ΠΑΡΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΤΗ / ΒΙΟΜΑΖΑ. ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΜΙΓΜΑΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΟΥ CaO ΣΕ ΑΕΡΙΟΓΟΝΟ ΤΥΠΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ.

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΠΑΡΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΤΗ / ΒΙΟΜΑΖΑ. ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΜΙΓΜΑΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΟΥ CaO ΣΕ ΑΕΡΙΟΓΟΝΟ ΤΥΠΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ."

Ευδώρα Αλεξάνδρου
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Υ ΡΟΓΟΝΟΥ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΤΗ / ΒΙΟΜΑΖΑ. ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΜΙΓΜΑΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΟΥ CaO ΣΕ ΑΕΡΙΟΓΟΝΟ ΤΥΠΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ. Κ. Χατζηλυµπέρης ρ Χηµικός Μηχανικός Κ. Σαλµάς ρ Χηµικός Μηχανικός Σ. Βαΐτση Υ Χηµικός Μηχανικός Κ. Καραγεώργος Υ Χηµικός Μηχανικός Α. Σταµατόγλου Υ Χηµικός Μηχανικός Ο. Τσαπέκης Υ Χηµικός Μηχανικός Γ. Ανδρουτσόπουλος Καθηγητής Ε.Μ.Π 1

2 ΑΛΛΟΘΕΡΜΙΚΗ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΣΕ ΑΝΤΙ ΡΑΣΤΗΡΑ ΤΥΠΟΥ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΥ ΚΛΙΒΑΝΟΥ LRGS C + H 2 O + H 2 C + 2H 2 CH 4 (P ) + H 2 O 2 + H 2 Σχηµατική Παράσταση των ιεξαγόµενων ράσεων 2

LIME ENHANCED GASIFICATION SYSTEM (LEGS) ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΕΝΟ ΜΕ ΑΣΒΕΣΤΟ (CaO) C + H 2 O + H 2 + H 2 O 2 + H 2 CaO + 2 Ca 3 + 119 kj/mol - 41 kj/mol - 176 kj/mol C + 2H

3 LIME ENHANCED GASIFICATION SYSTEM (LEGS) ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΕΝΟ ΜΕ ΑΣΒΕΣΤΟ (CaO) C + H 2 O + H 2 + H 2 O 2 + H 2 CaO + 2 Ca kj/mol - 41 kj/mol kj/mol C + 2H 2 CH 4 (P ) - 87 kj/mol Σχηµατική Παράσταση της ιεργασίας C2H για παραγωγή υδρογόνου από στερεά καύσιµα (στο σχήµα για τυπικό γερµανικό λιγνίτη). C2H = Coal to Hydrogen (Αεριογόνο) 3

4 Πιλοτική Μονάδα 1 kg/h Στερεού Καυσίµου στο Ηµιβιοµηχανικό Εργαστήριο της Σχολής Χηµικών Μηχανικών του Ε.Μ.Πολυτεχνείου Αεριογόνο: Έµµεσα Θερµαινόµενος (Ηλεκτρικός) Περιστροφικός Κλίβανος, µε κατάλληλα σχεδιασµένη εσωτερική αρχιτεκτονική ανυψωτικών πτερυγίων. 4

5 Εκτελέστηκε σειρά πειραµατικών δοκιµών πιλοτικής κλίµακας στο πλαίσιο του ευρωπαϊκού προγράµµατος µε τίτλο: Upgrading of High Moisture, Low Rank Coals to Hydrogen and Methane, ακρωνύµιο: C2H Upgrade, σύµβαση: RFC-CR-39, πρόγραµµα: Programme "RFCS" Coal and Steel proposals - Call 22, και χρηµατοδότη: European Commission / Directorate General Research / Directorate Industrial Technologies / Unit Research Fund for Coal and Steel (RTD.G.6) τέως Ε.Κ.Α.Χ. (ECSC). Συνεργαζόµενοι Φορείς: 1. UNIVERSITY OF STUTTGART/ Institut fur Verfahrenstechnik und Dampfkesselwesen (IVD) (DE) Coordinator, 2. ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ (ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ) (EL), 3. ΕΗ (PPC) (EL), 4. ΙΤΕΣΚ (CERTH) (EL), 5. VATENFALL EUROPE MINING AG (DE), 5 6. BTU TTBUS (DE), 7. ZSW (DE), 8. IVE WEIMER (DE), 9. UNIVERSIDAD MPL. de MADRID (ES),

