Εγκατάσταση επεξεργασίας αποβλήτων αεριοποίησης βιομάζας και αστικών στερεών αποβλήτων

Η αεριοποίηση της βιομάζας και των αστικών στερεών αποβλήτων διαφέρει από πολλούς τρόπους από την αεριοποίηση του άνθρακα, της πετκόκ ή την μετατροπή του φυσικού αερίου σε σύνθετο αέριο.Αυτό το τμήμα θα εξετάσει αυτές τις διαφορές, η τεχνολογία που χρησιμοποιείται για την αεριοποίηση της βιομάζας και των MSW, και να δώσει μια σύντομη επισκόπηση ορισμένων εγκαταστάσεων που λειτουργούν.

Βύσκες αεριοποιητών με υγροποιημένο στρώμα (BFB), ένας τύπος αεριοποιητή υγροποιημένου στρώματος που χαρακτηρίζεται γενικά από μεγαλύτερη εγκάρσια τομή, μικρότερο ύψος, χαμηλότερες ταχύτητες υγροποίησης και πυκνότερα στρώματα,είναι οι πιο αποδεδειγμένες από τις αναθεωρημένες τεχνολογίες αερίωσης βιομάζαςΗ τεχνολογία BFB έχει λειτουργήσει σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, πιέσεων, απόδοσης και ποικίλων τύπων βιομάζας.και η παραγωγή υδρογόνου επωφελούνται από τις υψηλές θερμοκρασίες, όπως αυτά που παρατηρούνται στην αεριοποίηση άνθρακα, επειδή σε θερμοκρασίες άνω των 1.200-1.300°C σχηματίζονται ελάχιστες ή καθόλου πίσσα, μεθάνιο ή υψηλότεροι υδρογονάνθρακες,ενώ η παραγωγή συνθετικού αερίου (υδρογόνου [H2] και μονοξειδίου του άνθρακα [CO]) μεγιστοποιείταιΑρκετοί αεριοποιητές BFB έχουν λειτουργήσει σε υψηλές πιέσεις (> 20 bar) οι οποίες θα ήταν ευνοϊκές για τη σύνθεση καυσίμων και χημικών.Ενώ αυτό εξαλείφει την ανάγκη για ένα συμπιεστή μετά τον ατμιστήραΟι BFBs μπορεί να απαιτούν την κοπή της ζωοτροφής, τη σκόρπισή της, ή με άλλο τρόπο τη μείωση του μεγέθους της.και πιθανότατα θα πρέπει να στεγνώσουν ή να κατουρηθούν για να επιτρέψουν τις υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας.

Η επιλογή του οξειδωτικού (κάποιος συνδυασμός αέρα, οξυγόνου ή/και ατμού) έχει σημαντική επίδραση στη σύνθεση του αερίου σύνθεσης.που αραιώνει το αέριο του προϊόντος και είναι επιζήμιο για τις διαδικασίες σύνθεσηςΓια τον λόγο αυτό, συνήθως απαιτείται εργοστάσιο οξυγόνου.Η σύνθεση καυσίμων μεταφοράς Fischer-Tropsch με τη χρήση καταλύτες σιδήρου απαιτεί αναλογία H2/CO περίπου 0.6, ενώ για τον καταλύτη κοβαλτίου προτιμάται αναλογία 2.Η παραγωγή μεθανόλης θα ευνοείται με αναλογία H2/CO περίπου 2 και για την παραγωγή υδρογόνου θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν υψηλότερηΕάν δεν είναι δυνατόν να επιτευχθούν υψηλότερες θερμοκρασίες στο εσωτερικό του αεριοποιητή BFB, μπορεί να απαιτηθεί διάσπαση πίσσας.Αυτό δεν συμβαίνει και επομένως ο καθαρισμός αερίου είναι κάπως ελάχιστος για εφαρμογές σύνθεσης.Η μελέτη διαπιστώνει ότι οι αεριοποιητές BFB είναι από τις πιο χαμηλές επιλογές κεφαλαιακών δαπανών για την αεριοποίηση βιομάζας και, σε όλα τα σημεία, οι αεριοποιητές BFB είναι αρκετά κατάλληλοι για καύσιμα, χημικά,και παραγωγής υδρογόνου.

