TPB Dlnick 12 170 00 Praha 7 esk
ČTPB Dělnická 12, 170 00 Praha 7 Česká Technologická Platforma pro užití Biosložek v dopravě a chemickém průmyslu Ing. Leoš Gál Předseda řídícího výboru ČTPB Workshop METAN 9. 12. 2010 Dělnická 12 - Holešovice
Co nás zde všechny spojuje společný energetický kontext
• IEA již od 2008 ustupuje od tradičně smířlivého tónu a mluví o nezbytnosti transformace světové energetiky směrem k větší udržitelnosti. Jinak podle IEA v budoucnu hrozí katastrofa. • nynější globální trendy v dodávkách a spotřebě energie jsou dlouhodobě neudržitelné, a to z ekonomického, sociálního i „environmentálního“ hlediska“. 2007 – 2011 Nobuo Tanaka z Japonska Maria van der Hoeven – Holandsko Mirek Topolánek - ČR Proč ten pesimistický (katastrofický) tón ? ! www. iea. org/
TERMOJADERNÁ FÚZE ITER, Hi. PER… problémy „donutit“ spojení jádra vodíku v řízené reakci … v nedohlednu. TJF - Globální efektivní řešení (bez ohledu na sociologické dopady) … v nedohlednu !! Disponibilní vodík na planetě ZEM ? ? ? - prozatím stále jenom z NG!!
UHLÍ • Světové zásoby uhlí v jednotlivých státech světa dle BP jsou v součtu jednotlivých zemí (včetně ČR) odhadovány na 826 001 mil tun. Světové zásoby uhlí – při stávající spotřebě (R/P ratio)………… cca 122 let [1] http: //www. bp. com/liveassets/bp_internet/globalbp_uk_eng lish/reports_and_publications/statistical_energy_review_2008/STAG ING/local_assets/2009_downloads/coal_table_of_proved_coal_rese rves_2009. pdf
ZEMNÍ PLYN • Celosvětové zásoby zemního plynu dle jednotlivých zemí podle BP 185 trilionů m 3 tedy 185 x 1018 m 3. Data byla tvořena ve spolupráci s CEDIGAS a sekretariátem OPEC. Světové zásoby zemného plynu – (R/P ratio)………… cca 60, 4 let [2] • [2] http: //www. bp. com/liveassets/bp_internet/globalbp_uk_eng lish/reports_and_publications/statistical_energy_review_2008/STAG ING/local_assets/2009_downloads/gas_table_of_proved_natural_ga s_reserves_2009. pdf
ROPA • BP udává světové zásoby ropy v jednotlivých krajinách světa včetně metodologie získaných dat na 1 258 miliard barelů. Studie z roku 2008 mírně snížila zásoby v Rusku, Norsku, Číně a dalších zemích (o 3 mld. barelů), ale naopak zvýšila odhad zásob Venezuely a Angoly (o 23 mld. barelů). Zásoby BP uvádí opět podle jednotlivých zemí. Světové zásoby ropy – (R/P ratio)………… cca 42 let [3] http: //www. bp. com/liveassets/bp_internet/globalbp_uk_english/reports _and_publications/statistical_energy_review_2008/STAGING/local_assets/2 009_downloads/oil_table_proved_oil_reserves_2009. pdf
SITUACE v ČR • • Žádná ropa Žádný plyn Uhlí na 40 let …. . vyuhlení 2052 Jaderná „velmoc“( pozitivní postoj k jádru - všeobecně) • BIOMASA a její preference – KVET • Biopaliva 1. generace B 1 G – nemá zvýhodnění
Kde začínají partikulární zájmy i když společných zájmů TRANSPORTNÍ PRŮMYSL
Druhy, typy paliv- transportní průmysl 1. GENERACE - MEŘO, etanol, butanol, …Narazila na objemové hranice, další extenzivní rozvoj není žádoucí ( diverzita, potraviny…) 2. GENERACE –škála různých typů dle vstupní hmoty: • Bt. L- Biomass to liquid - Kapalné palivo z biomasy • Gt. L - Gas to liquid – Kapalné palivo z plynu • Ct. L – Coal to liquid – Kapalné palivo z uhlí • Xt. L – Kapalné palivo z mixu biomasy a uhlí • Mt. G – Metanol to gasoline Mt. S – Metanol to synfuel - kapalné palivo benzínového typu z CH 4 • Další – Etanol z lignocellulozy, Metan (SNG) , DME, …. http: //www. scribd. com/doc/3825160/Gas-to-Liquids-GTL-Technology