6 Πρώτες Ύλες Κοκκοµετρία: mm Λιγνίτης Αµυνταίου Υγρασία 35 Τέφρα 16 Πτητικά 33 2 Η αρχική υγρασία του καυσίµου ήταν ~5% κ.β. ως ελήφθη. 3 Μόνιµος Άνθρακας 13 % κ.β. Λιγνίτης Μεγαλόπολης Υγρασία 55 Τέφρα 2 Πτητικά 19 2 Μόνιµος Άνθρακας 6 % κ.β. Βιοµάζα (Ελαιοπυρηνόξυλο) Υγρασία 14 Τέφρα 9,5 Πτητικά 49 2,5 Μόνιµος Άνθρακας 27 % κ.β. Ξηρά Άσβεστος CaO 93,7 MgO 1,9 2 2,9 Λοιπά 1,5 6 % κ.β.

7 Αεριοποίηση Λιγνίτη (Πειραµατικές Καταγραφές Συστάσεως Αερίου) GAS MPOSITION o STEADY STATE (WITHOUT N2),65 GAS MPOSITION LEG o STEADY STATE (WITHOUT N2).85 GAS MPOSITION LEG o STEADY STATE (WITHOUT N2),65,6 GAS MPOSITION o STEADY STATE (WITHOUT N2),65,6,6, ,55,5,55 Y i,5,45,4,35,3,25,2,15,1,5 11:3 12:4 12:41 13:12 13:42 14:7 14:38 14:58 15:14 15:31 2 Y i :18 12:2 12:41 13:9 13:33 14:2 14:34 14:49 15:3 2 Yi,45,4,35,3,25,2,15,1,5 11:57 12:3 12:55 13:24 13:58 14:19 14:4 2 Yi,5,45,4,35,3,25 2 (1) (2) (3),2,15,1,5,5 GAS MPOSITION LEG o STEADY STATE (WITHOUT N2).75 GAS MPOSITION LEG o STEADY STATE (WITHOUT N2),65 GAS MPOSITION o STEADY STATE (WITHOUT N2) 11:57 12:3 12:55 13:24 13:58 14:19 14:4,45.7,6,4.65.6,55, ,5,45 Y i,3,25,2,15 2 Yi Yi,4,35,3,25,2 2,1.15,15,5.1.5,1 16:53 17:25 17:51 18:17 18:34 18:5 19:7 16:5 2:1 2:25 2:41 2:59,5 13:54 14:22 14:5 15:18 15:35 15:59 16:3 16:45 (4) (5) (6) Αεριοποίηση Λιγνίτη Αµυνταίου. Κατανοµές συγκεντρώσεων των συστατικών του αερίου προϊόντος σε µόνιµες συνθήκες λειτουργίας του κλιβάνου. Λιγ./Αδρανή: (1) (18/1/6), Τ rz =75 C, (4) (18/1/6), Τ rz =82 C. Λιγ./CaO: (2) (1/1/6), Τ rz =73 C, (5) (1/1/6), Τ rz =81 C, (3), (29/11/6), Ν=7,8 rpm, 7 Τ rz =825 C, (6) (24/11/6) Ν=6, rpm, Τ rz =825 C. Στοιχεία των πειραµάτων δίδονται στους Πίνακες 1 και 2.

