Combustion and Energy Systems
description
Transcript of Combustion and Energy Systems
Page 1
24-26 stycznia 200724-26 stycznia 2007
Combustion and Energy Systems
UTYLIZACJA TERMICZNA CIEKŁYCH PALIW BIOGENICZNYCH – WYKORZYSTANIE GLICERYNY
JAKO TANIEGO PALIWA ALTERNATYWNEGO
Dr. Norbert Schopf, Thomas Schmidt, Dobiesław Sobolski
XIII Sympozjum Naukowo Techniczne „Chemia 2007” Płock
Page 2
Tematyka prezentacji
• Wprowadzenie
• Przegląd paliw biogenicznych i silnikowych
• Właściwości paliw biogenicznych
• Szczególne wymagania stawiane inżynierii spalania
• Gliceryna
– rozwój rynku
– sposoby zagospodarowania umożliwiające produkcję
energii
– właściwości materiałowe
– rezultaty rzeczywistych eksperymentów spalania
• Podsumowanie i perspektywy
Page 3
Development of the bio diesel market 1991 to2006
Sales (t)
Capacity* EstimateSource: UFOP
Produkcja bio diesla w Niemczech
Page 4
Biodiesel production in EU countries 2005/2006
0
200400
600800
10001200
14001600
18002000
2200
D IT F GB A P SP SL
Pro
du
ctio
n c
apac
ity
in t
ho
u.
t Quelle: Biokraftstoffverband
Porównanie produkcji bio diesla w EU
Page 5
Sposoby produkcji źródeł energii biogenicznej
HTU diesel
Pyrolysis oil
Enzym. fermentation
Fermentation
Gasification
HTU
Pyrolysis
Biomass
Glycerine
Pyrolysis
Synthesis
Gasification
DME
Hydrogen
Biogas
BTL
MTBE
Biomethanol
Enzymaticfermentation
ExtractionTransesterification
Vegetable oil
FAME
Bioethanol
ETBE
Page 6
• Atomizacja– gęstość
– lepkość
– napięcie powierzchniowe
• GVM (gazyfikacja, parowanie, transport materiału)– krzywa wrzenia
– ciepło właściwe
– entalpia parowanie
• Zapłon– krzywa wrzenia
– górna/dolna granica zapłonu
– mieszanka paliwowo powietrzna
• Spalanie– adiabatyczna
temperatura spalania
– wartość opałowa
Wpływ istotnych właściwości materiałowych
Page 7
Metanol Etanol Gliceryna Olej rzepakowy FAME Diesel oil
Gęstość (20 °C) kg/m³ 0,79 0,79 1,26 0,91 0,88 0,86
Lepkość (20 °C) mm²/s 0,7 1,5 1176 75 6-8 6
Napięcie powierzchniowe 10-3 J/m² 22 23 63 31 30 28
Ciepło spalania kWh/kg 5,4 7,5 5,0 9,8 9,9 11,8
Temperatura zapłonu °C 11 12 >180 > 200 > 110 > 55
Entalpia parowania kJ/kg 1100 842 825 ? ? 260
Właściwości ciekłych paliw biogenicznych
Page 8
80
130
180
230
280
330
380
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Evaporated portion of the fuel [%]
Te
mp
era
ture
[°C
]
Biodiesel (FAME)
Rapeseed oil
Pharma grade glycerine > 99,7 %
crude glycerine G10, (10% Ethanol)
Diesel oil
Heavy fuel oil
Krzywe wrzenia wybranych paliw
Page 9
Sources:
rape oil, soy oil: UFOP
diesel oil:TECSON GmbH
glycerine:OLEOLINE
Gliceryna surowa
Tłuszcz zwierzęcy
Olej palmowy
Olej roślinny - recykling
Diesel oil
Olej rzepakowy
kWh/kg 5 10 10 10,8 11,9 10,1Euro/t 50 200 425 470 635 604ct/kWh 1,0 2,0 4,3 4,4 5,3 6,0
Development in the price of liquid fuels
0
100
200
300
400
500
600
700
maj-05 wrz-05 gru-05 mar-06 lip-06 paź-06
€ / M
Wh
rapeseed oilsoybean oildiesel oilglycerine
Porównanie cen wybranych paliw ciekłych
Page 10
Cena dla gliceryny surowej (> 80 %)
(valued in mass %)
Gliceryna,
C3H5O3
Metanol,
CH3OH
MONG,
CxHy Oz
mydła/sole,e.g. NaCl,R-COONa
Woda,
H2O
Gliceryna - półprodukt 40-55 10-25 0-10 3-30 0-15
Gliceryna surowa >80 <0,5 0-5 0-5 10-15
Gliceryna techniczna >99.5 - -popiół siarczanowy max: 0.01
Source: HBI
Tendencje zmiany cen gliceryny w Europie
Page 11
Transesterifikacja
Trójgliceryd Wolna gliceryna i3 molekuły bio diesela
Diesel imolekuły bio diesela
Reakcja wtórna
Transesterifikacja oleju roślinnego na FAME
Page 12
• Zastosowania i wykorzystane ilości
– Światowy popyt na glicerynę w 2006 roku wyniósł około 930.000 ... 950.000 t
Gliceryna – zastosowania materialne
Page 13
• podstawowe właściwości
– bez zapachowa, słodka w smaku, higroskopijna
– alkohol trójwartościowy– wysoka polarność rozpuszczalna
w wodzie, metanolu i etanolu – temp. topnienia: 18.2 °C – zmieszana ze stężonym kwasem
siarkowym i azotowym tworzy nitroglicerynę (C3H5O9N3 )
Glycerine
Właściwości
Page 14
Kin
emat
ic v
isco
sity
[
mm
²/s
= c
St]
Temperature
99 % gliceryna
gliceryna- półprodukt(przykładowa)
80% gliceryna / 20 % woda
Lepkości gliceryny i mieszanek glicerynowych
Page 15
wentylator pow. atomizującego
dystrybutor paliwa
osłona. pow. atom.
