Gaz syntezowy i gaz drzewny

Czym jest gaz syntezowy?

Gaz do syntezy (syngaz) to palna mieszanina gazów składająca się głównie z wodoru (H₂) i tlenku węgla (CO). Może również zawierać różne ilości dwutlenku węgla (CO₂), metanu (CH₄), azotu (N₂) i innych gazów, w zależności od metody produkcji.

Gazy syntezowe powstają w wyniku termicznej konwersji materiałów węglowych, takich jak węgiel, biomasa lub odpady z tworzyw sztucznych, w środowisku o niskiej zawartości tlenu lub w środowisku o niskim działaniu utleniającym: Węgiel, biomasa lub odpady z tworzyw sztucznych w środowisku o niskiej zawartości tlenu lub w środowisku o niskim działaniu utleniającym.

Powszechne procesy produkcji gazów syntezowych to klasyczne zgazowanie (np. węgla lub biomasy) lub reforming gazu ziemnego (z parą wodną, tlenem lub CO₂).

Gazy syntezowe są wykorzystywane do produkcji produktów chemicznych, takich jak metanol, amoniak, paliwa Fischera-Tropscha (paliwa syntetyczne), wytwarzania energii elektrycznej i ciepła lub jako surowiec do produkcji wodoru.

Gaz drzewny jest gazem syntezowym

Gaz drzewny to specjalny gaz syntezowy otrzymywany w procesie zgazowania drewna lub innej biomasy drzewnej. Jest to mieszanka gazów palnych, która odegrała rolę w historycznych czasach zagrożenia (np. w pojazdach napędzanych gazem drzewnym podczas II wojny światowej), a obecnie odgrywa istotną rolę w trakcie transformacji energetycznej / odnawialnych źródeł energii i osiągniętego obecnie poziomu rozwoju technicznego.

Gaz drzewny to palna mieszanina gazów wytwarzana w procesie termochemicznej gazyfikacji drewna przy braku tlenu. Składa się głównie z tlenku węgla (CO), wodoru (H₂), metanu (CH₄), azotu (N₂) i dwutlenku węgla (CO₂).

Gaz drzewny jest wytwarzany w gazyfikatorze drewna w temperaturze ok. 800-1 400 °C. Gazyfikacja drewna odbywa się przy kontrolowanym braku tlenu (piroliza, utlenianie i redukcja). Gaz drzewny ma specyficzne właściwości fizyczne, chemiczne i energetyczne, które sprawiają, że nadaje się do określonych zastosowań (np. wytwarzanie energii elektrycznej, wytwarzanie ciepła, produkcja surowców chemicznych).

Zdjęcie: Bundesarchiv Bild 183-V00670A, Berlin 1946, samochód z napędem na gaz drzewny.
Uznanie autorstwa Creative Commons. Przez Wikimedia Commons

Wydobywanie gazu drzewnego

Gaz drzewny jest wytwarzany w procesie zgazowania drewna, procesie termochemicznym, w którym drewno jest przekształcane w palną mieszaninę gazów w wysokich temperaturach przy ograniczonym dopływie tlenu. Ta mieszanina gazów składa się głównie z tlenku węgla (CO), wodoru (H₂) i metanu (CH₄), a także dwutlenku węgla (CO₂) i azotu (N₂). W zależności od procesu produkcji, gaz drzewny zawiera małe lub średnie ilości substancji smolistych w stanie gazowym.

Proces ten przebiega w kilku etapach:

Napełnianie zgazowarki: Drewno w postaci zrębków lub pelletu jest wprowadzane do zgazowarki od góry.

Suszenie (100-150 °C): Drewno jest najpierw suszone przy użyciu ciepła odpadowego z dolnej części reaktora. Powoduje to odparowanie zawartej w nim wody. Jest to konieczne, aby właściwy proces zgazowania mógł przebiegać wydajnie.

