Oczyszczanie i uszlachetnianie (w tym reforming do wodoru)
produktów gazowych zgazowania fermentacyjnego i termicznego (biogazu)

Celem niejszego bloku tematycznego jest:

1. opracowanie skutecznego sposobu oczyszczania gazu ze zgazowania fermentacyjnego biomasy (biogazu), który w efekcie powinien umożliwić osiągnięcie poziomów zawartości zanieczyszczeń wyspecyfikowanych w Tablicy 1 (dla zastosowania gazu w silniku gazowym), oraz poziomu zanieczyszczeń przedstawionych w Tablicy 2 (dla zastosowania gazu do zasilania ogniw paliwowych typu SOFC),
2. oczyszczenie syngazu z substancji smolistych i pyłów do poziomu akceptowanego przez producentów silników w technologii mycia olejem, sprawne oczyszczanie oleju i jego filtracja,
3. opracowanie wydajnej i ekonomicznie uzasadnionej technologii rozproszoną produkcją wodoru z biogazu z wykorzystaniem plazmy mikrofalowej.

Tablica 1. Wymagania jakościowe dla gazu zasilającego silnik gazowy.

Parametr	Wartość
Zawartość pyłów [mg/Nm3]	< 50
Rozmiar cząstek stałych [μm]	< 10
Zawartość smoły [mg/Nm3]	< 100
Zawartość związków siarki (w przeliczeniu na H2S) [mg/Nm3]	< 2000
Zawartość amoniaku [mg/Nm3]	< 50
Zawartość halogenków [mg/Nm3]	< 100 ÷ 400
Zawartość związków krzemu [mg/Nm3]	< 10 ÷ 50
Metale alkaliczne [mg/Nm3]	brak danych

Tablica 2. Wymagania jakościowe dla gazu zasilającego ogniwa paliwowe typu SOFC.

Parametr	Wartość
Zawartość siarki (w przeliczeniu na H2S) [mg/Nm3]	< 1ppm
Zawartość halogenków (w przeliczeniu na HCl)	< 1ppm
Zawartość metali alkalicznych	< 1ppm
Zawartość węglowodorów	< 10%
Zawartość smoły	< 10ppm

Ad (1.) Obecność w surowym gazie z procesu zgazowania biomasy całego spektrum zanieczyszczeń (pyłów, ciekłych zanieczyszczeń o charakterze związków smolistych, związków siarki, amoniaku, halogenków, etc.) stanowi poważny mankament dyskwalifikujący otrzymany gaz do bezpośrednich zaawansowanych zastosowań.

Biogaz zawiera zwykle 50-70% metanu, 30-40% dwutlenku węgla oraz niewielkie ilości wodoru (5-10%), azotu (1-2%) i pary wodnej (do 0,3%); w śladowych ilościach występuje też siarkowodór (do 3000 ppm) i amoniak (do 30 ppm). Aby z surowego biogazu otrzymać gaz o właściwościach oraz składzie odpowiadających tzw. gazowi standardowemu, należy wyeliminować z niego przede wszystkim dwutlenek węgla, który istotnie zmniejsza kaloryczność. Z gazów towarzyszących szczególnie niepożądany jest siarkowodór, który w połączeniu z wilgocią zwiększa korozję urządzeń. Wszystkie zanieczyszczenia gazu uniemożliwiające jego konkretne wykorzystanie muszą być usunięte do minimalnych, wymaganych przez specyficzne technologie utylizacji gazu poziomów zawartości. Istnieje wiele metod eliminacji poszczególnych zanieczyszczeń z surowego gazu, zarówno o charakterze fizycznym, jak i chemicznym. Najkorzystniejszy wariant oczyszczania gazu powinien być dobrany indywidualnie dla gazu z konkretnego procesu konwersji termicznej.

Celem zadania jest opracowanie technologii usuwania siarkowodoru i dwutlenku węgla z wykorzystania reaktora z wirującą warstwą cieczy (SFR) ze strumieni biogazu uzyskiwanego w procesie fermentacji biomasy. Efektem prac będzie dokumentacja techniczna i instalacja pilotażowa oczyszczania biogazu i odzysku ciepła na bazie metody SFR.

Ad (2.) Najbardziej obiecującą technologią jest mycie syngazów olejem i następnie sprawne oczyszczanie oleju i jego filtracja. Obecnie w trakcie testów jest kilka systemów tego typu między innymi stosowany w instalacji zgazowania w Gussing i system firmy Dahlman. Opracowanie własnego efektywnego systemu może otworzyć możliwości rozwoju technologii wysoko efektywnej produkcji prądu. Efektem prac będzie dokumentacja techniczna i instalacja pilotażowa oczyszczania syngazu.

Ad (3.) Wynikiem prac będzie pilotażowa instalacja produkcji wodoru o parametrach:

•     szybkość produkcji wodoru z metanu: 10 kg H₂ / h
•     wydajność energetyczna: 1 kg H2 / kWh
•     koszt jednostkowy produkcji wodoru: 2 USD / kg H₂

 

Instalacja bazuje na własnym generatorze plazmy mikrofalowej – Rys. 1, w którym wytwarzana plazma używana jest do reformingu (konwersji) węglowodorów, co pozwala na uzyskanie efektu redukcji zawartości smół w gazie ze zgazowania biomasy, a także zwiększenie zawartości wodoru. Dla wykonania planowanych badań generator plazmy musi zostać wyposażony w urządzenia do odfiltrowania sadzy (tworzącej się zazwyczaj podczas termicznej konwersji smół) oraz separacji gazowych produktów (np. adsorber zmiennociśnieniowy PSA lub filtr membranowy).

Rys. 1. Plazma w generatorze mikrofalowym – fotografia z badań doświadczalnych.

 

---

Przejdź do Bloku:

1

2

3

4

5

6

7

8

Energa SA

Instytut Chemicznej
Przeróbki Węgla w Zabrzu

Instytut Energetyki

Politechnika Gdańska

Politechnika Krakowska

Politechnika Śląska w Gliwicach

SYNGAZ sp. z o.o.

Uniwersytet
Warmińsko-Mazurski
w Olsztynie