Sprawność procesu zgazowania

[Ankot]

A moze by najpierw obliczyc straty w złożu ? - bo jedyne jakie widze to utrata energii przez :
- ścianki reaktora
- wynoszenie przez gaz
- bo sam proces jest egzotermiczny - przynajmniej w czesci ( utlenianie jakby nie było C > CO.... )
- ale jak jest z wodorem - bo to reakcja odwrotna..... czyli redukcja jak sie nie mylę.
A teraz moze troche pokonfabuluje : - jezeli produkty reakcji utleniania są równe z produktami reakcji redukcji ( w sensie molowym) to moze okazać sie ,ze zapotrzebowanie złoza na energie jest równe ............jego stratom...
Straty mozna ograniczyć przez dobrą izolację złoza , oraz rekuperacje ciepła z gazu wylotowego na wsad. Pewnie sama wymiana pomiedzy gazem a wsadem bedzie niewielka i nie bedzie wystarczajaca do pokrycia strat - to mamy jeszcze do dyspozycji ciepło ze spalin silnikowych i ewentualnie elektrotermię ( o której wspominałem choc moze sie to wydawać poronionym pomysłem na pierwszy luk okiem )......

Natomiast problem bedzie z materiałem na tą izolację .... trzeba poszukać czegoś . Sama wełna mineralna ma za mała wytrzymałosć cieplną przy założeniu ,ze w złożu utrzymujemy jakieś > 1200 *C...... a właściwie jakie powinny być graniczne wartosci temperatury aby otrzymać maksymalnie dobrej jakosci gaz - czyli ( w warunkach idealnych) molowo 1/1 - H2/CO ?? .... no to by było na koniec dzisiaj tych przemysleń......

[Ankot]

Acha ... czy ktoś wie jakie warunki panują w Reformerze ?......bo tam przebiegaja podobne reakcje........ natomiast wsad jest nieco inny choc w pierwiastkach sprowadza sie prawie do tego samego......

[Lis]

a właściwie jakie powinny być graniczne wartosci temperatury aby otrzymać maksymalnie dobrej jakosci gaz - czyli ( w warunkach idealnych) molowo 1/1 - H2/CO ?? .... no to by było na koniec dzisiaj tych przemysleń......

W reakcji odwracalnej C+CO2 <-> 2 CO już przy 900°C jest prawie 100% CO.

Informacja według http://www.biodiesel.pl/inne_biopaliwa/gaz_drzewny/ .

[adam_mk]

Witam
Tak sobie myślę, że jakby jeszcze zawrócić te spaliny z silnika, bo i gorące i zawierają CO2 i H2O, wprost w rozżarzony węgiel to pawie perpetum powstanie
Aż żal je wywalać, żeby sobie takie same z drewna robić 20cm dalej

Wiem, ta energia. Trzeba jej dostarczać a najlepiej poprzez spalanie, więc tlen atmosferyczny...
Trzeba by się temu dobrze przyjrzeć na stanowisku opomiarowanym.
Pozdrawiam Adam M.

Tak mi teraz wpadło do łba - Jakby te kantalowe grzały wstawić w obszar rozżarzonego węgla stale studzonego procesem redukcji? Zbilansują potrzeby czy nie?

[Ankot]

Znalazłem troche informacji o produkcji tlenu przy cisnieniu 150KPa - to do otrzymania przez zwykłą dmuchawę ( Roots"a)...........
http://www.icso.com.pl/pl/Processes/tlenvsa_pl.htm
Do naszych celów wystarczy wydajność góra ok 100m3 na 1 godzinę.
PS : robie sobie wstepne obliczenia zapotrzebowania tlenu przy gazyfikacji drewna o wilgotnosci 11,22% i 50 % ( te 11,22 % wychodzi z tego że po rozkładzie celulozy pozostaje wegiel który bardzo dobrze by przereagował z wodą dajac gazy palne)...... - nawiazuje tu do tego co pisał Kol. Krzysztof - nie pamietając dlaczego nie trzeba suszyć drewna "do zera".
Wstepnie wyszło mi .że zapotrzebowanie tlenu masowo wyniosłoby ok. 2,29% w stosunku do masy drewna o wilgotnosci wspomnianej 11,22....... ( oczywiscie bez uwzglednienia strat procesu które sa na tym etapie trudne do oszacowania ilosciowego). Z uwagi na wysoki bilans energetyczny procesu C+O2 > CO2 wynoszacy 96960Kal ewentualny naddatek O2 przeznaczony na straty bedzie stosunkowo niewielki.
Przy procesie dotyczacym drewna mokrego + dodatek wegla - zapotrzebowanie "molowe" tlenu wyniosło mi na: 2,28 mol O2 / kazdy 1mol "mokrego drewna + 7,99 mola wegla"....... jak sobie to wszystko ładnie napisze i jeszcze sprawdze - to zamieszcze skad mnie to wyszło............. Nadal sie upieram ( bardziej niż przedtem) przy zasilaniu procesu tlenem bo w przypadku powietrza straty sa "o niebo wyższe". Z w/w zamieszczonego linku wynika ze produkcja tlenu jest rzeczywiscie bardzo prosta i tania .
PS = swoje obilczenia poprawiłem z oczywistego błędu który wskazał Kol. "Darek" w jednym z poniższych postów

