PL210152B1 - Method for manufacture of methyl alcohol - Google Patents
Method for manufacture of methyl alcoholInfo
- Publication number
- PL210152B1 PL210152B1 PL365770A PL36577004A PL210152B1 PL 210152 B1 PL210152 B1 PL 210152B1 PL 365770 A PL365770 A PL 365770A PL 36577004 A PL36577004 A PL 36577004A PL 210152 B1 PL210152 B1 PL 210152B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- production
- methanol
- biomass
- biogas
- fusion
- Prior art date
Links
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 219
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 85
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 30
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 55
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 41
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 claims description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 21
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 21
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 18
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 16
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000002407 reforming Methods 0.000 claims description 10
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 claims description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Natural products C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008188 pellet Substances 0.000 claims description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 100
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 51
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 39
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 23
- 238000011161 development Methods 0.000 description 19
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 19
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 14
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 13
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- 238000000629 steam reforming Methods 0.000 description 7
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 6
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 6
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical compound [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 description 4
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 3
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 230000036470 plasma concentration Effects 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000007036 catalytic synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000009663 quantitative growth Effects 0.000 description 2
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 2
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 1
- 241000124033 Salix Species 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000003466 anti-cipated effect Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 239000002029 lignocellulosic biomass Substances 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000005258 radioactive decay Effects 0.000 description 1
- 238000003608 radiolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 1
- 230000033772 system development Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania paliw wodorowych o zerowej emisji dwutlenku węgla z biomasy i węgla, z wykorzystaniem syntezy jądrowej metanolu opłacalnej ekonomicznie, ze względu na skalę produkcji, stwarzającej możliwość zatrudnienia na obszarach wiejskich i przeciwdziałania narastającemu bezrobociu w zagłębiach węglowych.The subject of the invention is a method of producing hydrogen fuels with zero carbon dioxide emissions from biomass and coal, using fusion of methanol, economically profitable due to the scale of production, creating the possibility of employment in rural areas and counteracting the growing unemployment in coal basins.
Dziedzina wynalazku:Field of Invention:
- ekonomiczna skala produkcji biometanolu z biomasy,- economic scale of biomethanol production from biomass,
- system bioenergetyczny przyjazny ś rodowisku,- an environmentally friendly bioenergy system,
- nowe miejsca pracy na obszarach wiejskich i przeciwdział anie narastają cemu bezrobociu w zagłębiach wę glowych,- new jobs in rural areas and counteracting growing unemployment in coal basins,
- zrównoważ ony rozwój obszarów wiejskich,- sustainable development of rural areas,
- zrównoważ ony rozwój cywilizacji.- sustainable development of civilization.
Dotychczasowy stan techniki:State of the art:
Według ostatnio podejmowanych i przewidywanych kierunków rozwoju energetyki, metanol pochodzący z konwersji biomasy ma stanowić sposób na dostarczanie wodoru do bezpośrednio zasilanego metanolem polimerowego ogniwa paliwowego, jako przenośnego lub stacjonarnego źródła energii mającego mieć wszechstronne zastosowanie. Źródła te mogą służyć zarówno do przenośnych urządzeń elektronicznych - od kilku do kilkaset watów, poprzez generatory energii elektrycznej w gospodarce komunalno-bytowej, do samochodów osobowych, autobusów, samochodów ciężarowych, transportu szynowego i lotniczego.According to the recently undertaken and anticipated directions of energy development, methanol from biomass conversion is to be a way to supply hydrogen to a polymer fuel cell directly fed with methanol, as a portable or stationary source of energy to be widely used. These sources can be used both for portable electronic devices - from a few to several hundred watts, through electricity generators in the municipal and housing economy, for passenger cars, buses, trucks, rail and air transport.
W związku z powyższym pojawiły się nastę pujące problemy wymagające rozwiązania:In connection with the above, the following problems have arisen and must be solved:
1. Ekonomiczny aspekt transportu biomasy na duże odległości.1. Economical aspect of biomass transport over long distances.
Biomasa jako surowiec energetyczny, ze względu na mały ciężar właściwy musi być przetwarzana w regionie o promieniu 30-40 km, ponieważ jej transport jest nieopłacalny poza region uprawy, a wiec powinna obejmować obszar około 10000 ha. Powierzchnia ta jest niewystarczająca, aby synteza metanolu była opłacalna ekonomicznie.Due to its low specific gravity, biomass must be processed in a region with a radius of 30-40 km, because its transport is unprofitable outside the cultivation region, so it should cover an area of about 10,000 ha. This area is insufficient for the synthesis of methanol to be economically viable.
Dotychczas proponowanym rozwiązaniem jest - niskotemperaturowe zgazowanie biomasy do produktów lotnych i węgla drzewnego o zwiększonym ciężarze właściwym w stosunku do biomasy.So far, the proposed solution is - low-temperature gasification of biomass to volatile products and charcoal with an increased specific weight in relation to biomass.
Zaletą tego rozwiązania jest to, że części lotne mogą być użytkowane jako paliwo w ceramicznych ogniwach paliwowych w gospodarce komunalno bytowej, a wytworzony węgiel drzewny, charakteryzuje się dobrymi parametrami istotnymi ze względu na opłacalność transportu: ciężar odniesiony do jednostki objętości - 300 kg/m3, jednostkowa wartość kaloryczna - 30 GJ/tonę, (biomasa -18 GJ/tonę).The advantage of this solution is that the volatile parts can be used as fuel in ceramic fuel cells in the municipal and domestic economy, and the produced charcoal is characterized by good parameters significant for the profitability of transport: weight related to the volume unit - 300 kg / m 3 , unit calorific value - 30 GJ / ton, (biomass -18 GJ / ton).
Wadą tego rozwiązania jest to, że nie jest to działanie wystarczające dla uzyskania ekonomicznej skali produkcji metanolu.The disadvantage of this solution is that it is not a sufficient operation to obtain an economical scale of methanol production.
2. Ekonomiczne uzasadnienie skali produkcji biometanolu z biomasy2. Economic justification of the scale of biomethanol production from biomass
Opłacalność ekonomiczna syntezy metanolu zaczyna się od 1 miliona ton produkcji metanolu rocznie, podczas gdy z biomasy uprawianej na 10000 ha możemy uzyskać około 100000 ton metanolu rocznie, a więc 10 razy mniej. O znaczeniu skali produkcji niech świadczą następujące dane: dla 2 lub 3 milionów rocznej produkcji metanolu koszty inwestycyjne w relacji do kosztów 1 miliona ton maleją odpowiednio o 25 i 40% [Steinberg M. i inni, A Survey of Applications of Fusion Technology to the Chemical and Material Processing Industry, Brookhaven National Laboratory, N.Y. BNL18866, May 1974].The economic viability of methanol synthesis starts from 1 million tonnes of methanol production per year, while biomass grown on 10,000 ha can produce about 100,000 tonnes of methanol per year, i.e. 10 times less. The following data proves the importance of the production scale: for 2 or 3 million annual methanol production, investment costs in relation to the cost of 1 million tons decrease by 25 and 40%, respectively [Steinberg M. et al., A Survey of Applications of Fusion Technology to the Chemical and Material Processing Industry, Brookhaven National Laboratory, NY BNL18866, May 1974].
Czynniki mogące, między innymi, czynić skalę produkcji opłacalną ekonomicznie, to:Factors that may, inter alia, make the production scale economically viable include:
- wysoka wydajność biomasy z hektara,- high biomass yield per hectare,
- konwersja termiczna biomasy do węgla drzewnego.- thermal conversion of biomass to charcoal.
Jednakże uzyskanie opłacalnej ekonomicznie produkcji nie jest możliwe nawet dla uprawy na 50000 ha o wydajności 30 ton suchej masy na glebach 3-4 klasy i 33% sprawności przetwarzania biomasy do węgla drzewnego. Uzyskało by się produkcję na poziomie 500000 metanolu ton/rok.However, obtaining economically viable production is not possible even for cultivation on 50,000 ha with a capacity of 30 tons of dry matter on class 3-4 soils and 33% efficiency of biomass conversion to charcoal. The production would be at the level of 500,000 methanol tonnes / year.
Systemem opłacalnym ekonomicznie byłby system pozwalający osiągać produkcję metanolu z biomasy na poziomie 1000000 ton/rok.The economically viable system would be a system allowing to achieve methanol production from biomass at the level of 1,000,000 tons / year.
3. Efekt cieplarniany3. The greenhouse effect
Konieczna jest budowa systemów o zerowej emisji CO2 wynikającej z produkcji oraz z użytkowania metanolu. Dla gazu uzyskiwanego poprzez pirolityczną gazyfikację biomasy relacja ilościowa H2 : O wynosi 1:1 [Ciechanowicz W., Bartoszczuk P. Procesy Termicznej Konwersji Biomasy, w OgniPL 210 152 B1 wa Paliwowe i Biomasa Lignocelulozowa Szansą Rozwoju Wsi i Miast, Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej Zarządzania, WSISIZ, 2004]. W procesie syntezy metanolu wymagana jest relacja 2 : 1.It is necessary to build systems with zero CO2 emissions resulting from the production and use of methanol. For gas obtained by pyrolytic gasification of biomass, the quantitative ratio of H2: O is 1: 1 [Ciechanowicz W., Bartoszczuk P. Processes of Thermal Biomass Conversion, in OgniPL 210 152 B1 wa Fuel and Lignocellulosic Biomass as an Opportunity for Rural and Urban Development, University of Applied Informatics and Management , WSISIZ, 2004]. A 2: 1 ratio is required for the synthesis of methanol.