Συγγλήσιμοι αεριοποιητές με υγροποιημένο στρώμα (CFB), που χαρακτηρίζονται γενικά από μικρότερη διατομή, υψηλότερο ύψος και υψηλότερες ταχύτητες υγροποίησης,δεν έχουν αποδειχθεί με βιομάζα σε βαθμό BFBΣτην πραγματικότητα, η ερευνητική βιβλιογραφία έδειξε πολύ λίγες δοκιμές σε αυξημένη πίεση και όλες με θερμοκρασίες κάτω των 1000°C.Ενώ οι αεριοποιητές με υγροποιημένο στρώμα έχουν δοκιμαστεί (στο χρόνο του άρθρου) έως 35 barΌπως και στην ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρική ατμοσφαιρικήΠιθανότατα το μεγαλύτερο πρόβλημα με το CFB είναι η έλλειψη επίδειξης με καθαρό οξυγόνο και / ή ατμό.Από τις διαθέσιμες πληροφορίες, τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στα αέρια σύνθεσης είναι χαμηλά, όπως και οι αναλογίες H2/CO,επειδή η έλλειψη ατμού σημαίνει ότι η αντίδραση μετατόπισης νερού-αερίου κατασταλεί..

Οι ατμοσφαιρικοί αεριοποιητές σταθερού στρώματος (FB) δεν έχουν αποδειχθεί σε μεγάλο εύρος με βιομάζα.Ο σχεδιασμός αυτός του αεριοποιητή τείνει να παράγει μεγάλες ποσότητες πίσσας ή ακατέργαστου άνθρακα και επομένως δεν έχει διερευνηθεί εκτενώς.Ωστόσο, είναι σε θέση να χειρίζονται ετερογενείς πρώτες ύλες όπως MSW και έτσι έχουν χρήση για μετατροπή αποβλήτων σε καύσιμα ή απόβλητα σε ενέργεια.

Με έμμεση θέρμανση αεριοποιητές, οι οποίοι μπορούν να εισάγονται, να ρευοποιούνται ή να κυκλοφορούν.βρίσκονται σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης και δεν έχουν δοκιμαστεί σε ευρύ φάσμα για την καταλληλότητα εφαρμογήςΣτην πραγματικότητα, από τον Ιούνιο του 2002, αυτές οι μονάδες είχαν δοκιμαστεί μόνο σε ατμοσφαιρική πίεση.αλλά είναι ικανά να παράγουν ένα αέριο σύνθεσης με πολύ υψηλή θερμαντική αξίαΈνα από τα πλεονεκτήματα είναι ότι δεν απαιτούν οξυγόνο ή αέρα για την αέριαση,που σημαίνει ότι δεν απαιτείται εργοστάσιο οξυγόνου (χαμηλότερα κεφαλαιακά έξοδα και απώλειες απόδοσης) και καμία αραίωση του αζώτουΟι μονάδες αυτές τείνουν να έχουν υψηλότερη απόδοση μεθανίου και άλλων υδρογονανθράκων, η οποία θα ήταν πρόβλημα για εφαρμογές σύνθεσης, αλλά ευεργετική για την παραγωγή θερμότητας/ηλεκτρικής ενέργειας.,Οι υδρογονάνθρακες μπορούν να μετασχηματιστούν με ατμό ή να οξειδωθούν μερικώς, συνήθως μέσω υψηλών ποσοτήτων προσθήκης ατμού που προάγουν τη δραστηριότητα μετατόπισης νερού-αερίου.Τα συστήματα αυτά πρέπει να μελετηθούν περαιτέρω.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το θέμα αυτό, ανατρέξτε στην παράγραφο "Προσαρμογή των τεχνολογιών αεριοποίησης βιομάζας για την παραγωγή καυσίμων, χημικών προϊόντων και υδρογόνου" [PDF].

