Przegląd technologii zgazowania biopaliw stałych

Transkrypt

1 Ź Przegląd technologii zgazowania biopaliw stałych The review of solid biofuels gasification technologies LILIANA BONDER, MAREK MIROSZ Biopaliwa stałe W opracowaniu omówiono krajowe i światowe instalacje zgazowania, które są jeszcze na etapie badań lub mają już zastosowanie komercyjne. Zgazowanie to konwersja, poprzez proces częściowego utleniania węgla zawartego w paliwie w gaz, którego głównymi składnikami są wodór i tlenek węgla. Gaz może być użyty jako paliwo, źródło wodoru lub materiał do produkcji w przemyśle petrochemicznym. Światowa moc gazogeneratorów wynosi obecnie ponad MW mocy cieplnej (w tym ponad MW ciepła i energii elektrycznej) i wzrasta o około 10% rocznie [2]. National and world gasification plants, which are on research and commercial stage, are presented in this paper. Gasification is a process that converts, by partially oxidation, carbonaceous materials into carbon monoxide and hydrogen. Gas can be used as fuel, source of hydrogen or material in production in petrochemical industry. The world power of gasification plants is over MW t (in this over MW produced for heat and power) and increase about 10% per year. Klasyczna technologia zgazowania polega na zmianie składu paliwa przez podgrzewanie oraz reagowanie chemiczne z utleniaczami w warunkach ich ograniczonego dostępu, tzn. braku tlenu w stosunku do stechiometrycznego zapotrzebowania tlenu (λ = 1) niezbędnego do całkowitego utlenienia paliwa, dzięki czemu straty ciepła są mniejsze, a spaliny nie zawierają cząstek stałych. Utleniacze stosowane w procesach zgazowania to: tlen, powietrze atmosferyczne, mieszanina pary wodnej, tlenu i CO 2, mieszanina pary wodnej i powietrza, para wodna. W zależności od sposobu dostarczenia ciepła do zgazowania, proces może zachodzić [4]: bezpośrednio (zgazowanie autotermiczne), część biopaliwa dostarczanego do reaktora ulega spaleniu (20-30%), pośrednio (zgazowanie allotermiczne), ciepło do zgazowania pochodzi ze spalania biopaliwa w oddzielnym urządzeniu i dostarczane jest do reaktora za pomocą stałego, ciekłego lub gazowego nośnika. Części lotne przechodzą do fazy gazowej, będącej mieszaniną metanu, wodoru, tlenku węgla i dwutlenku węgla. Pozostałość mineralna przekształcana jest w popiół. W procesie tworzą się również produkty uboczne, jak kondensujące się lotne i ciekłe substancje smoliste. Smoła zawiera aromatyczne i poliaromatyczne węglowodory, głównie toluen, naftalen oraz fenol (w temperaturze poniżej 800 o C). Zawartość smół zmniejsza się wraz ze zwiększaniem temperatury procesu, w temperaturze 900 o C twomgr inż. Liliana Bonder Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Środowiska mgr inż. Marek Mirosz MVV EPS Polska S. A. Biomasa wykorzystywana do celów energetycznych nazywana jest biopaliwem. Biomasa jest jedynym zasobem energii odnawialnej, który może być źródłem paliw i produktów opartych na węglu [3]. Biopaliwa stałe mogą być zużywane na cele energetyczne w procesach bezpośredniego spalania, gazyfikacji oraz pirolizy. Biomasę można pogrupować w następujący sposób [4]: odpady leśne, ścinki, kora, zieleń, liście, gałęzie, odpady drewna z przemysłu papierniczego i meblarskiego, odpady z likwidacji upraw ogrodniczych, odpady drewna (trociny, pył szlifierski), drewno rozbiórkowe oraz z opakowań, rolnicza (z upraw, produkcji żywności i hodowli zwierzęcej), inna biomasa roślinna powstająca w czasie uprawy i pozyskania, oraz przetwarzania przemysłowego produktów (siano, słoma, kiszonka, konopie, kukurydza, trzcina cukrowa i bagienna, łuski itp.), uprawy energetyczne (trawy, wierzba, topola, eukaliptus, słomy, ziarna upraw zbożowych), inne paliwa biopochodne (papier i karton, stałe odpady komunalne MSW, paliwa RDF, osady ściekowe). Biomasa odpadowa jest cennym biopaliwem wytwarzanym siłami przyrody i powstaje w wyniku gospodarczej działalności człowieka na terenach wiejskich i miejskich. W procesie zgazowania można wykorzystać jako paliwo wiele rodzajów odpadów, które obecnie trafiają na składowiska (m in. komunalne, cmentarne poubojowe, medyczne, farmaceutyczne, garbarskie, zwierzęce, z przemysłu papierniczego, pochodzenia biologicznego itd.). Technologia zgazowania 10 11/2007