Powstaje konieczność uwodorniania gazu do właściwej relacji. Możliwe sposoby uwodorniania to wykorzystanie:There is a need to hydrogenate the gas to the proper relationship. Possible methods of hydrogenation include the use of:
1. ½ biogazu w wodnej reakcji zwrotnej -MO + H2O) 1/sH2 + 1/sCO2,1. ½ biogas in the water reaction -MO + H 2 O) 1 / sH2 + 1 / sCO2,
2. parowego reformingu węgla - /C + H2O H2 + /CO2.2. steam reforming of coal - / C + H 2 OH 2 + / CO 2 .
Dla przedstawionych wyżej sposobów uwodorniania, na 30 atomów węgla zawartego w biogazie, w produkcji metanolu uczestniczy odpowiednio:For the hydrogenation methods presented above, on the 30 carbon atoms contained in biogas, the production of methanol is attended by:
ad. 1. - 20 atomów węgla, czyli 10 atomów węgla w postaci CO2 jest emitowanych do atmosfery, ad. 2 - 30 atomów węgla, 15 atomów węgla w postaci CO2 jest emitowanych do atmosfery, dodatkowo wykorzystuje się 15 atomów węgla.ad. 1.- 20 carbon atoms, i.e. 10 carbon atoms in the form of CO2 are emitted into the atmosphere, ad. 2 - 30 carbon atoms, 15 carbon atoms in the form of CO2 are emitted into the atmosphere, additionally 15 carbon atoms are used.
Proponowane dotychczas działania:Actions proposed so far:
(i) . Sekwestracja - separacja - CO2, będącego produktem uwodorniania biogazu uzyskiwanego z konwersji węgla drzewnego i nie dopuszczanie do jego emisji.(i). Sequestration - separation - CO2, which is a product of hydrogenation of biogas obtained from the conversion of charcoal and preventing its emission.
Wadą tego rozwiązania jest nie realizowalność ekonomiczna, oraz to, że nie obejmuje urządzeń mobilnych.The disadvantage of this solution is that it is not economically feasible and that it does not include mobile devices.
(ii) Sięganie po CO2 zawarte w atmosferze.(ii) Reaching for CO2 contained in the atmosphere.
Procedura pozyskiwania węgla z atmosfery obejmuje:The procedure for obtaining carbon from the atmosphere includes:
(a) rozkład radiolityczny CO2 : CO2 - energia syntezy CO + /O2 (b) wytwarzanie wodoru, potrzebnego do uwodorniania CO poprzez elektrolizę wody 2H2O 2H2 + O2 co daje łącznie CO + /O2 + 2H2 + O2 CH3OH + 3/2O2 (a) radiolytic decomposition of CO 2 : CO 2 - energy of CO + / O 2 synthesis (b) production of hydrogen needed for CO hydrogenation by electrolysis of water 2H 2 O 2H 2 + O 2 which gives a total of CO + / O 2 + 2H 2 O 2 + CH 3 OH + 3/2 O 2
Zdaniem naukowców jest to rozwiązanie pozwalające na przejście cywilizacji świata do Ekonomii Wodoru [American Nuclear Society Fusion Energy Division, Fusion Applications and Market Evaluation, June 2003 Newsletter; Bush Administration Announces Plan to Build Zero-Emissions Power Plant, eyeforfuelcells.com, 3.20.2003; Non-Electric Applications of Fusion, Final Report to FESAC (Fusion Energy Scientific Advisory Committee), Fusion Applications and Market Evaluation, July 31, 2003].According to scientists, this is a solution that allows the transition of the world's civilization to the Hydrogen Economy [American Nuclear Society Fusion Energy Division, Fusion Applications and Market Evaluation, June 2003 Newsletter; Bush Administration Announces Plan to Build Zero-Emissions Power Plant, eyeforfuelcells.com, 3.20.2003; Non-Electric Applications of Fusion, Final Report to FESAC (Fusion Energy Scientific Advisory Committee), Fusion Applications and Market Evaluation, July 31, 2003].
Ujemną stroną takiego rozwiązania byłaby koncentracja mocy. Byłoby to sprzeczne z dążeniem ludzkości do zrównoważonego rozwoju regionów. Szczególnie dotyczyłoby to problemu zatrudnienia na obszarach wiejskich i w zagłębiach węglowych, w których dodatkowy wzrost bezrobocia będzie konsekwencją przechodzenia cywilizacji świata z „Ekonomii Paliw Kopalnych” do „Ekonomii Wodoru”.The downside of such a solution would be the concentration of power. This would run counter to humanity's desire for sustainable regional development. This would particularly apply to the problem of employment in rural areas and in coal basins, where the additional increase in unemployment will be a consequence of the transition of world civilization from the "Economy of Fossil Fuels" to the "Hydrogen Economy".
W związku z tym poszukuje się technologii produkcji metanolu integrujących wykorzystywanie biomasy i węgla z innymi źródłami energii, mogące jednocześnie przyczyniać się do rozwiązania takich problemów jak:Therefore, methanol production technologies are sought that integrate the use of biomass and coal with other energy sources, which can also contribute to solving such problems as:
- tworzenie nowych miejsc pracy na obszarach wiejskich i przeciwdziałanie narastającemu bezrobociu w zagłębiach węglowych,- creating new jobs in rural areas and counteracting the growing unemployment in coal basins,
- zrównoważony rozwój obszarów wiejskich,- sustainable development of rural areas,
- zrównoważony rozwój cywilizacji.- sustainable development of civilization.
Nieoczekiwanie okazało się, że możliwe jest opracowanie systemu produkcji metanolu, będące propozycją przechodzenia do Ekonomii Wodoru, a ściśle mówiąc do Ekonomii Bio-Metanolu, z wykorzystaniem źródeł węgla kopalnego i węgla zawartego w biomasie, w taki sposób, aby produkcja metanolu z biomasy i węgla z wykorzystaniem syntezy jądrowej typu Deuter-Tryt charakteryzowała się zerową emisję CO2, a równocześnie przyczyniała się do zrównoważonego rozwoju.Unexpectedly, it turned out that it is possible to develop a methanol production system, which is a proposal to move to the Hydrogen Economics, and more specifically to the Bio-Methanol Economics, using fossil coal and biomass carbon sources, in such a way that the production of methanol from biomass and coal with the use of Deuter-Tritium fusion, it was characterized by zero CO2 emissions, and at the same time contributed to sustainable development.
Sposób wytwarzania metanolu według wynalazku polega na tym, że prowadzi się kolejno następujące procesy (i) niskotemperaturowe zgazowywanie biomasy w taki sposób, aby węgiel drzewny stanowił największy udział w produktach końcowych przetwarzania, stosując odpowiednie warunki procesu niskotemperaturowej pirolizy, tj. temperaturę od 300 do 350°C, oraz odpowiedni rozmiar peletów, (ii) zgazowywanie wytworzonego węgla drzewnego do biogazu w taki sposób, aby wszystkie atomy węgla drzewnego uczestniczyły w tworzących się molekułach metanolu, CH3OH, polegające na:The method of producing methanol according to the invention consists in carrying out the following processes (i) low-temperature gasification of biomass in such a way that charcoal constitutes the largest share in the end products of processing, using appropriate conditions of the low-temperature pyrolysis process, i.e. temperature from 300 to 350 ° C, and the appropriate size of pellets, (ii) gasification of the produced charcoal to biogas in such a way that all charcoal atoms participate in the formed methanol molecules, CH3OH, consisting of:
- prowadzenie niskotemperaturowego procesu wodnej reakcji zwrotnej w zakresie temperatur 350-400°C, w którym produktem jest biogaz o relacji ilościowej wodoru i tlenku węgla jak 1:1, a więc biogazu o składzie H2 + CO,- conducting a low-temperature water reaction process in the temperature range of 350-400 ° C, in which the product is biogas with a quantitative ratio of hydrogen and carbon monoxide as 1: 1, i.e. biogas with the composition of H2 + CO,
- uwodornianie biogazu do relacji H2 do CO jak 2:1 poprzez parowy reforming węgla prowadzony zgodnie z reakcją /C + H2O H2 + /CO2 - biogas hydrogenation to the ratio of H2 to CO as 2: 1 by steam coal reforming carried out according to the reaction / C + H 2 OH 2 + / CO 2
PL 210 152 B1 (iii) wykorzystanie CO2 - produktu ubocznego poprzedniego etapu, wykorzystujący procesy:(Iii) use of CO2 - a by-product of the previous stage, using the processes:
- rozkł ad radiolityczny CO2 zgodnie z reakcją :- radiolytic decomposition of CO2 according to the reaction:
/CO2 - energia syntezy /CO + /O2 / CO 2 - synthesis energy / CO + / O 2
- uwodornianie CO poprzez parowy reforming węgla:- CO hydrogenation by steam coal reforming:
/C + H2O H2 + /CO2 co daje łącznie:/ C + H 2 OH 2 + / CO 2 which gives a total of:
H2 + CO + H2 + /CO2 2 H2 + CO + /CO2 CH3OH + /CO2 (iv) w ostatnim cyklu w procesie uwodorniania CO wykorzystuje się wodór uzyskiwany z elektrolizy wodyH 2 + CO + H 2 + / CO 2 2 H 2 + CO + / CO 2 CH 3 OH + / CO 2 (iv) in the last cycle, the hydrogenation of CO uses hydrogen obtained from the electrolysis of water
H2O H2 + /O2 H 2 OH 2 + / O 2
Oznacza, to że na jedną jednostkę wagową metanolu przypada / jednostki wagowej węgla, a więc 6/32 = 0,1875 jednostki wagowej metanolu.This means that for one weight unit of methanol there is / weight unit of carbon, so 6/32 = 0.1875 weight units of methanol.
