Upgrading biogazu dla potrzeb stosowania w silnikach spalinowych

Transkrypt

1 Upgrading biogazu dla potrzeb stosowania w silnikach spalinowych dr inż. Wojciech Gis mgr Mikołaj Krupiński dr inż. Jerzy Waśkiewicz dr inż. Andrzej Żółtowski Paliwa metanowe w transporcie miejskim Tychy, 4 czerwca 2014 r. 1

2 PLAN PREZENTACJI Co to jest upgrading biogazu? Przyczyny konieczności upgradingu biogazu dla stosowania w motoryzacji Sposoby upgradingu biogazu, ich zalety i wady Schemat instalacja upgadingu w szczegółach Przykłady instalacji działających w Europie 2

3 Cel oczyszczania biogazu Surowy biogaz 55-65% CH % CO2 H2S UPRGRADING Może być stosowany: do produkcji ciepła i energii elektrycznej w miejscu produkcji Biometan 96% CH4 max. 2,5% CO2 <5mg/Nm3 Może być stosowany: jako paliwo do pojazdów w lub wtłaczany do sieci gazu ziemnego 3

4 PRZYCZYNY KONIECZNOŚCI OCZYSZCZANIA BIOGAZU Zapewnienie stechiometrycznego składu mieszanki paliwowopowietrznej (λ=1,00) w silniku Zapewnienie odpowiedniej trwałości silnika (brak związków krzemu i siarkowodoru) Zapewnienie niezawodności silnika w niskich temperaturach (brak pary wodnej w gazie) 4

5 Biogazownie w Polsce (stan na marzec 2012) W Polsce działa 178 biogazowni ( year)[1]. Planowana zdolność produkcji biogazu w Polsce w roku 2020 wyniesie 802 MW, zaś w MW[2]. 21 biogazowni rolniczych, 67 biogazowni produkujących biogaz w oczyszczalniach ścieków, 89 biogazowni produkujących biogaz na składowiskach odpadów, 1 biogazownia produkujących biogaz ze zmieszanego substratu. [1] Mapa Odnawialnych Źródeł Energii; Urząd Regulacji Energetyki, ; [2] Strauch S., Krassowski J., Overview of biomethane markets and regulations in partner countries, Green Gas Grids project, March 2012;

6 Mapa biogazowni rolniczych w Polsce 1- Biogazownia w Nacławiu moc: 0,625 MWe 2 - Biogazownia w Świelinie moc: 0,625 MWe 3- Biogazownia w Grzmiącej moc: 1,6 MWe 4 - Biogazownia w Koczale moc: 2,126 MWe 5 - Biogazownia w Płaszczycy moc: 0,625MWe 6- Biogazownia w Pawłówku moc: 0,946MW 7 - Biogazownia w Kujankach moc: 0,3 MW 8 - Biogazownia w Uniechówku moc: 1,063 MWe 9 - Biogazownia w Giżynie moc: 1,06 MWe 10 - Biogazownia w Skrzatuszu moc: 0,53 MW 11 - Biogazownia w Mełnie moc: 1,6 MW 12 - Biogazownia w Boleszynie moc: 1,2 MW 13 - Biogazownia w Liszkowie moc: 2,126 MWe 14 - Biogazownia w Klępsku moc: 1 MW 15 - Biogazownia w Klępsku moc: 1 MW 16 - Biogazownia w Niedoradzu moc: 0,252MWe 17 - Biogazownia w Zbiersku-Cukrowni moc: 1,6MW 18 - Biogazownia w Konopnicy moc: 1,99 MW 19 - Biogazownia w Zaściankach moc: 1,2 MWe 20 - Biogazownia w Koczergach moc: 1,2 MWe 21 - Biogazownia w Uhninie moc: 1,27MW 22 - Biogazownia w Piaskach moc: 0.99MW 23 - Biogazownia w Piekoszowie moc: 0,8 MW 24 - Biogazownia w Ostrzeszowie moc: 0,66 MW 25 - Biogazownia w Zalesiu moc: 2 MW 26 - Biogazownia w Gorzesławiu moc: 2,126 MW 27 - Biogazownia w Bielanach Wrocławskich moc: 0,526 MW 28 - Biogazownia w Świdnicy moc: 0,9 MWe 29 - Biogazownia w Strzelinie moc: 2 MW 30 - Biogazownia w Łanach Wielkich moc: 525 kw 31 - Biogazownia w Studzionce moc: 30kW 32 - Biogazownia w Kostkowicach moc: 0,6 MW

7 Produkcja biogazu rolniczego, energii elektrycznej i ciepła z biogazu rolniczego 2012 roku Okres wytwarzania Produkcja biogazu rolniczego [mln m3] Energia elektryczna wytworzona z biogazu rolniczego [GWh] Ciepło wytworzone z biogazu rolniczego [GWh] Rok ,15 141,80 160,15 źródło:

8 Biogazownia produkująca biometan

9 Komercyjnie dostępne technologie uszlachetniania biogazu Technologie absorpcji (High Pressure Water Scrubbing, Amine Scrubbing) Technologie adsorpcji (Pressure Swing Adsorption) Separacja kriogeniczna Separacja membranowa