Piroliza (200-500 °C): Wysuszone drewno rozkłada się pod wpływem ciepła na składniki stałe (węgiel drzewny), gazy i lotne substancje organiczne (smoły i oleje). Produkty: Gaz syntezowy, smoła, węgiel drzewny

Utlenianie (800-1400 °C): Kontrolowany dopływ powietrza (lub tlenu) jest wykorzystywany do spalania niektórych produktów pirolizy. Powstałe ciepło napędza reakcje pirolizy i redukcji. Reakcje:

C + O₂ → CO₂ H₂ + ½ O₂ → H₂O

redukcja (800-1000 °C): W strefie gorącej pozostały węgiel drzewny reaguje m.in. z CO₂ i H₂O, tworząc palny gaz drzewny. Reakcje:

C + CO₂ → 2CO
C + H₂O → CO + H₂
C + 2 H₂O → CO₂ + 2 H₂

Oczyszczanie i wykorzystanie gazu: Gorący gaz drzewny jest odprowadzany z reaktora i oczyszczany w systemach filtracyjnych (usuwane są smoła, pył i wszelkie skropliny), a następnie wykorzystywany do wytwarzania energii elektrycznej, na przykład w jednostce CHP.

Jakie są rodzaje zgazowywaczy do drewna?

Gaźnik o stałym złożu (gaźnik przeciwprądowy)

Kompaktowe, bardzo wydajne, ale często o wysokiej zawartości substancji smolistych w gazie drzewnym.

Gaźnik ze stałym łożem (gaźnik prądu stałego)

Kompaktowy, wydajny, dobry dla małych i średnich systemów, niska zawartość substancji smolistych w gazie drzewnym.

Gazyfikator ze złożem fluidalnym

Lepsze mieszanie, odpowiednie dla większych systemów, niższa zawartość substancji smolistych w gazie drzewnym.

gaźnik o przepływie porywowym

Wysokie temperatury, szybkie reakcje, szczególnie w zastosowaniach przemysłowych.

Zastosowania gazu drzewnego

Wytwarzanie ciepła

Może być stosowany bezpośrednio w palniku lub kotle. Zastosowanie w lokalnych sieciach grzewczych, systemach suszenia, szklarniach itp. Niezwykle łatwy w użyciu, ponieważ nie wymaga czasochłonnego czyszczenia gazu.

Wytwarzanie energii

Gaz drzewny napędza silnik gazowy lub turbinę gazową w celu wytworzenia zielonej energii elektrycznej. Dodatkowe wykorzystanie ciepła jest możliwe w elektrociepłowniach (CHP). Całkowity współczynnik wykorzystania dla skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej: >80%. Idealne rozwiązanie dla zdecentralizowanych dostaw energii, np. w gminach, handlu i przemyśle.

Ciepło w procesach przemysłowych

Wykorzystanie w procesach wysokotemperaturowych (np. obróbka metali, produkcja ceramiki, suszenie) oraz jako substytut paliw kopalnych w niektórych zakładach przemysłowych.

Napęd pojazdów (historyczny i eksperymentalny)

W przeszłości (np. podczas II wojny światowej) w użyciu były tzw. samochody na gaz drzewny. Obecnie mają one raczej znaczenie historyczne lub eksperymentalne, a ich zastosowania są złożone i trudne do uregulowania.

Przetwarzanie chemiczne (synteza)

Gaz drzewny zawiera CO i H₂ i może być wykorzystywany jako gaz syntezowydo produkcji metanolu, amoniaku, paliw Fischera-Tropscha (syntetyczny olej napędowy, parafina).

Syntetyczny gaz ziemny (SNG)

Pionier w dziedzinie biogospodarki i zielonej chemii. https://www.ecoloop.eu/anwendungen/

Zalety gazu drzewnego są wielorakie

Drewno jest surowcem odnawialnym. Przy zrównoważonej gospodarce gaz drzewny jest prawie neutralny pod względem emisji CO₂, ponieważ CO₂ jest wiązany podczas wzrostu drewna.

Odpady drzewne (frakcje resztkowe z leśnictwa, odpady tartaczne itp.), kora i inne pozostałości biogeniczne mogą być również zgazowywane – unikając w ten sposób marnotrawstwa i tworząc regionalną wartość dodaną.

Gaz drzewny może być wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej, ciepła lub paliwa. Szczególnie efektywnie poprzez energiaciepła–sprzężenie (CHP).

Idealny dla regionów z dużą ilością lasów lub drewna resztkowego – umożliwia regionalną niezależność od paliw kopalnych.

Zgazowywacze drewna i jednostki kogeneracyjne na gaz drzewny to sprawdzone technologie dostępne na skalę przemysłową.

Jako część mieszanki bioenergetycznej, gaz drzewny może zastąpić paliwa kopalne na obszarach wiejskich.

Ograniczenia w stosowaniu gazu drzewnego

Gaz drzewny zawiera dużo azotu i CO₂co obniża jego wartość opałową poniżej wartości opałowej gazu ziemnego (ok. 4-6 MJ/m³).

