Možnosti čištění dřevního plynu

Možnosti čištění dřevního plynuMožnosti čištění dřevního plynu

Vysoká škola chemicko-technologická v PrazeVysoká škola chemicko-technologická v PrazeFakulta technologie ochrany prostředíFakulta technologie ochrany prostředí

Ústav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzdušíÚstav plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší

Siarhei Skoblia, Zdenek BeSiarhei Skoblia, Zdenek Beňo, Jiři Malecha, Petr Buryan ňo, Jiři Malecha, Petr Buryan

Možnosti čištění dřevního plynu Elektřina s vůní dřeva/ 9.12.2008

odborný seminářodborný seminářTechnické systémy pro energetické zplyňováníTechnické systémy pro energetické zplyňování

Elektřina s vůní dřevaElektřina s vůní dřevaHotel Annahof Hotel Annahof

9.12.20089.12.2008

Zplyňování biomasyZplyňování biomasy

biomasa Plynzplyňováni

Plynové motory Plynové turbínySyntetické paliva

SNG,MeOH,CxHy

Komplexní čištění plynu

Palivové články

spalování

biomasa+O2 +(H2O) plyn + nečistotynečistoty: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 ..)

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

naroky na čistotu plynu stoupajinákladý spojene s čištěnim stoupaji

?

Vliv zplyňovacího media a typu paliva Vliv zplyňovacího media a typu paliva


Zplyňováni vzduchem

palivo složka

Biomasa Uhlí Tříděný odpad

Dehet [g.m-3] 1-10 1 1-10 1 >10 1

Prach [g.m-3] 1-6 1-5 1-10H2S [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 1,2 600-60001 závisí na typu reaktoru 2 závisí na obsahu v palivu 3 COS je méně než 5 % H2S 4 HCN je méně než 5% NH3

Složení plynu, % obj.Typ zplyňovacího média

vzduch O2 O2+H2O H2O H2

H28-16 10-25 28-40 35-40 34,8

CO 10-18 40-60 15-25 25-30 4,3CO2

12-16 15-30 20-40 20-25 10,1CH4

2-6 <3 5-8 9-11 50,2N2

45-60 <1 <1 <1 <1>C2

0,5-2 <0,5 <2 <5 -Dehet*, g.m-3 1-100 <20 <0,5 <20 - Qs, MJ.m-3 4-7 9-12 10-14 10-16 >22

Složení plynů při zplyňování biomasy různými médii

Výchozim bodem pro odhad obsahu nečistot v plynu elementarni složeniS H2SN NH3

Cl HClprchava hořlavina ≈ dehet

Vliv zařízeni na vlastnosti plynu Vliv zařízeni na vlastnosti plynu


biom ass

raw gas

a irash

biomasa

vodní para

písek+

popel

hořák

generátor

spaliny

vzduch

surový plyn

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 terciální

Qs [MJ. m-3] 5,5-7 5-5,5 4,5-5,5

Výhody Vysoká účinnost transformace,

nezávislost na obsahu H2O v palivuNízký obsah dehtu v plynu, filtrace

v ložiflexibilita výkonu, provozu, nízké

požadavky na kvalitu paliva

Nevýhody Vysoký dehet, odpadní vodaLimitovaný výkon 1-2 (10) MWt

požadavky na kvalitu paliva a obsahu H2O

Vysoký obsah prachových častíc v plynu

a) sušici pasmob) pyrolýzní pasmoc) redukčni pasmod) oxidační pasmo

Požadavký na kvalitu plynu Požadavký na kvalitu plynu


Sledovaný parametr HodnotaVstupní 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****

Požadavky na kvalitu plynu pro spalovací motory (nečistoty v plynu )

* 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 NOx14Beenackers 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. 1000-0300121Milne T.A., Abatzoglou N., Evans R.J., Biomass Gasifier „Tars“: Their Nature, Formation and Conversation. National Renewable Energy Laboratory – Colorado, 1998….

Ethylbenzen 0,02 11,8 41,0 136m-+p-+o-xylen 0,28 11,2 38,8 138-144

Styren 1,23 7,1 26,0 146Fenol 0,63 1,02 5,01 182

Inden + indan 0,88 0,881 4,130 181Naftalen 1,63 0,032 0,297 217

...

N.B.V.% obj. g/m3 0 oC 20 oC oC

CO2 16,63H2 12,55N2 46,94

CH4 4,19CO 17,25

Ethan 0,160Ethylen 1,666Acetylen 0,154Propen 0,056

Cyklopentadien 0,0181,3-butadien 0,033

Benzen 0,302 8,14 128,5 340,3 80Toluen 0,045 2,72 36,9 110,7 111

ostatní složky plynu 0,010

složkav plynu obsah.,g/m3

GC-TCD/ analyzátory

GC-TCD/FID(2-3 kanaly)

k. roztokGC-MSGC-FID

dehet dle „Tar protocol“

dehet


Složeni plynu a dehtu Složeni plynu a dehtu

Dehet a stanoveni jeho obsahu v plynuDehet a stanoveni jeho obsahu v plynu

Stanovení složení dehtu a jeho obsahu(absorpce „dehtu“ v absorčním roztoku (acetonu, i-propylalkoholu, toluenu)Gravimetrické stanoveni (Wtar

g) suma dehtu, naftalen a výševroucí sloučeniny (ztráty: T, X, EB, inden, až 80% naftalenu) Chromatografické stanovení (Wtar

