Budapesti Mszaki s Gazdasgtudomnyi Egyetem Gpszmrnki Kar Energetikai

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁSOK BIOMASSZA Kaszás Csilla kaszas@energia. bme. hu D 203/B

Ütemterv • Biomassza eredete, csoportosítása, hasznosításának lehetőségei • Biomassza energetikai hasznosítása – Szilárd biomassza előkészítés, tüzelés – Pirolízis, elgázosítás – Anaerob fermentáció – Bioüzemanyagok

A biomassza definíciója biológiai eredetű szervesanyag-tömeg, a szárazföldön és vízben található élő és nemrég elhalt szervezetek (növények, állatok, mikroorganizmusok) testtömege; biotechnológiai iparok termékei; és a különböző transzformálók (ember, állatok, feldolgozó iparok stb. ) összes biológiai eredetű terméke, mellékterméke, hulladéka.

Csoportosítás • Elsődleges biomassza: a növényi fotoszintézis által előállított szervesanyag; a természetes vegetáció, a szántóföldi és kertészeti növények, az erdő, a rét és legelő, a vízben élő növények. • Másodlagos biomassza: állatvilág, gazdasági haszonállatok összessége, továbbá az állattenyésztés főtermékei, melléktermékei és hulladékai. • Harmadlagos biomassza: biológiai eredetű anyagokat felhasználó ipar melléktermékei, hulladékai, települések szerves eredetű szilárd és folyékony hulladékai, biotechnológiát alkalmazó ipar egyes melléktermékei.

Biomassza eredet Fotoszintézis légkör 6 CO 2 + 6 H 2 O napfény C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Glükóz (szőlőcukor) répacukor, keményítő, cellulóz zsírok, fehérjék

Karbon-ciklus Vízben oldott CO 2 Légköri CO 2 Lebontók Növények Állatok Ipar Fosszíliák

Biomassza hasznosítása • Élelmiszeripar • Könnyűipar – Ruházat – Papír – Bútor …stb. • Energetika – Mechanikai energia /közlekedés/ – Hő – Villamos energia (+ hő).

Biomassza energetikai hasznosításának folyamata Előállítás, keletkezés Begyűjtés, szállítás, tárolás, előkészítés Feldolgozás: szek. en. h. előállítása Hő Vill. en. Üzemanyag

Biomassza energetikai hasznosítása • • Aprítás Bálázás Préselés Alkoholos fermentáció • Pirolízis • Anaerob fermentáció Szilárd Kazán, gőzerőmű Folyékony Üzemanyag Gázmotor

Lehetőségek, korlátok • Paradigma-váltás: fogyasztói helyett fenntartható társadalom. • Elsődleges az élelmiszer-termelés. • Biomassza-felesleg és hulladék-újrahasznosítás mellett ártalmatlanítás: energetikai hasznosítás. • Lokális energiaigény: – 30 km-es körzeten belül (MHü [biomassza]<0, 5 MHü [üzemanyag]), – különböző gazdasági területek kooperációja • Ellátásbiztonság: – Hazai forrás, földgáz-kiváltás.

Alkalmazkodjunk a helyi lehetőségekhez, adottságokhoz!

Magyarországi alapanyagok • Tűzifa (max. 1, 5 -1, 8 Mt/év). • Mezőgazdasági és erdészeti maradékok. • Energianövények. • Szerves melléktermékek (trágya, faipari maradék). • Szerves hulladékok (élelmiszeripari maradék, szennyvíz-iszap, kommunális hulladék).

