Zgazowanie biomasy, technologia - Czysta Energia

Zgazowanie Zgazowanie biomasy biomasy
biomasy
Technologia
Technologia
Witold Witold Warowny
Politechnika Warszawska
Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii
ul. ul. ul. Łukasiewicza ukasiewicza 17, 17, 09 09-400 09 400 Płock ock
1

1. Zgazowanie biomasy
2. Instalacje zgazowania
3. Energetyczne zastosowanie
biopaliw II-giej generacji
2

Wprowadzenie
Proces termicznej konwersji, w obecności tlenu lub/i pary wodnej, biomasy w
postaci stałej do palnych gazów nazywa się jej zgazowaniem.
Teoretycznie kaŜdy rodzaj biomasy stałej (zawierający przecieŜ podstawowe składniki
C,H,O) po uprzednim jej osuszeniu (5-35% wilgoci) i uformowaniu do odpowiedniej
postaci wsadowej moŜe być zgazowywana.
Proces zgazowania składa się z szeregu procesów cząstkowych, w tym pirolizy,
spalania, redukcji i reformingu.
W reaktorze zgazowania z biomasy otrzymuje się gazowy produkt, który następnie jest
oczyszczany i moŜe być wykorzystywany dwojako:
1. do produkcji energii cieplnej i elektrycznej (kotły, silniki, turbiny)
2. do produkcji paliw w katalitycznych procesach syntezy
Zgazowanie biomasy jest dzisiaj postrzegane jako alternatywne źródło dla paliw
konwencjonalnych, głównie jako technologia produkcji, na bazie gazu syntezowego
(wodór + tlenek węgla), bio-paliw II generacji:
wodór, metan, metanol, DME (dwu-metylo eter), metanol, benzyna Fischer-
Tropscha, diesel Fischer Tropscha i mieszanina alkoholi (etanol, propanol,
butanol i wyŜsze)
3

Wybrane elementy procesu zgazowania
1. Surowiec: biomasa w postaci stałej
rośliny energetyczne (np. wierzba, topola, …)
zasoby i odpady rolnicze (np. słoma, siano, kukurydza,
łodygi)
odpady z leśnictwa i przemysłu drzewnego (np. pnie,
kora, ścinki, trociny, etc.)
odpady komunalne (np. plastyk)
2. Postać biomasy
pelety, brykiety, postać rozdrobniona, etc
3. Czynniki zgazowujące:
tlen, powietrze, para wodna, nawet dwutlenek węgla i
ich mieszaniny.
4. Parametry i warunki:
temperatura i ciśnienie, współczynnik równowartości,
warunki powierzchniowe,
szybkość podawania, stan podgrzania i wartości
kaloryczne reagentów, stopień przemiany i sprawności,
zuŜycie ciepła,
szybkość przepływu gazu, katalizatory, itd.
5. Procesy chemiczne i reakcje
Reakcje pirolizy, spalania, redukcji, oczyszczania
chemicznego, itd.
6. Procesy fizyczne
np. transfer masy, odzyskiwanie ciepła, operacje (np.
wprowadzenie substratów lub usuwanie popiołu).
Rys. 1 Skład gazu obliczony
jako funkcja współczynnika równowartości
Source:Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass
Technology Group, The Netherlands, 2005.
7. Produkt (gaz surowy):
- substancje palne (wodór, tlenek węgla, lekkie
węglowodory, głównie metan, siarka i inne)
- substancje niepalne (dwutlenek węgla, azot, woda)
- substancje toksyczne (tlenek węgla, związki siarki i
azotu, chlor)
4

Plantacje roślin
energetycznych
Zasoby rolnicze:
słoma, siano, rzepak
Poleko, 22 listopada 2007
Odpady
z rolnictwa
ŹRÓDŁA
BIOMASY
Odpady
z przemysłu
drzewnego
Odpady
komunalne
Odpady
z leśnictwa
5

Charakterystyka biomasy
(do zgazowania)
- wartość opałowa
- cięŜar nasypowy (gęstość)
- skład elementarny
- wilgotność
- zawartość części lotnych
- zawartość i skład popiołu (części mineralnej)
- duŜa reaktywność
- wewnętrzne katalizatory
- zanieczyszczenia, np. alkalia, trucizny
6