8 Yi Αεριοποίηση Βιοµάζας (Πειραµατικές Καταγραφές Συστάσεως Αερίου).5.45 GAS MPOSITION o STEADY STATE (WITHOUT N2).65.6 GAS MPOSITION LEG o STEADY STATE (WITHOUT N2) GAS MPOSITION LEG o STEADY STATE (WITHOUT N2) Yi Y i :42 12:4 13:55 14:17 14:38 15:1 15:17 15:34 11:25 12: 13:34 14:2 14:33 14:54 15:11 15:27 15:43.4 (1) (2) Y i.35.3 GAS MPOSITION o STEADY STATE (WITHOUT N2) GAS MPOSITION o STEADY STATE (WITHOUT N2) Yi :25 12: 13:34 14:2 14:33 14:54 15:11 15:27 15:43 16:2 16:5 17:28 17:52 18:1 18:28 12:3 12:28 12:52 13:17 13:52 14:13 14:4 14:55 15:15 15:3 (3) (4) Αεριοποίηση Βιοµάζας (Ελαιοπυρηνόξυλου). Κατανοµές συγκεντρώσεων των συστατικών του αερίου προϊόντος σε µόνιµες συνθήκες λειτουργίας του κλιβάνου. Ελαιοπυρηνόξυλο/Αδρανή: (1) (14/11/6), Τ rz =72 C, (3) (14/11/6), Τ rz =82 C. Ελαιοπυρηνόξυλο/CaO: (2) (25/1/6), Τ rz =72 C, (4) (31/1/6), Τ rz =8 C. Στοιχεία των σχετικών πειραµάτων δίδονται στους Πίνακες 3 και 4. 8

Εύρεση Βέλτιστων Συνθηκών Λειτουργίας ιερεύνηση 2 θερµοκρασιακών επιπέδων: 725-73 C και 81-825

9 Εύρεση Βέλτιστων Συνθηκών Λειτουργίας ιερεύνηση 2 θερµοκρασιακών επιπέδων: C και C Kyaw, K., Matsuda H., Hasatani, M. J. of Chem.Eng. of Japan, Vol. 29, No.1, 1996,

10 ιερεύνηση της επίδρασης του χρόνου παραµονής των στερεών, µέσω µεταβολής της ταχύτητας περιστροφής του κλιβάνου. Χρησιµοποιούµενο Καύσιµο: Λιγνίτης Αµυνταίου Gas product mass flow rate (N 2 free) (kg/h),27,26,25,24,23,22,21,2,19 73 C T rz = C H 2 = 8% v/v, , 24,75 24,5 24,25 24, 23,75 23,5 Solids Residence Time in Reaction Zone t s(rz) (min) Μέσος Χρόνος Παραµονής Αερίου στη Ζώνη Αντίδρασης: ~ 3.5 s Gas product molar flow rate (N 2 free) (moles/h) Gas product mass flow rate (N 2 free) (kg/h),56,54,52,5,48,46,44,42 Θερµοκρασία Αναστροφής της αντίδρασης: CaO + 2 Ca Κ = 837 C T rz = C 83 C H 2 = 62% v/v, , 44, 42, 4, 38, 36, 34, 32, 3, 28, 26, Solids Residence Time in Reaction Zone 1 t s(rz) (min) Gas product molar flow rate (N 2 free) (moles/h)

11 % v/v Gasification of Amynteo Lignite (t s(rz) =14.8 min, N=3.85 rpm) Gas Composition (without N 2 ) With Lime, 73 C With Lime, 83 C Without Lime, ~73 C Without Lime, ~83 C 2 11

12 Σύγκριση µεταξύ των 3 στερεών καυσίµων Gasification with lime (F/S=1/2 w/w), T rz ~73 C XDMMF (%) , 11,1 42, Amynteo Lignite Megalopolis Lignite Gasification with lime (F/S=1/2 w/w), T rz ~83 C Biomass (Olive Kernel Wood) t s(rz) =14.8 min, N=3.85 rpm XDMMF (%) , 65,2 9, Amynteo Lignite Megalopolis Lignite Biomass (Olive Kernel Wood) 12 F/S = Fuel / Sorbent

13 Gasification with lime (F/S=1/2 w/w). Gas Composition. T rz ~73 C % v/v) Amynteo Lignite Megalopolis Lignite Biomass (Olive Kernel Wood) Gasification with lime (F/S=1/2 w/w). Gas Composition. T rz ~83 C 2 t s(rz) =14.8 min, N=3.85 rpm % v/v) Amynteo Lignite Megalopolis Lignite Biomass (Olive Kernel Wood) 2 13