Eltüzelhető biomassza Tüzeléstechnikai jellemzők, magyarországi potenciálja, begyűjtése, előkészítése, tüzelése

Elemi összetétel DIN MSZ C Ct H Ht S S t O O N N A A HOH Wt karbontartalom kg/kg hidrogéntartalom kg/kg kéntartalom kg/kg oxigéntartalom kg/kg nitrogéntartalom kg/kg hamutartalom kg/kg nedvességtartalom kg/kg C + H + S + O + N + A + HOH = 1

Elemi összetétel (numerikus adatok: finn tőzeg) 15

Oroszlányi tüzelőanyagok elemi analízise Szén Fa Szálas biomassza Szemes biomassza HHV C [MJ/kg] [m%] 12, 1 30, 96 12, 4 33, 01 H [m%] 2, 59 3, 60 S [m%] 3, 82 0, 01 w [m%] 13, 92 33, 95 a [m%] 39, 88 1, 50 O+N [m%] 8, 83 27, 93 illó [m%] 28, 00 54, 55 15, 8 40, 13 4, 52 0, 05 14, 05 5, 02 36, 23 66, 37 15, 8 39, 17 4, 23 0, 12 17, 03 7, 27 32, 18 62, 68 Szén Fa Szálas biomassza Szemes biomassza N [m%] 0, 75 -1, 2 <0, 5 -1, 2 0, 5 -0, 7 O/µo [%] Szén 7, 91 Fa 31, 04 Szálas biomassza 33, 07 Szemes biomassza 29, 80

Van Krevelen-diagram

szalma szecska: 12 -15 kukoricacsutka darálék: 14 -16 árpahéj: 14 -15 napraforgómag héj: 15 -17 korpa: 16 -17 dióhéj: 18 -20 fűrészpor, faapríték: 8 -12 rönk fa: 8 -13 (Mátra: 6, 9) lignit: 5 -10 barnaszén: 15 -20 feketekőszén: 20 -32 antracit: 32 -36 fűtőérték, MJ/kg Szilárd tüzelőanyagok jellemző fűtőértékei 35 30 25 20 15 10 5 0

Energianövény (salix) laboratóriumi elemzési adatai: Ctd Htd Std Od Nd Ad Wt Qs d Qid g. C, wf g. H, wf g. S, wf g. O, wf g. N, wf g. A, wf g. HOH Ho, wf Hu, wf MJ/kg 20, 374 19, 171 5, 51% 0, 10% 43, 8% 0, 82% 2, 40% 43, 1% 15 14 fűtőérték, MJ/kg 47, 36% 13 12 11 10 9 8 20% 25% 30% 35% 40% nedvességtartalom, kg/kg 45% 50%

Tüzeléstechnikai jellemzők (Oroszlányi tüzelőanyagok) Ø Biomassza: Ø C: 33 -45% Ø O: 28 -36% Ø H: 3, 6 -4, 5% Ø S: 0, 01 -0, 1% Ø h: 1, 5 -7% Ø n: 14 -34% Ø Illó anyag: 70 -85% Ø Szén: Ø C: 31% Ø O: 8% Ø H: 2, 6% Ø S: 3, 8% Ø h: 40% Ø n: 13% Ø Illó anyag: 28 -35%

Tüzeléstechnikai jellemzők • Összetétel: – Szénhidrátok: • 60 -80 % illó, • faszén: 40 -20 %. – Nedvesség-tartalom (abszolút (össztömegre), relatív (szárazanyagra): • fa 30 -40 %, • mezőgazdasági melléktermékek: 10 -15 %. – Hamutartalom • fa: 1 -3 %, • mezőgazdasági melléktermékek: 3 -5 %, • Kis lágyulási hőmérsékletek (300 -700 o. C). – Káros anyagok: • S: <1 -2 %, • Cl. • Sűrűség. • Halmazállapot.

Strukturális tulajdonságok • Fa és mezőgazdasági melléktermékek legnagyobb részét a növények vázanyagai (sejtfal-komponensei) alkotják • Ezek közül a biomasszák jellemzése szempontjából a cellulóz, a hemicellulóz és a lignin a legfontosabbak • A vázanyagok mellett kisebb mennyiségben egyéb anyagok is megtalálhatók a biomasszákban (pl. : sók, olajok), amelyeket rendszerint valamilyen oldószer segítségével ki lehet vonni az anyagból, ezért ezek összességét extraktanyagnak szokás nevezni • A lignin, a hemicellulóz és az extraktívok kémiai felépítésében és tulajdonságaiban a különféle biomasszák között lényeges különbségek lehetnek! • (A cellulóz és a hemicellulóz homopoliszacharidok, azaz azonos monoszacharid egységekből felépülő poliszacharidok. )