[Darek]

No dobra ale ile do tego trzeba energii ????? - niestety nie wiem jak to policzyć.... - przyznaje sie do swojej ignorancji i prosze Kolegów o rozgrzeszenie i pomoc w obliczeniach.

Celuloza jest wielocukrem o różnej długości cząsteczki, więc ciężko wyliczyć ciepło reakcji - entalpia zależałaby od długości cząsteczki. Ale można policzyć różne warianty reakcji przyjmując entalpię celulozy jako 0 (do celów porównawczych).

Jeżeli przeprowadzisz reakcję tak:

(C6H10O5)n + H20 -> 6C0 + 6H2 (dla uproszczenia n=1)

To dla wody w stanie ciekłym ciepło reakcji wyniesie -375 kJ/mol
Dla wody w stanie gazowym ciepło reakcji wyniesie -419 kJ/mol

To oznacza, że używając pary wodnej na każdym molu celulozy zyskujesz 44kJ energii

Inna reakcja w tlenie to:

(C6H10O5)n + 1/2O2 -> 6CO + 5H2

Taka reakcja daje umownie -660kJ/mol czyli zużyjesz o 241kJ/mol mniej energii niż przez zgazowanie w parze wodnej.

Można też teoretycznie zrobić coś takiego:

(C6H10O5)n -> 5CO + CH4 + 3H2

Taka reakcja daje umownie -624kJ/mol i dużą wartość energetyczną 1m3 gazu

Jak napisałem nie znam entalpi celulozy. Gdyby założyć, że dla n=1 jest zbliżona do entalpi glukozy to miałaby ok. -1200kJ/mol. Przy tej wartości każda w/w reakcja wymagałaby dużo ciepła z zewnątrz. Przy ciekłej wodzie 825kJ/mol, przy gazowej 781kJ/mol, przy reakcji w tlenie 540 kJ/mol.

W praktyce uzyskanie wysokiej sprawności wymaga zgazowania całej wody, kontroli ilości tlenu i odzyskiwania jak najwięcej ciepła. Tak sobie pomyślałem, że można zrobić dosyć prosty układ do kontroli warunków reakcji. W zależności od temperatury wytwarzania gazu drzewnego należy regulować dostarczanie tlenu. Jeżeli temperatura spada podajemy tlen, jak wzrasta to go odcinamy. W ten sposób utrzymujemy optymalna temperaturę i redukujemy ilość CO2 wydostającego się z generatora. Problemem byłby czujnik temperatury i takie jego zamocowanie aby wytrzymał warunki w generatorze

[Darek]

Poniewaz drewno z reguły zawiera znaczną ilosc wody to wydaje sie wskazane dostarczenie brakujacego C - mozna sie pokuśić i obliczyc ile trzeba dodać wegla do mokrego drewna aby składniki sie bilansowały. Problem polega na tym ,że trzeba też dostarczyc energii - co umozliwia dowóz tlenu ( w powietrzu ) ale powstaje wtedy CO2 i H2O jako produkty spalania dajace wczesniej ciepło ( no i niestety zanieczyszczajace baslastem Holzgas).