Przedstawiony cykl według wynalazku:The presented cycle according to the invention:
- wykorzystania produktu ubocznego poprzedzającego cyklu, czyli CO2, jako źródła CO, w rozkładzie radiolitycznym, oraz- the use of a by-product of the preceding cycle CO2 as a source of CO in radiolytic decomposition, and
- węgla jako źródła wodoru, w wyniku parowego reforming węgla,- carbon as a hydrogen source by steam reforming of coal,
-pozwala na uzyskanie wzrostu ilościowego produkcji metanolu o 50% w każdym pojedynczym cyklu w relacji do dotychczas znanych i stosowanych metod.-allows to obtain a quantitative increase in methanol production by 50% in each single cycle in relation to the methods known and used so far.
Wykorzystywanie tych dwóch procesów w kolejnych cyklach przyczyniających się do wzrostu ilościowego produkcji metanolu jest główną istotą wynalazku. Ważną kwestią jest wybór krotności powtarzania cykli z punktu widzenia możliwie minimalnej, względnie zerowej emisji CO2 będącej wynikiem:The main essence of the invention is the use of these two processes in successive cycles contributing to the quantitative increase in methanol production. It is important to choose the number of cycles to repeat from the point of view of possibly minimal or zero CO2 emissions as a result of:
- produkcji takich nośników energii jak: metanol, gaz zasilający ogniwa paliwowe będące źródłem energii elektrycznej i ciepła, oraz- production of such energy carriers as: methanol, gas supplying fuel cells being a source of electricity and heat, and
- użytkowania tych nośników, w celu:- use of these carriers for the purpose of:
- maksymalizacji produkcji metanolu,- maximizing methanol production,
- opłacalności ekonomicznej produkcji metanolu z biomasy pochodzącej gleby 3-4 czy 5-6 klasy.- economic profitability of methanol production from biomass coming from soil of class 3-4 or 5-6.
Założeniem wynalazku było uzyskanie zerowej, względnie minimalnej emisji CO2 wynikającej z produkcji metanolu, gdzie w ostatnim cyklu produkcji występuje produkt uboczny w postaci CO2.The assumption of the invention was to obtain zero or minimal CO2 emissions resulting from the production of methanol, where in the last production cycle there is a by-product in the form of CO2.
Dążenie do tego celu było istotnym elementem opracowywanej metody.The pursuit of this goal was an important element of the developed method.
Sposób według wynalazku obejmuje procesy:The method according to the invention comprises the processes of:
rozkład radiolityczny /CO2 - energia syntezy /CO + /O2 elektroliza wody H2O H2 + /O2 co daje łącznie /CO + 1/O2 + H2 + 1/O2 /CH3OH + O2 radiolytic decomposition / CO 2 - synthesis energy / CO + / O 2 electrolysis of water H 2 OH 2 + / O 2 which gives a total of / CO + 1 / O2 + H2 + 1 / O2 / CH 3 OH + O 2
Uzyskanie zerowej emisji CO2, w przypadku użytkowania nowych nośników energii, następuje wtedy gdy wielkość emisji CO2, będąca konsekwencją użytkowania tych nośników, takich jak metanol, energia elektryczna i ciepło, jest równoważna zdolności asymilacyjnej CO2 roślin energetycznych wykorzystywanych do produkcji wyżej wymienionych nośników energii. W przedstawianym systemie bioenergii, biomasa uprawiana na / sumarycznej powierzchni plantacji jako źródło ciepła w procesie pirolizy biomasy, zachodzącej w nieobecności atmosfery, będzie produkować niewielką ilość CO2.When using new energy carriers, zero CO2 emissions are achieved when the amount of CO2 emissions resulting from the use of these carriers, such as methanol, electricity and heat, is equivalent to the CO2 assimilation capacity of energy plants used to produce the above-mentioned energy carriers. In the presented bioenergy system, biomass grown on the / total plantation area as a source of heat in the process of biomass pyrolysis, taking place in the absence of the atmosphere, will produce a small amount of CO2.
Biomasa z pozostałej 2/3 powierzchni jest przetwarzana w procesie pirolizy w równym udziale energetycznym odpowiednio do produktów lotnych i węgla drzewnego. Produkty lotne manifestują się głównie w postaci H2, CO i CH4, odpowiednio o następującym składzie: 45% H2, 20% CO i 5% CH4 [2]. Udział CO2 jest nieznaczny. Ilość wytwarzanego gazu, o energii równoważnej 1/3 uprawy biomasy, ma zasilać ceramiczne ogniwa paliwowe o sprawności ponad 90%, wytwarzające energię elektryczną i ciepło.The remaining 2/3 of the biomass is processed in the pyrolysis process in equal energy to volatile products and charcoal, respectively. Volatile products are mainly manifested in the form of H2, CO and CH4, with the following composition, respectively: 45% H2, 20% CO and 5% CH4 [2]. The CO2 content is insignificant. The amount of gas produced, with an energy equivalent to 1/3 of biomass cultivation, is to power ceramic fuel cells with an efficiency of over 90%, producing electricity and heat.
Ilość CO2, emitowana przez ceramiczne ogniwo paliwowe jest równoważna ilości CO2 absorbowanej przez liście rośliny energetycznej w ciągu 3 lat wzrastania biomasy na całej powierzchni uprawy. Oznacza to, że asymilacja CO2 przez biomasę z całej powierzchni uprawy równoważyłaby wyłącznie emisję CO2 wynikającą z użytkowania produkowanego metanolu. Ponieważ tylko / uprawy biomasy uczestniczy bezpośrednio w produkcji metanolu, istnieje możliwość najwyżej 3 krotnego zwiększania produkcji, czyniąc użytkowanie metanolu neutralnym wobec efektu cieplarnianego. Stąd należy wyciągnąć wniosek, że dla danej powierzchni uprawy i wydajności biomasy z hektara istnieje możliwość trzykrotnego finalnego wzrostu produkcji, w relacji do konwencjonalnego poziomu produkcji, poprzezThe amount of CO2 emitted by the ceramic fuel cell is equivalent to the amount of CO2 absorbed by the leaves of the energetic plant during the 3 years of growing biomass over the entire cultivation area. This means that the CO2 assimilation by the biomass of the entire growing area would outweigh only CO 2 resulting from the use of produced methanol. Since only / the cultivation of biomass participates directly in the production of methanol, it is possible to increase the production up to 3 times, making the use of methanol neutral to the greenhouse effect. Hence, it should be concluded that for a given cultivation area and biomass yield per hectare, there is a possibility of the final threefold increase in production, in relation to the conventional level of production, by
PL 210 152 B1 stosowanie cykli rozkładu CO2 i uwodorniania CO, czyniąc produkcję metanolu neutralną wobec efektu cieplarnianego.The use of CO 2 decomposition and CO hydrogenation cycles, making methanol production greenhouse neutral.
Konwencjonalny poziom produkcji zależy od tego:The conventional level of production depends on:
- ile biogazu jest uwodorniana,- how much biogas is hydrogenated,
- ile atomów wę gla zawartego w wę glu drzewnym uczestniczy w tworzeniu się molekuł CO,- how many carbon atoms in charcoal participate in the formation of CO molecules,
- ile węgła drzewnego uzyskamy w wyniku niskotemperaturowej gazyfikacji biomasy,- how much charcoal will be obtained as a result of low-temperature biomass gasification,
- ile ton suchej masy biomasy uzyskamy z hektara i z ilu hektarów bę dzie opłacalny transport węgla drzewnego do jądra systemu - zakładu syntezy metanolu. Poziom produkcji niekonwencjonalnego drugiego etapu systemu będą więc wyznaczać wielkość uzyskiwanej biomasy z hektara oraz sprawności przetwarzania poszczególnych procesów integrowanych w ramach systemu bioenergii. Będzie to także determinować zapotrzebowanie na węgiel kamienny.- how many tons of dry mass of biomass will be obtained per hectare and from how many hectares it will be profitable to transport charcoal to the core of the system - the methanol synthesis plant. The production level of the unconventional second stage of the system will therefore be determined by the amount of biomass obtained per hectare and the processing efficiency of individual processes integrated within the bioenergy system. It will also determine the demand for hard coal.
W przypadku, gdy trzykrotny wzrost produkcji metanolu wobec poziomu produkcji pierwszego etapu nie pozwala na uzyskanie produkcji metanolu na poziomie 1000000 ton rocznie, w celu uzyskania produkcji opłacalnej ekonomicznie i równocześnie o zerowej emisji CO2, dla uzyskania tego poziomu w kolejnych cyklach należy:If the threefold increase in methanol production compared to the production level of the first stage does not allow to obtain methanol production at the level of 1,000,000 tons per year, in order to obtain economically profitable production and at the same time with zero CO2 emissions, to achieve this level in subsequent cycles, one should:
- się gać po wę giel zawarty w powietrzu atmosferycznym z CO2.- seek carbon contained in the atmospheric air with CO2.
Pozyskiwanie CO2 z atmosfery wymagałoby sprężania powietrza, stanowiącego jeden z elementów procesu separacji, ponieważ gęstość CO2 w atmosferze wynosi 0,034% objętości. Wymagany kapitał inwestycyjny separacji CO2 z atmosfery jest trzykrotnie większy w porównaniu do kapitału inwestycyjnego syntezy metanolu. Jednostkowe koszty inwestycyjne w relacji 1000 MW do 3000 MW maleją o 1/s [Steinberg M. i inni, A Survey of Applications of Fusion Technology to the Chemical and Material Processing Industry, Brookhaven National Laboratory, N.Y. BNL18866, May 1974].Extracting CO2 from the atmosphere would require air compression, which is part of the separation process, because the density of CO2 in the atmosphere is 0.034% by volume. The required investment capital of CO2 separation from the atmosphere is three times higher compared to the investment capital of methanol synthesis. Unit investment costs in the ratio of 1000 MW to 3000 MW decrease by 1 / s [Steinberg M. et al., A Survey of Applications of Fusion Technology to the Chemical and Material Processing Industry, Brookhaven National Laboratory, NY BNL18866, May 1974].