Strukturális tulajdonságok • Cellulóz: • a növényvilágban a legnagyobb mennyiségben előforduló szerves vegyület • magasabb rendű növényekben a vázanyag szerepét tölti be: a cellulózmolekulákból álló szálak hálózata határozza meg a sejtfalak alapszerkezetét • nagyjából 7000 alfa-D-glükóz egységből áll

Strukturális tulajdonságok • Hemicellulóz: • azon poliszacharidok gyűjtőneve, amelyek a cellulózon kívül részt vesznek a sejtfal felépítésében • kémiai felépítésük hasonló a cellulózéhoz, azonban a fonalak lényegesen rövidebbek (kb. : 150 monomerből állnak) és a láncok gyakran elágaznak • a hemicellulózok közé sorolunk minden olyan cellulóz felépítésű poliszacharidot is, amelyek lényegesen kisebb molekulatömegűek, mint a cellulóz • a hemicellulózok kémiai ellenállóképessége kisebb, mint a cellulózé • az élő növényben is képesek lebomlani, ezért tartalék tápanyagot is jelentenek • az elfásodás során épülnek a sejtfalba

Strukturális tulajdonságok • Lignin: • a sejtfal cellulózból és hemicellulózból felépülő rácsszerkezetének molekuláris méretű üregeibe rakódik be • a sejtfal mechanikai ellenállóképességét növeli • a lignin is gyűjtőnév, amely a fának vagy az elfásodott növényi részeknek azt a vázanyagát jelenti, amely aromás egységekből épül fel • a különféle biomasszákban található lignin más és más felépítésű lehet, de felfedezhetők bennük szerkezeti hasonlóságok • a lignin szerkezetének felderítését megnehezíti, hogy a polimert át- meg átszövi a cellulóz és a hemicellulóz

Strukturális tulajdonságok extraktívok [%] lignin [%] glükán 1 [%] hemicellulóz [%] hamu [%] összesen [%] 2, 2 23, 8 45, 1 23, 0 1, 4 95, 5 Szálas biomassza 5, 9 18, 2 39, 6 23, 6 7, 2 94, 5 Szemes biomassza 8, 1 7, 9 51, 7 14, 5 8, 7 90, 9 Fa 1: cellulóz és keményítő A hiányzó néhány %-ot a fehérjetartalom, valamint az alkalmazott módszerekkel nem meghatározható, nehezebben mérhető komponensek (pl. : alkoholban nem oldódó extraktív anyagok, savban oldódó lignin) alkotják.

Strukturális tulajdonságok • Alkotók tüzeléstechnikai jellemzői: • hevítés hatására először a hemicellulóz, majd magasabb hőmérsékleten a cellulóz indul bomlásnak • a bomlási csúcsok nem mindig különíthetők el, mivel már a minta alacsony káliumtartalma (0, 5 wt%) is képes a cellulóz bomlását a hemicellulóz bomlására jellemző hőmérséklettartományba tolni • a minta káliumtartalma a bomlástermékek összetételére is hatással van: a szénhidrátok tipikus bomlástermékének, a levoglükozánnak a mennyisége már alacsony káliumtartalom mellett is csak a töredéke lesz a káliummentes minta esetén tapasztalható értéknek • a lignin bomlása szélesebb hőmérséklettartományban, lassabban zajlik, ezért nem különíthető el a cellulóz és hemicellulóz bomlásától

TG-MS analízis INERT OXIDATÍV Szálas anyag T, TG és DTG görbéi inert és oxidatív atmoszférában

TG-MS analysis of the fuel in inert atmosphere G, % d/dt DTG (56% total) H 2 O (18% total) intensity (arbitrary units) CO 2 (6% total) H 2 (0. 3% total) CO (6% total) 29 Heating up program after drying: 40°C/min up to 860°C; sample: 5 T 1

