HPG – PRZYGOTOWANE POZYWIENIE

TECHNOLOGIA HPG — OPEN KIMONO

TITAN | ANKUR PG2200 | Gaz Producentowy Wodorowy

1. Technologia HPG w skrócie

TITAN przekształca przygotowane pozostałości leśne w Gaz Producentowy Wodorowy (HPG) z wykorzystaniem modułowych gazyfikatorów ANKUR PG2200.

Każda wyspa TITAN obejmuje sześć gazyfikatorów PG2200, zainstalowanych jako trzy pary.

Dwie wyspy tworzą jeden klaster TITAN, co daje dwanaście gazyfikatorów PG2200 na klaster.

TITAN rozwijany jest etapami, przy czym każda faza obejmuje jeden kompletny klaster.

1 wyspa = 6 × PG2200

1 klaster = 2 wyspy = 12 × PG2200

1 faza = 1 klaster

Maksymalny TITAN = 3 klastry = 6 wysp = 36 × PG2200

Filozofia operacyjna jest celowo konserwatywna.

TITAN eksploatuje gazyfikatory w ich optymalnym zakresie roboczym, zamiast stale pracować na granicy maksymalnych możliwości.

Pełny zakres projektowy zapewnia dodatkową zdolność produkcji gazu, gdy jest ona potrzebna, a także umożliwia rotacyjne wyłączanie pojedynczych gazyfikatorów w celu czyszczenia i obsługi technicznej, podczas gdy pozostałe urządzenia utrzymują wymaganą produkcję HPG.

TITAN HPG — podstawa projektowa

Różnica pomiędzy preferowanym punktem pracy a pełnym zakresem projektowym jest celowa.

Zapewnia elastyczność wobec zmienności surowca, rotacji gazyfikatorów, czyszczenia, konserwacji, rezerwy operacyjnej oraz zwiększonej produkcji HPG wtedy, gdy jest ona potrzebna.

2. Doświadczenie i dorobek ANKUR

ANKUR rozwija i dostarcza modułowe systemy gazyfikacji od 1986 roku.

TITAN bazuje więc na ugruntowanej platformie gazyfikacyjnej i integruje ją z większym systemem produkcji HPG, oczyszczania gazu, odzysku energii oraz konwersji mikrobiologicznej.

Doświadczenie ANKUR

PG2200 daje TITAN powtarzalną jednostkę modułową zamiast konieczności opracowania jednego bardzo dużego, indywidualnie projektowanego reaktora gazyfikacyjnego.

Architektura jest celowo powtarzalna:

para → wyspa → klaster → faza → TITAN

Ta sama jednostka gazyfikacyjna jest replikowana wraz z rozwojem TITAN.

3. Syngas Project — bezpośrednie doświadczenie z gazyfikacją

TITAN nie jest pierwszym fizycznym doświadczeniem Syngas Project z technologią gazyfikacji ANKUR.

Syngas Project wcześniej zbudował, zainstalował, uruchomił i eksploatował dwa pełnowymiarowe gazyfikatory ANKUR w RUMI, w Polsce.

Doświadczenie RUMIA

RUMIA stanowi bezpośrednie doświadczenie wykonawcze i eksploatacyjne wspierające obecny projekt TITAN.

Pomiary gazu producentowego wykonane podczas tej pracy stanowią również praktyczne odniesienie do reprezentatywnych danych dla europejskich pozostałości leśnych wykorzystywanych obecnie w TITAN.

4. Modułowa budowa i szybki montaż

PG2200 zaprojektowano z myślą o produkcji, pakowaniu, transporcie, szybkim montażu i powtarzalnej replikacji.

Syngas Project zachował dokumentację ANKUR dotyczącą pakowania, załadunku i montażu, wykorzystywaną podczas wcześniejszego programu gazyfikatorów.

Montaż

Modułowość ta jest szczególnie dobrze widoczna w zakładach testowych ANKUR.

Gazyfikator przeznaczony do testów może zostać pobrany z magazynu, ustawiony na stanowisku badawczym, zmontowany, podłączony i szybko uruchomiony.