Aby uczynić produkcję metanolu w przypadku uprawy biomasy o niskiej wydajności, neutralną wobec środowiska i opłacalną ekonomicznie, należałoby stosować oddzielnie zakłady produkcji metanolu wykorzystujące węgiel kopalny i węgiel atmosferyczny. Relacja mocy produkcyjnej tych dwóch technologii zależy od jednostkowej wydajności pozyskiwanej biomasy. Dla 12 ton suchej masy z ha na 5-6 klasie gleby ta relacja wynosiłaby 2500 MW/1000 MW. Dla wydajności 20 ton suchej masy na 5-6 klasie gleby, na obszarze 50000 ha, można by uzyskać produkcję 1 miliona ton rocznie bez konieczności sięgania po węgiel atmosferyczny.In order to make methanol production for low-yield biomass cultivation environmentally neutral and economically viable, separate methanol production plants using coal and atmospheric coal should be used. The relation between the production capacity of these two technologies depends on the unit efficiency of the obtained biomass. For 12 tons of dry matter per ha in soil class 5-6, this ratio would be 2500 MW / 1000 MW. For a capacity of 20 tons of dry matter on soil class 5-6, on an area of 50,000 ha, it would be possible to obtain a production of 1 million tons per year without the need to use atmospheric carbon.
Zaletą sposobu według wynalazku jako systemu bioenergii jest także:The advantage of the method according to the invention as a bioenergy system is also:
- dwupoziomowa struktura systemu bioenergii, oraz- the two-tier structure of a bioenergy system, and
- wieloetapowość rozwoju systemu pozwalająca uwzględniać kolejne etapy wprowadzania nowoczesnych technologii na rzecz osiągalności opłacalności ekonomicznej i neutralności wobec efektu cieplarnianego.- multi-stage system development that allows to take into account the successive stages of introducing modern technologies to achieve economic viability and neutrality to the greenhouse effect.
Dwupoziomowa struktura systemu według wynalazku łączy:The two-tier structure of the system according to the invention combines:
1. pierwszy poziom producentów biomasy, jako satelitów systemu, obejmujący:1.the first tier of biomass producers as system satellites, including:
- uprawę biomasy małej i średniej skali uprawy,- cultivation of biomass of small and medium-scale cultivation,
- gazyfikację biomasy pierwszego etapu, do części lotnych i stałych w postaci węgla drzewnego,- first stage biomass gasification to volatile and solid parts in the form of charcoal,
- ceramiczne ogniwa paliwowe w drugim etapie rozwoju- ceramic fuel cells in the second stage of development
2. z drugim poziomem produkcji, utożsamianym z jądrem systemu, obejmującym:2.with the second level of production, equated to the system kernel, including:
- uprawę biomasy, dużej skali, rzędu 10000 ha, zgazowywanie do części lotnych i stałych - węgla drzewnego,- large-scale biomass cultivation, 10,000 ha, gasification to volatile and solid parts - charcoal,
- gazyfikację biomasy drugiego etapu - węgla drzewnego do biogazu,- second stage biomass gasification - charcoal to biogas,
- uwodornianie biogazu z wykorzystaniem parowego reformingu węgla,- biogas hydrogenation using coal steam reforming,
- powiększanie produkcji metanolu poprzez cykliczne wykorzystywanie:- increasing the production of methanol through the cyclical use of:
- radiolitycznego rozkładu CO2 na CO i O2,- radiolytic decomposition of CO2 into CO and O2,
- parowego reformingu węgla oraz- steam coal reforming and
- w ostatnim cyklu uwodornianie CO wodorem uzyskiwanym z elektrolizy wody, nie wytwarzającej CO2,- in the last cycle, hydrogenation of CO with hydrogen obtained from electrolysis of water, not producing CO2,
- syntezę metanolu.- methanol synthesis.
Wieloetapowość rozwoju technologicznego pierwszego poziomu systemu - obejmującego plantatorów biomasy to:The multi-stage technological development of the first level of the system - including biomass growers:
1. w krótkim horyzoncie czasowym wykorzystywanie produktów zgazowywania biomasy w grzewczych układach konwencjonalnych,1. in the short term, the use of biomass gasification products in conventional heating systems,
2. w średnim horyzoncie czasowym, produkcja:2.in the medium term, production:
- gazu wykorzystywanego w ogniwach paliwowych wytwarzających energię elektryczną i ciepło,- gas used in fuel cells producing electricity and heat,
PL 210 152 B1PL 210 152 B1
- wę gla drzewnego przekazywanego do ją dra systemu.- charcoal transferred to it through the system.
Założenie wielo obszarowej plantacji wymaga przynajmniej 6 lat, aby mogła ruszyć produkcja metanolu. Ceramiczne ogniwa paliwowe mają być osiągalne handlowo około 2008 roku. W między czasie istnieje konieczność czerpania korzyści przez plantatorów z uprawy biomasy. W tym celu konieczne będzie skonstruowanie jednostkowych gazyfikatorów, przeznaczonych dla gospodarstw indywidualnych do wytwarzania:Establishing a multi-area plantation requires at least 6 years for methanol production to start. Ceramic fuel cells are expected to be commercially available around 2008. In the meantime, there is a need for growers to benefit from the cultivation of biomass. For this purpose, it will be necessary to construct unit gasifiers, intended for individual farms for the production of:
- w pierwszym etapie rozwoju jedynie gazu do wykorzystywania w konwencjonalnych ukł adach grzewczych,- in the first stage of development, only gas to be used in conventional heating systems,
- w drugim etapie rozwoju, gazu do wykorzystywania w ogniwach paliwowych oraz węgla drzewnego, stanowiącego surowiec do produkcji metanolu.- in the second stage of development, gas for use in fuel cells and charcoal, which is a raw material for the production of methanol.
Uniwersalna konstrukcja gazyfikatora (uniwersalna w sensie produkcji w pierwszym etapie; jedynie gazu, w drugim etapie; gazu i węgla drzewnego) będzie stanowić ważny element wieloetapowości rozwoju technologicznego pierwszego poziomu.The universal structure of the gasifier (universal in the sense of production in the first stage; only gas, in the second stage; gas and charcoal) will be an important element of the multi-stage technological development of the first stage.
Wieloetapowość rozwoju technologicznego drugiego poziomu systemu - jądra systemu - utożsamia się z kolejnym wprowadzaniem technologii:The multi-stage technological development of the second level of the system - the system kernel - equates to the next introduction of technology:
1. - zgazowywania biomasy i węgla drzewnego do biogazu,1.- gasification of biomass and charcoal to biogas,
- uwodorniania biogazu poprzez wykorzystywanie węgla,- biogas hydrogenation through the use of coal,
- syntezy metanolu,- methanol synthesis,
2. - zgazowywania biomasy i węgla drzewnego do biogazu,2. - gasification of biomass and charcoal to biogas,
- uwodorniania biogazu z wykorzystaniem syntezy ją drowej skupiania magnetycznego oraz radiolitycznego rozkładu CO2, i parowy reforming węgla, tworzących cykle wzrostu ilościowego produkcji metanolu [Ciechanowicz W., Energia, Środowisko i Ekonomia, Instytut Badań Systemowych PAN, 1995 1-wsze wydanie, 1997 2-gie wydanie; Ciechanowicz W., Bioenergia a Energia Jądrowa, Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa 2001], - syntezę metanolu,- hydrogenation of biogas using the synthesis of magnetic concentration and radiolytic decomposition of CO2, and steam reforming of coal, creating quantitative growth cycles of methanol production [Ciechanowicz W., Energia, Środowisko i Ekonomia, Instytut Badań Systemowych PAN, 1995 1st edition, 1997 2 - 2nd edition; Ciechanowicz W., Bioenergia and Nuclear Energy, University of Information Technology and Management, Warsaw 2001], - methanol synthesis,
3. - zamiast syntezy jądrowej skupiania magnetycznego wykorzystanie mionowo-katalitycznej syntezy jądrowej, a więc „zimnej syntezy [Ciechanowicz W., Energia, Środowisko i Ekonomia, Instytut Badań Systemowych PAN, 1995 1-wsze wydanie, 1997 2-gie wydanie; Ciechanowicz W., Bioenergia a Energia Jądrowa, Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania, Warszawa 2001; htt://nectar.nd.rl.ac.uk/~rikenral, Welcome to RIKEN-RAL Muon Facility; htt://www.triumf.ca/welcome/h-fusion, Muon-Catalysed Hydrogen Fusion]. (w przypadku, gdy technologia ta przekroczy próg opanowania technologicznego i okaże się ekonomicznie korzystniejszą w stosunku do syntezy skupiania magnetycznego) poprzez radiolityczny rozkład CO2, i parowy reforming węgla, tworzących cykle wzrostu ilościowego produkcji metanolu,3. - instead of nuclear fusion of magnetic focusing, the use of muon-catalytic nuclear fusion, ie “cold fusion” [Ciechanowicz W., Energia, Środowisko i Ekonomia, System Research Institute of the Polish Academy of Sciences, 1995 1st edition, 1997 2nd edition; Ciechanowicz W., Bioenergia and Energia Nuclear, University of Information Technology and Management, Warsaw 2001; htt: //nectar.nd.rl.ac.uk/~rikenral, Welcome to RIKEN-RAL Muon Facility; htt: //www.triumf.ca/welcome/h-fusion, Muon-Catalysed Hydrogen Fusion]. (when this technology exceeds the technological mastery threshold and turns out to be economically more advantageous in relation to the synthesis of magnetic focus) through radiolytic decomposition of CO2 and steam coal reforming, creating quantitative growth cycles of methanol production,
- syntezę metanolu.- methanol synthesis.