2 rzy się o 50% mniej smoły niż w 700 o C. Zmienia się również skład smoły, przy temperaturze 900 o C benzen stanowi 50% zawartości wszystkich związków aromatycznych [4]. Poniżej na schemacie przedstawiono procesy fizyko-chemiczne zachodzące w kolejnych etapach zgazowania: Temperatura w strefie utleniania powinna być utrzymana w zakresie o C (dla biopaliwa nie może przekroczyć 1000 o C). Gdy jest niższa od zalecanej wartości, dwutlenek węgla nie jest całkowicie redukowany do tlenku węgla, nawet jeśli czas kontaktu CO 2 z węglem zawartym w paliwie jest długi. Jeśli temperatura przekracza wartość wymaganą, to popiół topi się i formuje się żużel, powodujący zawieszanie wsadu w strefie redukcji i w konsekwencji zatykanie przepływu gazu [6]. Skład oraz wartość opałowa mieszaniny powstałego gazu zależą od warunków zgazowania (temperatury, ciśnienia, czasu kontaktu CO 2 i C w strefie redukcji [6]) oraz zastosowanego czynnika zgazowującego i paliwa: znaczna wilgotność (45-58%) materiałów poddawanych zgazowaniu powoduje relatywnie niską wartość opałową produkowanego gazu w granicach 1,6-2,5 MJ/Nm 3 [7], korzystne jest prowadzenie procesu w jak najwyższych wartościach temperatury, wówczas składniki palne (CO, H 2, CH 4 ) mają zwiększony udział w zachodzących reakcjach; wysoka temperatura zmniejsza zawartość dioksyn w gazie, wzrost ciśnienia oraz udział pary wodnej zwiększa uzysk powstawania metanu, co podnosi wartość opałową gazu, kaloryczność gazu podnosi również wyeliminowanie azotu z utleniacza przez zastosowanie czystego tlenu lub powietrza wzbogaconego tlenem. Koszt wytworzenia tlenu ocenia się na 20% wyprodukowanej ze zgazowania energii [4]. W przypadku zgazowania w atmosferze powietrza kaloryczność gazu waha się od 4 do 7 MJ/Nm 3, zgazowanie czystym tlenem podnosi parametr do MJ/Nm 3, podawanie pary wodnej daje wartość MJ/Nm 3 [4]. Para wodna powoduje zwiększenie ilości wodoru oraz metanu w powstałym gazie. Gazogeneratory 200 < T( o C) < 800 (950) Rys. 1. Procesy zachodzące w zgazowaniu suszenie piroliza oksydacja redukcja [5] Podstawowym elementem każdej zgazowarki jest gazogenerator inaczej zwany komorą lub reaktorem zgazowania. W komorze tej następuje szereg reakcji fizyko-chemicznych, w trakcie których powstaje gaz. Do zgazowania paliwa wykorzystywane są różne typy systemów, główne to: reaktor ze złożem stałym, reaktor fluidalny ze złożem pęcherzowym, reaktor fluidalny z warstwą cyrkulacyjną, reaktor strumieniowy. Reaktory zgazowania ze złożem stałym Gazogeneratory ze złożem stałym różnią się kierunkiem przepływu gazu przez reaktor (skierowany ku górze, ku dołowi oraz horyzontalny) albo kierunkiem przepływu paliwa i gazu (współprądowy, przeciwprądowy oraz skrzyżowany). W złożu stacjonarnym występuje duży gradient temperatury i można w nim wyróżnić kilka stref: podgrzewania, suszenia i odgazowania, zgazowania, spalania. W zgazowarkach ze złożem stałym mogą powstawać strefy z wysoką temperaturą powodujące spiekanie popiołu. Jest to efekt dużej nierównomierności rozkładu temperatury wzdłuż wysokości złoża. Problemem jest także długi czas nagrzewania i ograniczenia związane z powiększaniem skali. Główną zaletą tych gazogeneratorów jest wysoka sprawność konwersji materiału wsadowego oraz stosunkowo prosta konstrukcja. Reaktor fluidalny z warstwą cyrkulacyjną W zgazowarce ze złożem fluidalnym powietrze i paliwo jest wymieszane w gorącym złożu z materiału stałego. Materiał złoża składa się zwykle z cząstek krzemionki, biomasy, katalizatora i popiołu. Z powodu silnego mieszania nie jest możliwe rozróżnienie stref w gazogeneratorze suszenia, pirolizy, utleniania i redukcji. Temperatura w całym złożu jest stała, występuje także wysoki stopień kontaktu cząsteczek biomasy i czynnika zgazowującego. W reaktorze ze złożem cyrkulacyjnym materiał złoża wypełnia całą objętość reaktora, powoduje to większa niż w reaktorze pęcherzowym prędkość czynnika zgazowującego wynosząca 5-10 m/s. Unoszony materiał złoża jest separowany i zawracany do reaktora przez cyklon umieszczony na drodze gazu. Reaktor fluidalny z warstwą pęcherzową W reaktorze pęcherzowym kierunek przepływu czynnika zgazowującego i opadającego wsadu jest przeciwny. Fluidyzowane złoże materiału wsadu wypełnia dolną część reaktora, w górnej strefie zaś przepływa tylko paliwo gazowe z cząsteczkami pyłu i smoły. Czynnik zgazowujący pełni również rolę medium fluidyzującego i jego prędkość wynosi około 1-3 m/s. W tabeli 1. podsumowano różnice między opisanymi reaktorami zgazowania. Tabela 1. Porównanie charakterystyk różnych typów gazogeneratorów [4] Typ generatora Zawartość Zmienność jakości Typowa moc cieplna gazu instalacji, MWth Smoła Pyły min. maks. Ze złożem stałym przeciwprądowym bardzo wysoka niska bardzo duża 0,05 1,5 Ze złożem stałym współprądowym bardzo niska niska duża 0,5 10 Fluidalny ze złożem pęcherzowym średnia wysoka bardzo niska 0,5 30 Fluidalny ze złożem cyrkulacyjnym niska bardzo wysoka bardzo niska Zgazowanie pośrednie W zgazowaniu pośrednim (allotermicznym) jako utleniacz stosuje się parę wodną. Przetwarzanie paliwa w parze jest procesem endotermicznym, jednak powstaje w nim więcej metanu na jednostkę objętości niż w zgazowaniu bezpośrednim. Ciepło wytwarzane jest w oddzielnym urządzeniu przez spalanie biomasy lub produktów jej przetwórstwa i dostarczane jest do gazogeneratora za pomocą stałego, ciekłego lub gazowego nośnika. Istnieją dwa podstawowe typy reaktorów w zależności od zastosowania zewnętrznego źródła ciepła: gazowy reaktor pośredni i koksowy reaktor pośredni. Instalacje zgazowania Poniżej opisano kilka przykładów krajowych i światowych instalacji zgazowania, które są jeszcze na etapie badań lub mają już zastosowanie komercyjne. Źródła ciepła 11/

3 Ź Atmosferyczna zgazowarka z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym CFB System atmosferycznego zgazowywania CFB opracowany przez fińską firmę Foster Wheeler jest względnie prosty. Składa się z reaktora zgazowującego, cyklonu separującego materiał złoża cyrkulacyjnego z gazu oraz rury powrotnej zawracającej cyrkulujący materiał do dolnej części zgazowarki. Poniżej cyklonu zastosowano podgrzewacz powietrza, odzyskujący ciepło z gorącego gazu. Wszystkie części są wyłożone materiałem ognioodpornym. Schemat systemu przedstawiono na rys. 2. Rys. 2. Zgazowarka CFB [8] W zastosowanej technologii rolę czynnika utleniającego spełnia powietrze. Jest ono wdmuchiwane pod wysokim ciśnieniem pod ruszt rozprowadzający powietrze, znajdujący się na spodzie reaktora poniżej złoża. Prędkość powietrza jest tak dobrana, aby wytworzyć złoże fluidalne. Część cząsteczek złoża porywana jest do cyklonu, gdzie następuje odseparowanie materiału od gazu i skierowanie go do dolnej części zgazowarki. Gaz oraz części stałe wydobywają się z dolnej części cyklonu. Cyrkulujące części stałe zawierają koksik, który jest spalany w atmosferze fluidyzującego powietrza. Ciepło z tego procesu wykorzystywane jest w pirolizie i pozostałych endotermicznych reakcjach zgazowania. Nośnikiem ciepła jest cyrkulujący materiał, który również stabilizuje temperaturę procesu. Pył o grubej frakcji opada na dno reaktora i usuwany jest przenośnikiem ślimakowym zaopatrzonym w płuczkę wodną. Podczas normalnej pracy instalacji jej wydajność regulowana jest natężeniem przepływu paliwa. Paliwo kierowane do procesu gazyfikacji nie musi być wstępnie osuszane (dopuszczalny chwilowy poziom wilgotności do 60%) [8]. Temperatura procesu kontrolowana jest poprzez ilość podawanego powietrza. Technologia CFB jest wykorzystywana do zgazowania takich materiałów jak: miskantus, kora, trociny, torf oraz inne biopaliwa w jednostkach o mocy od 3 do 70 MW. Zgazowarka dwustopniowa Proces dwustopniowego zgazowania polega na tym, że procesy pirolizy i gazyfikacji odbywają się w dwóch różnych reaktorach. Instalacja składa się z jednostki pirolitycznej podgrzewanej propanem, strefy częściowego utleniania i reaktora zgazowania zbudowanego z żaroodpornej cegły, ruchomego rusztu, komory na popiół, chłodnicy gazu, systemu oczyszczania gazu oraz silnika. Podgrzewacz powietrza, odparowywacz oraz przegrzewacz są podgrzewane elektrycznie. Instalacja ma dwa systemy zasilania: jeden na zrębki drzewne, drugi na pellety/brykiety. Aby rozdzielić procesy: podgrzewania jednostki pirolitycznej, podgrzewacza powietrza, odparowania i przegrzewania pary są one regulowane niezależnie. Paliwo podawane jest do strefy pirolizy, gdzie dodatkowo doprowadzane jest ciepło. Biomasa w procesach pirolizy rozkłada się na koksik składający się z węgla i popiołów oraz na części lotne zawierające gazy oraz smoły. Lotne produkty pirolizy są częściowo odgazowane w strefie częściowego utleniania, co powoduje wzrost temperatury gazu i znaczny spadek zawartości smoły w gazie. Gorące gazy Rys. 3. Schemat procesu dwustopniowego zgazowania [1, 10] ze strefy częściowego utleniania oraz koksik z reaktora pirolizy kierowane są do części zgazowania, gdzie koksik reaguje chemicznie z parą wodną i dwutlenkiem węgla tworząc H 2 i CO. Przepływ gazu przez złoże powoduje dalszy spadek zawartości smół. Gaz generatorowy jest oczyszczany i chłodzony, a nadmiar pary wodnej wykraplany. Z powodu bardzo małej ilości smoły w gazie, cząsteczki mogą być odseparowane z gazu filtrem workowym. Po oczyszczeniu gaz jest wprowadzany do silnika spalinowego, który produkuje energię elektryczną, a ciepło z chłodzenia może być dodatkowo wykorzystane. Spaliny oraz gorący gaz powstający podczas procesu mogą być użyte do wstępnego podgrzania powietrza, suszenia i pirolizy. Na rys. 3. przedstawiono schemat omawianej technologii. Kiedy zawartość wilgoci w paliwie jest niższa niż %, proces pobiera wodę i cały kondensat może być kierowany z powrotem do procesu jako czynnik zgazowujący. Jeżeli zawartość wilgoci w paliwie przekracza 25 % proces będzie wytwarzał kondensat. Ponieważ zawartość smoły jest niezwykle mała, kondensat z dwustopniowego procesu zgazowania może być wprowadzony do kanału ściekowego [9]. Proces dwustopniowego zgazowania ma wysoką sprawność oraz mały wpływ na środowisko. Powstający gaz charakteryzuje się niezwykle niską zawartością smoły i względnie wysokim ciepłem spalania. Gaz opuszczający zgazowarkę ma temperaturę ok. 800 o C, a spaliny z silnika o C, zależnie od stosunku paliwa do powietrza, ciśnienia itd. Badania i rozwój dwustopniowego procesu zgazowa /2007

4 nia doprowadziły do stworzenia solidnej konstrukcji, gdzie jednostka pirolizy jest zewnętrznie podgrzewanym podajnikiem ślimakowym i koksik jest zgazowany na złożu stałym. Informacje dodatkowe W latach wykonano wiele badań na dwustopniowej zgazowarce o mocy 100 kw [9]. Jako paliwo stosowane były zrębki drzewne, brykiety oraz pellet. Wykonano pomiary zawartości smoły w surowym gazie powstającym podczas procesu zgazowania. Zawartość smoły nie przekroczyła 25 mg/nm 3. Pomiary za filtrem kieszeniowym wykazały zawartość smoły 4-6 mg/nm 3. Kiedy gaz ma bardzo małą zawartość smół, proces oczyszczania gazu staje się bardzo prosty i niezawodny. Skład gazu zależy od ilości wody lub pary dodanej do procesu oraz sprawności energetycznej urządzenia. Zgazowanie w atmosferze pary wodnej daje wysoką szybkość reakcji, redukuje ilość cząstek sadzy, a gaz powstający w procesie ma dużą zawartość H 2. Duża zawartość wodoru powoduje dobre właściwości palne gazu i małą emisję spalin. Na wykresach poniżej porównano skład gazu powstającego podczas procesu. Rys. 4. pokazuje średnie wartości podczas testu, w którym stosunek masowy biomasy i pary wynosił 1: 1. Rys. 5. przedstawia średni skład gazu z testu, gdzie para nie jest dodawana do reakcji. Sprawność wytwarzania gazu oblicza się na podstawie energii zawartej w paliwie, oraz przepływu i kaloryczności gazu. Kiedy spaliny i gaz powstający w procesie jest używany do podgrzewania, suszenia i pirolizy sprawność procesu może osiągnąć 90%, opierając się na wartości opałowej. W jednostopniowym procesie zgazowania sprawność wynosi około 80 % [9]. Wysoka sprawność procesu dwustopniowego zgazowania daje możliwość dostarczania mniejszego strumienia powietrza do zgazowania koksiku niż w innych systemach zgazowania i dlatego zawartość azotu w gazie jest znacznie mniejsza. Zgazowarka pośrednia Milena Milena jest nazwą zgazowarki pośredniej (allotermicznej), stworzonej i opatentowanej przez Energy research Centre of the Netherlands (ECN). Została stworzona z myślą o wytwarzaniu gazu wolnego od azotu z wysoką zawartością węglowodorów. Układ laboratoryjny ma moc 30 kw i produkuje gaz o stabilnych parametrach. Efektywność wytwarzania gazu wynosi ok. 80% i możliwe jest utrzymanie takiej sprawności przy dużych systemach. W układzie Milena biomasa jest podgrzewana i zgazowana w złożu cyrkulującym składającym się z gorącego piasku. Mniej reaktywne cząstki stałe koksiku są kierowane do komory spalania, gdzie Rys. 6. Schemat technologii zgazowania pośredniego Milena [10] łączenie do niej wielu różnych urządzeń, między innymi: reaktora TREC urządzenia do wysokotemperaturowego usuwania smoły i do filtracji, systemu OLGA instalacji do usuwania smoły, wysokotemperaturowego filtra ceramicznego, chłodnicy gazu, skrubera, silnika spalinowego. całego systemu pokazana jest na rys. 7. Podane sprawności wynikają z obliczeń dla systemu wielko- -skalowego. Sprawność przetworzenia biomasy na gaz syntezowy to około 70%. Dodatkowo jest możliwość wytworzenia energii elektrycznej w siłowni parowej Źródła ciepła Rys. 4. Skład gazu z gazyfikacji parowej [9] Rys. 7. System przetwarzania biomasy na gaz syntezowy oparty na systemie Milena [10] Rys. 5. Skład gazu z gazyfikacji powietrznej [9] podgrzewany jest cyrkulujący piasek. Milena jest prostym i zwartym układem, dobrze przystosowanym do pracy przy podwyższonym ciśnieniu. Zgazowanie odbywa się w pionowej rurze, w cyrkulującym złożu pęcherzowym. Komora zgazowania i spalania koksiku są zintegrowane, co schematycznie pokazano na rys. 6. W 2004 r. zrealizowany został układ zgazowarki Milena o wydajności biomasy 5 kg/h. Usytuowanie zgazowarki na stanowisku doświadczalnym umożliwia przy- z kilkuprocentową sprawnością. W systemie tym oczyszczanie gazu ze smoły odbywa się za pomocą systemu OLGA, dodatkowo stosuje się różne procesy adsorpcji, aby usunąć np. siarkę lub chlor. Informacje dodatkowe Testy wykonywane były wielokrotnie w różnych warunkach. Parametrami zmiennymi były: masowy strumień paliwa (biomasy), rodzaj materiału złoża, 11/

5 Ź ilość materiału złoża, przepływ powietrza fluidyzującego. Bazując na wynikach eksperymentów laboratoryjnych i doświadczeń ECN związanych z efektami powiększania mocy w zgazowarkach CFB, został obliczony skład gazu dla urządzenia wielko-skalowego. Jako paliwo do obliczeń przyjęto drewno o wilgotności 25%. Ponadto założono, że smoły są usuwane całkowicie przez system oczyszczania spalin ze smoły OLGA. Skuteczność usuwania benzenu i toluenu będzie na poziomie odpowiednio 50% i 75%. Odseparowane smoły, benzen i toluen będą zawracane do komory spalania w systemie Milena. Tabela 2. przedstawia wyliczony skład surowego gazu dla urządzenia o mocy 100 MWt. Sprawność otrzymanego gazu wynosi około 80%. Tabela 2. Obliczony skład gazu i spalin w urządzeniu o mocy 100 MWth. Zgazowarka Milena opalana drewnem o wilgotności 25% [10] Związek Jednostka Gaz syntezowy Spaliny CO % s. m H 2 % s. m CO 2 % s. m N 2 + Ar % s. m. 80 CH 4 % s. m C 2-5 % s. m. 5 - C 6-7 % s. m. 1 - smoła (C 8+ ) g/nm 3 s. m H 2 O % m. m O 2 % s. m. 2 Przeciwprądowa zgazowarka ze złożem stałym EKOD Zgazowarka ze złożem stałym EKOD została zaprojektowana przez polską firmę Modern Technologies & Filtration. Takie reaktory o konstrukcji przeciwprądowej produkowane są w Zakładzie Mechanicznym ZAMER. Urządzenia przeznaczone są do zgazowania biomasy oraz paliw alternatywnych. Zaletą konstrukcji jest możliwość stosowania paliwa o nieregularnych kształtach i stosunkowo dużych rozmiarach oraz wysoka sprawność konwersji paliwa na poziomie 84% [11]. Schemat układu zgazowania EKOD przedstawiono na rys. 8. Układ składa się z reaktora zgazowania (1), systemu załadunku paliwa, w którego skład wchodzą śluza (2) i zespół transportowo-załadowczy (3), zespołu usuwania popiołów (4), przewodu doprowadzającego gaz do układu spalania (5), instalacji powietrza (6) oraz zespołu palnika i komory spalania (7). Paliwo do instalacji dostarczane jest w kontenerach i dozowane w górnej części Dane techniczne: Wydajność ok. 2,3 MW Zużycie odpadów drewna ok. 800 kg/h Maks. wymiary odpadów 30 cm Moc elektryczna zainstalowana 14 kw Masa 43 t Inne paliwa słoma, trzcina guma folia, pety itp. Rys. 8. Schemat układu zgazowania EKOD [12] reaktora zgazowania. Śluzy oraz zespół transportowo-załadowczy (np. szufladowy) eliminuje niekontrolowany przepływ powietrza do reaktora oraz wydobywanie się gazu. Dozownik zaopatrzony jest w system gaśniczy od strony zgazowarki. Czynnik utleniający, powietrze, doprowadzane jest obwodowo w dolnej, cylindrycznej, części urządzenia. Paliwo w trakcie przechodzenia w dół przez reaktor zgazowania podlega procesom suszenia, pirolizy i zgazowania. Proces zgazowania realizowany jest w temperaturze o C i przy ciśnieniu atmosferycznym. W komorze zgazowania usuwane są lotne substancje organiczne pod wpływem wysokiej temperatury i następuje zamiana pozostałego węgla organicznego pod wpływem powietrza i pary wodnej na mieszaninę CO, CO 2 oraz H 2. Zamiana węgla organicznego następuje w warunkach wysokich wartości temperatury o C. Powstały gaz odprowadzany jest z górnej części reaktora i zostaje spalony w komorze spalania. Temperatura w komorze spalania osiąga poziom 900 o C, co w przypadku stosowania paliwa alternatywnego gwarantuje czas przebywania spalin w temperaturze powyżej 850 o C przez co najmniej 2 s. Gazy spalinowe o temperaturze ok. 850 o C kierowane są do kotła odzyskowego, gdzie ciepło jest odbierane od spalin i wykorzystywane do podgrzania wody. Wychłodzone spaliny o temperaturze ok. 250 o C przechodzą do instalacji filtracyjnej. Popiół przechodzi do części stożkowej reaktora i poprzez zespół usuwania popiołów wyprowadzany