Pomysł z węglem dodawanym wydał mi się dobry zanim policzyłem ilość energii potrzebnej do reakcji. Jeżeli węgiel miałby reagować z wodą zawartą w drewnie z wytworzeniem CO i H2, to należy dostarczyć sporo ciepła dla tej reakcji. Dla wody w stanie ciekłym będzie to 175 kJ/mol, a dla pary wodnej 131 kJ/mol. Zwykłe odparowanie wody potrzebuje zaledwie 44kJ/mol. Moim zdaniem dodatek węgla jest nieopłacalny. Znacznie lepiej jest po prostu odparować wodę i skroplić ją w chłodnicy odzyskując tak ciepło.
Próbowałem też wyliczyć entalpię tworzenia celulozy z ciepła spalania. Niestety, nigdzie nie znalazłem ciepła spalania czystej celulozy. A z danych co znalazłem wychodził duży rozrzut - od 500kJ/mol do 1300kJ/mol. Gdyby entalpia celulozy wynosiła 500 kJ/mol to reakcje zgazowania w tlenie i druga z wytworzeniem metanu przebiegałyby z wytwarzaniem ciepła A to oznacza, że można by wytworzyć w 100% palny gaz generatorowy (przynajmniej w teorii )

ps.Dopiero teraz zauważyłem, że masz błąd w obliczeniach masy molowej. Do obliczeń użyłeś liczby atomowej zamiast masy atomowej. Masa molowa celulozy to 162g, a masa molowa wody to 18g.

[Ankot]

Dzięki serdeczne - chemikiem nie jestem a chemię miałem ostatnio ...19 lat temu .... - skoryguje sobie rachunki i zobaczymy co wyjdzie .
Widze ,że szanowny kolega "Darek" jest obeznany z tematem - może Mógłbyś się rozejrzeć za taniąseparacją tlenu na sitach molekularnych . To co znalazłem to trochę za mało aby zmajstrować samemu separator - ni i nie wiem gdzie zdobyć te zeolity LiCaX............
PS = swoje obilczenia poprawiłem z oczywistego błędu który wskazał Kol. "Darek" w w/w poście ....dzieki serdecznie bo w dalszych moich obliczeniach dotyczacych zapotrzebowania wsadu do generatora wystapiłby straszliwy bład niedoszacowania o jakieś conajmniej 500% ........ zapomniałem jak sie czyta tablice Mendelejewa - znalazłem sobie na szybko uproszczoną z liczba atomową a bez masy - mogłem się zorientowac bo liczba "a" jest zawsze całością a masy niekoniecznie....... - no cóż starość nie radość......

[Ankot]

Z naszej współnej dyskusji zarysowały sie poważne implikacje co do samej konstrukcji gazogeneratora - zmieniające powszechnie znane rozwiazania konstrukcyjne.
Podsumowujac:
- złoże musi byc bardzo dokładnie izolowane termicznie a zarazem
przystosowane do temperatur rzędu 1000 - 1400 *C
- najbardziej wydajnym procesem bedzie wspóprądowe zgazowanie
biomasy z dodatkiem wegla ( o ile to możliwe równiez pochodzacego z
biomasy ) w atmosferze czystego tlenu .
- w miare mozliwosci jak najbardziej staranną rekuperacją energii
cieplnej z gazu syntetycznego i spalin silnikowych przekazaną przede
wszystkim do wsadu przed procesem oraz nastepnie do tlenu uczestniczacego.

W zwiazku z powyższym nasz generator musi posiadać izolowaną płomiennicę z wkładem odpornym na wysoką temperaturę i oddziaływanie atmosfery czystego tlenu - a wiec wkład z materiałów używanych w hutnictwie stali jako wykładzina pieców.
Podajnik wsadu ( tłokowy lub slimakowy ) z płaszczem dwukomorowym umozliwiającym dogrzanie za pomocą gazu syntetycznego i spalin silnikowych. Mozna tez inaczej - np. spaliny grzeją tlen a gaz grzeje wsad - upraszcza to konstrukcje ( mniej rur) .
Nastepnym istotnym elementem nie wystepujacym dotychczas w znanych urzadzeniach jest koncentrator ( lub separator ) tlenu niezbednego do zasilenia procesu.