Mionowo katalityczna synteza jądrowa będąca przedmiotem badań stwarza perspektywy osiągnięcia technologii stosunkowo prostej w porównaniu z obecnie opanowanymi reaktorami syntezy typu D-T (deuter -tryt). Wykorzystuje ona cząstki elementarne - miony jako katalizatory w reakcji syntezy D-T.The mono-catalytic nuclear fusion being the subject of research offers the prospects of achieving a technology that is relatively simple compared to the currently mastered D-T (deuterium -trite) fusion reactors. It uses elementary particles - muons as catalysts in the D-T synthesis reaction.
Reaktor mionowo-katalitycznej syntezy D-T może stanowić zamkniętą przestrzeń zawierającą mieszaninę D i T, do której wstrzykuje się strumień mionów, uzyskiwanych z akceleratora. Taki reaktor nie wymaga grzania plazmy i skupiania plazmy.The D-T muon catalytic synthesis reactor may be a closed space containing a mixture of D and T into which the stream of muons obtained from the accelerator is injected. Such a reactor does not require plasma heating and plasma concentration.
Mając na uwadze powyższe stwierdzenie, jak również to, że synteza mionowo-katalityczna zachodzi przy temperaturach rzędu 750°C, technologie te są obecnie wstępnie wdrażane w takich krajach jak: USA, Kanada, Wielka Brytania, Rosja, Szwajcaria, Austria, Południowa Korea. Także polscy naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej w Krakowie mają swój udział w rozwoju mionowo katalitycznej syntezy jądrowej.Bearing in mind the above statement, as well as the fact that the muon-catalytic synthesis takes place at temperatures of the order of 750 ° C, these technologies are currently being initially implemented in such countries as: USA, Canada, Great Britain, Russia, Switzerland, Austria, South Korea. Polish scientists from the Institute of Nuclear Physics in Krakow also contribute to the development of muon catalytic nuclear fusion.
Mogłyby one być w przyszłości opanowywane przez szereg krajów o średnim potencjale przemysłowym i wykorzystywane w procesach rozkładu radiolitycznego, ponieważ energia syntezy tak jak w przypadku skupiania magnetycznego plazmy, manifestuje się w postaci neutrony wysokich energii.In the future, they could be mastered by a number of countries with medium industrial potential and used in the processes of radiolytic decay, because the fusion energy, as in the case of magnetic plasma concentration, is manifested in the form of high-energy neutrons.
Korzystnym skutkiem wynalazku jest możliwość wzrostu ilościowego produkcji metanolu, o 50% w każ dym pojedynczym cyklu w relacji do konwencjonalnego poziomu produkcji, poprzez wykorzystywanie:The advantage of the invention is that it is possible to increase the quantitative production of methanol by 50% in each single cycle compared to the conventional production level by using:
- CO2 jako ź ródł a CO, w wyniku rozkł adu radiolitycznego, a równocześ nie jako produktu ubocznego poprzedzającego cyklu, oraz- CO2 as a source of CO, as a result of radiolytic decomposition, and also as a by-product of the preceding cycle, and
- wę gla jako ź ródł a wodoru w parowym reformingu wę gla.- carbon as a source of hydrogen in steam coal reforming.
Drugim korzystnym skutkiem wynalazku jest integracja biomasy, węgla i syntezy jądrowej, będąca czynnikiem decydującym o poziomie produkcji konwencjonalnego etapu, a tym samym wyznaPL 210 152 B1 czającym finalną produkcję, stanowiącą trzykrotność poziomu konwencjonalnego. Pozwoli to rozwiązywać nie tylko problem efektu cieplarnianego czy opłacalności ekonomicznej uprawy biomasy i jej przetwarzania, ale także narastający problem zatrudnienia na obszarach wiejskich i w zagłębiach węglowych, w których dodatkowy wzrost bezrobocia będzie konsekwencją przechodzenia cywilizacji świata z „Ekonomii Paliw Kopalnych do „Ekonomii Wodom.The second advantageous effect of the invention is the integration of biomass, coal and nuclear fusion, which is the determining factor in the production level of the conventional step and thus the final production being three times the conventional level. This will allow to solve not only the problem of the greenhouse effect or economic profitability of biomass cultivation and its processing, but also the growing problem of employment in rural areas and in coal basins, where an additional increase in unemployment will be a consequence of the transition of world civilization from the "Economy of Fossil Fuels to" Water Economy.
Trzecią zaletą wynalazku jest możliwość wieloetapowego rozwoju systemu, pozwalająca wzbogacać odpowiednie technologie produkcji paliw wodorowych z biegiem czasu w technologie, będące konsekwencją rozwoju nauki.The third advantage of the invention is the possibility of a multi-stage development of the system, allowing for the enrichment of appropriate technologies for the production of hydrogen fuels over time into technologies resulting from the development of science.
Radiologiczny rozkład CO2 następuje w odpowiednich rurach umieszczanych w płaszczu reaktora o skupianiu magnetycznym plazmy. W płaszczu dokonuje się także powielania (wytwarzania) trytu z litu poprzez reakcję neutronową litu z neutronami w wyniku czego uzyskuje się tryt i hel. Stanowi to zamknięty cykl paliwowy syntezy jądrowej. Z tego powodu reaktor syntezy jest samowystarczalny pod względem produkcji paliwa i nie jest uzależniony od zewnętrznego źródła paliwa.The radiological decomposition of CO2 takes place in appropriate tubes placed in the jacket of the reactor with the magnetic concentration of the plasma. The mantle also multiplies (produces) tritium from lithium through the neutron reaction of lithium with neutrons to obtain tritium and helium. This is a closed fusion fuel cycle. For this reason, the fusion reactor is self-sufficient in terms of fuel production and is not dependent on an external fuel source.
Różne rodzaje płaszczy reaktora można instalować w reaktorze dla różnych celów w tym samym czasie. Jest to jedną z zalet reaktora typu mirror [Meier W., Lawrence Livermore National Laboratory, USA, Najmabadi F., University of California, San Diego, USA, Schnidt J., Princeton Plasma Physics Laboratory, USA, Sheffield J., Oak Ridge National Laboratory and the University of Tennessee, Role of Fusion in a Sustainable Global Energy Strategy, www-trep.ucsd.edu/najmabadi/PAPER/01-wec]. Można w określonym czasie wykorzystywać neutrony o wysokich energiach do rozkładu CO2 jako produktu ubocznego parowego reformingu węgla względnie CO2 czerpanego z atmosfery. Płaszcz reaktora może służyć jako źródło ciepła w zakresie 250°C, 600°C, 1000°C i 1400°C. Reaktor syntezy zawiera radioaktywny tryt. W wyniku rozpadu promieniotwórczego tryt emituje cząstki β (elektrony) o energii średnio 5.7 keV. Osłoną dla tego rodzaju cząstek może być kartka papieru [Meier W., Lawrence Livermore National Laboratory,USA, Najmabadi F., University of California, San Diego, USA, Schnidt J., Princeton Plasma Physics Laboratory, USA, Sheffield J., Oak Ridge National Laboratory and the University of Tennessee, Role of Fusion in a Sustainable Global Energy Strategy, www-trep.ucsd.edu/najmabadi/PAPER/01-wec; Report on Technical Feasibility of Fusion Energy and Extension of the Fusion Program and Basic Supporting Researches, May 17, 2000, Fusion Engineering and Design].Different kinds of reactor jackets can be installed in the reactor for different purposes at the same time. This is one of the advantages of the mirror reactor [Meier W., Lawrence Livermore National Laboratory, USA, Najmabadi F., University of California, San Diego, USA, Schnidt J., Princeton Plasma Physics Laboratory, USA, Sheffield J., Oak Ridge National Laboratory and the University of Tennessee, Role of Fusion in a Sustainable Global Energy Strategy, www-trep.ucsd.edu/najmabadi/PAPER/01-wec]. High-energy neutrons can be used over a period of time to decompose CO2 as a by-product of coal steam reforming or CO2 taken from the atmosphere. The reactor jacket can serve as a heat source in the range of 250 ° C, 600 ° C, 1000 ° C and 1400 ° C. The synthesis reactor contains radioactive tritium. As a result of radioactive decay, tritium emits β particles (electrons) with an average energy of 5.7 keV. A cover for such particles may be a sheet of paper [Meier W., Lawrence Livermore National Laboratory, USA, Najmabadi F., University of California, San Diego, USA, Schnidt J., Princeton Plasma Physics Laboratory, USA, Sheffield J., Oak Ridge National Laboratory and the University of Tennessee, Role of Fusion in a Sustainable Global Energy Strategy, www-trep.ucsd.edu/najmabadi/PAPER/01-wec; Report on Technical Feasibility of Fusion Energy and Extension of the Fusion Program and Basic Supporting Researches, May 17, 2000, Fusion Engineering and Design].
Paliwo dla reaktorów syntezy stanowi deuter i lit, jako materiał rodny dla trytu. Zasoby deuteru i litu są odpowiednio 10000 i 10 razy większe aniżeli zasoby węgla [Ciechanowicz W., Energia, Środowisko i Ekonomia, Instytut Badań Systemowych PAN, 1995 1-wsze wydanie, 1997 2-gie wydanie]. Zawartość paliwa w komorze reaktora wynosi tylko parę gramów. Nienormalny stan wysokotemperaturowej plazmy spowoduje nagle chłodzenie plazmy i w konsekwencji zanik procesu syntezy jądrowej. Nie ma więc możliwości wyzwalania się dużej ilości energii. Ponadto, produkty reakcji nie są radioaktywne [11].The fuel for the fusion reactors is deuterium and lithium is the fertile material for tritium. The resources of deuterium and lithium are respectively 10,000 and 10 times greater than the resources of coal [Ciechanowicz W., Energy, Environment and Economics, System Research Institute of the Polish Academy of Sciences, 1995 1st edition, 1997 2nd edition]. The fuel content in the reactor chamber is only a few grams. The abnormal state of the high temperature plasma will suddenly cool the plasma and consequently the fusion process will cease. So it is not possible to release a large amount of energy. Moreover, the reaction products are not radioactive [11].