Téma SYNGAS dnešního CO+H 2 workshopu Téma dnešního Metan CH 4 workshopu
Transfer biomasy SYNGAS CO+H 2 Metan CH 4 KVET Metan CH 4 SYNGAS CO+H 2 Intermediát - SYNGAS SYNTETICKÁ ROPA, PALIVOVÉ ČLÁNKY, H 2…vyšší chemie
SYNGAS CO+H 2 Proces –zplynování Gasifikace Vodík H 2 35 -45 % Oxid uhelnatý CO 22 -25 % Oxid uhličitý CO 2 20 -23 % Methan CH 4 9 -12 % Ethen CH 2=CH 2 2 -3 % Dusík N 2 2 -3 %
Metan CH 4 Proces –mikrobiální proměna organických látek (anaerobní digesce) Biomasa (1 kg) + teplo → CO 2 + CH 4 +H 2 S + NH 4+ digestát (0, 1 kg) +0, 16 k. J/mol • Endotermní proces - nutno teplo dodávat • Složení bioplynu obj. %: • • • CH 4 ……. 55 -75% CO 2……. 25 -50% N 2 ………. 0 -10% H 2…. …… 0 -1% H 2 S……. . 0 -3% O 2………. 0 -2% • Výhřevnost: 18 - 26 MJ/m 3
Vyrobené OZE plyny: 1. SYNGAS – CO + H 2 syntetický plyn vhodný k dalším syntézám !!! Svítiplyn , Blue Water Gas 2. BIOPLYN – rozklad látek biogenního původu CH 4 anaerobní digesce na nejjednodušší alkan tedy uhlovodík vůbec. Biometan, Karban, Bahenní plyn
1. SYNGAS – výhoda variabilita užití Dieslový typ Diesel (C 12 -C 18): 16 CO + 33 H 2 → C 16 H 34 + 16 H 2 O Benzínový typ Metanol: Benzín (C 5 -C 11): CO + 2 H 2→ CH 3 OH 8 CO + 17 H 2 → C 8 H 18 + 8 H 2 O Vodík a palivové články KVET
2. Metan – základní složka NG 1. Nebezpečná reaktivita Methan může reagovat explozivně s kyslíkem CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O. Prudce může reagovat metan i s plynným chlórem 2. Nejhorší prvek z hlediska GHG - cca 20 x „horší“ parametry GHG než CO 2 Otázka: Jsou toto hlavní důvody, proč nedochází k rozvoji přímého užití formou CNG? KVET metanu- funguje velmi dobře
Výroba syntetického plynu SYNGAS I. Cesta – Gasifikace uhlí (biomasy) II. Cesta výroby ze zemního plynu V principu: CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2
Výroba syntetického plynu SYNGAS I. Cesta – Gasifikace uhlí (biomasy)
I. Cesta – Gasifikace uhlí (biomasy) Zplyňovací elektrárna Vřesová 26 tlakových generátorů ø 3000 mm na zplyňování uhlí při tlaku 25 bar, vybudována v letech 1965 - 1970, produkt- SYNGAS 1 mld. m 3/rok využívaný v paroplynovém cyklu energetického komplexu. Nově přetryskování obou turbín, umožňuje elektrárně využití SYNGASu vyrobeného štěpením dehtů, fenolů a dalších látek …
Výroba syntetického plynu SYNGAS II. Cesta výroby ze zemního plynu
II. Cesta výroby ze zemního plynu Gas to liquid (GTL) - syntetický petrolejářský produkt (syncrude) Dvě známé cesty transferu metanu (zemního plynu) na tzv. 1. Direct - přímá Výhoda: eliminuje náklady na produkci SYNGASU Nevýhoda: vysoká aktivace energie – těžce říditelná Stav: několik procesů bylo vyvinuto - žádná komerční koncovka !!! Otázka: Je přímá cesta využití metanu k syntézám opravdu slepá cesta? ? 2. Indirect – nepřímá přes SYNGAS Výhoda: variabilita a univerzálnost SYNGASU viz next slide Nevýhoda: ekonomicky náročné - termické procesy
Cesty transferu NG na SYNGAS: 1. Parciální oxidace - PO 2. Parní reforming - SR 3. Autothermal reforming - ATR 4. Shell gasification process – SGP 5. New Ceramic Membrane Method - CMM
