Metanointireaktorin lämmönhallinta
Munne, Konsta (2018)
Kandidaatintyö
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018050923701
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018050923701
Tiivistelmä
Power-to-Gas (P2G) -konseptissa sähköenergiaa varastoidaan kaasun, vedyn tai metaanin kemialliseksi energiaksi. Metanointireaktiossa vety- ja hiilidioksidikaasut reagoivat metaaniksi ja vedeksi. Reaktio on voimakkaasti eksoterminen eli lämpöä vapauttava, joten metanointireaktorin lämmönpoisto on suunniteltava tarkasti, jotta metaanintuotanto ei heikkene tai pahimmassa tapauksessa lakkaa katalyytin tuhoutuessa.
Tämän työn tavoitteena oli selvittää kirjallisuuslähteiden avulla, miten metanointireaktorissa vapautuvaa lämpöä voidaan hallita ja hyödyntää eri reaktorikonsepteilla. Työssä käydään läpi tärkeimmät elektrolyysiteknologiat, ja käsitellään niiden soveltuvuutta osana P2G-prosessia. Lisäksi esitetään kirjallisuudesta löytyviä arvioita eri P2G-toteutustapojen hyötysuhteille. Työstä on rajattu pois biologiseen metanointiin perustuvat reaktorityypit, eikä työssä käydä tarkemmin läpi metanoinnissa tarvittavan hiilidioksidin hankintaa ja käsittelyä.
Työn tuloksena havaittiin, että jokaisella reaktorityypillä on omat käyttöä rajoittavat haasteensa. Liete- ja leijupetireaktoreilla voidaan tehokkaasti hallita vapautuvaa lämpöä, mutta niiden skaalaus suuren kokoluokan laitoksille on yhä kesken. Kiinteäpetireaktorit taas vaativat useamman yhdistetyn reaktorin heikon lämmönsiirron vuoksi. Metanoinnissa vapautuvalla lämmöllä voidaan tuottaa höyryä turbiinille tai teollisuuden prosesseihin, lisäksi lämpöä voidaan hyödyntää osana P2G-prosessia elektrolyysissä ja hiilidioksidin talteenotossa hyötysuhteen parantamiseksi.
Tämän työn tavoitteena oli selvittää kirjallisuuslähteiden avulla, miten metanointireaktorissa vapautuvaa lämpöä voidaan hallita ja hyödyntää eri reaktorikonsepteilla. Työssä käydään läpi tärkeimmät elektrolyysiteknologiat, ja käsitellään niiden soveltuvuutta osana P2G-prosessia. Lisäksi esitetään kirjallisuudesta löytyviä arvioita eri P2G-toteutustapojen hyötysuhteille. Työstä on rajattu pois biologiseen metanointiin perustuvat reaktorityypit, eikä työssä käydä tarkemmin läpi metanoinnissa tarvittavan hiilidioksidin hankintaa ja käsittelyä.
Työn tuloksena havaittiin, että jokaisella reaktorityypillä on omat käyttöä rajoittavat haasteensa. Liete- ja leijupetireaktoreilla voidaan tehokkaasti hallita vapautuvaa lämpöä, mutta niiden skaalaus suuren kokoluokan laitoksille on yhä kesken. Kiinteäpetireaktorit taas vaativat useamman yhdistetyn reaktorin heikon lämmönsiirron vuoksi. Metanoinnissa vapautuvalla lämmöllä voidaan tuottaa höyryä turbiinille tai teollisuuden prosesseihin, lisäksi lämpöä voidaan hyödyntää osana P2G-prosessia elektrolyysissä ja hiilidioksidin talteenotossa hyötysuhteen parantamiseksi.