Charakterystyka biomasy
Wartość opałowa [MJ/kg]
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
Wartość opałowa niektórych paliw
ON
Benzyna
Łupiny z
ryŜu
Drewno
Słoma
Węgiel
drzewny
Typowa biomasa ma wartość opałową w zakresie 12-20 MJ/kg w
przeliczeniu na suchą masę
7

Charakterystyka biomasy
Gęstość [kg/m3]
800
700
600
500
400
300
200
100
0
bloczki
drewniane
CięŜar naypowy (gęstość)
paliw z biomasy i węgla
wióry
drewniane
trociny
kolby
kukurydzy
węgiel
węgiel
drzewny
8

Miskant olbrzymi (pelety)
Trociny z drewna
Skład
chemiczny
C
H
O
N
S
Biomasa
Słoma
Drewno (pelety)
Drzewo oliwne
Winorośl
Słoma
49,0
6,0
44,0
0,8
0,2
Olej
rzepakowy
77,0
12,0
10,9
0,1
0,0
Charakterystyka biomasy
Wartość
opałowa
[MJ/kg]
16,1-17,3
17,6
18,6
18,8
15,7
15,1
Drewno
50,5
6,1
43,0
0,3
0,1
Zawartość
wilgoci
[%wag.]
15
8,7-10,1
8,3-8,6
10,4
15
15
% wagowy
Bioetanol
52
13
35
0
0
Części
lotne
[%wag.]
70-73
73,8-77,3
74,7-75,1
70,4
78,1
76,6
Węgiel
kamienny
82,4
5,1
10,3
1,4
0,8
Zawartość
popiołu
[%wag.]
4,3-6,5
2,5-2,9
0,18-0,24
5,3
0.6
0.3
1,3
3,0
2,7
Węgiel
brunatny
60.9
32.9
Biorąc pod uwagę
tylko 3 podstawowe
pierwiastki w
biomasie jej strukturę
chemiczną moŜna
opisać za pomocą
wzoru sumarycznego
C 1H 1,45O 0,7
W skład substancji
nieorganicznych biomasy
wchodzą głównie związki
krzemu, wapnia, magnezu,
fosforu, sodu i potasu, przede
wszystkim SiO 2, CaO, MgO,
Na 2 O, K 2 O, podczas gdy w
węglu: SiO 2, Al 2O 3 i Fe 2O 3.
W wielu rodzajach biomasy znajduje się równieŜ chlor, w niektórych gatunkach słomy
do 0,49 % wag, a w łodydze kukurydzy nawet 1,48 % wag. chloru
9

Etapy
termicznego procesu konwersji biomasy
Ciepło
Ciepło
Piroliza
Biomasa
Źródło:Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass
Technology Group, The Netherlands, 2005.
gazy
Zgazowanie
karbonizat
smoły
H 2O (para wodna)
O 2, powietrze
smoły
Kataliza
O 2, (powietrze)
popiół
CO
CO 2
H 2
Spalanie
CO 2
H 2 O
10

Piroliza biomasy
Proces pirolizy (konwersja termiczna) zachodzi w temperaturze 380–550 o C pod ciśnieniem 0,1 –
0,5 MPa bez uŜycia zewnętrznego czynnika utleniającego.
Pirolizę moŜna prowadzić jako proces samodzielny lub jest ona realizowana jako stadium w
procesie zgazowania.
W warunkach pirolizy biomasa ulega rozkładowi na trzy fazy:
- stałą (karbonizat, wegiel drzewny),
- ciekłą (smoła, olej pirolityczny będący mieszaniną związków polarnych)
- gazowe produkty pirolizy, zawierające głównie H 2, CO, CO 2, CH 4, C 2H 6, C 2H 4, C 3H 8,
C 3H 6, H 2O.
W zaleŜności od warunków prowadzania pirolizy rozróŜnia się pirolizę wolną (slow pyrolysis) i
pirolizę szybką (flash pyrolysis).
- aby osiągnąć z duŜą wydajnością produkty gazowe naleŜy prowadzić proces w wysokich
temperaturach przy dostatecznie szybkim ogrzewaniu i długim czasie przebywania biomasy w
reaktorze.
- w pirolizie wolnej uzyskuje się 30% węgla drzewnego
Stosowanie katalizatora w procesie pirolizy znacznie zwiększa udział wodoru w produktach
gazowych. Dla przykładu stosowanie katalizatora ZnCl 2 w procesie pirolizy biomasy oliwnej w
temperaturze 750 o C pozwala uzyskać 70 % wodoru w produktach gazowych.
12