Παραδείγματα εγκαταστάσεων αεριοποίησης βιομάζας και ΜΣΑ

Το Αύγουστο του 2000 προστέθηκε ένας αεριοποιητής ξύλου χαμηλής πίεσης 12 MW στον υπάρχοντα σταθμό παραγωγής McNeil.παραγωγή φυσικού αερίου σύνθεσης που τροφοδοτείται στον υπάρχοντα λέβητα της μονάδας (άρθρο ΕΠΕ στην ιστοσελίδα ΕΠΕ για τη βιομάζα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας).

Βλέπε την έκθεση “Βάση δεδομένων αεριοποιητών βιομάζας για σκοπούς προσομοίωσης με υπολογιστή”,που περιέχει μια περίληψη του εργοστασίου VT του Burlington και πάνω από μια ντουζίνα άλλων εγκαταστάσεων αεριοποίησης βιομάζας ή επιδείξεων σε όλο τον κόσμο.

Αγοριοποιητές για αστικά στερεά απόβλητα

Όπως προαναφέρθηκε, οι αεριοποιητές FB είναι σε θέση να χειρίζονται ετερογενείς πρώτες ύλες όπως το MSW. Αυτό είναι σημαντικό επειδή, όπως αναφέρεται στο τμήμα για τα χαρακτηριστικά του MSW,Τα απορρίμματα MSW μπορούν να διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό στη σύνθεση τους (παραθέστε το περιεχόμενο ενός σκουπιδοτενεκέ, με πολλά διαφορετικά σχήματα, μεγέθη, πυκνότητες και σύνθεση) και απαιτεί ευέλικτο αεριοποιητή.Η αεριοποίηση υπό ατμοσφαιρική πίεση μειώνει την πολυπλοκότητα σε σύγκριση με την τροφοδοσία υψηλής μη ομοιόμορφης τροφοδοσίας υπό πίεσηΑν είναι δυνατόν, είναι πλεονέκτημα να αποφεύγονται δαπανηρά συστήματα προετοιμασίας ζωοτροφών, όπως τα αποτελέσματα της σκόπιμης επεξεργασίας.

Αέρια από πλάσμα, η οποία χρησιμοποιεί ένα εξαιρετικά θερμό ηλεκτρικό τόξο πλάσματος για τη διάσπαση των MSW σε απλά αέρια και εναπομείναντα στερεά,εξετάζεται επί του παρόντος για πολλές μεγάλες εγκαταστάσεις αεριοποίησης MSWΗ υψηλή τάση και το ρεύμα παράγουν ένα τόξο πλάσματος μεταξύ δύο ηλεκτροδίων.το προϊόν σύνθεσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ανεμογεννήτρια για να παράγει δυνητικά περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από την απαιτούμενηΤο τόξο πλάσματος μπορεί να φθάσει θερμοκρασίες έως και 13.900 °C, οι οποίες μπορούν να διασπάσουν δύσκολες πρώτες ύλες σε απλά συστατικά μοριακά αερίων και ένα στερεό υποπροϊόν σκούρας.

Δυσκολίες

Η βιομάζα και τα αστικά στερεά απόβλητα μπορούν να αποτελέσουν πρόβλημα για τους σχεδιαστές συστημάτων αεριοποίησης.Λίγη βιομάζαΤα υλικά αυτά, όπως τα πριονίδια από ξυλουργεία, μπορούν να βρίσκονται σε κατάσταση κατάλληλη για πολλά υπάρχοντα συστήματα τροφοδοσίας, ενώ άλλα, όπως τα περισσότερα MSW, απαιτούν εκτεταμένη προετοιμασία ή προσαρμογή του συστήματος τροφοδοσίας.Η βιομάζα και τα ΜΣΑ μπορεί επίσης να έχουν χαρακτηριστικά όπως υψηλότερη περιεκτικότητα σε υγρασία, η οποία μπορεί να απαιτεί ξήρανση πριν από την αέριαση.Η περιεκτικότητα σε στάχτες μπορεί επίσης να ποικίλλει σημαντικά, πράγμα που σημαίνει ότι ο αεριοποιητής πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζεται δυνητικά υψηλά επίπεδα στάχτης.Η βιομάζα και η αεριοποίηση των ΜΣΑ απαιτούν ευελιξία στον σχεδιασμό για την επεξεργασία μη ομοιόμορφων τροφίμων.