GC) suma jednotlivých složek dehtu toluen (Mr=92) až koronen (Mr=300)

Wtarg < Wtar

GC


2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

1800000

2000000

2200000

Time-->

Abundance

TIC: DJ3-2.D

6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00 22.00 24.00 26.00 28.00

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

8000000

9000000

1e+07

Time-->

Abundance

TIC: PST2-1PB.D

terciární dehet (1-10g/m3)

primární dehet (100-200 g/m3)

sekundární dehet (10-100 g/m3)

Čištění plynuČištění plynu


1. 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

Teplotní rozmezi procesuTeplotní rozmezi procesu


Odstraňování prachových částicOdstraňování prachových částic


Cyklony

uu usazovací rychlost a velikost částic1 hustota častíce

rva

u ru

2

1

2

18

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

vr obvodová rychlost r poloměr zakřivené dráhy

Odstraňování prachových částicOdstraňování prachových částic


Barjerové filtry

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

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 mnevyhodou je použiti pouze pro odstraňováni suchých a nelepivých častíc

el.solenoid

RU

KA

V

tl.plyn

Filtrace na/v loži zrnitého materiáluFiltrace na/v loži zrnitého materiálu


filtrace v loži

•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 na „zarostlém“ loži filtrace na povrchu filtru

inner filtration

surface filtration

0

0 time, min

dP

, P

a

dPo

cloggingpoint

Panelový filtr Sesuvný filtr

Filtrace na loži zrnitého materiáluFiltrace na loži zrnitého materiálu - Panelový filtr - Panelový filtr


filtrace

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).

Regenerace

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.

náplň filtru: pisek 0,3-0,4 mm, celková účinnosti: > 99,5%.

lamely 1 a 2

Filtrace Filtrace vv loži zrnitého materiálu loži zrnitého materiálu – – SesuvnSesuvný filtr ý 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.

filter parameter

M B F P B F

bed material size (dp), mm 2-5 0,2-0,5

superficial velocity (Us), cm.s-1 20-40 5-15

P kPa 2-10 0,5-2,0

efficiency % >97 >99,5

Srovnáni vlastnosti sesuvného (MBF) a panelového (PBF) filtru

Filtrace Filtrace vv loži zrnitého materiálu loži zrnitého materiálu – – SesuvnSesuvný filtr ý filtr


Zplyňování biomasy, průtok plynu 20 m3.h-1, obsah filtru: 140 kg dolomitu (2-5 mm) tok lože 2 kg.h-1

B

A B

Vysokoteplotní odstraňování prachuVysokoteplotní odstraňování prachu

0,5-0,89 mm200x

A: 450 °C, 100 % biomasa, 2,54 g.m-3, B: 525 °C, 75 % biomasa + 25 % PET, 3,70 g.m-3

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

0 25 50 75 100čas, min

dP

, kP

a

100% biomasa

75% biomasa + 25% PET

525°C prach 3,7g.m -3

450°C prach 2,54 g.m-3

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

0 25 50 75 100čas, min

dP

, kP

a

100% biomasa

75% biomasa + 25% PET

525°C prach 3,7g.m -3

450°C prach 2,54 g.m-3

B

A


náplň filtu: pisek 0,3až 0,8 mm plocha filtru: 202 cm2 objem 150mlmax. teplota 600°C

Katalytické odstraňování dehtu Katalytické odstraňování dehtu 22 2

Hm

xnCOOxHHC mn

22 2)( H

mCOxnxCOHC mn

....2422 HCOCHOHCOHC mn

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 katalyzátoryvysoká 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

Odstraňování dehtu za modelových podmínekOdstraňování 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

200 300 400 500 600 700 800

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

LW 6524 G-56A K 179 RKS-2 G1-25S Kř. sklo Dolomit Cherox 34-02 Cherox 36-07

cherox 34-02

cherox 37-06dolomit

kř. sklo

G1-25SRKS-2

G-56A K179LW 6524

Kon

verz

e na

ftal

enu

Teplota, oC

Odstraňování dehtuOdstraňování dehtu/ učínnost dolomitu / 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

556065707580859095

100

780 800 820 840 860 880 900 920 940 960teplota, °C

kon

verz

e, %

suma dehet naftalen suma BTX benzen

Štěpení dehtu produkovaného souproudým generátoremŠtěpení dehtu produkovaného souproudým generátorem

Modelový panelový filtr (NTNU) ID= 85mm, 57cm2, 530°C, 1,0 mn

3.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

vzorkovací místo před filtrem za filtrem čas exp., min -101 -60 13 44 94 126 183

hlavní složky obsah, % vol. H2 18,00 16,40 25,51 25,04 24,57 24,25 25,69 N2 45,76 47,56 40,77 41,31 42,18 43,21 40,12

CO2 9,09 7,46 16,96 16,65 17,65 16,08 17,15 CO 24,66 26,57 14,39 14,42 12,89 14,12 14,42

methan 2,03 1,58 2,36 2,58 2,70 2,34 2,61 ethan 0,024 0,021 0,001 - - - -

ethylen 0,338 0,307 0,011 0,002 0,003 0,002 0,003 acetylen 0,022 0,020 - - - - - benzene 0,050 0,045 0,002 0,001 0,001 - 0,001 toluene 0,007 0,007 - - - - -


Výsokoteplotní čištěni plynuVýsokoteplotní čištěni plynu


Děkuji za pozornost


Date post:	26-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	washi
View:	39 times
Download:	3 times

Možnosti čištění dřevního plynu

Documents