14 Μετρήσεις βαθµού µετατροπής ολικού θείου X S (%) (αφορά στους λιγνίτες): 3, - 57,8-41,. προς Η 2 S: 6-7 % του µετατρεπόµενου S Σύγκριση παραγωγής πίσσας (tars), µετρούµενης ως ολικός άνθρακας (TC, mg/l) στα απόνερα του πύργου πλύσεως του παραγόµενου αερίου. Gasification with lime (F/S=1/2 w/w) (t s(rz) =14.8 min, N=3.85 rpm) TC (mg/l) ~73 C ~83 C Amynteo Lignite Biomass (Olive Kernel Wood) 14

15 ΚΛΙΜΑΚΩΣΗ ΜΕΓΕΘΟΥΣ (SCALE-UP) Πρόταση διαγράµµατος ροής µονάδας επίδειξης 2 ΜWth µε 2 πιθανά σενάρια χρησιµοποιούµενου αντιδραστήρα αλλοθερµικής αεριοποίησης, τύπου περιστροφικού κλιβάνου 15

16 Σενάρια Βιοµηχανικού Αλλοθερµικού Αεριογόνου Σενάριο Α: Τεχνολογία Bartlett-Snow TM (Alstom) Σενάριο Β: Τεχνολογία Humboldt (Humboldt Wedag) Μονο-αυλικό Πολυ-αυλικό 16

17 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η αεριοποίηση µίγµατος Λιγνίτη (Αµύνταιο)/CaO ~1/2 κ.β. σε περιστροφικό κλίβανο και µέση θερµοκρασία T rz ~73 C, πιστοποίησε την παραγωγή αερίου εµπλουτισµένου σε Η 2 (~79% κ.ο.) και µειωµένη αναλογία και 2 (~9, % και ~9,5 %), αλλά περιορισµένη µετατροπή του λιγνίτη (X DMMF <5%). Αύξηση της θερµοκρασίας T rz ~81 C, επιταχύνει τις αντιδράσεις αεριοποίησης, ενισχύει τη µετατροπή σε X DMMF =7-8%, αλλά µειώνει το ποσοστό του Η 2 σε ~62% κ.ο., λόγω κυρίως της αύξησης του ποσοστού σε 23%, που υποδηλώνει µειωµένο ρυθµό απορρόφησης 2. Για λόγους σύγκρισης δίδεται η κ.ο. σύσταση του αερίου που παράγεται χωρίς την προσθήκη CaO: 43-51% Η 2, 16-29% CΟ, 26-29% CΟ 2 και 2-3% CH 4. Η αεριοποίηση κονιοποιηµένου λιγνίτη ενδέχεται να οδηγήσει σε βελτιωµένη µετατροπή και σύσταση αερίου. Κατά την αεριοποίηση παρατηρείται µετατροπή του ολικού θείου, X S >3%, ενώ ο ολικός άνθρακας αντιστοιχεί στο ~8% του ρυθµού παραγωγής ξηρού αερίου. 17

18 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσµατα αυτά είναι ενθαρρυντικά και µπορούν να αξιοποιηθούν στην ανάπτυξη διεργασιών παραγωγής Η 2 από στερεά καύσιµα χαµηλής θερµογόνου δύναµης, µε την ταυτόχρονη δέσµευση 2. Μία πρόταση κλιµάκωσης µεγέθους έχει ήδη διερευνηθεί σε επίπεδο διαγράµµατος ροής και διαθέσιµων τεχνολογιών. Ενδεικτικές δοκιµές αεριοποίησης Ελαιοπυρηνόξυλου/CaO, µε µικρό ποσοστό υγρασίας, βεβαίωσαν την παραγωγή αερίου µετρίως εµπλουτισµένου σε Η 2 (δηλ. ~59% κ.ο. σε Τ rz ~72 C, µε X DMMF =42%, ή ~51% κ.ο. σε Τ rz ~8 C, µε X DMMF =9%). Κατά συνέπεια απαιτείται περαιτέρω συστηµατική παραµετρική διερεύνηση της αεριοποίησης του µίγµατος Ελαιοπυρηνόξυλου/ Ασβέστου. 18

Σχετικά έγγραφα

ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΛΙΓΝΙΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΘΑΡΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ. Λίµνη Πλαστήρα, Καρδίτσα, Απρίλιος 26 27, 2007

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ (ΙΤΕΣΚ) 2 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Εναλλακτικών Καυσίµων και Βιοκαυσίµων ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΛΙΓΝΙΤΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΘΑΡΩΝ