VTT:n kaasutustekniikan erikoismittaukset Sanna Tuomi, Matti Reinikainen 13.06.2013, PIKOKAASU-seminaari VTT Technical Research Centre of Finland
2 Kaasutuskaasun epäpuhtaudet Kaasutuskaasu sisältää polttoaineesta peräisin olevia epäpuhtauksia: hiukkaset (tuhkaa ja kaasuuntumatonta hiiltä) alkali- ja raskasmetallit tervat typpiyhdisteet, pääasiassa NH3 ja HCN rikkiyhdisteet, pääasiassa H2S ja COS HCl Kaasun sisältämät epäpuhtaudet (määrä ja laatu) riippuvat käytetystä polttoaineesta ja kaasutusolosuhteista. Kaasu on puhdistettava ennen jatkokäyttöä (lukuunottamatta suoraa polttoa lämpölaitossovelluksissa). Kaasun puhdistus keskeisin haaste sovellettaessa kaasutusta vaativissa kohteissa (moottori, turbiini, polttokenno, synteesit)
3 Kaasutuskaasun epäpuhtaudet H 2 C2H4 CO CH 4 CO 2 HCl TERVAT - naftaleeni, PAH KIINTEITÄ KERTYMIÄ - putkistoihin - suodattimiin - moottoreihin H 2 O H2S metallit Hiukkaset Typpiyhdisteet HANKALOITTAA SUOTIMEN JA PESURIEN TOIMINTAA TYYPILLINEN BIOMASSAN KAASUTUKSEN ONGELMA - EI HIILEN KAASUTUKSEN
4 Kaasutuskaasun epäpuhtaudet CO C2H4 CH 4 TYPPIYHDISTEET - Pääasiassa NH3, HCN H 2 H 2 O CO 2 H2S HCl metallit Typpi- Hiukkaset yhdisteet MUODOSTAVAT NOx-PÄÄSTÖJÄ POLTOSSA RIKKIYHDISTEET - Pääasiassa H2S, COS AIHEUTTAVAT KATALYYTTIEN MYRKYTTYMISTÄ ESIM. REFORMERISSA JA FT-SYNTEESISSÄ
5 Kaasutuskaasun epäpuhtaudet H 2 H 2 O CO CH 4 CO 2 H2S C2H4 HCl metallit Typpi- Hiukkaset yhdisteet HIUKKASET AIHEUTTAVAT MM. KERROSTUMIA JA EROOSIOTA ALKALI- JA RASKASMETALLIT - esim. Na, K - esim. Sb, As, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Zn, Tl, Sn, V AIHEUTTAVAT KERROSTUMIA JA KORROOSIOTA MM. KAASUTURBIINILLA
6 VTT:n kaasutustekniikan mittauspalvelut Kaasutuskaasun loppukäyttö ja toisaalta esim. jätteen kaasutukselle asetetut päästörajoitukset asettavat laatuvaatimukset kaasulle. Prosessin kehittäjät sekä kaasun loppukäyttäjät tarvitsevat mittaustiedon kaasun sisältämistä epäpuhtauksista. VTT tarjoaa asiakkailleen räätälöityjä mittauspalveluita: Tervat Alkali- ja raskasmetallit NH3, HCN H2S, COS (karbonyylisulfidi) Hiukkaset HCl
7 VTT:n kaasutustekniikan mittauspalvelut Mittausten perusteella voidaan myös tehdä aine- ja energiataseeseen pohjautuva arvio mm. prosessin hyötysuhteesta ja kaasun lämpöarvosta.
8 Tervamittaukset
9 Kaasun epäpuhtauksien mittaus online-menetelmällä VTT on kehittänyt kaasutussovelluksiin online mittausmenetelmän korvaamaan työlään offline näytteenoton. Online-mittaus perustuu VTT:n patentoimaan tietokoneohjelmoituun laimentavaan näytteenottoon, joka yhdistetään haluttuun analytiikkaan, kuten GC, ICP tai FT-IR. VTT:n patentit US 8302495, FI 9450, WO 2007080221 Menetelmää on jo demonstroitu kaasutusympäristössä tervojen ja hiukkasten mittaukseen. Tavoitteena on lopulta kaupallistaa laimentavaan näytteenottoon perustuva online-mittausmenetelmä. Hanke viritteillä, mittauskohteita haetaan!
10 Online-mittauksen edut Tehokas ja edullinen työkalu operaattoreille ja prosessikehityksen tueksi Mahdollistaa prosessimuutosten lähes reaaliaikaisen seuraamisen Suhteellisen yksinkertainen systeemi Työllistää vähemmän kuin offline menetelmä Tarkempi ja nopeampi kuin perinteiset offline-analyysit Mahdollistaa useiden erilaisten analyysien yhdistämisen Voidaan liittää olemassa olevaan automaatiojärjestelmään
Laimentava sondi ja ohjausyksikkö
12 Laimennuksen ohjaus
13 Terva- ja hiukkasmittaukset tervarikkaasta kaasusta laimentavalla menetelmällä
14 Laimentavalla menetelmällä tehdyt tervamittaukset Benzene Pyridine Toluene Ethenylbenzene m-xylene Ethynylbenzene Styrene o-xylene Benzaldehyde Phenol Benzonitrile 4-Methylstyrene Indene o-cresol m+p-cresol Naphthalene Quinoline Isoquinoline Quinatsoline 1H-Indole 2-Methylnaphthalene 1-Methylnaphthalene Biphenyl 2-Ethylnaphthalene 1.6 Dimethylnaphtalene Acenaphtylene Acenaphthene Dibenzofurane Bibenzyl Fluorene Phenanthere Anthracene Carbazole 1-Phenylnaphthalene 2-Methylanthracene 4H-Cyclopenta(def)Phenantherene Fluoranthene Benz(e)acenaphthylene Pyrene Chrysene 1,2 Benzanthracene 2,3 Benzanthracene Benzo(b)fluorant Benzo(e)pyrene Benzo(a)pyrene Perylene Benzo(ghi)peryle Anthanthrene Coronene 20000.0 18000.0 16000.0 14000.0 12000.0 10000.0 8000.0 6000.0 4000.0 2000.0 0.0 5.5.20 0:00 5.5.20 12:00 6.5.20 0:00 6.5.20 12:00 7.5.20 0:00 7.5.20 12:00 8.5.20 0:00 8.5.20 12:00 9.5.20 0:00 Benzene; on-line-gc Tars < Naphthalene Naphthalene Tars > Naphthalene
15 ICP-menetelmän kehittäminen metallien online analysointiin kaasutuskaasusta ICP-metodin (Inductively Coupled Plasma) avulla voidaan yhtäaikaisesti analysoida useita eri metalleja (Na, Fe, Ni, Cu, Zn, Sb ). Plasma saadaan aikaan transistoreiden avulla nostamalla taajuutta, kunnes saadaan aikaan resonanssi (VTT:n patentti). Menetelmä soveltuu kuivan kaasun lisäksi myös kostealle kaasulle sekä nestemäisille liuoksille, mikäli näyte laimennetaan. Menetelmää on jo menestyksellisesti testattu aidolla kaasutuskaasulla.
16 VTT creates business from technology