FRAKCJE TYPOWEJ PIROLIZY DREWNA
Temperatura
[K]
673
723
773
823
Temperatura
reaktora [K]
673
723
773
823
Poleko, Poznań 22 listopada 2007
6,71
6,86
Karbonizat
24,1
21,4
18,9
17,3
0,023
0,69
Olej
65,5
65,7
66,0
67,0
0,16
% wagowe
0,26
Gaz
10,2
11,1
14,6
14,9
0,04
0,45
Razem
SKŁAD GAZU Z PIROLIZY DREWNA
CO
3,75
4,20
6,76
CO 2
6,02
6,32
6,61
H 2
0,018
0,022
0,022
CH 4
0,21
0,35
0,58
C 2 H 6
0,05
0,05
0,09
% wag.
C 2 H 4
0,05
0,08
0,26
C 3 H 8
0,03
0,02
0,05
C 3 H 6
0,05
0,08
0,19
99,8
98,2
99,5
99,2
Razem
10,2
11,1
14,6
14,9
13

Zgazowanie
Dla przeprowadzenia procesu zgazowania potrzebne są wysokie
temperatury rzędu 650–1300 o C i dla niektórych metod bardzo wysokie
ciśnienia (nawet do 350 bar), tak jak dla zgazowania hydrotermalnego.
Biorąc pod uwagę tylko trzy najwaŜniejsze pierwiastki (węgiel,
wodór, tlen) wchodzące w skład struktury biomasy, wtedy z dobrym
przybliŜeniem moŜna opisać proces zgazowania za pomocą jednego z
wielu zestawów trzech niezaleŜnych reakcji chemicznych, w tym
przypadku (2-4).
C + O2 ⇔ CO2 ΔH
= -393,7 kJ/mol (1)
C + CO2 ⇔ 2CO ΔH
= 172,5 kJ/mol (2)
C + H2O ⇔ H2 + CO ΔH
= 131,4 kJ/mol (3)
C + 2H2 ⇔ CH4 ΔH
= -74,88 kJ/mol (4)
Wzrost temperatury procesu przesuwa skład równowagowy
wynikający z reakcji (2) i (3) w kierunku zwiększonego udziału wodoru i
tlenku węgla, natomiast wzrost ciśnienia jest korzystny dla tworzenia
się metanu.
Dla zwiększenia efektywności procesu zgazowania wprowadza się
katalizatory: Fe, Co, Ru, Rh, Zn, Ni, Pt, Pd, Al 2 O 3 .
W reaktorze ze złoŜem fluidalnym w zgazowaniu biomasy
powietrzem, stosując katalizator Rh/CeO 2 /SiO 2 , moŜna w temperaturze
600 o C uzyskać prawie całkowitą konwersję biomasy na gaz syntezowy.
Poleko, Poznań, 22 listopada 2007.
14

ZGAZOWANIE z CaO ( SORBENTEM CO 2 )
Jedną z nowych metod zgazowania biomasy ukierunkowaną na
produkcję wodoru jest zgazowanie w pojedynczym reaktorze, parą
wodną z uŜyciem CaO jako sorbentu CO 2 .
C+ 2H 2 O + CaO 2H 2 + CaCO 3 (5)
Proces zachodzi w temperaturach stosunkowo niskich (650-700 o C),
w którym wychodzący surowy gaz syntezowy jest natychmiast
pozbawiany CO 2 , w obecności CaO w stosunku [Ca]/[C] = 1,2 do 4.
Największą ilość H 2 uzyskuje się dla stosunku [Ca]/[C] = 2 oraz
przy ciśnieniu 6 bar.
Biomasa, szczególnie drzewna, jest jednym z najczęściej
stosowanych materiałów do produkcji wodoru w procesie
zgazowania parą wodną z udziałem CaO.
Poleko, Poznań, 22 listopada 2007
15

