Čištění plynu kovovými katalyzátory

SYNGAS CLEANING WITH USING METAL CATALYSTS

dizertace

čeština

Technologie zplyňování biomasy je jedním z možných způsobů využití biomasy pro energetické účely. Biomasa, jakožto perspektivní obnovitelný zdroj energie, stojí v popředí zájmu energetické obce nejen v ČR, ale i v zemích EU a ve světě. Zplyňování je termochemická přeměna paliva za přístupu podstechiometrického množství okysličovadla. Produktem zplyňování je nízkovýhřevný plyn, jehož hlavními hořlavými složkami jsou vodík, oxid uhelnatý a metan. Generovaný plyn lze využít v dalších zařízeních zejména pro výrobu elektrické a tepelné energie. Kromě hořlavých a neutrálních složek však plyn obsahuje i nečistoty, jako sloučeniny síry a chlóru, prach a dehet. Právě dehet je označován za Achillovu patu zplyňování, protože způsobuje (společně s prachem) nánosy na dopravních cestách i v koncových zařízeních a zabraňuje tak přímé aplikaci plynu. Disertační práce se zabývá návrhem filtru pro odstranění dehtu z plynu generovaného na fluidním zplyňovacím zařízení. Práce úzce navazuje na dosavadní výzkum na pracovišti Energetického ústavu, FSI na VUT v Brně. V první části se práce týká teoretického rozboru problematiky. Jsou zde zmíněny vlastnosti biomasy a jejich dopad na proces zplyňování. Jsou zde popsány typy zplyňovacích zařízení a podrobně popsán princip zplyňování včetně chemických reakcí. Zvláštní část je věnována nečistotám v plynu, zejména vzniku a vlastnostem dehtu, což bylo důležité pro další činnost. Hlavní důraz je však kladen na možnosti katalytického čištění plynu od dehtu. Je zde popsán princip rozkladu dehtu na katalyzátoru a rozebrány typy a vlastnosti katalyzátorů. Část práce byla věnována oblasti provozu a ztrátě aktivity katalyzátoru působením sloučeninami síry, slinováním krystalků a zanášení uhlíkem. Na základě rozboru v první části práce a na základě zkušeností byla vypracována koncepce odstraňování dehtu z plynu, byla navržena metoda měření na experimentálním zařízení Biofluid 100 a byl navržen filtr pro testování průmyslových katalyzátorů na bázi kovu. Dále byla provedena série experimentů zajišťujících účinky tří vybraných katalyzátorů na rozklad dehtu. Výsledky provedených experimentů jsou podrobně rozebrány a vyhodnoceny v závěru práce. Zde je také nástin ekonomického hodnocení problematiky čištění plynu katalytickou cestou.

Gasification of biomass is a one of the several technologies for energy production from biomass. Biomass is a promising renewable source of energy and is in a centre of attention of energy industry not only in the Czech Republic, but also in the EU and in the world. Gasification is a thermo chemical transformation of fuel with access of understoicheiometric amount of oxidizer which produces gas of low heating value. Its main combustible components are hydrogen, carbon dioxide and methane. Produced gas may be further used in power and heating plants. Besides combustible and neutral components, gas also contains pollutants such as sulphur compounds, chlorine compounds, ash and tar. It is tar which is considered to be the underbelly of gasification as it causes, along with ash, fouling in transport tracks and terminal equipment, and blocks direct application of gas. This dissertation thesis presents design of filter for elimination of tar from the gas generated in fluid gasification equipment. This work is closely related to current research at Energy Institute at Faculty of Mechanical Engineering at Brno University of Technology. First part deals with theoretical background of this issue. Biomass properties are mentioned in relation to gasification. Types of gasification equipment are described and principle of gasification including chemical reactions is given in detail. Special part is dedicated to pollutants in the gas, especially to production of tar and its properties, which is important for consequent work. Main focus is on possibilities of catalytic cleaning of gas from tar. Principle of tar decomposition is described and types and properties of catalysts are given. Part of the thesis tackles the issue of real operations and loss of efficiency of catalyst due to sulphur compounds, sintering and carbon fouling. Based on experience and analysis in the first part of the thesis, concept of elimination of tar from gas was laid out. In addition to that, method for measurement at Biofluid 100 experimental unit was outlined and filter for testing of industrial catalysts using metal was designed. Series of experiments were further conducted in order to find out efficiency of three opted catalysts for tar decomposition. Results of these experiments are described in detail and assessed in the conclusion of this thesis which also contains outline for economic assessment of method of gas cleaning using catalysts.

biomasa, zplyňování, dehet, katalytické čištění

biomass, gasification, tar, catalytic cleaning

BALÁŠ, M.

6. 7. 2010

Brno

1

133

133