Газификация биомассы и твердых бытовых отходов (ТБО) во многом отличается от газификации угля, кокаина или преобразования природного газа в синтезный газ.В этом разделе будут обсуждаться эти различия, технология, используемая для газификации биомассы и МТО, и дать краткий обзор некоторых действующих установок.
Газификаторы с пузырьковым жидкостным покрытием (BFB), тип газификаторов с жидкостным покрытием, которые обычно характеризуются большим поперечным сечением, меньшей высотой, более низкими скоростями флюидизации и более плотными покрытиями,являются наиболее продемонстрированными из рассмотренных технологий газификации биомассыТехнология BFB применяется при широком диапазоне температур, давлений, пропускной способности и различных типах биомассы.и водородные выгоды от высоких температур, как и при газификации угля, поскольку при температурах выше 1200-1300 °C образуется мало или вообще не каменноуголь, метан или более высокие углеводороды,в то время как синтезный газ (водород [H2] и углекислый газ [CO]) производится максимальноНекоторые газификаторы BFB работали при высоких давлениях (>20 бар), что было бы выгодно для топлива и химического синтеза.В то время как это устраняет необходимость компрессора после газификатораВ БФБ может потребоваться измельчение, измельчение или иное уменьшение размера кормов.и, скорее всего, нужно будет высушить или обжарять, чтобы обеспечить более высокие температуры работы.
Выбор окислителя (некоторое сочетание воздуха, кислорода и/или пара) оказывает существенное влияние на состав выпускаемого синтезирующего газа.который разбавляет газ продукта и вредит процессам синтезаПо этой причине обычно требуется кислородная установка. Изменение пара на кислород - это способ корректировки соотношения H2/CO для соответствия требованиям синтеза.Фишер-Тропш синтез топлива для транспорта с использованием железных катализаторов требует соотношение H2/CO около 0.6Для кобальтового катализатора предпочтительнее соотношение 2.Производство метанола предпочтительнее соотношение H2/CO около 2, а для производства водорода оно должно быть максимально высоким.Если выше температура не может быть достигнута внутри газификатора BFB, может потребоваться крекинг смолы.Это не так, и поэтому очистка газа несколько минимальна для применения в синтезе.Исследование показывает, что BFB-газификаторы являются одним из наименее затратных вариантов для газификации биомассы, и, учитывая все обстоятельства, BFB-газификаторы вполне подходят для топлива, химических веществ,и производство водорода.
циркулирующие газификаторы с флюидизированным покрытием (CFB), обычно характеризующиеся меньшим поперечным сечением, более высокой высотой и более высокими скоростями флюидизации,не были продемонстрированы с биомассой в степени BFBФактически, исследование литературы показало очень мало испытаний при повышенном давлении и все при температурах ниже 1000°C.В то время как пузырьки газообразные жидкости были испытаны (на момент статьи) до 35 барКак и при газификации с помощью БФБ, размер частиц должен быть уменьшен, а сырье высушено.Вероятно, самая большая проблема с CFB - это отсутствие демонстраций с чистым кислородом и/или паром.По имеющейся информации, уровень углекислого газа (CO2) в синтезных газах низкий, как и соотношение H2/CO.потому что отсутствие пара означает, что реакция перемещения воды-газа подавляется..
Газификаторы с фиксированным покрытием (FB) не были продемонстрированы на большом диапазоне с биомассой.Эта конструкция газификатора, как правило, производит большое количество смолы или необработанного угля и поэтому не была широко изучена.Тем не менее, они способны обрабатывать разнородные сырьевые материалы, такие как МСВ, и поэтому могут использоваться для переработки отходов в топливо или отходов в электроэнергию.
