Biomasszák energe/kai hasznosításának lehetőségei elgázosítással és pirolízissel

Átírás

1 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 május 10.

2 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

3 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.

4 A hasznosítás problémái

5 EU elvárások megújuló energia, % biomassza felhasználás, Mtoe áramtermelés biomasszából,twh/ év

6 Hamu/salak lágyulási jellemzők

7 A felhasználás módjai Energe/kai célú hasznosítás Önmagában égetés EgyüGégetés Elgázosítás Pirolízis Mezőgazdasági, stb célú hasznosítás komposztálás (talajerő javítás) állagenyésztési cél (táplálás, almozás, )

8 Önmagában, ill. együ"égetés Tipikusan erőműi felhasználás Erede/leg széntüzelésű erőmű Mátra, Vértes Új építésű erőmű Fűtőmű Pannon Új építésű (/sztán biomassza) Miskolc, Tata, Pornóapá/

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

10 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

11 Elgázosítás főbb reakciók Reakció Reakcióhő kj/mól Megjegyzés 1. C+O 2 CO C+CO 2 2CO a CO aránya nő a hőmérséklet növekedésével, 1000 C felett 100% 3. 2C+O 2 2CO C+H 2 O CO+H C felett 5. C+2H 2 O CO 2 +2H C alatt 6. C+2H 2 CH ,5 a metán aránya csökken a hőmérséklet növekedésével 7. CO+3H 2 CH 4 +H 2 O CO 2 +4H 2 CH 4 +2H 2 O CO+O 2 2CO C alatt 10. 2CO CO 2 +C CO+H 2 O CO 2 +H hidrogén konverzió

12 Elgázosítás technológiai zónák

13 Elgázosítás hőmérséklet hatása 100 Komponens aránya a gázban, % C+H 2 O CO+H 2 C+CO 2 2CO C+2H 2 CH Hőmérséklet, C

14 Elgázosítás nyomás hatása 100 Komponens aránya a gázban, % C+H 2 O CO+H 4 2 C+CO 2 2CO 6 C+2H 2 CH Nyomás, bar

15 Elgázosítás Vpusai fix ágyas tüzelőanyag t.a. N. Holt: Gasification Process Selection, 2004

16 Elgázosítás Vpusai fluid ágyas tüzelőanyag t.a. N. Holt: Gasification Process Selection, 2004

17 Elgázosítás Vpusai befúvásos tüzelőanyag t.a. N. Holt: Gasification Process Selection, 2004

18 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!

19 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 flexibilis CO/H 2 szabályozás G.J.Stiegel Overview of Gasification Technologies, 2005!

20 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!

21 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 ( MW) gyors indítás/leállás K-D Klemmer: Siemens Gasification Processes, 2006!

22 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!

23 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 CO 2 tartalma alacsony Advantica: BGL Gasifier, 2006!

24 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

25 Pirolízis folyamata Olaj kinyerés Gázmosás és -kezelés Gáztermék Szilárd tüzelőanyag Pirolízis Folyadéknemesítés (hidrogénezés) Olajtermék Hő H 2 Kátrány

26 Pirolízis - hidrofrakcionálás H 2 gyártás H 2 H 2 Szilárd tüzelőanyag Olajjal zagyolt szilárd tüzelőanyag Cseppfolyósító reaktor Szilárd maradék leválasztása Nemesítés Gáz Folyadék Visszatérő folyadék Szilárd

27 Biomassza pirolízis technológiája

28 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

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