Συγχύλιση άνθρακα και βιομάζας

Η συγκαύσιση των συνδυασμών άνθρακα και βιομάζας παρουσιάζει σημαντικό ενδιαφέρον σήμερα,που απορρέουν από ορισμένα οφέλη που μπορεί να προκύψουν από την προσέγγιση σχετικά με την συμβατική αεριοποίηση του ευθεία άνθρακα:

Τα χαρακτηριστικά χαμηλών ή μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα της βιομάζας μειώνουν αναλογικά το αποτύπωμα άνθρακα της συνολικής διαδικασίας αεριοποίησης στο περιβάλλον.

Η προσθήκη βιομάζας στο μείγμα ζωοτροφών βελτιώνει την αναλογία H2/CO στο παραγόμενο αέριο, η οποία είναι συνήθως επιθυμητή για τη σύνθεση υγρών καυσίμων.

Η ανόργανη ύλη που υπάρχει στη βιομάζα καταλύει την αεριοποίηση του άνθρακα.

Η συμ-αεριοποίηση λειτουργεί επίσης προς όφελος μειώνοντας την τυπικά υψηλή περιεκτικότητα σε πίσσα που προκύπτει από την αέριο βιομάζας της ευθείας βιομάζας.

Οι βασικές εργασίες που περιλαμβάνονται στην κοαγοξιοποίηση των μείγματων άνθρακα και βιομάζας απεικονίζονται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. Διαφορετικές εργασίες που εμπλέκονται στη διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα-βιομάζας

Το πρώτο είναι ότι, αντί για ένα ενιαίο σύστημα παρασκευής πρώτων υλών, το σύστημα αυτό χρησιμοποιείται για την προετοιμασία των υλών.είναι συνήθως αναγκαίο να υπάρχουν ξεχωριστές εργασίες προεπεξεργασίας για τον άνθρακα και τη βιομάζαΗ βιομάζα, η οποία έχει συνήθως υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία, συνήθως δεν στεγνώνεται μόνο, αλλά και κατεψυγείται (που περιλαμβάνει θέρμανση σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται συνήθως μεταξύ 200 και 320 °C, χωρίς οξυγόνο, ήσε αυτό το σημείο η βιομάζα υποβάλλεται σε μια ήπια μορφή πυρόλυσης) και ενδεχομένως συμπιέζεται, η οποία βελτιώνει σημαντικά την ποιότητα ως πρώτης ύλης είτε για χρήση καυσίμων είτε για αεριοποίηση.για τη βέλτιστη αεριοποίηση απαιτείται μείωση του μεγέθους τόσο του άνθρακα όσο και της βιομάζας σε σωματίδια ομοιόμορφου μεγέθους.

Οι αντιδράσεις και οι μετασχηματισμοί συγατμοσφαιρίσματος έχουν κοινά χαρακτηριστικά με εκείνες της ατμοσφαιρίσματος άνθρακα και της ατμοσφαιρίσματος βιομάζας, αλλά περιλαμβάνουν επίσης ορισμένες συνέργειες που δεν περιγράφονται οριστικά.Παρόλα αυτά, γενικά, η βασική προσέγγιση για την επιλογή της τεχνολογίας συγκαύσης είναι η ίδια με εκείνη για την συμβατική αεριοποίηση άνθρακα,με τις ιδιότητες των πρώτων υλών και την επιθυμητή χρήση του αερίου σύνθεσης που καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό το είδος του αεριοποιητή που θα χρησιμοποιηθείΕάν το αέριο σύνθεσης πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ένας αέριας εξαγωγής σταθερού στρώματος είναι μια καλή επιλογή, επειδή απελευθερώνει αέριο σε υψηλές θερμοκρασίες με χαμηλές προσμείξεις.Οι αεριοποιητές με υγροποιημένο στρώμα μπορεί να μην είναι η καλύτερη επιλογή για ορισμένες εφαρμογές συναγοριοποίησης, διότι μπορεί να προκύψει απορευματοποίηση του υγροποιημένου στρώματος λόγω της συσσώρευσης στάχτης χαμηλού σημείου τήξης που βρίσκεται στη βιομάζα,μαζί με την απόφραξη των σωλήνων προς τα κάτω λόγω της υπερβολικής συσσώρευσης πίσσας.