TG-MS analízis Aldehidek és metoxi-csoport fa mintánál Aldehidek és metoxi-csoport szemes mintánál

Égési folyamatok: • • 1. felmelegedés (<100°C); 2. száradás (100 -150 °C); 3. pirolitikus bomlás (150 -230°C; CO, Cm. Hn); 4. folyékony és szilárd anyagok elgázosodása (primer levegő + pirolízisgáz, 230 -500 °C); • 5. szén elgázosodása (vízgőz, CO 2 segítségével, 500 -700 °C); • 6. éghető gázok oxidációja (szekunder levegő, 700 -1400 °C).

Az égés folyamata NH 3 (szilárd tüzelőanyag esetén) O 2 víz C H x y tüzelőanyag CO 2 NO koksz CO hamu O 2 felmelegedés (heating) száradás, pirolízis a koksz égése (drying, (char combustion) devolatilization or pyrolysis) O 2 gázreakciók (gasreactions) 32

Tökéletlen égés • Tökéletlen égés miatti kibocsátás: – CO, – C (korom), – C m. H n , – Elégetlen részecskék. • Megelőzhető: – Min. 800 °C, – Légfelesleg tényező: > 1, 5 – Égési zónában töltött idő > 0, 5 s.

Cellulózalapú biomassza-források • Erdészeti melléktermékek • Energiaültetvények – – Nyár Fűz Energiafű … • Mezőgazdasági melléktermékek – – – Szalma Kukoricaszár Napraforgószár Venyige Gyümölcsfa nyesedék …

Hazai biomassza potenciál Mezőgazdaság összesen 46 443 000 t ebből gabonafélék 34 287 000 t Erdőgazdálkodás összesen 7 942 000 t ebből fakitermelés 4 152 000 t Elsődleges biomassza összesen 54 385 000 t A mezőgazdaságban keletkezett biomasszából Főtermék 22 114 000 t Melléktermék 24 329 000 t A mezőgazdaságban keletkezett melléktermékekből Takarmányozásra kerül 5, 1 % Alom 6, 9 % Tüzelő 3, 2 % Gyökér és tarlómaradvány 15, 8 % Földeken marad 63, 3 % Egyéb 5, 7 % Az erdőgazdaságban keletkezett biomasszából Főtermék 6 733 000 t Melléktermék 1 209 000 t Forrás: Barótfi Ø Ø Az erdőgazdálkodásból származó fő- és melléktermékek egy része hasznosítható energetikai célra. A mezőgazdasági melléktermékekből földeken maradó biomassza tömeg Talajerő visszapótlásra ? ? % és Energetikai felhasználásra 1 -? ? % 35

95 72 58 37 57 52 47 26 G on ab ya on é a s zö ld sé H üv g el ye se G yü k Ip m ar öl i n cs öv én ye k Sz ál Sz as ől ta ő ka r N öv mán. t y er m. á tl. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Bu rg Tömegarány (%) Egyes növénykultúrák esetében a fő- és melléktermékek tömegaránya Melléktermék Főtermék Forrás: Barótfi 36

Magyarország földterülete művelési ágak szerint 2007 [ezer ha]

Erdészeti és faipari melléktermékek • Széleskörűen használt megújuló energiaforrás; • Infrastruktúra már kiépítve; • Természetes források rendelkezésre állnak; • Az erdészeti hulladékok begyűjtése csökkenti az erdőtűz kockázatát. • Túl drága lehet, mert a biomasszatüzelésre átállított nagyerőművek felverik az árakat; • Magyarországon korlátozott mennyiségben áll rendelkezésre.