Wskazania i omówienie ewentualnych skutków wynalazkuIndications and discussion of possible effects of the invention
Istnieje możliwość zagospodarowania w Polsce w przyszłości około 10 mln ha powierzchni gruntów rolnych pod uprawę roślin energetycznych [Ciechanowicz W., Rola Polskiej Nauki w Zdobywaniu Strategicznych Rynków XXI Wieku, w Ogniwa Paliwowe i Biomasa Lignocelulozowa Szansą Rozwoju Wsi i Miast, Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarządzania, WSISIZ, 2004].There is a possibility of developing in Poland about 10 million ha of agricultural land in the future for the cultivation of energy crops [Ciechanowicz W., The Role of Polish Science in Conquering Strategic Markets of the 21st Century, in Fuel Cells and Lignocellulose Biomass as a Chance for Rural and Urban Development, University of Applied Informatics and Of Management, WSISIZ, 2004].
Możliwy udział Polski na rynku metanolu dla wydajności wierzby energetycznej 25 tsm/ha rok i 11 tsm/ha rok pozostałych roślin energetycznych (ślazowiec-sida i miskant), sprawności przetwarzania 40%, wynosiłby łącznie 87 min t/rok.The possible share of Poland on the methanol market for the energy efficiency of willow 25 tsm / ha year and 11 tsm / ha year of other energy crops (mallow-sida and miscanthus), processing efficiency of 40%, would total 87 million t / year.
Gdyby produkcja paliw węglowodorowych była realizowana w ramach omawianego systemu produkcji paliw węglowodorowych na obszarze 5 mln ha gleby 3-4 Masy i 5 mln ha gleby 5-6 klasy, a więc łącznie na obszarze 10 mln ha, roczna produkcja mogłaby osiągnąć rocznie poziom 280 min ton. Wartość sprzedaży stanowiłaby 280 mld USD/rok, średnio na hektar 28000 USD /ha.If the production of hydrocarbon fuels was carried out under the hydrocarbon fuel production system in the area of 5 million ha of soil 3-4 Masses and 5 million ha of class 5-6 soil, i.e. a total area of 10 million ha, the annual production could reach the level of 280 million tone. Sales would be $ 280 billion / year, with an average of $ 28,000 / ha per hectare.
Roczna produkcja metanolu pierwszego etapu dla uprawy biomasy na obszarze 50000 ha dla 3-4 i 5-6 klasy gleby mogłaby zawierać się odpowiednio w granicach 500000-400000 i 200000-150000 ton rocznie, gdyby uwodornianie biogazu następowało jedynie poprzez parowy reforming węgla. Produktem ubocznym reformingu byłby CO2.The annual production of first stage methanol for biomass cultivation in the area of 50,000 ha for soil classes 3-4 and 5-6 could be in the range of 500,000-400,000 and 200,000-150,000 tons per year, respectively, if the biogas was hydrogenated only by steam coal reforming. CO2 would be a by-product of reforming.
Dla danej powierzchni uprawy i wydajności biomasy z hektara istnieje możliwość trzykrotnego wzrostu produkcji poprzez stosowanie cykli rozkładu CO2 i uwodorniania CO, czyniąc produkcję metanolu neutralną wobec efektu cieplarnianego. Oznaczałoby to, że:For a given cultivation area and biomass yield per hectare, it is possible to increase the production threefold by applying the cycles of CO2 decomposition and CO hydrogenation, making the production of methanol neutral to the greenhouse effect. This would mean that:
- Polska mogł aby powi ę kszyć powierzchnie uprawy roś lin trzykrotnie, a wię c:- Poland could increase the cultivation area by three times, and thus:
- istniałaby możliwość trzykrotnego przyśpieszenia zwrotu kapitału inwestycyjnego,- it would be possible to triple the return on investment capital,
PL 210 152 B1PL 210 152 B1
- Polska mogłaby być w trzykrotnie krótszym czasie znaczącym udziałowcem na przyszłym rynku węglowodorowym, rynku cywilizacji przechodzącej z ekonomii Paliw Kopalnych do Ekonomii Paliw Wodorowych,- Poland could be a significant shareholder in the future hydrocarbon market in three times less time, the market of civilization moving from the economy of fossil fuels to the economy of hydrogen fuels,
- istniałoby zapotrzebowanie na węgiel rzędu 90-ciu milionów ton rocznie, a więc możliwość zachowania warunków egzystencji dla Śląska zamieszkiwanego przez parę milionów obywateli.- there would be a demand for coal of 90 million tons per year, and therefore the possibility of maintaining the living conditions for Silesia inhabited by several million citizens.
Korzyścią uzyskaną dzięki zastosowaniu metody według wynalazku byłoby ponadto:The advantage obtained by using the method according to the invention would also be:
- wprowadzanie na obszary wiejskie nowoczesnych rozwią zań ,- introducing modern solutions to rural areas,
- moż liwość zrównoważ onego rozwoju oraz to, ż e - bez wzglę du na rozmiar plantacji poszczególnych plantatorów wszyscy oni mogliby stać się udziałowcami we wspólnym przedsięwzięciu, jakim byłby system produkcji paliw wodorowych o zerowej emisji CO2 z biomasy i węgla z wykorzystaniem syntezy jądrowej.- the possibility of sustainable development and the fact that - regardless of the size of the plantations of individual growers, they could all become shareholders in a joint venture such as a system for producing zero CO2 hydrogen fuels from biomass and carbon using nuclear fusion.
Gwarantem uzyskiwania wysokiej wydajności jednostkowej roślin energetycznych byłyby wysoki jednostkowy zysk na hektar rzędu 12000 - 9000 USD/ha. Stanowiłoby to kapitał pozwalający finansować małą retencję wodną -nawadnianie roślin -, szczególnie na glebach 5-6 klasy.The guarantee of obtaining high unit efficiency of energy crops would be a high unit profit per hectare in the range of 12,000 - 9,000 USD / ha. This would provide capital to finance small water retention - plant irrigation - especially in class 5-6 soils.
LiteraturaLiterature
1. Steinberg M. i inni, A Survey of Applications of Fusion Technology to the Chemical and Material Processing Industry, Brookhaven National Laboratory, N.Y. BNL 18866, May 1974.1. Steinberg M. et al., A Survey of Applications of Fusion Technology to the Chemical and Material Processing Industry, Brookhaven National Laboratory, N.Y. BNL 18866, May 1974.
2. Ciechanowicz W., Bartoszczuk P. Procesy Termicznej Konwersji Biomasy, w Ogniwa Paliwowe i Biomasa Lignocelulozowa Szansą Rozwoju Wsi i Miast, Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej Zarządzania, WSISIZ, 2004.2. Ciechanowicz W., Bartoszczuk P. Processes of Thermal Biomass Conversion into Fuel Cells and Lignocellulosic Biomass as a Chance for Rural and Urban Development, University of Applied Informatics Management, WSISIZ, 2004.
3. American Nuclear Society Fusion Energy Division, Fusion Applications and Market Evaluation, June 2003 Newsletter.3. American Nuclear Society Fusion Energy Division, Fusion Applications and Market Evaluation, June 2003 Newsletter.
4. Bush Administration Announces Plan to Build Zero-Emissions Power Plant, eyeforfuelcells.com, 3.20.2003.4. Bush Administration Announces Plan to Build Zero-Emissions Power Plant, eyeforfuelcells.com, 3.20.2003.
5. Non-Electric Applications of Fusion, Final Report to FESAC (Fusion Energy Scientific Advisory Committee), Fusion Applications and Market Evaluation, July 31, 2003,5. Non-Electric Applications of Fusion, Final Report to FESAC (Fusion Energy Scientific Advisory Committee), Fusion Applications and Market Evaluation, July 31, 2003,
6. Ciechanowicz W. prywatna korespondencja Andrew Bermingham, Managing Director,6. Ciechanowicz W. private correspondence Andrew Bermingham, Managing Director,
7. Ciechanowicz W., Energia, Środowisko i Ekonomia, Instytut Badań Systemowych PAN, 1995 1-wsze wydanie, 1997 2-gie wydanie.7. Ciechanowicz W., Energy, Environment and Economics, System Research Institute of the Polish Academy of Sciences, 1995 1st edition, 1997 2nd edition.
8. Ciechanowicz W., Bioenergia a Energia Jądrowa, Wyższa Szkoła Informatyki Stosowanej i Zarzą dzania, Warszawa 2001.8. Ciechanowicz W., Bioenergia and Energia Nuclear, University of Information Technology and Management, Warsaw 2001.
9. htt://nectar.nd.rl.ac.uk/~rikenral, Welcome to RIKEN-RAL Muon Facility.9. htt: //nectar.nd.rl.ac.uk/~rikenral, Welcome to RIKEN-RAL Muon Facility.
10. htt://www.triumf.ca/welcome/h-fusion, Muon-Catalysed Hydrogen Fusion.10. htt: //www.triumf.ca/welcome/h-fusion, Muon-Catalysed Hydrogen Fusion.
11. Meier W., Lawrence Livermore National Laboratory, USA, Najmabadi F., University of California, San Diego, USA, Schnidt J., Princeton Plasma Physics Laboratory, USA, Sheffield J., Oak Ridge National Laboratory and the University of Tennessee, Role of Fusion in a Sustainable Global Energy Strategy, www-trep.ucsd.edu/najmabadi/PAPER/01-wec.11. Meier W., Lawrence Livermore National Laboratory, USA, Najmabadi F., University of California, San Diego, USA, Schnidt J., Princeton Plasma Physics Laboratory, USA, Sheffield J., Oak Ridge National Laboratory and the University of Tennessee , Role of Fusion in a Sustainable Global Energy Strategy, www-trep.ucsd.edu/najmabadi/PAPER/01-wec.
