XXXII Konferencja - Zagadnienia surowców energetycznych i energii w energetyce krajowej Sektor paliw i energii wobec nowych wyzwań Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych. Sz. Dobras, L. Więcław-Solny, A. Wilk, A. Tatarczuk
Plan prezentacji Co to jest SNG Schemat instalacji PtG Wykorzystanie SNG Wpływ paliwa CNG na emisje zanieczyszczeń z silników spalinowych Wyzwania stojące przed technologią Podsumowanie 2/14
Co to jest SNG Syntetyczny gaz ziemny to paliwo gazowe, które może być wytwarzane z paliw kopalnych i przy wykorzystaniu energii elektrycznej z OZE CO 2 CH 4 Reaktor H 2 H 2 O http://woda-zdemi.pl/ CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 O ΔH = 165,0 kj/mol http://odnawialnezrodlaenergii.pl Katalizator niklowy Niemal 100% selektywność 98% stopień konwersji 3/14
Schemat sekcji wychwytu CO 2 instalacji PtG Gaz oczyszczony CO 2 ABSORPCJA REGENERACJA Wlot gazu (spalin) 4/14
Schemat sekcji metanizacji instalacji PtG Energia cieplna Energia cieplna A tlen, B - wodór, C- ditlenek węgla, D kondensat, 1 sprężarka CO 2, 2 - układ głębokiego oczyszczania CO 2, 3 -mieszalnik gazów, 4 - elektrolizer, 5 - podgrzewacz gazu, 6 - reaktor metanizacji (pierwszy stopień), 7 kondensator, 8 separator kondensatu, 9 - podgrzewacz gazu, 10 - reaktor metanizacji (drugi stopień), 11 kondensator, 12 separator kondensatu 13 - osuszacz gazu, 14 - sprężarka SNG 5/14
Instalacja pilotowa Elektrownia Łaziska, Tauron Wytwarzanie S.A. Sekcja produkcji SNG Sekcja wychwytu CO 2 Badania procesu metanizacji realizowane są w ramach projektu KIC InnoEnergy CO2 methanation system for electricity storage through SNG production umowa nr 30_2014_IP108_CO2-SNG 6/14
Stopień konwersji CO 2 do CH 4 [%] Wyniki badań pilotowych Stopień konwersji CO 2 w zależności od temperatury drugiego stopnia reaktora 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 350 340 329 320 311 2 stopień reaktora 1 stopień reaktora 300 Temperatura 2 go stopnia reakcji C Badania procesu metanizacji realizowane są w ramach projektu KIC InnoEnergy CO2 methanation system for electricity storage through SNG production umowa nr 30_2014_IP108_CO2-SNG 7/14
Wykorzystanie SNG Magazyn energii Produkcja LNG Paliwo alternatywne dla silników spalinowych zawartości związków siarki całkowitej <40 mg/m 3 zawartości siarkowodoru <7 mg/m 3 zawartość wody <30 mg/m 3 zawartość par rtęci <30 µg/m 3 zawartość tlenu <0,2 % intensywność zapachu ciepło spalania Tankowanie samochodu z instalacji pilotowej https://www.pb.pl/paliwo-do-samochodow-ze-spalin-940547 8/14
Metan jako paliwo do silników diesla Zalety Duża wartość opałowa mieszaniny stechiometrycznej, Wysoka odporność na spalanie stukowe, Mniejsza emisja szkodliwych związków podczas pracy silnika, Ograniczenie emisji hałasu, Wysoka temperatura samozapłonu, Prosta do uzyskania mieszanina jednorodna z powietrzem. Wady Niewielka ilość stacji tankowania w Polsce 27 w większych miastach, Koszt instalacji gazowej, Znaczna masa i objętość zbiorników, Konieczność częstych przeglądów. Instalacja zbiorników CNG w samochodzie https://cng-lng.pl/przemysl/dobre-przyklady/volkswagen-caddy-tgi-made-in- Poland,artykul,9172.html 9/14