Erdészeti biomassza [millió m 3/év]

Mezőgazdasági melléktermékek • Hosszútávon feltételezhetően olcsóbb az erdészeti melléktermékeknél. • Újabb bevételi forrást jelent a mezőgazdaságnak – jelenleg ezen anyagok jórészét beszántják, elégetik vagy kint hagyják. • A jelenlegi arató berendezések és tároló rendszerek nem mindig megfelelőek (kukoricaszár). • Vitatott, mekkora talajerő-utánpótlás szükséges. • Hamutartalom

Mezőgazdasági melléktermékek kalkulált hazai potenciálja Bálás szalma Kukoricaszár Csutka Napraforgó szár Venyige Termelés [Mt/év] 4, 5 – 7, 5 10 – 13 1 – 1, 2 0, 4 - 1 1 – 1, 3 Eltüzelhető mennyiség [Mt/év] 1, 5 - 2 3 - 4 0, 4 – 0, 6 0, 3 – 0, 4 0, 5 – 0, 7 Nedvesség [%] 10 - 20 40 - 65 30 - 40 30 - 35 30 – 45 Fűtőérték [MJ/kg, ω=18%] 13, 5 13 13, 5 11, 5 14, 8

Energiaültetvények • Gyengébb minőségű talajok is hasznosíthatók, • Nagyobb a fajlagos biomassza-termelés mint mezőgazdasági melléktermékeknél, • Kizárólag energiatermelés céljára létesül, • Megakadályozza a talaj erózióját, • Összekapcsolható pl. szennyvíz-iszap ártalmatlanításával is. • Évekbe telik míg eléri a maximális hozamot, • Nagy a területigény – egyes fajták 3 évente takaríthatóak be.

Az „ideális” energianövény • • • Talajhoz és klímához illesztett növény. Betegségekkel, kártevőkkel szemben ellenálló. Nagy hozam [t/ha. év] Nagy fűtőérték. Kis nedvesség-tartalom. • Ne a növényhez keressünk telepítési helyet, hanem a potenciális helyhez a megfelelő növényt!

Szilárd, eltüzelhető biomassza előkészítése Feldolgozás energiaigénye/ biomassza energiatartalma • • • Szalmabála Hasábfa Faapríték Pellet Brikett 0, 1 % 0, 5 % 2 %

Bálázás • Alkalmazás: – Szalma – Lágyszárú enegiaültetvények Betakarítás folyamata Kombájn Nagybálázó (kör vagy szögletes) Homlokrakodó Bálaszállító kocsi Homlokrakodó Fedett kazal

Szalmabála • Sűrűség: 80 – 160 kg/m 3. • Nedvességtartalom: 20%. • Fűtőérték: 13, 5 MJ/kg. • Méretei (bálázó típusától függően): 1, 5 * 2, 4 m.

Hasábfa előkészítése • Nedvességtartalom: <20% (2 év tárolás). • Fűtőérték: 15 -20 MJ/kg. • Hossz egységesíthető: 25 -50 cm. • Energiaigénye csekély • Tüzelése nehezen automatizálható. rönkhasító

Aprítás • Alkalmazás: – Fás szárú energiaültetvények – Erdészeti melléktermékek – Gyümölcsfanyesedék, venyige, kukoricaszár • Egyik elterjedt típus: tárcsás aprító

Faapríték • Sűrűség (ömlesztett) : • Ömlesztve szállítható 200 - 400 kg/m 3 • Adagolás: • Nedvességtartalom: – Szállítócsiga 40%: nedves – Szállítószalag 15 -20%: légszáraz – Pneumatikus szállító (több hét száradás • Széleskörű után) hasznosítás • Méretei: különböző típusú 1 -10 cm * 4 cm kazánokban (pellettüzeléshez hasonló)

Préselés – pellet, brikett • Alapanyagok: • Erdészeti és faipari melléktermékek: – Fűrészpor – Forgács – Apríték • Mezőgazdasági melléktermékek: – Szalma és kukoricaszár • Ipari feldolgozás melléktermékei: – Pl: napraforgóhéj • Tömörítést befolyásoló jellemzők – – – Aprítéknagyság Sűrűség Súrlódási tényező Nedveségtartalom Összetétel