1. Parciální Oxidace PARCIÁLNÍ OXIDACE (1200 -1500°C) –exotermní CH 4 + 1/2 O 2 → CO + 2 H 2 následně CO + H 2 → - CH Syntetický uhlovodík - bez síry, aromátů, - dál rafinován – diesel, naphta, vosky. . H = - 36 k. J/mole Proces běží i bez katalyzátorů + H 2 O H 2 61 CO 35 CO 2 3 CH 4 - H 2/CO 2 Catalytická PO - Co, Ni katalyzátory urychlují procesy
2. Steam Reforming PARNÍ REFORMING (800 1000°C, 30 atm) CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2 CH 4 + 2 H 2 O → CO 2 + 4 H 2 H = + 206 k. J/mole CH 4 + CO 2 → 2 CO + 2 H 2 ( endotermní) Ni katalyzátor Nevyšší výtěžnost vodíků H 2 73 -76 CO 17 -12 CO 2 5 - 11 CH 4 1 -4 H 2/CO 3
3. Auto. Thermal Reforming Kombinace PO a SR v jednom kroku CH 4 + 1/2 O 2 → CO + 2 H 2 CH 4 + H 2 O → CO + 3 H 2 H = - 36 k. J/mole H = + 206 k. J/mole H 2 68 CO 21 CO 2 10 CH 4 0, 5 WGS - Water-Gas Shift reaction CO + H 20 CO 2 + H 2 H = - 41 k. J/mole H 2/CO 2
4. Shell Gasification Process Od roku 1950 bylo postaveno cca 150 jednotek Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) Nezávislý LCA audit potvrdil lepší parametry než moderní rafinerie. Proces výroby SYNGASU z nižšího objemu vstupního NG ( cca o 3, 5%) ale na úkor nutnosti vyšší spotřeby kyslíku. http: //www. uhde. eu/cgibin/byteserver. pl/pdf/broschueren/Oil_Gas _Refinery/Shell_Gasification_Process. pdf H 2 65, 1 CO 34, 9 CO 2 1, 7 - 3 CH 4 1, 27 H 2/CO 1, 86
5. New Ceramic Membrane Method Do. E, NETL a Eltron Research Corp. vyvinuli novou třídu keramických membrán Projected End Date: February 28, 2010 The newly patented material is the key to a revolutionary gas-to-liquids technology that can combine two processes: (1) Separating oxygen from air (2) Reacting oxygen with NG to produce SYNGAS Ostatní způsoby vyžadují 2, nebo více energeticky náročných kroků k výrobě SYNGASU. Nový katalytický keramický membránový reaktor eliminuje potřebu výroby kyslíku a integruje celý proces do komplexního jednoho procesu a nepotřebuje externí energii na PO http: //www. hydrogen. energy. gov/pdfs/progress 05/iv_a_11_chen. pdf H 2 CO CO 2 CH 4 H 2/CO
Složení SYNGASu UHLÍ ZEMNÍ PLYN BIOMASA 1 2 3 4 5 ZPLYŇOVÁNÍ PO SR ATR SGP CMM H 2 67, 8 61 73 -76 68 65, 1 CO 28, 7 35 17 -12 21 34, 9 CO 2 2, 9 3 5 - 11 10 1, 7 - 3 CH 4 0, 6 - 1 -4 0, 5 1, 27 >2 2 3 2 1, 86 H 2/ CO
Výrobny SYNGASU ze zemního plynu Obří projekty Hlavní hráči
1. Sasol- Jižní Afrika Arge tubular fixed-bed reactor technology Sasol Gt. L proces 3 kroky: 1. Reforming NG kyslíkem a párou (Ni katalyzátor) na SYNGAS. 2. Konverze SYNGASu na vosky s dlouhým řetězcem v Sasol Slurry FT reactoru. 3. Selektivní krak voskových uhlovodíků na GTL diesel, kerosene, naphthu SASOL kooperuje s Chevron a Statoil
TECHNOLOGIE SASOL : A- High Temperature Fischer-Tropsch (HTFT) reactors: • 1) Synthol-Circulating Fluidized Bed (SCFB) reactor (Synthol) • 2) The Sasol Advanced Synthol (SAS) reactor B- Low Temperature Fischer-Tropsch (LTFT) Reactors: • 1) Multi-Tubular Fixed Bed (MTFB) reactor • 2) Slurry Phase (SP) reactor
2. Statoil - Norway Statoil vyvinul katalytický reaktor F-T k produkci „middle distillates“ u NG Jedná se o 3 fázový „slurry type reactor“, ve kterém je SYNGAS „fed to a suspension of catalyst particles in a hydrocarbon slurry“, co je produkt samotného procesu.