12. Report on Technical Feasibility of Fusion Energy and Extension of the Fusion Program and Basic Supporting Researches, May 17, 2000, Fusion Engineering and Design.12. Report on Technical Feasibility of Fusion Energy and Extension of the Fusion Program and Basic Supporting Researches, May 17, 2000, Fusion Engineering and Design.
13. Ciechanowicz W., Rola Polskiej Nauki w Zdobywaniu Strategicznych Rynków XXI Wieku, w Ogniwa Paliwowe i Biomasa Lignocelulozowa Szansą Rozwoju Wsi i Miast, Wyż sza Szkoł a Informatyki Stosowanej i Zarządzania, WSISIZ, 2004.13. Ciechanowicz W., The Role of Polish Science in Winning Strategic Markets in the 21st Century, w Fuel Cells and Lignocellulosic Biomass as a Chance for Rural and Urban Development, University of Applied Computer Science and Management, WSISIZ, 2004.
14. Yoshida T. i inni. Sensitivity study of cost reduction og fusion reactor, CRIEPI Report Y95069, 1996.14. Yoshida T. et al. Sensitivity study of cost reduction og fusion reactor, CRIEPI Report Y95069, 1996.
15. Okano K., i inni, „Compact Reversed Shear Tokamak Reactor with Superheated Steam Cycle, 17th Fusion Energy Conference, Yokohama, 1998.15. Okano K., et al., "Compact Reversed Shear Tokamak Reactor with Superheated Steam Cycle, 17 th Fusion Energy Conference, Yokohama, 1998.
Poniżej przedstawiono przykłady wykonania wynalazku.Embodiments of the invention are illustrated below.
P r z y k ł a d IP r z k ł a d I
Stosując proces niskotemperaturowej pirolizy biomasy w 360°C, uzyskuje się węgiel drzewny. Następnie zgazowuje się wytworzony węgiel drzewny do biogazu w taki sposób, aby możliwie wszystkie atomy węgla drzewnego uczestniczyły w tworzących się molekułach metanolu, CH3OH. Dokonuje się tego poprzez prowadzenie niskotemperaturowego procesu wodnej reakcji zwrotnej w zakresie temperatur 350 - 400°C, w którym produktem jest biogaz o relacji ilościowej wodoru i tlenku węgla jak 1:1, a więc biogazu o składzie H2 + CO. Następnie uwodornia się otrzymany biogaz do relacji ilościowej H2 do CO jak 2:1 poprzez parowy reforming węgla prowadzony zgodnie z reakcjąCharcoal is obtained by using the low temperature biomass pyrolysis process at 360 ° C. Then, the produced charcoal is gasified for biogas in such a way that as much as possible all the charcoal atoms participate in the formed methanol molecules, CH3OH. This is done by conducting a low-temperature water reaction process in the temperature range of 350 - 400 ° C, where the product is biogas with a quantitative ratio of hydrogen and carbon monoxide as 1: 1, i.e. biogas with the composition of H2 + CO. Then the obtained biogas is hydrogenated to the quantitative ratio of H2 to CO as 2: 1 by steam coal reforming carried out according to the reaction
PL 210 152 B1 /c + h2o h2 + /co2.PL 210 152 B1 / c + h 2 oh 2 + / every 2 .
Produktem ubocznym tego etapu produkcji metanolu jest CO2. Na 10 atomów węgla zawartych w gazie syntezowym 5 atomów wę gla uczestniczy w procesie uwodorniania i 5 atomów węgla jest zawartych w oO2. Ta ilość dwutlenku węgla byłaby emitowana do atmosfery, gdyby proces produkcji metanolu kończył się na tym etapie. Ten etap określamy jako etap pierwszego poziomu produkcji metanolu w rozważanym systemie produkcji metanolu.CO2 is the by-product of this stage of methanol production. Of the 10 carbon atoms in the synthesis gas, 5 carbon atoms are involved in the hydrogenation process and 5 carbon atoms are contained in oO2. This amount of carbon dioxide would have been emitted into the atmosphere if the methanol production process had ended at this stage. We define this stage as the stage of the first methanol production stage in the methanol production system under consideration.
W kolejnym etapie produkcji metanolu według wynalazku, co jest podstawową częścią istoty wynalazku, wykorzystuje się oO2 z poprzedniego etapu w procesie rozkładu radiolitycznego oO2, stosując znany reaktor skupiania magnetycznego plazmy. Energia syntezy jądrowej typu Deuter - Tryt manifestuje się w 80% w postaci neutronów o bardzo wysokich energiach 14 MeV. Neutrony te dokonują rozkładu radiolitycznego oO2, który przepływa przez odpowiedni system rurowy, umieszczony w płaszczu reaktora, zgodnie z reakcją:The next step in the production of methanol according to the invention, which is an essential part of the essence of the invention, uses the oO2 from the previous step in a radiolytic decomposition of oO2 using a known magnetic plasma concentration reactor. Deuterium - Tritium fusion energy is 80% manifested as neutrons with very high energies of 14 MeV. These neutrons perform radiolytic decomposition of oO2, which flows through a suitable pipe system located in the reactor jacket, according to the reaction:
/oO2 - energia syntezy /oO + /O2./ oO2 - synthesis energy / oO + / O2.
Powstały w ten sposób oO uwodornia się poprzez parowy reforming węgla:The oO formed in this way is hydrogenated by steam reforming of coal:
/C + H2O H2 + /CO2 co daje łącznie:/ C + H 2 OH 2 + / CO 2 which gives a total of:
H2 + CO + H2 + /CO2 2 H2 + CO + /CO2 CH3OH + /CO2 H 2 + CO + H 2 + / CO 2 2 H 2 + CO + / CO 2 CH 3 OH + / CO 2
Oznacza, że na jedną jednostkę wagową metanolu przypadało / jednostki wagowej węgla, a więc 6/32 = 0.1875 jednostki wagowej metanolu. Powstaje kwestia wyboru krotności powtarzania cykli z punktu widzenia: - możliwie trzykrotnego wzrostu poziomu produkcji metanolu w stosunku do poziomu pierwszego etapu, osiągającego przynajmniej poziom produkcji przynajmniej 1 mln ton metanolu rocznie oraz - zapewnienia zerowej emisji CO2.: Dla 50000 ha uprawy biomasy na gruntach gleby 3-4 klasy, stosując konwencjonalne rozwiązanie, przy wydajności z ha 30 ton suchej masy na rok i sprawności przetwarzania 0.33 poziom produkcji osiągnąłby 0.5 mln ton rocznie. Aby osiągnąć trzykrotny wzrost w relacji do poziomu pierwszego etapu, a więc 1.5 mln ton rocznie, przyrost winien wynosić 1 mln ton. Dla jednego cyklu przyrost wynosi 0.5 mln * 0.5 = 0.25 mln ton. Wymagana liczba cykli wynosi 1.0/0.25 = 4 cykle.It means that for one weight unit of methanol there was / weight unit of carbon, so 6/32 = 0.1875 weight units of methanol. There is a question of choosing the number of cycles to repeat from the point of view of: - a possible threefold increase in the level of methanol production compared to the level of the first stage, reaching at least the production level of at least 1 million tonnes of methanol per year, and - ensuring zero CO2 emissions .: 3-4 classes, using a conventional solution, with a yield of 30 tons of dry matter per year and a processing efficiency of 0.33, the production level would reach 0.5 million tons per year. In order to achieve a threefold increase in relation to the level of the first stage, i.e. 1.5 million tons per year, the increase should be 1 million tons. For one cycle, the increment is 0.5 million * 0.5 = 0.25 million tons. The required number of cycles is 1.0 / 0.25 = 4 cycles.
Aby równocześnie produkcja była neutralna wobec efektu cieplarnianego ostatni cykl powinien obejmować procesy:In order for the production to be greenhouse neutral at the same time, the last cycle should include the following processes:
rozkład radiolityczny /CO2 - energia syntezy /CO + /O2 elektroliza wody H2O H2 + /O2 istotą jest to, że w ostatnim cyklu brak jest emisji CO2, ponieważ produkcja wodoru pochodzącego z rozkładu radiolitycznego wody nie wytwarza CO2 co daje łącznie /CO + /O2 + H2 + /O2 /CH3OH + O2 radiolytic decomposition / CO2 - synthesis energy / CO + / O2 electrolysis of water H 2 OH 2 + / O 2 the essence is that in the last cycle there is no CO2 emission, because the production of hydrogen from the radiolytic decomposition of water does not produce CO2, which gives a total CO + / O 2 + H 2 + / O 2 / CH 3 OH + O 2
Przypomnijmy, że płaszcz reaktora może służyć jako źródło ciepła w zakresie 250°C, 600°C, 1000°C i 1400°C. I to właśnie ciepło wykorzystuje się w procesie elektrolizy wody.Let us recall that the reactor jacket can serve as a heat source in the range of 250 ° C, 600 ° C, 1000 ° C and 1400 ° C. And it is this heat that is used in the electrolysis of water.
Sumaryczna produkcja metanolu wynosiłabyThe total methanol production would be
0.5 mln ton + 0.25 mln ton * 4 cykle = 1.50 mln ton/rok.0.5 million tons + 0.25 million tons * 4 cycles = 1.50 million tons / year.
Zapotrzebowanie na węgiel stanowiłobyThere would be a demand for coal
0.1875 / 2 * (1 + 3 ) = 0.375 mln ton/rok.0.1875 / 2 * (1 + 3) = 0.375 million tonnes / year.