Préselés • Présgép általános felépítése: – Présfej – Tömörítést végző elemek (csiga/görgő/dugattyú) – Préshüvely • Nyomás: > 100 k. Pa • Hőmérséklet: (a nyomás következtében) 80 -150 °C – présfej hűtésével/fűtésével szabályozható • Állandó nedvességtartalomra méretezve • Adalékanyagok: max. 2% pl. : kukoricaliszt, fenyőfakéreg, vinasz

Pelletizáló felépítése kétgörgős gyűrűs matricával dolgozó prés 1. pelletizálandó anyag; 2. gyűrűs matrica présfuratokkal; 3. vágókések

Dugattyús brikettáló felépítése

Szilárd biomassza tüzelése - elsősorban fűtési célokra

Fűtési stratégia • Hőigények felmérése • Önállóan vagy kooperálva? • fogyasztói igények, lehetőségek Párhuzamos rendszer Soros rendszer t t

Kandallók • Nyitott kandalló – Elsősorban hangulati elem – Sugárzásos hőátadás – Fűtött terület korlátozott – 1 -3 k. W – Hatásfok <20% – Tüzifa, brikett – 180°C – Égési levegő a helyiségből • Zárt kandalló – Sugárzás és konv. – 5 -10 k. W – Hatásfok: 40% – 400°C

Fatüzelésű Pellettüzelésű Kemence kályha • Sugárzás+konvek ció • (+ vizes hőcserélő) • Automatizált • 3 -15 k. W (akár távirányítható) • • Belső tü. a. -tároló Nagy hőtároló kapacitás Szomszédos helyiségeket is fűti

Faelgázosító kazán • • • Külön helyiségben Térfűtés+hmv 5 -150 k. W <90% Tüzifa, brikett Akár fele terhelésen is viszonylag kedvező hatásfokkal üzemeltethető

Központi pelletkazán • 5 -35 k. W • Automatikus adagolás, teljesítményszabályozás

Pellet-betáplálás • Alsó: – A tüzelőanyag mennyisége „önmagát szabályozza”; – Visszagyulladás veszélye fennáll; – Nehézkesen szabályozható. • Oldalsó: – Gyors szabályozhatóság; – Visszagyulladás veszélye fennáll; – Inhomogén tűzágy, pellet gyakran lepotyog a hamuval. • Felső: – Visszagyulladás veszélye nem áll fenn; – Homogén tűzágy, jó kiégés; – Pellet-szint monitoringja a tűztérben nehézkes.

Pellet tárolása

Biztonság • Tűzálló, szilárd alapozás • Tartani az előírt távolságot • Alaposan szigetelt épületeknél mesterséges levegő-utánpótlás • Kémény – Megfelelő átmérő – Egy vagy több berendezéshez tartozik – ha utóbbi, üzemeltethető-e együtt a két rákötött berendezés – Bélése: szigetelt, tűzálló, nedvességálló

Napkollektorral kombinált fűtésrenszer

Biomassza-tüzelés erőművekben • Fatüzelésre átállt hőerőművek: – Pécsi Erőmű – 49 MWe, 330 000 t/év – Kazincbarcikai Erőmű – 30 MWe, 200 000 t/év – Ajkai Erőmű – 20 MWe, 192 000 t/év • Vegyes tüzelésű hőerőművek: – Vértesi Erőmű – 240 MWe, 30 -60% – Mátrai Erőmű – 950 MWe, 10% – Tiszapalkonyai Erőmű – 200 MWe, ? %

Távhő • Távhőtermelés • • • Szigetvár – 2 MWth, 2 200 t/év Mátészalka – 5 MWth, 6 000 t/év Papkeszi – 5 MWth, 6 000 t/év Körmend – 5 MWth, 6 000 t/év Szombathely – 7 MWth, 8 000 t/év • Hő- és villamosenergia-termelés • Balassagyarmat – 2 MWe, 12 000 t/év • Szentendre – 2 MWe (? ), 20 000 t/év