Zgazowanie hydrotermalne
Inną i nową metodą jest zgazowanie biomasy mokrej w warunkch
około krytycznych wody (Tc =374,15oC, Pc =22,14 MPa. Biomasa
reaguje stosownie do reakcji (6) dla glukozy i reakcji (7) dla
celulozy.
C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 +12H2 (6)
C 6 H 10 O 5 + 7H 2 O → 6CO 2 +12H 2
W procesie zgazowania hydrotermalnego powstają wodór, tlenek
węgla, znaczne ilości metanu i wyŜsze węglowodory.
Proces zgazowania hydrotermalnego moŜna prowadzić dwoma
metodami:
Pierwsza polega na prowadzeniu procesu w niskich
temperaturach 350–600 o C przy zastosowaniu katalizatorów
metalicznych (ZrO 2 ), które zwiększają efektywność reakcji.
Natomiast w drugiej metodzie proces prowadzi się w wyŜszym
zakresie temperatury (500-800 o C), przy uŜyciu katalizatorów
niemetalicznych (KOH, KHCO 3 , K 2 CO 3 ).
Poleko, Poznań, 22 grudnia 2007
(7)
16

Składu surowego gazu syntezowego
zaleŜy od: rodzaju biomasy, temperatury, ciśnienia, czynnika zgazowującego i warunków zgazowania
Zgazowanie drewna parą wodną
w temperaturze 850 o C, pod ciśnieniem atmosferycznym i
dla stosunku pary wodnej do biomasy 1,4.
40
35
30
25
[%ob] 20
15
10
5
0
H2 CO CO2 CH4 C2H4
Skład gazu
Jako czynnik zgazowujący stosuje się równieŜ tlen,
który moŜna pozyskać z ogólnie dostępnego substratu
jakim jest powietrze metodami: kriogenicznego
(generatory tlenu) i nie-kriogenicznego (PSA)
rozdziału. Pozytywem jest wzrost udziału wodoru w
gazie syntezowym nawet czterokrotnie w stosunku do
procesu zgazowania powietrzem.
Przy zastosowaniu powietrza zmniejsza
się ilość pozyskanego wodoru na rzecz
oczywiście azotu, który jest głównym
składnikiem powietrza.
Zgazowanie drewna powietrzem
pod ciśnieniem 1 bar i w temperaturze 860 o C.
70
60
50
40
[%obj]
30
20
10
0
H2 CO CO2 CH4 CxHy N2
Skład gazu
17
Serie1

Uzdatnianie i oczyszczanie gazu
surowy gaz opuszcza reaktor z substancjami, palnymi, niepalnymi,
uciąŜliwymi i szkodliwymi,
uciąŜliwe: po kondensacji pary smoły i pary substancji mineralnych,
pył (w tym ścierne SiO 2 i F 2 O 5 ),
szkodliwe i korozyjne: związki siarki (H 2 S, CS 2 ), związki azotu (NH 3 ,
HCN, NO x ),
oczyszczanie mechaniczne (np. cyklon, filtr), oczyszczanie fizyczne
(np. kolumna natryskowa) i oczyszczanie chemiczne (np. katalityczne
wybiórcze utlenianie czy katalityczna konwersja smoły)
regulacja składu gazu poprzez reakcję gazu wodnego (shift
conversion), reformingi czy procesy separacyjne (np. adsorpcja
zmienno-ciśnieniowa),
18

Pozytywy gazu ze zgazowania biomasy
(surowy produkt gazowy i gaz syntezowy)
GAZ SUROWY
produkt gazowy uŜyty bezpośrednio do produkcji energii cieplnej,
produkt gazowy uŜyty po oczyszczeniu w silnikach IC i turbinach,
moŜliwość transportu rurociągami,
łatwość kontroli i elastyczność i ciągłość operacji,
czyste spalanie (zanieczyszczenia usunięto wcześniej),
GAZ SYNTEZOWY (H 2 +CO)
gaz syntezowy moŜe być uŜyty do produkcji związków chemicznych i
paliw motoryzacyjnych,
moŜliwość mieszania paliw syntetycznych z paliwami klasycznymi w
celu optymalnych efektów spalania i ochrony środowiska.
19

Zgazowanie biomasy
w kierunku produkcji energii i paliw
BIOMASA
nisko-temperaturowe
zgazowanie
(800 – 1000 o C)
wysoko-temperaturowe
zgazowanie (1100 – 1400 o C)
katalityczne zgazowanie
Surowy gaz
syntezowy
CO, H 2 , CH 4, C x H Y,
N 2 , CO 2 , H 2 O,
substancje szkodliwe, …
Kraking
termiczny,
reforming i
separacja
• SNG
Gaz
syntezowy
CO, H 2
• Elektryczność
• Ciepło
• Wodór
• FT diesel
• FT benzyna
(olefiny)
• Metanol
• Etanol i
wyŜsze alkohole
• DME
• Elektryczność
• Ciepło
20