Sekwencja zakładowa

wybór gazyfikatora → transport z magazynu → ustawienie na stanowisku → montaż → podłączenie instalacji mechanicznych → podłączenie elektryki i automatyki → załadunek surowca → rozpalenie → stabilna produkcja gazu producentowego

W praktycznych demonstracjach obserwowanych przez zespół projektowy gazyfikator wybrany poprzedniego dnia mógł zostać ustawiony na stanowisku i uruchomiony następnego ranka.

Okno montażowe zależy więc przede wszystkim od organizacji i doświadczenia lokalnego zespołu instalacyjnego — szczególnie zespołu elektrycznego i automatyki — a nie od mechanicznej złożoności samego gazyfikatora.

5. Zakres roboczy, zapas mocy i rotacja gazyfikatorów

TITAN eksploatuje gazyfikatory PG2200 w ich optymalnym zakresie roboczym.

Zasada jest podobna do eksploatacji samochodu.

Samochód jest projektowany z mocą i prędkością znacznie większą niż potrzebna w normalnej jeździe. Prowadzi się go z prędkością odpowiednią do drogi, warunków oraz obowiązującego ograniczenia, zachowując dodatkową moc na moment, kiedy jest potrzebna.

TITAN pracuje z gazyfikatorami na tej samej zasadzie.

Zakres projektowy określa pełną zainstalowaną zdolność systemu.

Zakres operacyjny to obszar, w którym gazyfikatory zapewniają najlepszą kombinację stabilnej produkcji HPG, jakości gazu, sprawności oraz trwałości urządzeń.

Różnica daje dodatkową moc wtedy, gdy TITAN jej potrzebuje.

Zakres operacyjny

Rezerwa nie jest więc tworzona przez stałe pozostawianie jednego gazyfikatora wyłączonego.

W normalnej pracy system pracuje komfortowo w ramach dostępnej zdolności.

Gdy pojedynczy PG2200 zostaje wyłączony, pozostałe pięć może zwiększyć swoją pracę w ramach dostępnego zapasu i przejąć wymaganą produkcję HPG.

Rotacja gazyfikatorów

6 gazyfikatorów pracuje w optymalnym zakresie

1 PG2200 wybrany do rotacji

5 PG2200 zwiększa obciążenie w ramach dostępnego zapasu

utrzymanie wymaganej wspólnej produkcji HPG

gazyfikator offline jest czyszczony i kontrolowany

ponowne załadowanie gazyfikatora

przygotowanie do kolejnej rotacji operacyjnej

Jest to ważny element filozofii operacyjnej TITAN.

Nie istnieje stale wyznaczony gazyfikator rezerwowy.

Zamiast tego modułowy układ par umożliwia przechodzenie pojedynczych jednostek przez cykl pracy, czyszczenia i obsługi bez konieczności zatrzymywania całej wyspy.

Rozróżnienie jest proste:

Zakres projektowy = dostępna moc.

Zakres operacyjny = obszar najlepszej normalnej pracy.

Zapas operacyjny = dodatkowa moc dostępna wtedy, gdy proces jej potrzebuje.

6. Zużycie biomasy

TITAN przyjmuje około 420 ton/dobę przygotowanych pozostałości leśnych.

Podstawa operacyjna biomasy

Podawanie surowca do pojedynczego PG2200 nie jest traktowane jako sztywna liczba ton na godzinę.

Zależy ono od stanu złoża reaktora, właściwości biomasy, konfiguracji pracy oraz wymaganej produkcji HPG.

Zasada sterowania jest prosta:

dostosować wsad tak, aby utrzymać wymaganą produkcję gazu.

Znaczna różnica pomiędzy preferowanym punktem pracy a pełnym zakresem projektowym umożliwia również kompensację zmian w użytecznej energii zawartej w biomasie.

7. Specyfikacja pozostałości leśnych

PG2200 wykorzystuje przygotowaną, stosunkowo grubą biomasę drzewną, a nie drobno zmielony materiał.

Podstawa paliwowa ANKUR PG2200

Stosunkowo gruba specyfikacja jest istotna.

PG2200 nie wymaga drobnego mielenia biomasy.

Ogranicza to niepotrzebne pylenie i powstawanie frakcji drobnej, a przesiewanie usuwa materiał podwymiarowy przed jego podaniem do głównego układu gazyfikacji.

8. Przygotowanie biomasy i naturalna zmienność

Sekwencja przygotowania

Pozostałości leśne są materiałem naturalnym.

Wilgotność, gęstość i wartość opałowa zmieniają się pomiędzy partiami.

To normalne.

Reakcja TITAN na zmienność surowca

Szeroki zakres pracy układu gazyfikacji jest jednym z mechanizmów, dzięki którym TITAN kompensuje naturalną zmienność biomasy.

9. Char, popiół i biochar

Gazyfikacja przekształca większość użytecznej energii biomasy w HPG, pozostawiając jednocześnie stałą frakcję węglową i mineralną.

TITAN odzyskuje ten materiał w suchym układzie odprowadzania charu i popiołu.

Surowy materiał wychodzący z gazyfikatora i końcowy kwalifikowany biochar nie są automatycznie traktowane jako ten sam produkt.

Odzyskana frakcja bogata w węgiel jest charakteryzowana i, w razie potrzeby, dalej przetwarzana zgodnie z wymaganiami końcowej specyfikacji produktu.

10. Ścieżki węgla

Węgiel wprowadzany do TITAN jest celowo rozdzielany pomiędzy produkty gazowe, ciekłe i stałe.

Gazyfikacja jest więc pierwszym etapem konwersji węgla, a nie etapem końcowego produktu.

Głównym zadaniem układu HPG jest przekształcenie stałego odnawialnego węgla w kontrolowany gazowy surowiec molekularny dla dalszych procesów konwersji.

11. Wewnątrz PG2200

Temperatury w aktywnej wysokotemperaturowej strefie gazyfikacji mogą przekraczać 1 000°C.

Gaz jest następnie stopniowo chłodzony w dalszej części układu oczyszczania.

Temperatura reaktora, temperatura gorącego gazu, temperatura filtracji i temperatura gazu kondycjonowanego są więc odrębnymi warunkami operacyjnymi.

12. ANKUR Ultra Clean Gas Mode

TITAN stosuje konfigurację ANKUR Ultra Clean Gas przed skierowaniem HPG do konwersji mikrobiologicznej.

Usuwanie mgły, kondensatu i cząstek stałych stanowi normalny element kondycjonowania gazu, a nie sytuację wyjątkową.

Celem jest stabilny strumień HPG odpowiedni dla dalszych systemów konwersji biologicznej.

13. Reprezentatywny HPG z europejskich pozostałości leśnych

Obecny skład gazu TITAN opiera się na kontrolowanych testach ANKUR wykonanych na reprezentatywnych europejskich pozostałościach leśnych.

Uzyskany zakres gazu jest zgodny z pomiarami gazu producentowego wykonanymi przez Syngas Project na pełnowymiarowych gazyfikatorach ANKUR w RUMI.

Stanowi więc najlepszy dostępny reprezentatywny zbiór danych dla obecnego etapu pre-FID.

Reprezentatywny kondycjonowany HPG

Reprezentatywny skład stosowany jest do projektowego przepływu TITAN:

20 000 Nm³/h na wyspę

14. Reprezentatywny zakres składu gazu

Biomasa leśna jest naturalnym surowcem.

Dokładny skład gazu zmienia się wraz z rodzajem surowca, wilgotnością, sezonem oraz warunkami pracy.

TITAN projektuje więc instalację w oparciu o zakres operacyjny HPG, a nie założenie, że każda godzina pracy odtworzy dokładnie jeden wynik laboratoryjny.

Wraz z rozwojem projektu dane reprezentatywne będą stopniowo zastępowane rzeczywistymi danymi z instalacji TITAN.

15. Kontrola bilansu energetycznego HPG

Reprezentatywny zbiór danych gazowych i obecna podstawa energetyczna TITAN są więc ze sobą ściśle zgodne.