Газификаторы с косвенным нагревом, которые могут быть втянутыми, флюидизированными или циркулирующими флюидизированными газонагревателями,находятся на ранней стадии разработки и не были протестированы на широком диапазоне для определения пригодности к применениюНа самом деле, по состоянию на июнь 2002 года, эти агрегаты испытывались только при атмосферном давлении.но способны производить синтезный газ с очень высокой тепловой ценностью, что важно для применения в энергетических и тепловых системах.Одно из преимуществ заключается в том, что они не требуют кислорода или воздуха для газификации,что означает отсутствие необходимости в кислородной установке (меньшие затраты на капитал и потери эффективности) и отсутствие разбавления азотаЭти установки, как правило, имеют более высокую добычу метана и других углеводородов, что было бы проблемой для применения синтеза, но полезно для производства тепла/энергии.,Углеводороды могут быть реформированы или частично окислены, обычно с помощью высоких скоростей добавления пара, которые способствуют активности перехода воды-газа.Эти системы должны быть изучены дальше..
Для получения дополнительной информации на эту тему, пожалуйста, см. Сравнительная оценка технологий газификации биомассы для производства топлива, химических веществ и водорода [PDF].
Примеры биомассовых и газообразующих установок для загрязнения НПВ
В августе 2000 года в существующую генерирующую станцию McNeil был добавлен газонагреватель для древесины низкого давления мощностью 12 МВт.производство синтезационного газа, который подается в существующий котел установки (статья ОВОС на веб-странице ОВОС "Биомаса для производства электроэнергии").
См. доклад База данных газификаторов биомассы для целей компьютерного моделирования,который содержит резюме о Burlington VT установки и более десятка других биомассовых газообразовательных установок или демонстраций по всему миру.
Газификаторы для твердых бытовых отходов
Как отмечалось выше, газификаторы FB способны обрабатывать разнородные сырьевые материалы, такие как МГС. Это важно, поскольку, как отмечается в разделе о характеристиках МГС,В составе отходов может быть большое различие (вообразите, что содержится в мусорном контейнере)., с различными формами, размерами, плотностью и составом) и требует гибкого газификатора.Газификация под атмосферным давлением уменьшает сложность по сравнению с подачей очень неравномерного питания под давлениемЕсли это возможно, избегать дорогостоящих систем приготовления кормов, таких как порошкообразование, является преимуществом.
Плазменная газификация, которая использует чрезвычайно горячую электрическую плазменную дугу для разложения MSW на простые газы и остатки твердых веществ,в настоящее время рассматривается для многих крупных установок газификации MSWВысокое напряжение и электрический ток создают плазменную дугу между двумя электродами.продукт синтеза может быть использован в турбине для потенциальной генерации большей электрической энергии, чем требуетсяПлазменная дуга может достигать температуры до 13,900°C, что позволяет разлагать сложные сырьевые материалы на простые составные молекулы газа и твердый побочный продукт шлака.
Трудности
Биомасса и твердые бытовые отходы могут создавать проблемы для разработчиков систем газификации.Некоторая биомасса, такие как пиломатериалы из лесопильных заводов, могут находиться в состоянии, подходящем для многих существующих систем подачи, в то время как другие, как большинство MSW, потребуют обширной подготовки или настройки системы подачи.Биомасса и MSW также могут иметь такие характеристики, как более высокое содержание влаги, что может потребовать предгазификационной сушки.Содержание пепла также может сильно варьироваться, что означает, что газификатор должен быть способен обрабатывать потенциально высокие уровни пепла.Биомасса и газификация НПВ требуют гибкости в проектировании для обработки неравномерных кормов.
Когазификация угля и биомассы
Когазификация смеси угля и биомассы представляет большой интерес в настоящее время,из ряда преимуществ, которые могут возникнуть в результате подхода к обычной газификации прямого угля:
Невысокие или нулевые выбросы углерода биомассы пропорционально снижают углеродный след всего процесса газификации в окружающей среде.
Добавление биомассы в кормовую смесь улучшает соотношение H2/CO в полученном газе, которое обычно желательно для синтеза жидкого топлива.
Неорганические вещества, присутствующие в биомассе, катализируют газификацию угля.
Когазификация также имеет преимущество, поскольку снижает типично высокое содержание смолы, возникающее в результате газификации биомассы прямой биомассы.