BIOMASA
DME
MTBE
TAME
estry
inne produkty
róŜne syntezy
chemiczne np.
fosgen
metanol
paliwa
surowy gaz syntezowy
H 2 , CO, CO 2 , H 2 O, CH 4
zw. siarki azotu i sadza
CO
oczyszczanie
i przygotowywanie gazu
H2 alkohole
wyŜsze
aldehydy
etanol
ETBE TAEE
ZGAZOWANIE
[T, p, czynnik zgazowania]
gaz syntezowy
CO+H 2
inne
chemikalia
SNG
lekkie
węglowodory
parafiny
woski
olefiny
nawozy
amoniak
produkty
wodorowe i
uwodorowienia
Synteza
Fischer - Tropsch
benzyna
syntetyczna
REFORMING
parą wodną, tlenem i
autotermiczny
paliwo
olej
syntetyczny
inne paliwa
syntetyczne
Bez względu na warunki i zakres
zgazowania biomasy zawsze
otrzymuje się surowy gaz
syntezowy, w którym
podstawowymi substancjami są
wodór, tlenek węgla, dwutlenek
węgla para wodna i w niŜszych
temperaturach metan.
21

Produkty gazu syntezowego (syngaz)
(prawie wszystkie procesy są katalizowane)
Biomasa → (proces zgazowania) → gazowe produkty
Produkty gazowe (H 2 , CO, CH 4 , CO 2, H 2 O, N 2 , … )
→ (oczyszczanie i reforming ) → gaz syntezowy (H 2 +CO)
→ metanizacja) → SNG (zastępczy gaz ziemny)
→ (homogeniczna reakcja gazu wodnego) → wodór
Gaz syntezowy → metanol, etanol i cięŜsze alkohole, DME (dwumetyloeter),
produkty Fischer-Tropsch’a (diesel i benzyna)
Metanol → paliwa: etanol, DME, benzyna, diesel, FAME (fatty
acid methyl esters - diesel z estryfikacji olejów, np. na bazie rzepaku)
→ dodatki motoryzacyjne: MTBE (eter metylowo-t-butylowy),
TAME (eter metylowo-t-amylowy), DMM (metylal; dwumetoksy metan),
TBA (tert-butanol)
Etanol → dodatki motoryzacyjne: ETBE (eter etylowo-t-butylowy), TAEE
(eter etylowo-t-amylowy)
DME → benzyna, LBG (propan-butany)
Wodór ← metanol, etanol, DME, węglowodory
22

11%
39%
Rola gazu syntezowego
23%
4%
8%
1%
6% 3%
1%
49%
53%
Source:Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass
Technology Group, The Netherlands, 2005.
1%
1%
amoniak
gaz rafineryjny (H2)
metanol
elektryczność
GTL
inne
amoniak
gaz rafineryjny (H2)
metanol
BtL
BtCh
GtL
elektryczność
Obecny światowy rynek
gazu syntezowego
Przewidywany rynek
gazu syntezowego w 2040
23

Reaktory do zgazowania (zgazowarki)
Podział reaktorów stosownie do:
Typu procesów i reaktorów: złoŜe
stałe (dolny i górny odbiór), złoŜe
fluidalne, w tym cyrkulacja, złoŜe w
przepływie i zasilanie podwójne.
czynnika zgazowującego: powietrze,
tlen, para wodna i ich mieszaniny,
relacji cieplnych w procesie
zgazowania:
- allotermiczne, autotermiczne,
ogrzewanie bezpośrednie i pośrednie,
- ŜuŜel (stopiony popiół) i popiół
parametry stanu:
- ciśnienie: atmosferyczne,
podwyŜszone,
- temperatury: niskie i wysokie
Reaktor współprądowy z
dolnym odbiorem produktów
Source:]. Ericson J.C Overview of thermochemical biorefinery
technologies, International Sugar Journal, 109(1299), 163-173 (2007).
24

Przepływ ciepła i reakcje chemiczne
w procesie zgazowania
z dolnym odbiorem surowego gazu
CIEPŁO
Źródło :Handbook of Biomass Gasification (ed. H.A.M. Knoef) Biomass
Technology Group, The Netherlands, 2005.
BIOMASA
26

