PL227318B1 - Sposób uzyskiwania energii elektrycznej z biomasy w rolniczej elektrociepłowni - Google Patents

Abstract

W rolniczej elektrociepłowni doprowadza się biomasę płynną (1) o małej zawartości związków ligninocelulozowych do biogazowni (2), gdzie poddaje się ją fermentacji metanowej. Uzyskany biogaz doprowadza się jako paliwo do zgazowarki (4), w której biomasę stałą (3) przetwarza się na gaz syntetyczny. Oczyszcza się ten gaz z zanieczyszczeń stałych i poddaje procesowi krakowania w układzie czyszcząco-modyfikującym (5) i następnie schładza się syngaz w turbozespole (6), a z nadmiaru ciepła wytwarza energię elektryczną. Schłodzony gaz oczyszcza się w układzie oczyszczania (7) i doprowadza do generatora energii elektrycznej (8) mogącego mieć postać turbiny gazowej, silnika spalinowego lub ogniwa paliwowego. Ciepłem lub gazami wylotowymi z tego generatora zasila się turbozespół (9), który przekształca ciepło na energię elektryczną. Nadmierną ilość biogazu otrzymaną z biogazowni (2) doprowadza się jako paliwo do generatora energii elektrycznej (8).

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzyskiwania energii elektrycznej z biomasy w rolniczej elektrociepłowni.

Znany jest sposób przetwarzania biomasy płynnej posiadającej małą zawartość związków ligninocelulozowych na biogaz polegający na poddawaniu jej w biogazowi procesowi fermentacji beztlenowej. Biogaz wytwarza się z materiałów organicznych, głównie gnojowicy z określonym udziałem biomasy stałej na przykład kiszonki kukurydzy, odpadów przetwórstwa spożywczego, słomy. Wadą tego sposobu są ograniczone możliwości doboru rodzaju i ilości biomasy poddawanej zgazowaniu do metanu. Biomasę można poddać zgazowaniu w zgazowarce, gdzie w wyniku krakingu termicznego powstaje gaz syntetyczny, zwany syngaz, w postaci wodoru, metanu i tlenków węgla. Technologia ta pozwala zgazować każdy rodzaj biomasy. Proces zgazowania wykorzystywany jest, gdy paliwa sprawiają trudność w czasie spalania lub fermentacji ze względu na swoje parametry fizykochemiczne. Wadą tego sposobu jest konieczność dostarczenia znacznej ilości energii w postaci ciepła o temperaturze około 900°C.

Znany jest sposób, w którym ciepło o temperaturze uzależnionej od czynnika chłodzącego, wykorzystywane jest do napędzania turbiny gazowej w układzie zamkniętym. Biogaz lub syngaz może być przetworzony na ciepło i energię elektryczną na różne sposoby: poprzez spalanie w turbinie gazowej lub w silniku spalinowym, a spaliny mogą być wykorzystane do zasilania turbozespołu z zamkniętym obiegiem. Można również przetworzyć w wyniku reakcji chemicznych przebiegających w ogniwach paliwowych. Metan wytwarzany w biogazowi nadaje się do spalania w układach kogeneracyjnych, natomiast syngaz, w zależności od stopnia zanieczyszczenia może mieć szersze zastosowanie. W wyniku pirolizy powstaje smoła, oleje, metan, wodór oraz tlenek i dwutlenek węgla. Gaz pirolityczny oraz sucha biomasa, mogą być przetworzone na metan, wodór, tlenek i dwutlenek węgla w wyniku redukcji chemicznej. Następnie powstałe gazy można spalić lub zredukować w ogniwie paliwowym.

Istotną wadą realizacji przedstawionych sposobów jest ich stosowanie osobno. Są ograniczenia technologiczne związane z doborem biomasy. Instalowanie biogazowni lub zgazowarki na określonym obszarze pozwala zagospodarować wyłącznie pewną grupę biomasy. Obszary przemysłowe, w tym rolnictwo, wytwarzają biomasę różnego rodzaju. Dlatego wymagają rozwiązania, które umożliwi zagospodarowanie w całości, bez ograniczeń, powstającą na danym obszarze biomasę.

Sposób uzyskiwania energii elektrycznej z biomasy w rolniczej elektrociepłowni według wynalazku, charakteryzuje się tym, że biomasę płynną o małej zawartości związków ligninocelulozowych poddaje się w biogazowni fermentacji metanowej, a uzyskany biogaz doprowadza się, jako paliwo stanowiące zewnętrzne źródło ciepła, do zgazowarki. W zgazowarce biomasę stałą, która nie nadaje się do procesów fermentacji, przetwarza się na gaz syntetyczny. Gaz ten oczyszcza się z zanieczyszczeń stałych i poddaje się procesowi krakowania węglowodorów o dużej masie cząsteczkowej w układzie czyszcząco-modyfikującym. Następnie gaz schładza się w turbozespole z zamkniętym obiegiem, w którym pary, korzystnie oleju silnikowego napędzają turbinę, a z nadmiaru ciepła wytwarza się energię elektryczną. Schłodzony syngaz oczyszcza się w układzie oczyszczania uzyskując wodór, metan, tlenki węgla i doprowadza się do generatora energii elektrycznej. Ciepłem lub gazami wylotowymi z generatora, w zależności od rodzaju generatora, zasila się turbozespół, gdzie nadmiar ciepła przekształca się na energię elektryczną. Gdy dostępna jest znaczna ilość biomasy płynnej, to część biogazu z biogazowni doprowadza się do zgazowarki, a pozostałą część biogazu doprowadza się jako paliwo do generatora energii elektrycznej mającego postać turbiny gazowej lub silnika spalinowego albo ogniwa paliwowego.