kubek atomizera
spray
Zaleta:
dystrybutor paliwa z dwoma niezależnymi zasileniami dostępna jako opcja
Atomizer rotacyjny firmy SAACKE
Page 16
Palnik SKV zasilany tłuszczem zwierzęcym
Page 17
Flame video 1: diesel oil
Page 18
Flame video 2: animal fat
Page 19
Flame video 3: glycerine (byproduct)
Page 20
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
com
posi
tion
[mas
s -
%]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Nr. of mixture
Overview glycerine mixtures for combustion tests
Glycerine M.-% Ethanol M.-%Methanol M.-% Water M.-%K-/Na-Soap M.-%
Mieszanki glicerynowe poddane testom spalania
Page 21
Rezultat testów - emisje
NOx emission = f(power output)
0
50
100
150
200
250
300
300 500 700 900 1100 1300
power output [kW]
NO
x [m
g/m
³, 3
% O
2]
light fuel oil
Byproduct
Technical grade glycerine (82 %)
pure glycerine (99,5 %)
pure glycerine ( + 5 % water)
Page 22
Rezultat testów - emisje
• Emisja NOx– gliceryna – półprodukt: 100 - 200 mg/Nm3 [dla 3% O2]
– gliceryna techniczna: 100 - 120 mg/Nm3 [dla 3% O2]
– gliceryna czysta, bez pł. stab.: < 100 mg/Nm3 [dla 3% O2]
• CxHy
– dla gliceryny czystej: < 5 ppm [dla 3% O2]
• Pył– zależnie od zawartości soli i mydeł
• CO– 1 – 1,5%
Page 23
Rezultat testów: stabilność płomienia
• Niektóre rodzaje gliceryn wymagają płomienia stabilizacyjnego, zapewniającego prawidłowe spalanie:– gliceryna – półprodukt (zawierająca ponad 10% metanolu) spala się
prawidłowo bez użycia dodatkowego paliwa
– gliceryna techniczna (np. 15% wody, 3% soli) musi być zasilana płomieniem stabilizującym w ilościach 10% metanolu lub 20% LFO)
– gliceryna czysta umożliwia spalanie bez paliwa podtrzymującego, jednakże wymagana energia do odparowania i gazyfikacji gliceryny jest za niska zalecane jest użycie co najmniej 10% dodatku paliwa podtrzymującego.
Page 24
• Użycie ciekłych paliw biogenicznych w przemysłowych instalacjach spalania– wymaga wzięcia pod uwagę ich specyficznych właściwości – kładzie wysokie wymagania odnośnie instalacji palnikowych,
sposobu magazynowania i sterowania procesem spalania, wymaga również bardzo skrupulatnego planowania
• Gliceryna jako paliwo alternatywne – jest wyjątkowo tanie w chwili obecnej i dostępne w dużych ilościach– wymaga zastosowania wysokiej jakości instalacji palnikowych,
zapewniających prawidłową atomizację, a co za tym idzie prawidłowe spalanie
– wymaga nowych, wysoko zaawansowanych rozwiązań technicznych biorących również pod uwagę konstrukcję generatora ciepła (częste/stałe oczyszczanie powierzchni grzewczych)
– Jest neutralne dla środowiska (CO2)
Podsumowanie
Page 25
Dziękuję za uwagę i Dziękuję za uwagę i
zapraszam do współpracyzapraszam do współpracy