Wybrane typy reaktorów zgazowania
biomasy
27

Zalety i wady reaktorów zgazowania
Typ reaktora
ZłoŜe stałe
(górny odbiór gazu)
ZłoŜe stałe
(dolny odbiór gazu)
ZłoŜe fluidalne
Cyrkulacyjne
złoŜe fluidalne
ZłoŜe przepływowe
Ukierunkowania
przemyślane cieplnie, zastosowanie
małych jednostek, duŜa wilgotność
biomasy i brak węgla w popiele
zastosowanie małych jednostek, małe
cząsteczki wsadu, niska ilość smoły
zastosowanie duŜych jednostek,
charakterystyczny wsad, bezpośrednie
i pośrednie ogrzewanie, moŜliwa
produkcja syngazu
zastosowanie duŜych jednostek,
charakterystyczny wsad, bezpośrednie
i pośrednie ogrzewanie, moŜliwa
produkcja syngazu, większa ilość
wsadu
róŜno-wymiarowy (skalowany), niska
ilość smoły, moŜliwa produkcja
syngazu, większa ilość wsadu
Ograniczenia
rozmiary wsadu ograniczone, duŜa
zawartość smoły, ograniczenie skali,
gaz surowy, moŜliwość stopienia
wymiary wsadu ograniczone,
ograniczenie skali, gaz surowy, czuły
na wilgoć
średnia ilość smoły, większa ilość
wsadu
średnia ilość smoły,
duŜa ilość gazu nośnego, duŜa ilość
pyłu węglowego, ograniczone
rozmiary cząsteczek
28

H 2
CO
CO 2
N2
CH 4
C 2+
Reaktor
Typ
Czynnik
Mater. nośn.
Wsad
Skład gazu
ZaleŜność składu gazu (800 o C)
od czynnika zgazowującego i reaktora
Politechnika
w Wiedniu
31,5
22,7
27,4
2,8
11,2
4
Pośredni
fluidalny
para wodna
krzemionka
wióry z drewna
Uniwersytet
Brukselski
9-11
15-17
18
róŜnica
5-7
3
Fluidalny
powietrze
krzemionka
wióry z drewna
Uniwersytet
w Zaragosie
ZłoŜe stałe
dolny odbiór
powietrze
wióry z drewna
16
21,5
14,4
44,4
3,3
-
brak inf.
powietrze
wióry z drewna
10
14,8
12,8
28,9
4,9
USEPA
ZłoŜe stałe
górny odbiór
-
brak inf.
Ciśnieniowy
fluidalny
tlen/para
aluminium
wióry z drewna
19,12
11,07
28,88
27,77
11,21
1,95
IGT
29

Wybrane instalacje zgazowania
do produkcji ciepła, elektryczności i paliw; przykłady
Kymiarvi Power Station, (40-70 MW th ), Lahti, Finlandia (CFB (fluidalne złoŜe w cyrkulacji)
instalacja zgazowania atmosferycznego połączona ze spalaniem)
Enamora Plant, (750 kW e ) Hiszpania (wrzące złoŜe fluidalne w połączeniu z silnikami
gazowymi)
Carbo-V (150 kWe), Niemcy (trój-stopniowe zgazowanie, przeznaczone do: silników, produkcji
metanolu i cieczy Fischer-Tropsch’a)
Waste Gasification Plant, Greve-in Chianti, (6.7 MW e ), Włochy, (reaktor CFB w
cementowni i produkcja energii elektrycznej dla sektora komunalnego)
SWZ Schwartze Pumpe GmbH, (75 MWe), Niemcy, (3 rodzaje zgazowarek produkujące
energię elektryczną i metanol)
The Vermont Silva Gas, Burlington plant, (8-9 MW e ), USA (pośrednie zgazowanie CFB z
współspalaniem w kotle parowym i w cyklu pary wodnej)
CHP Harboore Plant, (3.4 MW th , 1.4 MW e ), Dania, (górno-odbiorowa zgazowarka w złoŜu
stałym w połaczeniu z silnikiem gazowym)
CHP Gussing Plant, (4.5 MW th , 2 MW e ), Austria, (FICFB (szybki wewnetrzny CFB) połączony z
silnikiem gazowym)
Varnamo Plant, (9 MWth, 6 MWe), Szwecja (ciśnieniowe zgazowanie CFB z z układem IGCC
(Integrated Gasification Combined Cycle)
www.gasifiers.bioenergylists.org
30