Основные операции, связанные с когазификацией смеси угля и биомассы, показаны на рисунке 1.
Рисунок 1. Различные операции, связанные с процессом газификации угля и биомассы
Некоторые из осложнений, возникающих в результате когазификации, выражаются на данном рисунке.обычно необходимо иметь отдельные операции по предварительной переработке угля и биомассыБиомасса с высоким содержанием влаги, как правило, не только сушается, но и горячится (что включает нагревание до температуры, обычно в пределах от 200 до 320 °C, при отсутствии кислорода).в этот момент биомасса подвергается легкой форме пиролиза) и, возможно, уплотняется, что значительно улучшает качество в качестве сырья для использования топлива или газификации.Для оптимальной газификации требуется уменьшение размера как угля, так и биомассы до частиц одинакового размера..
Когазификационные реакции и преобразования имеют общие аспекты с газификацией угля и газификацией биомассы, но также включают некоторые синергетические эффекты, которые не описаны окончательно.Однако, в целом основной подход к выбору технологии когазификации такой же, как и для обычной угольной газификации,с свойствами сырья и желаемым использованием синтезирующего газа в значительной степени определяют, какой тип газификатора использоватьЕсли синтезный газ должен использоваться для производства электроэнергии, то низкопроходный фиксированный газификатор является хорошим выбором, поскольку он высвобождает газ при высокой температуре с низкими примесями.Для некоторых применений когазификации газификаторы с жидкостным покрытием могут быть не лучшим выбором., поскольку дефлюидизация флюидизированного слоя может произойти из-за агломерации пепла с низкой температурой плавления, присутствующего в биомассе,вместе с засорением низовых труб из-за чрезмерного накопления смолы.
Было отмечено, что газификаторы с притянутым потоком должны быть исследованы для когазификации угля и биомассы, учитывая их способность принимать различные виды сырья,равномерный температурный профиль внутри зоны реакции;, короткое время пребывания реактора, и высокие углеродные преобразования, все из которых имеют повышенное значение для решения вопросов, связанных с когазификацией.
Состав газа продукта зависит как от типа когазифицированной биомассы, так и от ее доли в смеси кормов.в частности, лигнин в древесной биомассе, по-видимому, повышает урожайность H2 в синтезном газе.но оптимальное значение зависит от типа используемого угля, тип (ы) биомассы, тип газификатора и условия эксплуатации, желаемый состав синтезирующего газа и т.д.,Не говоря уже о количествах биомассы, которые могут быть значительно меньше, чем угля..
Помимо газификатора, также важен тип газифицирующего агента. Использование пара в качестве газифицирующего агента в отличие от воздуха способствует сдвигу реакции воды-газа и производит синтезный газ, богатый H2.использование катализаторов влияет на производство синтеза газаИнтересным примером является исследование когазификации угля Пуертольяно, смешанного с сосновым деревом, петоккоком и полиэтиленом (ПЭ). Findings were that the use of dolomite catalysts helped in increasing the gasification rate along with reducing hydrogen sulfide (H2S) generation and increasing sulfur and chlorine retention in the solid phase.
Очистка синтезационного газа, полученного в результате когазификации, включает в себя те же операции, которые необходимы для обычной газификации угля, включая удаление частиц, удаление серы и т.д.,но может быть сложнее, чем для газификации угля или газификации биомассы в одиночку, поскольку могут потребоваться рассмотреть как те виды, которые присутствуют в синтезных газах, полученных из сырого угля (серь и ртуть), так и те, которые присутствуют в больших количествах от газификации биомассы (смазы и щелочи).
В будущем когазификация угля и биомассы является перспективным способом существенного снижения углеродной интенсивности газификации.использовать недорогие альтернативные топлива из биомассы, такие как древесные отходы и высокоэнергетические, маргинальные сельскохозяйственные культуры с биомассой земли, такие как сменная трава, и улучшить процессы газификации путем оптимизации качества синтеза и увеличения пропускной способности и выпуска.