16. Kolektor HPG — granica inżynieryjna

Kolektor HPG stanowi wyraźną granicę inżynieryjną pomiędzy produkcją gazu a dalszą konwersją biologiczną.

Produkcja HPG ANKUR

Przygotowane pozostałości leśne

6 × PG2200 — 3 pary

Filtracja gorącego gazu

Chłodzenie

Usuwanie kondensatu

Usuwanie mgły

Dokładne oczyszczanie

KOLEKTOR HPG

20 000 Nm³/h

51,5 MW HPG

Kondycjonowany Gaz Producentowy Wodorowy

Konwersja biologiczna

Konwersja acetogeniczna

i/lub

konwersja metanogeniczna

WGS tam, gdzie wymagane

Fermentacja

Odzysk produktów

Integracja cieplna

Granica jest celowo jasna:

ANKUR produkuje i kondycjonuje HPG. Systemy downstream przekształcają kondycjonowane cząsteczki w produkty.

17. HPG do produktów

Przy standardowym układzie 50:50:

Pozycja 50:50 jest podstawą operacyjną, a nie ograniczeniem technologicznym.

TITAN może zmieniać podział kondycjonowanego HPG zgodnie z zapotrzebowaniem produktowym i rynkowym.

To fundamentalna cecha platformy:

wspólnym produktem pośrednim jest HPG; końcowy produkt zależy od kierunku dalszej konwersji.

18. Bilans elektryczny i cieplny

Filozofia elektryczna TITAN opiera się na minimalizacji zużycia pomocniczego oraz maksymalizacji odzysku energii.

Celem jest unikanie zużywania sprzedawalnego metanu odnawialnego wyłącznie po to, aby zasilać samą instalację.

Zidentyfikowane zapotrzebowanie elektryczne

Odzyskana i odnawialna energia elektryczna

Na obecnej podstawie:

4,0 MWe odzyskanej generacji − 3,3 MWe zapotrzebowania = ~0,7 MWe podstawowego marginesu operacyjnego przed uwzględnieniem fotowoltaiki.

Jest to margines operacyjny, a nie założony stały eksport energii.

19. Ograniczenie zużycia własnego gazu

Hierarchia elektryczna TITAN została celowo zaprojektowana tak, aby zachować metan odnawialny jako produkt handlowy.

TITAN jest więc projektowany jako aktywnie zarządzana wyspa energetyczna.

Generacja z silników gazowych pozostaje dostępna bez konieczności zatrzymywania produkcji HPG lub fermentacji, ale nie jest przewidziana jako podstawowe źródło zasilania instalacji.

Celem jest zachowanie możliwie największej części metanu odnawialnego dla produkcji i sprzedaży LRNG, zamiast spalania go na potrzeby własne.

20. BESS i rezerwa odnawialna

BESS i fotowoltaika dachowa są integralnymi elementami systemu energetycznego TITAN.

Wraz z przejściem TITAN do szczegółowego projektowania każda praktyczna możliwość ograniczenia zużycia, zwiększenia odzysku ciepła, zwiększenia generacji odnawialnej i optymalizacji magazynowania energii będzie wykorzystywana.

21. Modułowa eksploatacja i utrzymanie ruchu

Architektura sześciu PG2200 na wyspę zapewnia dużą elastyczność operacyjną.

Reakcja operacyjna

Modułowa architektura oznacza, że obsługa techniczna jednego urządzenia nie musi oznaczać zatrzymania produkcji HPG.

Gdy jeden gazyfikator jest wyłączony, pozostałe pięć ma wystarczający zapas, aby przejąć wymaganą pracę.

Wyłączony gazyfikator może zostać oczyszczony, skontrolowany i ponownie załadowany, tak aby był gotowy do następnej rotacji operacyjnej.

Historyczna dokumentacja inżynieryjna ANKUR podsumowała zasadę modułową prosto:

„You can run any line any Gasifier as per requirements.”

22. Stała obecność techniczna ANKUR

Zaangażowanie ANKUR nie kończy się na dostawie urządzeń.