Źródło:ECN (Energy research Centre of the Netherlands
Reaktory - złoŜe stałe
31

Źródło:ECN
Reaktory przepływowe
32

Źródło:ECN
Reaktory - złoŜe fluidalne
33

PODSUMOWANIE
Efektywność zgazowania zaleŜy od rodzaju surowca, technologii,
skali produkcji i maksymalnego wykorzystania dostępnych ilości
róŜnych rodzajów biomasy.
W obecnej chwili pozyskanie gazu syntezowego z biomasy nie jest
konkurencyjne w stosunku do metody reformingu parowego
gazu ziemnego (metanu) i zapewne w najbliŜszym czasie jeszcze
nie będzie. JednakŜe naleŜy pamiętać, iŜ zapotrzebowanie na cele
energetyczne w świecie będzie wzrastało i to w bardzo szybkim
tempie, przy jednoczesnym spadku zasobów ropy naftowej i gazu
ziemnego.
W związku z powyŜszym szuka się nowych metod i źródeł
pozyskiwania wodoru z innych paliw – TAKĄ ALTERNATYWĄ
MOśE BYĆ BIOMASA, głównie pod kątem produkcji lokalnej
dla energetyki rozproszonej.
34

Dziękuję
za uwagę
35

Zastosowanie biopaliw
II-giej generacji
36

Energetyczne zastosowania
produktów pozyskanych ze zgazowania biomasy
Source: Specht M., Why biofuels? – An introduction into the topic, 1 st European Summer School
on Renewable Motor Fuels, Brikenfeld, Germany, 29-31 August 2005
Wodór
SNG
DME
Paliwo
Produkty gazowe ze
zgazowania biomasy
Gaz syntezowy
Synthetic gasoline
Synthetic diesel
EtOH (E100)
MeOH (M100)
Zastosowania
ciepło, elektryczność, CHP, kotły, ICEs (Inner Combustion
Engines), ogniwa paliwowe, turbiny gazowe, kompresory
i pompy cieplne
jak powyŜej i produkcja paliw II-giej generacji
Paliwa czyste
ogniwa paliwowe, przeznaczony dla ICEs i turbin gazowych
przeznaczony do wszystkich NG pojazdów i turbin gazowych
do istniejących silników Otto
do istniejacych silników diesla i przeznaczony dla ICEs
przeznaczony dla ICEs i ogniw paliwowych
przeznaczony dla ICEs (Otto and Diesel) i ogniw paliwowych
przeznaczony dla silników diesla
37

MoŜliwe dodatki motoryzacyjne z biomasy
Dodatki do paliw konwencjonalnych
ETBE w benzynie
(< 15 % obj. ETBE)
MTBE w benzynie
(< 15 % obj. MTBE)
TAME w benzynie
TBA w benzynie
TAEE w dieslu
ETBE w dieslu
Wszystkie
istniejące pojazdy
z silnikami Otto
przeciwdziała separacji
faz
brak danych
brak danych
38

Etanol w benzynie
Etanol w dieslu
MoŜliwość zastosowania paliw
z gazu syntezowego
Mieszanie z paliwami konwencjonalnymi
Eter ETBE w benzynie
Eter MTBE w benzynie
Metanol w benzynie
Metanol w dieslu
Paliwa Zastosowanie
Wodór (

Rola składników gazu syntezowego i biogazu w
zasilaniu róŜnego typu ogniw paliwowych
Typ ogniwa
paliwowego
Temperaturae / o C
Składnik gazowy
H 2
CO
CH 4 , C n H m
CO 2
H 2 S, COS
NH 3
CH 3 OH
Nisko-temperaturowe ogniwa paliwowe
(FC)
AFC*
50-150
Paliwo
Trucizna
Trucizna
Trucizna
Trucizna
Paliwo
Trucizna
Paliwo
PAFC*
180-220
Trucizna
(

Układ zgazowania biomasy w połączeniu z
węglanowym ogniwem paliwowym (MCFC)
Source:H. Morita et. al., Journal of Power
Sources 138, 31-40 (2004)
41

Paliwa do ogniw z termochemicznego
przetwórstwa biomasy
42