Wkład w rozwiązanie VEE:

Zaawansowane technologicznie, zgodne ze standardami branżowymi systemy o wysokiej wydajności.

Surowy gaz drzewny zawiera substancje smolistesubstancje smoliste i pył, które muszą być starannie filtrowane. Tak więc Silniki lub turbiny nie uszkodzonebyć uszkodzone, wymagane jest wymagane jest czyszczenie gazowe.

Rozwiązanie VEE:

Wysokie temperatury w generatorze gazu i systemach filtrujących zapobiegają tworzeniu się smoły i kondensatów w procesie.

Gaz drzewny zawiera tlenek węgla (CO), który jest wysoce toksyczny i bezwonny. Konieczne są ścisłe środki ostrożności, zwłaszcza w zamkniętych pomieszczeniach.

Wkład w rozwiązanie VEE:

Zintegrowany monitoring CO w pomieszczeniach instalacyjnych, wysokiej jakości i trwałe systemy uszczelnień zapobiegające wyciekom gazu, znormalizowane planowanie, projektowanie i obsługa zgodnie z obowiązującymi normami DIN, ÖNORM i przepisami bezpieczeństwa.

Skład gazu drzewnego różni się w zależności od rodzaju drewna, wilgotności i warunków pracy. Skład Kompleks regulacji i kontroli.

Wkład w rozwiązanie VEE:

Kompletne rozwiązanie w zakresie budowy i kontroli instalacji, od suszenia wiórów drzewnych po odprowadzanie pozostałości, procesy są monitorowane za pomocą czujników, a instalacje są regulowane.

Thee efektywność ekonomiczna systemów gazu drzewnego zależy między innymi od dotacji, ceny drewna, emisji CO₂-cena certyfikatu oraz dochodu ze sprzedaży ciepła i energii elektrycznej (taryfa gwarantowana lub oszczędności dzięki własnemu użytkowaniu) z.

Wkład w rozwiązanie VEE:

Systemy VEE na gaz drzewny oferują dobrą ogólną koncepcję ekonomiczną z bardzo wysoką gęstością mocy, niewielkimi wymaganiami przestrzennymi i wysoką dostępnością systemu (> 8,000 h/rok).

Gaz drzewny w zamkniętym obiegu CO2

Gaz drzewny jest zrównoważony

Surowiec odnawialny

Drewno jest odnawialne, pod warunkiem, że pochodzi z lasów zarządzanych w sposób zrównoważony. Wykorzystywanie wysokiej jakości drewna do wytwarzania energii (zamiast jako drewna budowlanego itp.) nie ma sensu ani ekologicznego, ani ekonomicznego.

Jeśli na przykład drewno odpadowe z tartaków i frakcje odpadów z leśnictwa są wykorzystywane w sposób odpowiedzialny, cykl CO₂ pozostaje zamknięty: CO₂ wytworzony podczas spalania został wcześniej związany przez drzewo. Nawet lasy, które zostały zniszczone, np. przez korniki, mogą być dobrze wykorzystane.

Wysoka wydajność w skojarzonym wytwarzaniu ciepła i energii elektrycznej (CHP)

Gaz drzewny jest jednocześnie przetwarzany na energię elektryczną i ciepło w elektrociepłowniach (CHP). Przy dobrej technologii instalacji możliwe jest osiągnięcie ogólnego wskaźnika wykorzystania na poziomie ponad 80%.

Możliwe cykle regionalne

Elektrownie na gaz drzewny mogą być obsługiwane w sposób zdecentralizowany, co zmniejsza emisje z transportu i wzmacnia regionalną gospodarkę i odporność.

Wykorzystanie drewna resztkowego i odpadowego

Technologia zgazowania może wykorzystywać drewno nienadające się do cięcia, takie jak pozostałości leśne lub wióry drzewne, do wytwarzania energii, tj. może poddawać recyklingowi odpady biogenne zamiast je utylizować.

Zmiany klimatyczne powodują znacznie więcej uszkodzeń drewna (burze, korniki, choroby i inwazje grzybów itp.) w wielu regionach niż w poprzednich dziesięcioleciach. Wykorzystanie drewna do produkcji gazu drzewnego ma znacznie lepszy bilans środowiskowy niż w przypadku, gdy uszkodzone drewno gnije, uwalniając niewykorzystany CO₂ do atmosfery.