Hulladékégetés • Elsősorban ártalmatlanítás a feladat • Égés során a hulladék mérete, súlya csökken: könnyebben tárolható • Kórokozókat elpusztítja • Energiatermelés másodlagos • Másodlagos környezetszennyezés

Gázosítás

Termikus bomlás • Pirolízis – 200 °C fölött – Oxigén nélkül – Endoterm – Keletkezik: CO, CO 2, szénhidrogének • Elgázosítás – 500 °C fölött – Gázosítók: O 2, CO 2, H 2 O – Exoterm – Keletkezik: CO, H 2, CH 4

2. 2. Elgázosítás 1. felmelegedés (450 – 600 °C), száradás, pirolízis léghiányos környezetben → CO, H 2, CH 4, kátrány, CO 2, H 2 O (szintézisgáz) 2. koksz konverzió (700 – 1200 °C): a visszamaradó koksz karbonja oxigénnel reagál → + CO • Az eredetei biomassza energiatartalmának 70 -80%-át tartalmazza a keletkező gáz. Gázmotorban, gázturbinában villamos energiává alakítható, de: kátrány!!! A metanol gyártásnak is alapanyaga. 69 Tovább tisztítható (kátrány, CO 2, SOX kivonás). • • •

Gázosítók típusai • Milyen közeggel gázosítunk? • Levegő: 5 -6 MJ/kg LHV, 50 tf% nitrogén • Oxigén: 15 MJ/kg LHV (földgáz: 50 MJ/kg. LHV) • Milyen módon kerül kapcsolatba egymással a gázosító közeg és a tüzelőanyag? • • Kihordott ágyas Fluidágyas Fix- vagy mozgóágyas Egyéb

Elméleti háttér • Egy tipikus gázosítóban az alábbi fiziko-kémiai folyamatok játszódnak le: Száradás Pirolízis (illók távozása) Égés Redukció (>150 °C) (150 -700 °C) (700 -1500 °C) (800 -1100 °C) • A száradás, pirolízis és redukció folyamatai az égés, mint egyedüli exoterm reakció, által termelt hőt abszorbeálják • A pirolízis elkülöníti a vízgőzt, szerves folyadékokat és nem kondenzálódó gázokat a tüzelőanyag fixkarbonjától • Az égés a tüzelőanyag alkotóinak oxidációs folyamata, melyet intenzív hőfejlődés kísér • Az égéstermékeket a különböző endoterm gázosító reakciók alakítják (redukálják) éghető gázokká

Feláramló rendszerű fixágyas gázosító

Kémiai reakciók • ÉGÉS: • C + O 2 = CO 2 + 393, 77 k. J/mol karbon • H 2 + 0, 5 O 2 = H 2 O + 742 k. J/mol H 2 • GÁZOSÍTÁS: • Víz-gáz reakció: C + H 2 O = H 2 + CO – 131, 38 k. J/mol karbon • Boudouard reakció: CO 2 + C = 2 CO – 172, 58 k. J/mol karbon • „Shift” konverzió: CO + H 2 O = CO 2 + H 2 – 41, 98 k. J/mol • Metánképzés: C + 2 H 2 = CH 4 + 74, 90 k. J/mol karbon

Gázkihozatal összetétele • A gázosítóból kinyert gáz összetétele függ: Tüzelőanyag összetétel Gázosító közeg Működési nyomás Hőmérséklet Tüzelőanyag nedvességtartalma A reagensek kapcsolatba hozásának módja a gázosítón belül

Keletkező anyagok • Gázok • Faszén • Hamu • Kátrány

Keletkező anyagok halmazállapotának megoszlása az elgázosítás hőmérsékletének és sebességének függvényében

Gázösszetétel (V/V) • Környezeti levegő: [5 MJ/Nm 3] – – – CO: 16 %, H 2: 24 %, CH 4: 2 %, CO 2: 16 %, N 2: 42 %. • Tiszta oxigén: [10 MJ/Nm 3] – – CO: 28 %, H 2: 41 %, CH 4: 3 %, CO 2: 28 %.