3. Shell - R&D od 1940 - development of the Shell Middle Distillate Synthesis (SMDS) route, a modified F-T process - 1993 - 12 000 bbl/day plant Bintulu, Malaysia - Quatar – Pearl –největší Gt. L na světě - http: //www. shell. com/pearlgtlprocess
Shell - Největší Gt. L na světě Quatar – Pearl (18 -19 mld USD) GTL gasoil, kerosene, naphtha, normal paraffin and base oils for lubricants Otázka: Proč tyto investice na tranfer NG na SYNGAS a ne rozvoj přímého užití formou CNG?
4. Exxon Mobil a SYNTROLEUM 2004 – kooperace se SYNTROLEUM „Exxon. Mobil's GTL Vyvinul 3 krokový proces: 1. Fluidní lože – katalytický POX 2. Slurry fáze F-T 3. Zušlechtění produktu hydroisomerací. "Advanced Gas Conversion for the 21 st Century (AGC- 21)„ Exxon claims better catalysts and improved oxygen-extraction technologies have reduced the capital cost of the process.
5. SYNTROLEUM Vyvinul 2 krokový proces: 1. 2. NG + vzduch – autothermal reactor Na báze F-T s katalyz. Syntroleum. . "Synthetic Crude Oil" Proces se zlevňuje, nepotřebuje dodávat kyslík, je možný technologický DOWNSACALE Syntroleum managed to build small GTL plants of production capacity between 2, 000 -10, 000 bbl/day. Some of these plants are portable and can be installed on floating barges to be used with small or far see natural gas fields
6. CHEVRON • Isocracking is a Chevron proprietary process used to upgrade waxy syncrudes, by separating heavier molecules, which are usually solid at room temperature, then rearranging them so they become liquid • Aktivní je v Nigérii 7. Rentech, Conoco. Philips
JAPONSKO - JOGMEC + Nippon GTL Technology Research Demonstration plant … 500 bbl/day • • • INPEX CORPORATION, Nippon Oil Corporation, Japan Petroleum Exploration Co. , Ltd. , COSMO OIL Co. , Ltd. , NIPPON STEEL ENGINEERING Co. , Ltd. , and CHIYODA Corporation • A unique feature of the JOGMEC-GTL process is that it is capable of utilizing carbon dioxide contained in the feedstock in addition to methane and steam, and that it does not require any oxygen supply for the Syngas Reaction
Gt. L RESEARCH F –T : Sasol, Shell, Exxon. Mobile, Syntroleum. - Sasol a Shell mají funkční běžící jednotky GTL South Africa a Malaysia, - Exxon. Mobil a Syntroleum stále jenom pilot R&D plant. Společnosti vyvinuli rozličné druhy F-T technologií na rozličných reaktorech a katalyzátorech. Výzkumu se dále věnují : Chevron, Rentech, Conoco. Philips, Mossgas, Foster. Wheeler, Ivanho Energy.
Mid size Gas to Liquids (GTL) plants: • Kategorie s produkcí 5, 000 - 30, 000 bbl/den • Sem patří první generace Sasol, Mossgas plant v Jižní Africe, Shell - Bintulu v Malaysii -12, 500 bbl/day
Small GTL production units: • Kategorie s produkcí 1, 000 - 5, 000 bbl/den • Fixní nebo i mobilní jednotky • unit invented by Alchem
Zásadní otázka asi na VŠCHT: Proč jsou obrovské investice vynakládány na transfer NG na SYNGAS ? ? ? Na první pohled je logičtější přímé užití formou CNG, separace H 2, fuel cells, …
Strategická křižovatka s otazníkem !? Co dál s NG (metanem) , v oblasti transportnímu průmyslu: 1. Elektřina – elektromobily ? 2. Transfer na SYNGAS ? 3. Direct cesta užití NG ?
