Biomassa- en stedelijke vaste afvalinstallatie voor de verwerking van afvalstoffen voor vergassing van MSW

De vergassing van biomassa en stedelijk afval (MSW) verschilt in veel opzichten van de vergassing van steenkool, petrok of de omzetting van aardgas in synthesegas.In dit deel zullen deze verschillen worden besproken., de technologie die wordt gebruikt voor het vergassen van biomassa en MSW, en een kort overzicht van enkele in bedrijf zijnde installaties.

Bubbling Fluidized-Bed (BFB) -gasificatoren, een soort fluidized-bed-gasificator die over het algemeen wordt gekenmerkt door een grotere doorsnede, een kortere hoogte, lagere fluidiseringssnelheden en dichtere lagen,zijn de meest gedemonstreerde van de beoordeelde biomassavergassingstechnologieënDe BFB-technologie is gebruikt voor een breed scala aan temperaturen, druk, doorvoer en verschillende soorten biomassa.en waterstofproductie profiteert van hoge temperaturen, zoals bij de vergassing van steenkool, omdat bij temperaturen van meer dan 1.200-1.300°C weinig of geen teer, methaan of hogere koolwaterstoffen worden gevormd,terwijl de productie van synthesegas (waterstof [H2] en koolmonoxide [CO]) maximaal isEen aantal BFB-vergasseringen zijn gebruikt bij hoge druk (> 20 bar) die gunstig zou zijn voor brandstof- en chemische synthese.Dit elimineert de noodzaak voor een compressor die de gasgasser volgt.De BFB's kunnen vereisen dat het voer wordt gehakt, verpulverd of anderszins in grootte wordt verkleind.en waarschijnlijk gedroogd of geroosterd moeten worden om de hogere bedrijfstemperaturen mogelijk te maken.

De keuze van het oxidatiemiddel – een combinatie van lucht, zuurstof en/of stoom – heeft een aanzienlijk effect op de samenstelling van de uitgangssynthesegassen.die het productgas verdunt en schadelijk is voor syntheseprocessen. Om deze reden is een zuurstofinstallatie meestal vereist. Het variëren van stoom tot zuurstof verhouding input is een manier om de H2/CO verhouding aan te passen aan de synthese vereisten.Voor de Fischer-Tropsch-brandstofsynthese voor vervoer met ijzerkatalysatoren is een H2/CO-verhouding van ongeveer 0 vereist..6, is optimaal, terwijl voor een kobaltkatalysator een verhouding van 2 de voorkeur verdient.De productie van methanol zou worden begunstigd met een H2/CO-verhouding van ongeveer 2 en voor de productie van waterstof zou deze zo hoog mogelijk moeten zijnAls in de BFB-vergasser geen hogere temperaturen kunnen worden bereikt, kan teercracking nodig zijn.Dit is niet het geval en daarom is de gasreiniging voor synthese toepassingen enigszins minimaal.De studie toont aan dat BFB-gasificatoren tot de opties behoren met de laagste kapitaalkosten voor de gasificatie van biomassa en dat BFB-gasificatoren in het geheel zeer geschikt zijn voor brandstoffen, chemicaliën,en waterstofproductie.

circulerende fluidized-bed (CFB) -gasificatoren, die over het algemeen worden gekenmerkt door een kleinere doorsnede, een hogere hoogte en hogere fluidiseringssnelheden,niet zijn aangetoond met biomassa in de mate van BFBDe onderzochte literatuur toonde zelfs zeer weinig tests aan bij verhoogde druk en allemaal bij temperaturen onder de 1000°C.Terwijl Bubbling Fluidized-Bed-vergasseringen zijn getest (op het moment van het artikel) tot 35 barZoals bij BFB-vergassing moeten de deeltjesgroottes worden verminderd en moet de grondstof worden gedroogd.Waarschijnlijk is het grootste probleem met CFB het gebrek aan demonstraties met pure zuurstof en/of stoom.Het is duidelijk dat het gebruik van deze technologie in de synthese van synthese-gassen in de Gemeenschap een belangrijke bijdrage levert aan de ontwikkeling van de synthese van synthese-gassen, wat het vertrouwen in de technologie voor synthese-toepassingen sterk beperkt.omdat het gebrek aan stoom betekent dat de reactie water-gas-verschuiving wordt onderdrukt.

Vaste-bed (FB) -vergasseringen zijn niet aangetoond over een groot bereik met biomassa.Dit ontwerp van de gaseizer produceert vaak grote hoeveelheden teer of onverwerkte steenkool en is daarom niet uitgebreid onderzocht.Zij zijn echter in staat om heterogene grondstoffen zoals MSW te verwerken en kunnen dus worden gebruikt voor afvalverwerking tot brandstof of afvalverwerking tot energie.