jest na zewnątrz urządzenia. Popiół może być wystudzany w śluzie wodnej na dnie urządzenia i wydobywany automatycznie podajnikiem ślimakowym Informacje dodatkowe W instalacjach EKOD proponuje się zastosowanie jako utleniacza powietrza lub/i pary wodnej. Skład wyprodukowanego gazu zależy od temperatury, ciśnienia, składu paliwa, czasu przebywania reagentów w reaktorze i od granulacji paliwa [13]. Gdy temperatura procesu wzrasta, skład równowagowy przesuwa się w kierunku zwiększonego udziału CO, H 2 ich 4. Wyższa temperatura jest korzystna Rys. 9. Instalacja zgazowania typu EKOD w Słubicach, Rys. 10. Instalacja zgazowania typu EKOD w Słubicach, widok z boku [12] /2007

6 Rys. 11. Instalacja zgazowania typu EKOD w Słubicach, dozownik paliwa [12] ze względu na minimalizację zawartości dioksyn w gazie syntezowym. Na zdjęciach rys. 9, 10, 11 przedstawiono układ zgazowania EKOD zbudowany w Słubicach, który pracuje na odpadach drzewnych. Podsumowanie W pracy krótko scharakteryzowano biopaliwa stałe oraz podano podstawowe informacje o technologiach ich zgazowania. Opisano rodzaje gazogeneratorów oraz przedstawiono kilka istniejących instalacji pracujących w omawianej technologii. Tak szerokie zróżnicowanie systemów zgazowania pozwala w każdym przypadku indywidualnie dobrać odpowiedni typ zgazowarki, w zależności od mocy urządzenia oraz rodzaju i jakości paliwa. Dużą zaletą technologii jest to, że reakcji zgazowania podlega mokra biomasa, która jest trudno palna lub niepalna w szeroko stosowanych urządzeniach energetycznych (spalanie biomasy o wilgotności 55-60% uniemożliwia utrzymanie ciągłości procesu). Inne przykłady wykorzystania technologii zgazowania, możliwości wykorzystania gazu powstającego podczas zgazowania, pełną charakterystykę biopaliw stałych oraz prawne, ekonomiczne i organizacyjne możliwości wykorzystania biomasy przedstawiono w [1]. LITERATURA [1] Bonder L., Mirosz M., Zastosowanie technologii zgazowania biopaliw stałych w ciepłowniach i elektrociepłowniach miejskich i przemysłowych na przykładzie Ciepłowni w Sokółce. Praca dyplomowa magisterska, Warszawa, [2] Phillips G., Gasification a versatile solution for clean power, fuels & petrochemicals & an opportunity to reduce CO 2 emissions. Foster Wheeler, 7th World Congress of Chemical Engineering, Glasgow, [3] Overend R., US perspective on bioenergy. Success Stories on Bio-Energy, National Exhibition Centre, Birmingham, UK, [4] Rybak W., Spalanie i współspalanie biopaliw stałych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, [5] Grochal B., Technologiczne i ekonomiczne aspekty zgazowywania biomasy. Warsztaty Wykorzystanie biomasy w inwestycjach miejskich. [6] Gao Xian Sheng, Biomass Gasifiers: From Waste to Energy Production", Biomass 20 (1989) 3-12, Great Britain, [7] Marciniak M., Technologie złoża fluidalnego dla termicznego wykorzystania paliw pochodzenia odpadowego. Paliwa z odpadów, tom IV. [8] Foster Wheeler, The Foster Wheeler gasification technology for biofuels: refuse derived fuel (RDF) power generation. [9] Gobel B. i inni, High performance gasification with the two-stage gasifier. 12th European Conference on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection, Amsterdam, Holandia, [10] van der Drift A., van der Meijden C. M., Boerrigter H., Milena gasification technology for high efficient SNG production from biomass [11] Chmielniak T., Żuromski Z., Zgazowanie biomasy w układach małej mocy na przykładzie gazogeneratora firmy Zamer. [12] Ściążko M., Zgazowanie biomasy i paliw alternatywnych. Konferencja Inżynieria Chemiczna i aparatura w procesach przemysłowych i ochronie środowiska, Gliwice, [13] konsultacja z Modern Technologies&Filtration. Źródła ciepła 15