Wpływ paliwa CNG na emisje zanieczyszczeń w silniku diesla Zasilanie CNG w silnikach diesla Zasilanie jednopaliwowe Zasilanie dwupaliwowe Znaczne obniżenie emisji szkodliwych związków Zmniejszenie emitowanego hałasu o 2-4 db Możliwa zamienna praca silnika na oleju oraz CNG Mniejsze zużycie filtrów DPF 10/14
Emisja w stosunku do zasilania jednopaliwowego % Względna emisja % 120 Ograniczenie emisji 100 80 60 40 20 0 50 Pył NOx CO2 https://www.erdgas.info/erdgas-mobil/erdgas-als-kraftstoff/umweltvorteile/ Zasilanie dwupaliwowe procentowe ograniczenie emisji w zależności od obrotów i obciążenia silnika, dla silnika 1CA90 4 Zanieczyszczenia 77 ON CNG Zasilanie jednopaliwowe - porównanie emisji zanieczyszczeń dla ON i CNG (dla pojazdu spełniającego normę euro VI) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.27 0.36 0.43 0.51 Średnie ciśnienie użyteczne Mpa NOx - 2000 NOx - 2750 Pył - 2000 Pył - 2750 CO2-2000 CO2-2750 Stelmasiak, Z. 2006. Wybrane Problemy Stosowania Gazu Ziemnego Do Zasilania Silników O Zapłonie Samoczynnym. Archiwum Motoryzacji Nr 1: 12 30 11/14
Wyzwania stojące przed zastosowaniem gazu SNG do zasilania silników Zwiększenie zainteresowania paliwem CNG Rozwój infrastruktury tankowania paliw CNG i LNG Obniżenie kosztu nowych pojazdów zasilanych CNG Zmniejszenie gabarytów oraz masy zbiorników CNG Rozwój samochodów elektrycznych Obniżenie kosztów produkcji SNG Obniżenie kosztów produkcji wodoru Obniżenie kosztów separacji CO 2 z spalin 12/14
Podsumowanie Proces PTG - Pozwala na zagospodarowanie nadmiarowej energii elektrycznej pochodzącej z energetyki odnawialnej w czasie jej nadprodukcji. Pełni funkcję regulacji systemu energetycznego, zapobiegając jego przeciążeniom. Pozwoli to ograniczyć ilość kosztownych odstawień i rozruchów bloków węglowych. Możliwość integracji cieplnej i optymalizacji węzłów technologicznych instalacji PtG w celu obniżenia kosztów produkcji SNG Wyprodukowany w ten sposób metan jest jednak znacznie droższy od dostępnego na rynku gazu ziemnego. Zastosowanie sprężonego metanu jako paliwa, czy to w formie czystej, czy mieszanin z olejem napędowym, pozwoli znacząco ograniczyć emisję szkodliwych związków do atmosfery. Przy dwupaliwowym zasilaniu silników diesla możliwa jest zamienna praca silnika na oleju oraz CNG, co ma duże znaczenie w okresie ograniczonej dostępności stacji tankowania. 13/14
INSTYTUT CHEMICZNEJ PRZERÓBKI WĘGLA ul. Zamkowa 1 41-803 Zabrze Telefon: 32 271 00 41 Fax: 32 271 08 09 E-mail: office@ichpw.pl Internet: www.ichpw.pl NIP: 648-000-87-65 Regon: 000025945 CENTRUM BADAŃ TECHNOLOGICZNYCH Tel. sekretariat 32 271 00 41 w. 300 Tel. Dyrektor Centrum 32 271 00 41 e-mail: cit@ichpw.pl CENTRUM BADAŃ LABORATORYJNYCH Tel. sekretariat 32 271 00 41 w. 200 Tel. Dyrektor Centrum 32 271 00 41 e-mail: cba@ichpw.pl 14/14