Παρατηρήθηκε ότι οι αεριοποιητές ροής με έλξη θα πρέπει να διερευνηθούν για την συγγοητοποίηση άνθρακα και βιομάζας, δεδομένης της ικανότητάς τους να αποδέχονται διαφορετικούς τύπους πρώτων υλών,το ομοιόμορφο προφίλ θερμοκρασίας εντός της ζώνης αντίδρασης, σύντομος χρόνος διαμονής του αντιδραστήρα, και υψηλές μετατροπές άνθρακα, τα οποία έχουν αυξημένη σημασία για την αντιμετώπιση των ζητημάτων που σχετίζονται με την συγκαύσιση.

Η σύνθεση των αερίων του προϊόντος επηρεάζεται τόσο από τον τύπο της βιομάζας που συν-αέριασε όσο και από το ποσοστό της στο μείγμα ζωοτροφών.Ειδικότερα, η λιγκνίνη στη ξύλινη βιομάζα φαίνεται να αυξάνει την απόδοση H2 στο αέριο σύνθεσης.αλλά το βέλτιστο είναι μια σύνθετη συνάρτηση του τύπου του χρησιμοποιούμενου άνθρακα, τύπου βιομάζας, τύπου αεριοποιητή και συνθηκών λειτουργίας, επιθυμητής σύνθεσης αερίου σύνθεσης κ.λπ.,χωρίς να αναφέρουμε τις διαθέσιμες ποσότητες βιομάζας, οι οποίες μπορεί να είναι σημαντικά μικρότερες από τις διαθέσιμες ποσότητες άνθρακα.

Εκτός από τον αεριοποιητή, ο τύπος του αεριοποιητικού παράγοντα είναι επίσης σημαντικός. Η χρήση ατμού ως αεριοποιητικού παράγοντα σε αντίθεση με τον αέρα βοηθά στην αντίδραση μετατόπισης νερού-αερίου και παράγει σύνθεση πλούσια σε H2.η χρήση καταλύτες επηρεάζει την παραγωγή αερίου σύνθεσηςΈνα ενδιαφέρον παράδειγμα είναι η μελέτη της συγγοητοποίησης άνθρακα Puertollano αναμεμειγμένο με πεύκο, πετκόκ και πολυαιθυλένιο (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.

Ο καθαρισμός με σύνθεση φυσικού αερίου του συνθετικού φυσικού αερίου που παράγεται από την κοαγοξιοποίηση περιλαμβάνει τις ίδιες εργασίες που απαιτούνται για την συμβατική αεριοποίηση άνθρακα, συμπεριλαμβανομένης της αφαίρεσης σωματιδίων, της αφαίρεσης θείου κ.λπ.,αλλά μπορεί να είναι πιο περίπλοκο από ό, τι για την αεριοποίηση άνθρακα ή αεριοποίηση βιομάζας μόνο, διότι ενδέχεται να χρειαστεί να αντιμετωπιστούν τόσο τα είδη που βρίσκονται στο ακατέργαστο αέριο σύνθεσης που προέρχεται από άνθρακα (έξαρτος και υδράργυρος) όσο και τα είδη που βρίσκονται σε υψηλές ποσότητες από την αεριοποίηση της βιομάζας (τέμας και αλκαλίες).

Στο μέλλον, η συγκαύσιση άνθρακα και βιομάζας είναι πολλά υποσχόμενη ως τρόπος σημαντικής μείωσης της έντασης άνθρακα της αεριοποίησης,να αξιοποιήσει καύσιμα βιομάζας χαμηλού κόστους, όπως τα απόβλητα ξύλου και υψηλής ενεργειακής περιεκτικότητας, περιθωριακές καλλιέργειες βιομάζας γης, όπως το χόρτο, και να ενισχύσουν τις διαδικασίες αεριοποίησης με τη βελτιστοποίηση της ποιότητας του αερίου σύνθεσης και την αύξηση της απόδοσης και της παραγωγής.