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.

Powszechnie stosowanymi metodami pozyskiwania gazów syntezowych są klasyczne zgazowanie (np. węgla lub biomasy) lub reforming gazu ziemnego (z wykorzystaniem pary wodnej, tlenu 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.

Skład chemiczny gazu drzewnego

Dokładny skład gazu drzewnego zależy w dużej mierze od procesu, temperatury roboczej i dostarczanego powietrza. Jeśli do zgazowania zamiast powietrza używany jest czysty tlen, zawartość azotu jest niższa, a wartość opałowa wyższa. Więcej informacji na ten temat znajdą Państwo na stronie internetowej Ecoloop: https: //www.ecoloop.eu/technologie/.

Zawartość energii w gazie drzewnym

Użytkowa wartość opałowa gazu drzewnego wynosi ok. 4 – 6 MJ/m3 (w zależności od składu gazu), a zatem jest znacznie niższa niż gazu ziemnego (~ 35 MJ/m3) lub propanu (~ 93 MJ/m3).

Efektywność energetyczna zgazowania

Gazyfikacja, czyli przekształcanie biomasy stałej w gaz drzewny, odbywa się z wydajnością od 60% do 85%. Oznacza to, że 60-85% energii zawartej w drewnie jest wykorzystywane w gazie drzewnym

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.

Wkład w 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 gazu drzewnego pozwala wykorzystać do produkcji energii drewno nienadające się do cięcia, takie jak np. resztki leśne lub zrębki, a tym samym przetwarzać odpady biogeniczne 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.