Celem jest ciągłość:

produkcja → montaż → uruchomienie → eksploatacja → utrzymanie → replikacja

Wraz z rozwojem TITAN od jednego klastra do dwóch i docelowo trzech, wiedza operacyjna zdobyta na pierwszych dwunastu PG2200 jest bezpośrednio przenoszona do kolejnych faz.

23. Sektor 3 — gazyfikator szkoleniowy PG350

Oprócz produkcyjnych PG2200 TITAN instaluje dedykowany gazyfikator szkoleniowy ANKUR PG350 w Sektorze 3.

Ośrodek szkoleniowy PG350

PG350 umożliwia praktyczne szkolenie bez wykorzystywania komercyjnego PG2200 jako urządzenia szkoleniowego.

W połączeniu ze stałą obecnością techniczną ANKUR Sektor 3 staje się stałym centrum eksploatacji, utrzymania i szkolenia HPG dla TITAN.

24. HPG Open Kimono — pozycja końcowa

Pozycja projektowa HPG

TITAN wykorzystuje modułową architekturę gazyfikacji opartą na sześciu gazyfikatorach ANKUR PG2200 na wyspę, zainstalowanych jako trzy pary.

Dwie wyspy tworzą jeden klaster, co daje dwanaście PG2200 na klaster.

Każda faza TITAN dodaje jeden kompletny klaster.

Przy maksymalnym rozwoju TITAN obejmuje trzy klastry, sześć wysp i trzydzieści sześć gazyfikatorów PG2200.

System produkcyjny celowo pracuje w optymalnym zakresie operacyjnym, a nie stale przy maksymalnym możliwym obciążeniu.

Około 70 MW preferowanego energetycznego wsadu biomasy wspiera projektową produkcję 51,5 MW / 20 000 Nm³/h kondycjonowanego HPG, przy szczytowym zakresie projektowym wynoszącym około 100 MW.

Ta różnica jest zamierzona.

Podobnie jak samochód normalnie porusza się z prędkością odpowiednią do drogi, zachowując dodatkową moc wtedy, gdy jest potrzebna, TITAN eksploatuje gazyfikatory w punkcie najlepszej pracy, utrzymując jednocześnie znaczną dodatkową zdolność produkcyjną.

Ten zapas ma konkretny cel operacyjny.

Pojedynczy PG2200 może zostać wyłączony w celu czyszczenia, inspekcji i konserwacji.

Pozostałe pięć gazyfikatorów może zwiększyć swój udział w ramach dostępnego zakresu pracy, aby utrzymać wymagane wspólne obciążenie HPG.

Wyłączony gazyfikator jest następnie czyszczony, kontrolowany, ponownie załadowany i przygotowany do kolejnej rotacji operacyjnej.

Nie istnieje więc stale wyznaczony gazyfikator rezerwowy.

Rezerwa jest wbudowana w zdolność operacyjną całego systemu gazyfikacji.

TITAN jednocześnie ogranicza własne zużycie produktów, które sam wytwarza.

Obecne zidentyfikowane zapotrzebowanie elektryczne wynosi około 3,3 MWe, przy około 4,0 MWe podstawowej odzyskanej generacji z turbiny gazowej na kolektorze i kaskady cieplnej ORC, jeszcze przed uwzględnieniem fotowoltaiki dachowej.

BESS, fotowoltaika dachowa oraz dodatkowa odnawialna rezerwa energetyczna są integralnymi elementami tej strategii.

Silniki gazowe pozostają dostępne jako elastyczna rezerwa, jednak celem jest jednoznaczne ograniczenie zużycia sprzedawalnego metanu odnawialnego do rutynowego zasilania własnego.

Zasada operacyjna TITAN HPG jest więc następująca:

przygotować pozostałości leśne → eksploatować wszystkie PG2200 w optymalnym zakresie → produkować kondycjonowany HPG → rotacyjnie wyłączać pojedyncze gazyfikatory do czyszczenia i obsługi → wykorzystywać zapas mocy do utrzymania produkcji → odzyskiwać char/biochar → odzyskiwać dostępną energię → minimalizować zużycie własne energii elektrycznej → zachować gaz odnawialny do sprzedaży → zwiększać produkcję HPG, gdy jest to potrzebne.