Dzieki tym modyfikacjom uzyskamy gaz w składzie "przesunięty" w kierunku gazu swietlnego o znacznej zawartosci wodoru i tlenku wegla , bez azotu (który holzgas zaśmieca w ponad 50%)...... bedzie troche CO2 ale ile to juz zależy od dokładnosci budowy , izolacji cieplnej i wielkosci "zawróconego ciepła" do złoża...... Spodziewam sie ,ze wartość opałowa wzrosnie conajmniej 2,5 x w stosunku do holzgas"u (duzo wodoru).......
Dalej idąc - da nam to możliwość zmniejszenia zapotrzebowania silnika na gaz a w konsekwencji zmniejszenie całosci urzadzenia.
Sam silnik zyska na mocy i bedzie realna mozliwość zastosowania typowych urzadzeń z LPG jako osprzetu "zadajacego" gaz.

[Darek]

- złoże musi byc bardzo dokładnie izolowane termicznie a zarazem
przystosowane do temperatur rzędu 1000 - 1400 *C
- najbardziej wydajnym procesem bedzie wspóprądowe zgazowanie
biomasy z dodatkiem wegla ( o ile to możliwe równiez pochodzacego z
biomasy ) w atmosferze czystego tlenu .
- w miare mozliwosci jak najbardziej staranną rekuperacją energii
cieplnej z gazu syntetycznego i spalin silnikowych przekazaną przede
wszystkim do wsadu przed procesem oraz nastepnie do tlenu uczestniczacego.

Mam wątpliwości co do konieczności mieszania wsadu z węglem. Absolutnie nic nie zyskasz poza większym zapotrzebowaniem na ciepło. Gdybyś chciał przereagować wodę ze wsadu to lepiej przeprowadzić taką reakcję:

(C6H10O5)n + H2O -> 3CH4 + 3CO2

Uzyskasz doskonałej jakości gaz składający się w połowie z metanu. Przy wilgotności ok. 10% przereaguje cała woda, przy większej wilgotności można dodać węgla ( ciepło reakcji węgla z wodą i wytworzenie CO2 i metanu jest porównywalne z odparowaniem wody). Ciepło reakcji celulozy z utworzeniem metanu to -1116 kJ/mol. To oznacza, że taka reakcja ma najmniejsze zapotrzebowanie na ciepło! Niestety, ciągle nie znalazłem entalpi celulozy, ale gdyby była poniże 1116 kJ/mol to ta reakcja przebiegałaby z wydzielaniem ciepła! Problem w tym, że to reakcja teoretyczna i nie mam pojęcia, czy jest możliwa do przeprowadzenia w prostym generatorze Ale i tak zawsze mi wychodzi, że im więcej metanu w gazie, tym mniej ciepła wymaga reakcja i tym większą wartość opałową ma gaz drzewny (w przeliczeniu na objętość). Może Krzysiek Lis znajdzie gdzies info co zrobić, aby metanu było jak najwięcej?

Mozna tez inaczej - np. spaliny grzeją tlen a gaz grzeje wsad - upraszcza to konstrukcje ( mniej rur)

Uważałbym z podgrzewaniem tlenu. Czysty tlen jest strasznie niebezpieczny, a podgrzany może spalić matalową rurę jak kartkę papieru Skupiłbym się raczej na jak najlepszym odzysku ciepła ze spalin. Należałoby to zrobić tak, aby uzyskać przy okazji jak największą temperaturę w generatorze. W ten sposób ograniczy się zapotrzebowanie na tlen do minimum. Po "rozpędzeniu" maszyny reakcja będzie przebiegać dzięki ciepłu spalin. Pozostanie tylko kontrola temperatury i wpuszczanie małych porcji powietrza gdy ta zacznie spadać.

Spodziewam sie ,ze wartość opałowa wzrosnie conajmniej 2,5 x w stosunku do holzgas"u (duzo wodoru).......

Mam pytanie - czy w silnikach spalinowych ważna jest wartość opałowa gazu w przeliczeniu na wagę, czy na objętość Jeżeli w przeliczeniu na wagę, to duża ilość wodoru jest wskazana. Jeżeli w przeliczeniu na objętość, to CO ma większą wartość opałową niż wodór.

[Darek]

Mógłbyś się rozejrzeć za taniąseparacją tlenu na sitach molekularnych . To co znalazłem to trochę za mało aby zmajstrować samemu separator - ni i nie wiem gdzie zdobyć te zeolity LiCaX............

