JultikaUniversity of Oulu repository

Tiivistelmä

Vety on tärkeä energian varastointiväline korkean energiatiheytensä, saatavuutensa ja ympäristöystävällisyytensä vuoksi. Tässä työssä suunniteltiin vedyntuotantolaitteisto vedyn tuottamiseksi biokaasusta. Työ rajattiin käsittämään laitteiston suunnittelun lisäksi laitteistossa käytettävien laitteiden hankinnat ja käyttöönotot. Lisäksi työssä validoitiin laitteistossa käytettävä kaasuanalysaattori.

Laitteistossa käytettävät alustavat olosuhteet valittiin kirjallisuuskatsauksen perusteella. Syöttö- ja olosuhteet varmennettiin termodynaamisella mallinnuksella vedyn saannon maksimoimiseksi ja hiilen muodostumisen hillitsemiseksi. Vedyntuotantolaitteisto suunniteltiin vaatimusmäärittelyjen pohjalta. Laitteistoon hankittu kaasuanalysaattori validoitiin tarkastelemalla sen tarkkuutta eri kaasujen ja kaasuseosten koostumuksilla.

Kirjallisuuskatsauksen ja mallinnuksen perusteella biokaasun reformoinnissa kannattaa käyttää tri-reformointia (biokaasun syöttö yhdistettynä happi- ja vesisyöttöön) 800–900 celciusasteen lämpötilassa ja 1 baarin paineessa. Hapen syötöksi valittiin 18,0 % reaktorikaasun kosteuden ollessa 5 % ja 15,4 % kosteuden ollessa 10 %. Heikkolaatuista kaatopaikkakaasua käytettäessä tri-reformointi ei ole perusteltua. Kaasumittauksilla muodostettiin kalibrointikäyrät eri kaasuille.

Työn tuloksena saatiin suunniteltua vedyntuotantolaitteisto, ja sitä varten hankittiin tarvittava instrumentointi. Kaasuanalysaattori validoitiin toimivaksi ja luotettavaksi.

Hydrogen from biogas : designing hydrogen production equipment

Abstract

Hydrogen is an important environmentally friendly storage medium for energy due to its high energy density and availability. The aim of this master’s thesis was to design a pilotscale equipment to produce hydrogen from biogas. The thesis was defined to include the acquisition and commissioning of necessary peripherals. In addition, the newly purchased gas analyzer to be used in the equipment was validated.

The preliminary process operating conditions were chosen based on a literary review. The feed compositions and temperature to maximize hydrogen yield and to inhibit carbon formation were verified based on thermodynamical modeling. The hydrogen production equipment was designed based on the required specifications. The gas analyzer was validated by examining its accuracy with different gases and gas mixtures.

Based on the literary review and modeling results, temperature of 800–900oC and a pressure of 1 bar are to be used. In tri-reforming reactions (biogas feed combined with oxygen and water) gas with 5% and 10% moisture content with the oxygen feed of 18.0% and 15.4% is to be used, respectively. Low-quality landfill gas was found not to be viable for tri-reforming. Calibration curves were formed for the gas analyzer.

The hydrogen production equipment was designed within specifications, the peripherals were acquisitioned, and the analyzer was validated as functional and reliable.