Synergiczne oddziaływanie znanych sposobów i urządzeń na siebie, w rozwiązaniu według wynalazku, zwiększa jego uniwersalność i uniezależnia je od zewnętrznych źródeł energii. Podnosi ogólną sprawność całego procesu poprzez zamianę ciepła na prąd elektryczny podczas schładzania gazu syntetycznego. Połączenie procesów realizowanych w biogazowni i zgazowarce tak, że gaz z biogazowni jest paliwem dla zgazowarki pozwala równocześnie i bez ograniczeń wykorzystać biomasę płynną i stałą do produkcji energii elektrycznej. Sposobem według wynalazku redukuje się koszty energii dostarczanej do zgazowarki z obcych zewnętrznych źródeł.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat połączenia ze sobą poszczególnych procesów i urządzeń w rolniczej elektrociepłowni, celem uzyskania z biomasy energię elektryczną.

PL 227 318 B1

P r z y k ł a d

Biomasę płynną 1 w postaci gnojowicy z dodatkiem 20 procent kiszonki kukurydzy poddaje się w biogazowni 2 procesowi fermentacji beztlenowej, który odbywa się w temperaturze około 37°C. Uzyskany biogaz doprowadza się bezpośrednio do zgazowarki 4 gdzie jest spalany i stanowi źródło ciepła. Zgazowarka wypełniona jest biomasą stałą 3, którą jest rozdrobnione drewno. W zgazowarce drewno przetwarza się w temperaturze 900°C na gaz syntetyczny. Uzyskany gaz oczyszcza się z zanieczyszczeń stałych i poddaje się procesowi krakowania węglowodorów o dużej masie cząsteczkowej, w układzie czyszcząco-modyfikującym 5. Następnie syngaz schładza się w turbozespole 6 z zamkniętym obiegiem, w którym pary oleju silnikowego napędzają turbinę. Z nadmiaru ciepła wytwarza się energię elektryczną, a schłodzony syngaz oczyszcza się w układzie oczyszczania 7 uzyskując wodór, metan, tlenki węgla i doprowadza się do generatora energii elektrycznej 8, którym jest turbina gazowa. Ciepłem turbiny gazowej zasila się turbozespół 9, gdzie nadmiar ciepła przekształca się na energię elektryczną. Nadmierną ilość biogazu otrzymaną z biogazowni 2, która nie zasila zgazowarki 4, doprowadza się jako paliwo do turbiny gazowej.

Claims (2)

1. Sposób uzyskiwania energii elektrycznej z biomasy w rolniczej elektrociepłowni poprzez fermentację metanową oraz zgazowanie biomasy i wykorzystanie uzyskanego gazu jako paliwa dostarczającego energię cieplną, którą przetwarza się na energię elektryczną, znamienny tym, że biomasę płynną (1) o małej zawartości związków ligninocelulozowych poddaje się w biogazowni (2) fermentacji metanowej i uzyskany biogaz doprowadza się, jako paliwo stanowiące zewnętrzne źródło ciepła, do zgazowarki (4), w której biomasę stałą (3) nienadającą się do procesów fermentacji przetwarza się na gaz syntetyczny, który oczyszcza się z zanieczyszczeń stałych i poddaje się procesowi krakowania węglowodorów o dużej masie cząsteczkowej w układzie czyszcząco-modyfikującym (5), następnie gaz schładza się w turbozespole (6) z zamkniętym obiegiem, w którym pary, korzystnie oleju silnikowego napędzają turbinę, a z nadmiaru ciepła wytwarza się energię elektryczną, zaś schłodzony gaz oczyszcza się w układzie oczyszczania (7) uzyskując wodór, metan, tlenki węgla i doprowadza się do generatora energii elektrycznej (8), natomiast ciepłem lub gazami wylotowymi z generatora, w zależności od rodzaju generatora (8), zasila się turbozespół (9), gdzie nadmiar ciepła przekształca się na energię elektryczną.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nadmierną ilość biogazu otrzymaną z biogazowni (2) doprowadza się jako paliwo do generatora energii elektrycznej (8) mającego postać turbiny gazowej, silnika spalinowego lub ogniwa paliwowego.