Original title:
Čištění energoplynu z biomasy v katalytickém vysokoteplotním filtru
Translated title:
Syngas Cleaning in Hot Catalytic Filter
Authors:
Lisý, Martin ; Noskievič, Pavel (referee) ; Bébar, Ladislav (referee) ; Kabát, Viktor (referee) ; Skála, Zdeněk (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2009
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Disertační práce je věnována vývoji horkého dolomitického filtru pro čištění plynu vznikajícího při zplyňování biomasy a odpadů. Cílem je vyčištění plynu hlavně od prachu a dehtu, ale také od sloučenin síry a chlóru, aby ho bylo možné používat v kogeneračních jednotkách se spalovacími motory. To by přispělo k rozvoji zplyňovací technologie při decentralizované výrobě elektrické energie a tepla, zejména při stavbě menších jednotek. Konkrétní cíle práce jsou stanoveny v Kap.2. Od roku 2000 je na VUT v Brně v provozu experimentální fluidní zplyňovací stend Biofluid 100, na kterém je prováděn výzkum zplyňování biomasy a odpadů. Vývoj filtru byl zahájen na základě potřeb a zkušeností, získaných v oblasti zplyňování biomasy a odpadů, během spolupráce VUT v Brně a ATEKO Hradec Králové. K čištění plynu bylo používáno vodní pračky. Tato metoda se však neukázala jako efektivní a vhodná. Na základě těchto poznatků bylo hledáno alternativní řešení. Na základě literární rešerše bylo zvoleno řešení s využitím přírodních katalyzátorů na bázi vápence. První polovina práce obsahuje literární rešerši dané problematiky. Nejprve je stručně uveden historický vývoj a charakteristika zplyňovacího procesu, včetně základního rozdělení zplyňovacích generátorů. Na tuto část navazují kapitoly zabývající se nečistotami obsaženými v plynu. Nejvýraznějšímu polutantu – dehtu – je věnována samostatná kapitola. U dehtu je popsán princip jeho vzniku, rozdělení dehtu a stručná charakteristika jeho vlastností a postupy používané pro jeho odstranění. Na tyto kapitoly navazuje stručný přehled požadavků na kvalitu plynu s ohledem na jeho použití v různých aplikacích, s důrazem na kogenerační jednotky. Druhá polovina rešeršní části je věnována metodám odstraňování dehtu z plynu se zaměřením na katalytické metody. Jsou zde uvedeny charakteristické vlastnosti dolomitu, popis kalcinace dolomitu a základní, zjednodušený kinetický model štěpení dehtu při použití dolomitu. Na základě poznatků získaných z literární rešerše byly navrženy laboratorní a ověřovací zařízení, na kterých byly testovány vlastnosti dolomitu. Jejich popis, stejně jako popis experimentálního stendu Biofluid 100, na kterém se prováděly experimentální práce, je uveden v úvodu experimentální části. V navazující kapitole je popsán kompletní návrh poloprovozního zařízení horkého katalytického filtru. Následuje obecný postup průběhu experimentálních prací, stručná charakteristika používaného paliva a katalytického materiálu. Závěrečnou část práce tvoří vyhodnocení výsledků experimentů, provedených na poloprovozním zařízení. Největší důraz je kladen na účinnost odstraňování dehtu v závislosti na provozní teplotě, množství náplně a použitém materiálu. Dále je zde uveden vliv těchto parametrů na složení plynu a na energetickou náročnost celého procesu za daných podmínek. Stručně je nastíněna možnost autonomního provozu jednotky bez elektroohřevu. Shrnutí všech důležitých výsledků je uvedeno v závěru, včetně nastínění možností dalšího vývoje horkého dolomitického filtru.
Disertation thesis deals with development of hot dolomite filter for the purposes of cleaning of gas polluted by biomass and waste gasification with ash and tar as well as sulphur and chlorine compounds as main pollutants. Gas is then cleaned so that it can be utilized in cogeneration units with combustion engines. This supports advancement of gasification techniques using decentralized power and heat generation especially for design of small scale units. Concrete aims of this thesis are stated in chapter 2. Experimental fluid gasification stend Biofluid 100 has been in operations at Brno University of Technology (BUT) since 2000 and it helps research of biomass and waste gasification. Development of the filter initially utilized needs and experience with the utility during cooperation of BUT and ATEKO Hradec Králové. Water scrubber was used for gas cleaning, however, this method proved to be ineffective. Alternative solutions were considered. Based on literature search, natural catalysts with limestone basis were opted. First part of the thesis presents literature search of this issue. Historic development and description of gasification process are briefly discussed as well as elementary classification of gasification generators. This part is followed by chapters dealing with gas pollutants. Tar – the most significant pollutant – is discussed in a separate chapter which presents tar formation, its classification, characteristics and methods for its removal. Brief summary of requirements on gas properties with respect to its utilization in various applications (especially in cogeneration units) follows. Other part of the literature search part focuses on methods of removal of tar from gas, especially on catalyst methods. Dolomite characteristics, description of dolomite calcination as well as simplified kinetic model of tar cracking using dolomite are presented. Based on literature search, laboratory and verification equipment was designed for the purposes of dolomite properties testing. Equipment description as well as description of experimental stend Biofluid 100 where the experimental tests were carried out can be found in introduction of the experimental part. This is followed by a complete description of pilot equipment design of hot dolomite filter with general description of experimental work process, brief characteristics of the fuel and catalytic material used. Final part of the work comprises of experiment results that were carried out on the pilot equipment. Focus is on efficiency of tar removal in connection with operation temperature, amount of catalytist and material used. Influence of these parameters on gas composition and energy intensity of the whole process under these conditions is mentioned as well. Possibility of autonomous unit operations without electricity heating is briefly outlined. Summary of the most significant results including the potential of future hot dolomite filter development is stated the final part of the thesis.
Keywords:
catalytic methods; dolomite; gas cleaning; gasification; hot filter; tar; dehet; dolomit; horký filtr; katalytické metody; zplyňování; čištění plynu
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/14751
guest ::