1. Elektřina – elektromobily VW a Lichtblick • Domácí elektrárny – 2 litr. motor na plynový pohon z VW Touran a Caddy • VW pro společnost Lichtblick největší dodavatel ekologického proudu v Německu. • Zařízení jsou určená pro velké rodinné domy, společenství bytů nebo komunální zařízení • Během šesti let by firma chtěla prodat 100. 000 těchto elektráren do sklepa. Jejich společný výkon by se pak rovnal dvěma jaderným elektrárnám a při propojení by vytvořily největší virtuální plynovou elektrárnu v zemi. Český TEDOM a ČEZ by tohle uměl taky ? ! http: //www. auto. cz/volkswagen-zacal-v-nemecku-vyrabet-domaci-tepelne-elektrarny-52967
E- mobilita v ČR ČEZ připravuje do roku 2012 - 150 dobíjecích stanic pro elektromobily. Peugeot ČEZu poskytne formou tříletého pronájmu 10 vozů typu i. On od jara roku 2011 a dalších 55 vozů v roce 2012 E. ON Zapůjčuje svým partnerů, Smart ED a elektrické skútry e-max. ŠKODA 2001 - E- Octavia ……. .
2. Transfer na SYNGAS ? Mnoho významných hráčů na trhu v R&D Gt. L Možnosti sofistikovanějších paliv s vyšší efektivitou energetického transferu VODÍK , PALIVOVÉ ČLÁNKY Asi nutný mezikrok transferu CH 4 na SYNGAS? !
3. Direct cesta užití NG ? Dělá v tom někdo něco? Jaké jsou perspektivy CNG?
Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu č. 2/2010 ze dne 8. listopadu 2010, http: //www. eru. cz/user_data/files/cenova%20 rozhodnuti/CR%2 0 elektro/2_2010_OZE-KVET-DZ%20 final. pdf
OZE – bioplyn • Bioplynové stanice, skládkový, kalový a důlní plyn zachovány současné kategorie - respektování palivových nákladů (od roku 2006 se nerozlišuje datum uvedení do provozu), • Výkupní ceny u AF 1 a AF 2 ponechány na úrovni roku 2010 (palivové náklady nenarostly), (Kategorizace AF 1, . . Vyhláška č. 482/2005 Sb) • pro ČOV a skládkový plyn navýšeny ceny o 2 % • Nadále umožněno využití dodávek bioplynu do plynárenské sítě v kategorii AF 2 při splnění: – účinnost vysokoúčinné kogenerace min. 75 % – doložení pořízení bioplynu; posuzuje se tepelný ekvivalent v daném roce, – kvalita a složení dodaného bioplynu splňuje technické podmínky plynárenských soustav – dodávka a odběr plynu měřen průběhovým měřením typu A
Otázka vtláčení bioplynu do plynárenské soustavy? • je třeba uvažovat reálné náklady na palivo • je třeba uvažovat možnost vyššího využití tepla • má se podporovat dražší forma výroby elektřiny z bioplynu v případě oddělené výroby elektřiny
Předběžné stanovisko ČTPB Rozhodně PODPOROVAT vtlačování do sítě NG, tam, kde síť plynovodů existuje. Zachování šance implementovat efektivní energetickou transverzní Preferovat tak všechny 3 možnosti energetického užití: Tepla El. energie Transportní průmysl - chemický průmysl, H 2, palivové články, … Dnešní spalování, a zítřejší lokální užití bioplynu BLOKUJE perspektivní cesty efektivnější energetice a chemii zítřka! Prozatímní předběžné stanovisko ČTPB: Nepodporovat (dotačně) lokální energetický transfer !!!! ? ? Případně v malých objemech a vyvarovat se chyb z fotovoltaiky.
OHROŽENÍ PRO UHLOVODÍKOVOU CHEMII SYNGAS CO+H 2 Metan CH 4 KVET Intermediát - SYNGAS SYNTETICKÁ ROPA, PALIVOVÉ ČLÁNKY, H 2…vyšší chemie
Stanovisko ČTPB Je žádoucí a nutné přistupovat k obnovitelným zdrojům C a H 2 (biomase, dendromase, fytomase, odpadům…) optikou celospolečenských zájmů, bez priorizace partikulárních, skupinových zájmů perspektivou dlouhodobé udržitelnosti a maximální efektivity. To není fráze, vzhledem na budoucí investiční angažovanost, která determinuje budoucí toky zdrojové báze a technicko-technologickou budoucí realitu….
- Slides: 54