10 Używane technologie uszlachetniania biogazu w Europie źródło: Kaparaju, 2011

11 Porównanie technologii oczyszczania biogazu Parameter Jednostka Chemical absorption High pressure water scrubbing Pressure swing adsorption Koszt inwestycji Koszty operacyjne Koszt jednostkowy upgradingu biogazu /Nm3 of biogas 0,28 0,15 0,26 0,40 0,22 Wydajność Nm3/h Maksymalna sprawność produkcji biomethanu % Maksymalna osiągalna czystość biometanu % ,5 Zalety Prawie zupełne usuwanie H2S Usuwanie gazów i zanieczyszczeń stałych Wysoka czystość Dobra sprawność (uzysk) Prosta technicznie, brak specialnych chemicznych i co do wyposażenia wymagań Neutralizacja gazów wywołujących korozyję Zdolność produkcji dużych ilości z zachowaniem dużej czystości Łatwość adaptacji przy zmianie wielkości produkcji Brak procesów chemicznych Zwartość i lekkość konstrukcji Niskie koszty obsługi Niskie zużycie energii Prosty proces Wady Usuwanie tylko jednego składnika w jednej kolumnie Drogi katalizator Ograniczenie absorbcji H2S na skutek zmian ph H2S niszczy wyposażenie Duże zapotrzebowanie na wodę Wymaga dodatkowego modułu usuwającego H2S Wymaga dużej ilości wyposażenia Względnie niska sprawność procesu CH4 Wymaga dodatkowego modułu usuwającego H2S membrany mogą być drogie Powyżej 97% CH4 niskie zużycie energii mała emisja adsorpcja N2 i O2 Cryogenic separation Membrane separation 11

12 Schemat płuczki wodnej do oczyszczania biogazu Pressure swing adsorption

13 Płuczka wodna do oczyszczania biogazu 13

14 Parametry techniczne instalacji upgradingu produkowanej przez szwedzką firmę Greenlane Wielkość produkcji Zakres produkcji Wymiary (mm) Nm3/h Raw Gas Nm3/h Raw Gas szerokość/długość/wysokość Manuka x 2440 x [1 x 20'] 8 Manuka x 2440 x [1 x 20'] 8,5 Kanuka x 2440 x [1 x 20'] 11 Nazwa Szacunkowa waga (Mg) 14

15 Greenlane MANUKA Katrineholm, Szwecja właściciel instalacji: Svensk Biogas autonomiczny system oczyszczania biogazu obejmuje stację tankowania pojazdów, obsługując 330 samochodów system Manuka został opracowany specjalnie dla małych ilości ścieków i dla zastosowań rolniczych wydajność 80 Nm3/h surowego biogazu oczyszczanego do jakości paliwa nadającego się do zasilania pojazdów substrat: osady ściekowe realizacja 2009 rok

16 Greenlane MANUKA+ Didcot, Oxfordshire, UK właściciel instalacji: Centrica (British Gas) via Chesterfield pierwszy brytyjski system oczyszczania biogazu wykorzystujący beztlenową fermentację odpadów i jako pierwszy system wtłaczania biometanu do krajowej sieci gazu Manuka+ został opracowany specjalnie dla małych społeczności wydatek 130 Nm3/h surowego biogazu oczyszczonego do jakości gazu ziemnego w sieci gazowniczej substrat: osady ściekowe realizacja 2010 rok

17 Greenlane MANUKA MARQUETTE, FRANCE właściciel instalacji: City of Lille (CUDL) pierwszy małej skali projekt oczyszczania biogazu we Francji, Greenlane produkuje biogaz w tym miejscu od 1993 roku 100 Nm3/h surowego biogazu oczyszczanego do jakości CNG substrat: osady ściekowe realizacja 2009 rok

18 Jameln (Niemcy)

19 Instalacja Zalagaerszeg (Węgry) produkuje Nm3/h biogazu. Gaz jest oczyszczany do jakości 93-95% dla lokalnej sieci gazu ziemnego lub> 97% dla paliw samochodowych. Po oczyszczeniu ciśnienie gazu wynosi 9 bar i gaz może być kierowany do sieci gazowej lub sprężony do ciśnienia 220 bar. Instalacja 220 bar jest zakończona małym magazynem gazu połączonym z dystrybutorem.

20 Instalacja upgradingu biogazu firmy BioSlink sterownia przedział techniczny

21 Podstawowe dane techniczne instalacji uszlachetniania biogazu - Biosling szerokość: 2570 mm wysokość: 2945 mm długość: 9000 mm waga: kg liczba cewek dzienna produkcja biometanu, Nm3 przy ciśn. 9 bar dzienna produkcja bimetanu, roczna produkcja biometanu, ekwiwalent oleju napędowego m przeznaczona dla gospodarstw posiadających liczbę krów wydatek surowego biogazu, Nm3/h 14,6 29,2 43,8 54,7 73,1 zdolność produkcji, Nm3/h 10,8 21,6 32,4 40,5 54,1 ekwiwalent oleju napędowego l/h 9,4 18,8 28,2 35,2 47,0 zużycie energii, 0,32 kwh/nm3 3,45 kw 6,9 kw 10,4 kw 12,9 kw 17,2 kw

22 Schemat procesu technologicznego w instalacji firmy Biosling

23 Schemat płuczki w kształcie cewki - podstawowego elementu instalacji oczyszczającej firmy Biosling 23

24 Dziękuję za uwagę 24