Combustion and Energy Systems

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

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

Development of the bio diesel market 1991 to2006

Sales (t)

Capacity* EstimateSource: UFOP

Produkcja bio diesla w Niemczech

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

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

• 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

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

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

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

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

Transesterifikacja

Trójgliceryd Wolna gliceryna i3 molekuły bio diesela

Diesel imolekuły bio diesela

Reakcja wtórna

Transesterifikacja oleju roślinnego na FAME

• Zastosowania i wykorzystane ilości

– Światowy popyt na glicerynę w 2006 roku wyniósł około 930.000 ... 950.000 t

Gliceryna – zastosowania materialne

• 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

http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Glycerin.PNG

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

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

Palnik SKV zasilany tłuszczem zwierzęcym

Flame video 1: diesel oil

Flame video 2: animal fat

Flame video 3: glycerine (byproduct)

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

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)

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%

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.

• 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

Dziękuję za uwagę i Dziękuję za uwagę i

zapraszam do współpracyzapraszam do współpracy

Combustion and Energy Systems

Documents

Transcript of Combustion and Energy Systems