Indirect verwarmde gassen, die kunnen worden aangetrokken, vloeibaar gemaakt of circulerende vloeibaar gemaakte gassen,zijn in een vroeg stadium van ontwikkeling en zijn niet op een breed scala getest op geschiktheid voor toepassingIn juni 2002 waren deze eenheden zelfs alleen getest bij atmosferische druk.maar zijn in staat om een synthesegas met een zeer hoge verwarmingswaarde te producerenEen van de voordelen is dat zij geen zuurstof of lucht nodig hebben voor vergassing,wat betekent dat er geen zuurstofinstallatie nodig is (lagere kapitaalkosten en efficiëntieverliezen) en geen stikstofverdunningDeze eenheden hebben meestal een hogere methaan- en andere koolwaterstofopbrengst, wat een probleem zou zijn voor synthese toepassingen, maar gunstig is voor warmte/energie opwekking.,de koolwaterstoffen kunnen met stoom worden gereformeerd of gedeeltelijk worden geoxideerd, meestal door hoge stoomtoevoegingspercentages die de watergasverschuivingsactiviteit bevorderen.Deze systemen moeten verder worden bestudeerd..

Voor meer informatie over dit onderwerp, zie Benchmarking Biomass Gasification Technologies for Fuels, Chemicals and Hydrogen Production [PDF].

Voorbeelden van installaties voor het vergassen van biomassa en MSW

In augustus 2000 werd een 12-MW lage druk houtvergasser aan het bestaande McNeil Generating Station toegevoegd.productie van synthesegas dat wordt gevoed in de bestaande ketel van de installatie (EIA-artikel op de webpagina van de EIA Biomassa voor elektriciteitsopwekking).

Zie het verslag “Biomassa-vergasseringsdatabank voor computersimulatie”,die een samenvatting bevat van de Burlington VT-installatie en meer dan een dozijn andere biomassavergassingsinstallaties of demonstraties over de hele wereld.

Vergassers voor stedelijk vaste afval

Zoals hierboven is opgemerkt, kunnen FB-vergassers met heterogene grondstoffen zoals MSW omgaan.De samenstelling van de afvalstoffen kan sterk variëren (denk aan de inhoud van een vuilnisbak)., met veel verschillende vormen, afmetingen, dichtheden en samenstelling) en vereist een flexibele vergasser.Gasvorming onder atmosferische druk vermindert de complexiteit in vergelijking met het voeden van een zeer onevenwichtige voeding onder drukIndien mogelijk is het gunstig om kostbare systemen voor de bereiding van diervoeders, zoals de pulveriseringsresultaten, te vermijden.

Plasmagasisering, waarbij een extreem hete elektrische plasmaboog wordt gebruikt om MSW te breken in eenvoudige gassen en overgebleven vaste stoffen,wordt momenteel in overweging genomen voor veel grote installaties voor de vergassing van MSWHoogspanning en stroom veroorzaken een plasmaboog tussen twee elektroden.het synthesegasproduct kan in een turbine worden gebruikt om mogelijk meer elektriciteit te produceren dan nodig isDe plasmaboog kan temperaturen bereiken van maximaal 13,900°C. Hierdoor kunnen moeilijke grondstoffen worden afgebroken in eenvoudige gasmoleculen en een vast slakkenbijproduct.

Moeilijkheden

Biomassa en stedelijk vaste afval kunnen problemen opleveren voor ontwerpers van vergassingssystemen, die beide problemen opleveren voor voersystemen, aangezien deze grondstoffen grotendeels heterogeen zijn in hun geleverde toestand.BiomassaHet is niet mogelijk om de in het kader van het onderzoek verrichte resultaten te beoordelen, maar de resultaten van de onderzoeksprocedure moeten worden vastgesteld.Biomassa en MSW kunnen ook kenmerken hebben zoals een hoger vochtgehalte, waardoor pre-vergassingdrogen noodzakelijk kan zijn.De asgehalte kan ook sterk variëren, wat betekent dat de vergasser in staat moet zijn om potentieel hoge hoeveelheden as te verwerken.Biomassa- en MSW-vergassing vereist flexibiliteit in het ontwerp om niet-eenvormige voedingsmiddelen te verwerken.

Co-vergassing van steenkool en biomassa

De co-vergassing van kool- en biomassamengsels is momenteel van groot belang.De Commissie is van oordeel dat de in de eerste alinea van de richtsnoeren vermelde methoden voor de vergassing van rechte steenkool niet in overeenstemming zijn met de aanbevelingen van de Commissie en dat zij niet in overeenstemming zijn met de aanbevelingen van de Commissie.:

De lage of nul koolstofemissies van biomassa verlagen de koolstofvoetafdruk van het totale vergassingsproces voor het milieu proportioneel.

De toevoeging van biomassa aan de voermengsel verbetert de H2/CO-verhouding in het geproduceerde gas, die meestal wenselijk is voor de synthese van vloeibare brandstoffen.

De aanwezigheid van anorganische stoffen in biomassa katalyseert de vergassing van steenkool.

