

Menšia úžitková hodnota automobilu

Menšia sieť čerpacích staníc

EXPERIMENTÁLNA ČASŤ

Laboratórne testovanie adsorbentu pre záchyt CO2 z

modelovej zmesi na pilotnej aparatúre

Určenie maximálneho stupňa nasýtenia adsorbentu

Dynamická sorpcia pár (Dynamic Vapour Sorption - DVS)

BET povrch, celkový objem pórov, distribúcia pórov

(Coulter SA 3100)

TESTOVANÉ ADSORBENTY: UHLIKATÉ MOLEKULOVÉ SITÁ

Carbon molecular sieves- CMS

Výrobca: Carbotech Essen (Nemecko)

Materiály vhodné pre separáciu plynov

LABORATÓRNE TESTOVANIE ADSORBENTU PRE ZÁCHYT

CO2 Z MODELOVEJ ZMESI NA PILOTNEJ APARATÚRE

Zostavená aparatúra pracuje na princípe PSA

Aparatúra: 2 adsorbéry z antikoróznej oceli

(Dĺžka: 1000 mm, vnútorný priemer: 16 mm)

Parametre:

•Prietok 100 dm3/h

•Zloženie modelovej zmesi:

60 % CH 4 a 40 % CO2

•Tlak : 0,1 MPa

0,5 MPa

1,0 MPa

1,5 MPa

2,0 MPa

SCHÉMA ZOSTAVENEJ APARATÚRY

Legenda:

1 - Tlaková fľaša mod. zmesi

2 - Adorbér I

3 - Adsorbér II

4,5 - Vákuové pumpy

6,7 - Membránové plynomery

8 - Analýzátor CO2 ASEKO

9 - Počítač

- Manometer

- Uzatvárací ventil

- Regulačný ventil

1 3 2

4 5

6 7

8

9

ZACHYTENÉ MNOŽSTVO CO2 NAMERANÉ ZA LABORATŔNYCH

PODMIENOK PRI ROZDIELNYCH TLAKOCH

UKÁŽKA PRIENIKOVÝCH KRIVIEK K ZÁCHYTU CO2

MERANÝCH S MODELOVOU ZMESOV PLYNOV

Parametre: Tlak: 1,5 MPa

Modelová zmes: 60 % CH4, 40 % CO2

URČENIE MAXIMÁLNEHO STUPŇA NASÝTENIA

Výsledky maximálneho stupňa nasýtenia CMS-F boli zistené

pravidelným vážením

Meranie ešte nie je ukončené

ADSOPČNÉ KAPACITY PRE JEDNOTLIVÉ CMS-F

DYNAMICKÁ SORPCIA PÁR

(DYNAMIC VAPOUR SORPTION - DVS)

Princíp:

gravimetrická metóda sorpcie pár za zadaných podmienok

(teplota a vlhkosť)

Parametre:

Teplota merania 30 °C

Suchý plyn

Koncentrácia CO2 10 %, 15 %, 20 %

VÝSLEDKY DVS

BET POVRCH, CELKOVÝ OBJEM PÓROV,

DISTRIBÚCIA PÓROV

CMS-F 2,2~2,25 CMS-F 2,3~2,35

BET (m2/g) 1,936 ----

Celkový objem pórov

(ml/g) 0,0086 ----

Distribúcia pórov pre CMS-F 2,2~2,25

Veľkosť póru

(nm)

Objem póru

(ml/g)

Percentuálne

zastúpenie (%)

< 6 0,00144 13,32

6 - 8 0,00090 8,27

8 - 10 0,00048 4,46

10 - 12 0,00057 5,25

12 - 16 0,00061 5,65

16 - 20 0,00064 5,95

20 - 80 0,00400 36,94

> 80 0,00219 20,16

ZÁVER

Vzorky oboch adsorbentov preukázali priaznivé

výsledky pri adsorpcii CO2 v laboratórnych

podmienkach.

Pri separácii CO2 z modelovej zmesi plynu sa so

zvyšujúcim tlakom zvyšovalo naadsorbované

množstvo CO2.

Pri najvyššom tlaku 2 MPa bolo nasorbované

množstvo takmer 100 g CO2 na 1000 g adsorbentu.

POĎAKOVANIE

Touto cestou by som chcel poďakovať školiteľke Ing. Alici

Vagenknechtové, Ph.D. za metodické vedenie, odborné ale

aj cenné rady počas celej tvorby práce

ďalej Ing. Veronice Vrbové a Ottovi Haurythunovi za

pomoc a cenné konzultácie pri experimentálnej časti

práce.

ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