Rozważany przykład dotyczył uprawy biomasy na glebach 3-4 klasy na obszarze 50000 ha, gdy istnieje możliwość uzyskania takiej poziomu produkcji metanolu aby trzykrotna jego wartość osiągała poziom przynajmniej 1 mln ton rocznie, a więc opłacalności ekonomicznej produkcji.The considered example concerned the cultivation of biomass on class 3-4 soils in the area of 50,000 ha, when it is possible to obtain such a level of methanol production that its value will three times reach the level of at least 1 million tons per year, and thus the economic profitability of production.
P r z y k ł a d II.P r z x l a d II.
Na glebach 5-6 klasy, gdzie wydajność z ha wynosi około 12 ton suchej masy zamiast 30 ton jak w przypadku gleby klasy 3-4.On class 5-6 soils, where the yield per ha is about 12 tons of dry matter instead of 30 tons as in class 3-4 soil.
Poniżej opisano przykład dotyczący właśnie uprawy na glebach 5-6 klasy, gdzie dla poziomu pierwszego etapu produkcji można uzyskać jedynie 0.2 mln ton metanolu rocznie.An example of cultivation in 5-6 class soils is described below, where only 0.2 million tonnes of methanol can be obtained per year for the first stage of production.
W tym przypadku trzykrotny wzrost produkcji wynosi 0.6 mln ton rocznie. Można go osiągnąć w czterech cyklach, ale nie osiągnie się produkcji na poziomie 1 mln ton rocznie. To zagadnienie jest przedstawiane w poniżej przedstawianym przykładzie jako na drugim etapie produkcji, w którym będziemy wykorzystywać CO2, nie tylko jako produktu ubocznego pierwszego poziomu. Ten przebiega poziom następująco:In this case, the threefold increase in production amounts to 0.6 million tons per year. It can be achieved in four cycles, but a production of 1 million tonnes per year will not be achieved. This issue is presented in the example below as a second stage of production in which we will use CO2, not only as a first tier by-product. This level goes as follows:
Pierwsze cztery cykle, w których osiąga się trzykrotny wzrost, obejmują procesy:The first four cycles in which a three-fold increase is achieved include the processes of:
Rozkładu radiolitycznego CO2 z poprzedniego etapu /CO2 - energia syntezy /CO + /O2. Powstały w ten sposób CO uwodornia się poprzez parowy reforming węgla:Radiolytic decomposition of CO2 from the previous step / CO2 - synthesis energy / CO + / O2. The resulting CO is hydrogenated by steam reforming of coal:
/C + H2O H2 + /CO2 / C + H 2 OH 2 + / CO 2
PL 210 152 B1 co daje łącznie:PL 210 152 B1 gives a total of:
H2 + CO + H2 + /CO2 2 H2 + CO + /CO2 CH3OH + /CO2 H 2 + CO + H 2 + / CO 2 2 H 2 + CO + / CO 2 CH 3 OH + / CO 2
Ponieważ na jedną jednostkę wagową metanolu przypadało ½ jednostki wagowej węgla, a więc 6/32 = 0.1875 jednostki wagowej metanolu, co dla 0.2 mln ton/rok metanolu uzyskujemy 0.0375 jednostki wagowej węgla. W pojedynczym cyklu wzrost produkcji metanolu następuje o 0.2 * 0.5 = 0.1 mln ton, oraz zapotrzebowanie na węgiel w ilości 0.0375 mln ton węgla. W czterokrotnym cyklu osiąga się:Because there was met weight unit of coal per one weight unit of methanol, so 6/32 = 0.1875 weight units of methanol, which for 0.2 million tonnes / year of methanol gives 0.0375 weight units of coal. In a single cycle, the increase in methanol production is by 0.2 * 0.5 = 0.1 million tons, and the demand for coal in the amount of 0.0375 million tons of coal. In the fourfold cycle, the following is achieved:
Wzrost produkcji metanolu o 0.2 mln ton + 0.1 mln ton * 4 cykle = 0.6 mln ton/rok, oraz zapotrzebowanie na węgiel w ilości - 0.0375 / 2*(1 + 4) = 0.1875 mln ton/rok.Increase in methanol production by 0.2 million tons + 0.1 million tons * 4 cycles = 0.6 million tons / year, and the demand for coal in the amount of - 0.0375 / 2 * (1 + 4) = 0.1875 million tons / year.
Ażeby osiągnąć poziom produkcji 1 mln ton stosujemy cztery kolejne cykle. W pierwszym z nich jako źródło CO stosowany jest CO2 z 4 go cyklu, w kolejnych trzech następnych sięga się po CO2 zawarte w atmosferze. Źródłem energii wymaganej dla pozyskiwania CO2 z atmosfery jest generator energii elektrycznej wykorzystujący ciepło płaszcza reaktora syntezy. Stosujemy znane technologie sprężania powietrza, a następnie schładzania. W wyniku uzyskujemy CO2 w stanie stałym, które jest wykorzystywane w procesie radiolizy. Ten ostatni proces czyni system produkcji metanolu dla 5-6 klasy gleby opłacalny ekonomicznie ze względu na poziom produkcji i neutralny ze względu na efekt cieplarniany. Ujemną stroną jest zmniejszenie zapotrzebowania na węgiel, co wiąże się z zagadnieniem zatrudnienia w zagłębiach węglowych. Uniknięciem tej wady byłby wzrost wydajności biomasy na tych gruntach do 20 ton suchej masy na hektar. Wówczas stosując 5 cykli uzyskiwałoby się możliwość trzykrotnego wzrostu poziomu produkcji w relacji do poziomu pierwszego bez konieczności sięgania po węgiel zawarty w atmosferycznym CO2.In order to achieve the production level of 1 million tons, we use four successive cycles. In the first of them, CO2 from the 4th cycle is used as the source of CO, in the next three, the next three use CO2 contained in the atmosphere. The source of the energy required to extract CO2 from the atmosphere is an electricity generator using the heat of the fusion reactor jacket. We use known technologies of air compression and subsequent cooling. The result is solid CO2 which is used in the radiolysis process. The latter process makes the methanol production system for soil class 5-6 economically viable in terms of the production level and neutral in terms of the greenhouse effect. The downside is the reduction in the demand for coal, which is related to the issue of employment in coal basins. Avoiding this disadvantage would be to increase the biomass yield on these lands to 20 tons of dry matter per hectare. Then, using 5 cycles, it would be possible to increase the production level threefold in relation to the first level without the need to reach for carbon contained in atmospheric CO2.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL365770A PL210152B1 (en) | 2004-03-02 | 2004-03-02 | Method for manufacture of methyl alcohol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL365770A PL210152B1 (en) | 2004-03-02 | 2004-03-02 | Method for manufacture of methyl alcohol |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL365770A1 PL365770A1 (en) | 2005-09-05 |
| PL210152B1 true PL210152B1 (en) | 2011-12-30 |
Family
ID=36241754
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL365770A PL210152B1 (en) | 2004-03-02 | 2004-03-02 | Method for manufacture of methyl alcohol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL210152B1 (en) |
-
2004
- 2004-03-02 PL PL365770A patent/PL210152B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL365770A1 (en) | 2005-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ishaq et al. | Comparative assessment of renewable energy-based hydrogen production methods | |
| Worku et al. | Recent advances and challenges of hydrogen production technologies via renewable energy sources | |
| Wang et al. | Techno-economic analysis of biomass-to-hydrogen process in comparison with coal-to-hydrogen process | |
| Rahbari et al. | Energy and exergy analysis of concentrated solar supercritical water gasification of algal biomass | |
| Zhang et al. | Lignocellulosic biomass gasification technology in China | |
| Burulday et al. | Thermodynamic analysis of a parabolic trough solar power plant integrated with a biomass-based hydrogen production system | |
| Gemechu et al. | The environmental performance of hydrogen production pathways based on renewable sources | |
| Bento et al. | Biogas reforming as a sustainable solution for hydrogen production: Comparative environmental metrics with steam-methane reforming and water electrolysis in the Portuguese context | |
| Seiler et al. | Technical and economical evaluation of enhanced biomass to liquid fuel processes | |
| Cui et al. | Life cycle water footprint and carbon footprint analysis of municipal sludge plasma gasification process | |
| Smoliński et al. | Hydrogen rich gas production through co-gasification of low rank coal, flotation concentrates and municipal refuse derived fuel | |
| Kalinci et al. | Performance assessment of hydrogen production from a solar-assisted biomass gasification system | |
| Elgowainy et al. | Environmental life-cycle analysis of hydrogen technology pathways in the United States | |
| Chanthakett et al. | Hydrogen production from municipal solid waste using gasification method | |
| Liu et al. | Calcium looping-enhanced biomass gasification for methanol production: Integrating methane dry reforming and carbon utilization | |
| Novoa et al. | Techno-economic assessment of the Synthetic Natural Gas production using different electrolysis technologies and product applications | |
| Dellepiane et al. | Clean energy from sugarcane waste: feasibility study of an innovative application of bagasse and barbojo | |
| Wang et al. | Triple-mode grid-balancing plants via biomass gasification and reversible solid-oxide cell stack: Concept and thermodynamic performance | |
| Zhang et al. | Multi-Criteria optimization of a biomass-based hydrogen production system integrated with organic rankine cycle | |
| Singh et al. | Progress and utilization of biomass gasification for decentralized energy generation: an outlook & critical review | |
| Bartolucci et al. | Flexible polygeneration of drop-in fuel and hydrogen from biomass: Advantages from process integration | |
| Piazzi et al. | Oxy-steam gasification in biomass-to-biomethane and-hydrogen processes: a thermo-economic assessment | |
| Liu et al. | Simulation analysis of the system integrating oxy-fuel combustion and char gasification | |
| Said et al. | Multi-objective optimization of a biomass-fired supercritical CO2 Brayton–electrolysis system for high‑efficiency hydrogen, power, and cogenerative thermal services | |
| Mezaal et al. | Low-Carbon Hydrogen Production Technologies: a Review of Steam Methane Reforming and Methane Pyrolysis. |