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