De co-vergassing heeft ook een voordeel doordat het typisch hoge teergehalte dat voortvloeit uit de vergassing van rechte biomassa door biomassa, wordt verminderd.

De basiswerkzaamheden bij de co-vergassing van kool- en biomassamengsels worden in figuur 1 geïllustreerd.

Figuur 1. Verscheidene processen bij de vergassing van steenkool-biomassa

In de eerste plaats is er geen enkel systeem voor de bereiding van de grondstoffen, maar een aantal van de complicaties van de co-vergassing.het is meestal noodzakelijk om voorkool en biomassa gescheiden te verwerkenDe biomassa met een typisch hoog vochtgehalte wordt gewoonlijk niet alleen gedroogd, maar ook geroosterd (waarbij de biomassa in afwezigheid van zuurstof wordt verwarmd tot een temperatuur van typisch tussen 200 en 320°C).de biomassa ondergaat dan een milde vorm van pyrolyse) en eventueel gecompacteerd, die de kwaliteit als grondstof voor het gebruik van brandstof of voor vergassing aanzienlijk verbetert.Voor een optimale vergassing is een afname van zowel de steenkool als de biomassa tot deeltjes met een gelijkmatige grootte vereist..

Co-vergassingsreacties en -transformaties delen aspecten van die van steenkoolvergassing en biomassavergassing, maar bevatten ook enkele synergetische effecten die niet definitief zijn beschreven.Toch, in het algemeen is de basisbenadering voor de keuze van co-vergassingstechnologie dezelfde als voor conventionele steenkoolvergassing,de eigenschappen van de grondstof en het gewenste gebruik van het synthesegas bepalen grotendeels welk type vergasser te gebruiken isAls het synthesegas voor de elektriciteitsopwekking moet worden gebruikt, is een downdraft vaste-bed gasifier een goede keuze omdat het gas bij hoge temperatuur met lage onzuiverheden vrijkomt.Fluidized-bed-vergassers zijn mogelijk niet de beste keuze voor sommige co-vergassingstoepassingen, omdat een ontvloeistofvorming van het vloeibaar bed kan optreden als gevolg van de agglomeratie van in de biomassa aanwezige as met een laag smeltpunt,samen met verstopping van de stroomafwaartse leidingen als gevolg van overmatige teerophoping.

Er is opgemerkt dat in de co-vergassing van steenkool en biomassa moet worden gewerkt met inleidingsstroomvergasseringen, aangezien deze verschillende soorten grondstoffen kunnen accepteren.het uniforme temperatuurprofiel in de reactiezone, korte reactorresidentietijd en hoge koolstofconversies, die allemaal van groter belang zijn voor het aanpakken van de problemen die verband houden met co-vergassing.

De samenstelling van de productgassen wordt beïnvloed door zowel het type biomasse dat met gas wordt geco-gasseerd als het aandeel daarvan in het mengsel.in het bijzonder, lijkt lignine in houtbiomassa de H2-opbrengst in synthesegas te verhogen.Maar het optimale is een complexe functie van het gebruikte soort steenkool., type (en) biomassa, type vergasser en bedrijfsomstandigheden, gewenste samenstelling van synthegas, enz.,Om nog maar te zwijgen van de beschikbare hoeveelheden biomassa die aanzienlijk minder kunnen zijn dan de beschikbare kolen.

Naast de gasvormer is ook het type gasvormer belangrijk. Het gebruik van stoom als gasvormer in plaats van lucht helpt bij de water-gasverschuivingsreactie en produceert H2-rijk synthesegas.het gebruik van katalysatoren heeft invloed op de synthesegasproductieEen interessant voorbeeld is een onderzoek naar de co-vergassing van Puertollano-kolen gemengd met dennen, petcoke en polyethyleen (PE). 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.

De synthesegasreiniging van co-vergassing afgeleide synthesegas omvat dezelfde werkzaamheden als die welke nodig zijn voor conventionele kolenvergassing, met inbegrip van het verwijderen van deeltjes, het verwijderen van zwavel, enz.,De Commissie heeft de Commissie verzocht om een verslag uit te brengen over de resultaten van de onderzoeksprocedure., omdat zowel de soorten die aanwezig zijn in synthesegassen van ruwe steenkool (zwavel en kwik) als die die aanwezig zijn in hoge hoeveelheden van vergassing van biomassa (teer en alkalis) mogelijk moeten worden aangepakt.

In de toekomst is co-vergassing van steenkool en biomassa veelbelovend als een manier om de koolstofintensiteit van vergassing aanzienlijk te verminderen.De Commissie heeft de Commissie verzocht de volgende maatregelen te treffen:De Commissie is van mening dat de maatregelen die de Commissie heeft genomen om de ontwikkeling van de biomassa te bevorderen, een belangrijke bijdrage moeten leveren aan de ontwikkeling van de biomassa-efficiëntie.