Mam wątpliwości co do stosowania czystego tlenu. Podejrzewam, że dasz radę zrobić generator który prawie nie wymaga tlenu Co do zeolitów, to jakieś minerały, jedyna mozliwość zdobycia to kupno. O adsorberach też niewiele wiem - wpisz w Google hasła adsorber i sorbery, może cos znajdziesz. Z drugiej strony sporo energii elektrycznej będzie marnowane na dmuchanie powietrza w adsorber. Może bardziej opłacalne będzie wykonanie elektrolizy wody aby uzyskać tę odrobinę czystego tlenu? A wodór można wymieszać przed silnikiem z gazem generatorowym

[Lis]

Spodziewam sie ,ze wartość opałowa wzrosnie conajmniej 2,5 x w stosunku do holzgas"u (duzo wodoru).......

Pamiętaj proszę o fakcie, że wodór ma wysoką wartość opałową w przeliczeniu na jednostkę masy, na jednostkę objętości ma bardzo podobną do tlenku węgla. A podawany wszędzie skład gdzie jest 20% wodoru czy ileśtam, jest składem objętościowym (molowym).

[Ankot]

...Czyli wychodzi ,ze reakcja metanizacji holtzgas"u była by najwłasciwsza - czy szanowni koledzy spotkali sie z praktycznym jej wykonaniem przy zasilaniu reaktora biomasą ? - bo w węglu kamiennych z tego co wiem nie ma problemu) . Zgadzam sie równiez z kwestia wodoru - jest to gaz który równiez moze powodowac problemy eksploatacyjne silnika spalinowego ( ciekawe jak wyglada wartość LO mieszanki wodorowej - skłonnosc do detonacji w tlenie moze sugerować jej bardzo niską wartość i powazne problemy eksploatacyjne przy wystapieniu spalania detonacyjnego lub przedwczesnych zapłonów jeszcze w kolektorze ).
Co do tlenu moze wystapic problem błyskawicznego zapalenia sie wymiennika po przekroczeniu temperatury krytycznej - zwykle w doswiadczeniach chemicznych - jasnoczerwony zar - czyli dla żelaza to gdzies około 700*C - wymiennik musiałby być wykonany z wysokostopowej stali szlachetnej - ale jednak myślę ,że ten problem byłby do pokonania .

[Ankot]

Ad. Kol. Krzysztof : - słusznie - moja uwaga dotyczyła przede wszystkim pozbycia się azotu ze składu holtzgas"u - którego wg podawanych informacji moze być az 50 - 60% . Stąd jeżeli jego miejsce zajmie CO, H2 lub inny CH3 - to bez samych obliczeń WO bedzie wyższa o minimum 2 x. Jezeli zminimalizujemy jeszcze CO2 i H2O metodami fizycznymi i przez optymalizacje składu wsadu - to byłoby cudownie i mielibyśmy bardzo szrokie pole do popisu w jego prostym zastosowaniu w standardowych instalacjach LPG ( bez butli i parownika) i umozliwiajacych bezpieczną eksploatacje nowoczesnych silników z katalizatorami - to bardzo wazne. I naprawde warto zastanowic sie nad problemem pozbycia sie balastu z naszego gazu.

[Ankot]

Ad. Kol "Darek" : z tym weglem to chodziło mi o przereagowanie znacznej ilosci wody która zawarta jest w surowym drewnie - dochodzi do 50% a proces suszenia jest albo energochłonny albo długotrwały - no i zabiera duzo miejsca. Jak juz wcześniej pisałem z wilgotnoscią rzędu 10 -12 % nie ma problemu - wrecz jest wskazana . Musisz pamietac ,że aby uzyskac drewno o wilgotnosci ok. 15% musisz go suszyć na powietrzu minimum 2 lata........ tak więc chodzi o czas i miejsce....a w przypadku odpadów drewna przede wszystkim o miejsce.......
Przy zasilaniu holtzgas"em np. samochodu taki kierowca podjezdza do najblizszego tartaku ładuje łopatą trociny dosypujac zmielony wegiel ( resztę załatwi podajnik slimakowy)....i rura w Polskę.... - równoczesnie pokazujac "gest Kozakiewicza" pani minister G. z jej akcyzą na paliwa. - i w dodatku mam tu na myśli nie tyle kierowce sam osobowego lecz dostawczego lub TIR-a........ to mogą być kolosalne oszczędnosci dla firm przewozowych.....