ZPLYŇOVÁNÍ
Při zplyňování jde o téměř úplnou přeměnu organických složek paliva na plynné produkty za
pomoci zplyňovacího média (vodní pára, H2, CO2, O2 nebo jejich směsí). Objem biomasy je
redukován až o 90 %. Jako vstupní surovinu na výrobu syntetického plynu lze použít různé
druhy obilovin, trávu, rychle rostoucí dřeviny (topoly, vrby). Přeměna probíhá za teplot od
700 do 900 C a podstechiometrické atmosféry. Tento plyn lze využít buď v procesech s parní
nebo plynovou turbínou. Pro takovéto využití je však nezbytné zajistit vysokou kvalitu plynu
- plyn musí být čistý, bez tuhých částic a dehtu.
Pro zplyňování se využívají zplyňovače s fluidní vrstvou, proudové nebo s nehybnou vrstvou.
Zplyňování v pevném loži je doposud nejrozšířenější. Pro menší a střední zařízení se jako
zplyňovacího média používá vzduch. Pro decentralizované zařízení mohou zplyňovací
technologie menších výkonů sehrát velkou roli. Vyčištěný plyn může být například využit při
kogeneraci v plynových motorech s vysokou účinností.
Výzkum prováděný v Texasu ukázal, že zplyňování malého množství hovězího hnoje (7–15
%) společně s uhlím snižuje emise oxidů dusíku a je další možností, která vede ke snížení
nákladů na produkci energie díky náhradě části uhlí přídavkem hovězího hnoje. Nejlepší
účinnosti zařízení se dosáhne, pokud je konstruováno speciálně pro daný druh paliva.
Universita v Minnesotě vyvinula zplynovací zařízení, které spaluje krmnou kukuřici, obilí,
pšeničnou slámu, zbytky po zpracování sóji, trávu a biomasu z topolů. Rozdílné druhy
zplyňovačů potřebují speciální druhy biomasy, které mohou využívat lépe než jiné.
Srovnání technologií zplyňování a jejich vývoj je uvedeno na následujících obrázcích:
Zplyňování
S pevným ložem
Souproud
Protiproud
Práškové
Křížový
proud
Zplyňování
Fluidní
Cirkulující
Stacionární
Zplynění a čištění spalin
Zplynění
Čištění
spalin
Plynový
kotel
Parní vyvíječ
(externí)
Plynová
turbína
Plynový
motor
Plynová
turbína
Plynová
turbína
Kotel na
odpadní teplo
Plynová
turbína
Parní turbína
Odpadní teplo
Elektrická energie
Možné technologie zplyňování
Protiproud
Křížový proud
Souproud
1
1
2
1
2
2
3
4
4
4
3
3
5
5
5
Zplyňovací medium
Plyn
1 zóna sušení, 2 zóna pyrolýzy, 3 zóna redukce, 4 zóna oxidace, 5 popel
Schematické zobrazení různých technologií zplyňování v pevné vrstvě
Vývoj technologií v čase
Srovnání spalování, pyrolýzy a zplyňování
Verbrennung
Spalování
Pyrolýza
Zplyňování
Termický rozklad v palivu
obsažených organických prvků
bez vzduchu
)
Chemická přeměna paliva za pomoci
zplyňovacího média (kyslíku, vzduchu,
vodní páry nebo jejich směsí)
Reakce v palivu obsažených
spalitelných součástí s kyslíkem
Sušení
Sušení, odplynění
Sušení, odplynění, zplynění
Krakování uhlovodíků
CnHm
x CH4 + y H2 + z C
Krakování uhlovodíků
CnHm + O2
x CO2 + y H2O
CH4 + H2O
CO + 3 H2
Reakce vodního plynu (část.)
C + H2O
CO + H2
Boundardova reakce
C + CO2
2 CO
C + O2
CO2
Reakce vodního plynu (plně)
C + H2O
CO + H2
Boundardova reakce
C + CO2
2 CO
Krakování uhlovodíků
CnHm + O2
x CO2 + y H2O
Spalování uhlíku
C + O2
CO2
Kyslík
(přebytek)
0
podstechiometrické
Přebytek
vzduchu
0 (theor.); < 0,2 (prakt.)
Popis
Předcházející
kroky
Reakce
(příklady)
Teplota C
Tlak MPa
Doba
setrvání
Produkty
Použití
400
700 (1000)
<< 0,1
< 1 ( 0,2
700
H2 + ½ O2
stechiometrické, popř.
nadstechiometrické
0,5)
900
0,1
s
minuty až hodiny
Pyrolýzní plyn
Dehty
Odpadní voda/Koks
Plynová turbína, plyn je využíván
uvnitř procesu, dřevěné uhlí
vychází jako vedlejší produkt
Syntézní plyn
Dehty
Popel/struska
Syntézní plyn jako výchozí základ,
příklad využití jako palivo nebo metan
a palivové články
H2O
1
800
1.300 (2000)
> > 0,1
hodiny až dny
Spaliny
Popel/Struska
Výroba horké vody pro topení, nebo
páry a horkých plynů pro výrobu
elektrického proudu
Nové technologie
V Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i., je instalován plazmový reaktor PLASGAS pro
zplynování pevných organických látek a vitrifikaci anorganických látek s novým typem
plazmatronu s hybridní stabilizací oblouku. Vysoká účinnost plazmatronu se ověřila při
pyrolýze organických látek. Pyrolýzou biomasy byl získán syntetický plyn s vysokým
obsahem vodíku a CO a velmi nízkým obsahem CO2 a vyšších uhlovodíků.
Experimentálně se prokázalo, že výhodnější je zplynění biomasy s využitím plazmatu
vytvářeného ve vodním plazmatronu ve srovnání s dosud používanými technologiemi.
Vlastnosti vysokoentalpického plazmatu generovaného v plazmatronu vedou k vysoké kvalitě
a výhřevnosti produkovaného plynu a umožňují využít pro oxidaci přebytečný uhlík CO2
nebo vodní páru. Výhřevnost generovaného plynu je až 3,5krát vyšší než příkon plazmatronu,
navíc se nabízí možnost recyklace CO2 na CO.
Na následujícím obrázku je uvedena demonstrační jednotku zplyňovače s fluidní vrstvou pro
biomasu v rámci projektu BIOCOCOMB. Kotel vyrobila AUSTRIAN ENERGY pro
Elektrárnu v Zeltwegu.
Elektrárna v Zeltwegu se zplyňovačem BIOOCOMB
Zplyňování dřeva Siebenlehn (schématické zobrazení)
Download

ZPLYŇOVÁNÍ