Anlage zur Verarbeitung von Biomasse und festen Siedlungsabfällen

Die Vergasung von Biomasse und kommunalem Festmüll unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von der Vergasung von Kohle, Koks oder der Umwandlung von Erdgas in Synthesegas.In diesem Abschnitt werden diese Unterschiede erörtert, die zur Vergasung von Biomasse und MSW verwendete Technologie, und geben einen kurzen Überblick über einige Betriebsanlagen.

Bubbling Fluidized-Bed (BFB) -Vergaser, eine Art von Fluidized-Bed-Vergaser, die im Allgemeinen durch größeren Querschnitt, kürzere Höhe, geringere Fluidisierungsgeschwindigkeiten und dichtere Betten gekennzeichnet ist,die am meisten demonstrierten der untersuchten Biomassevergasungstechnologien sindDie BFB-Technologie wurde über eine Vielzahl von Temperaturen, Druck, Durchsatz und verschiedenen Biomassearten betrieben.Wasserstoffproduktion profitiert von hohen Temperaturen, wie bei der Vergasung von Kohle, weil bei Temperaturen über 1.200 bis 1.300 °C kaum oder gar kein Teer, Methan oder höhere Kohlenwasserstoffe gebildet werden,während die Synthesegasproduktion (Wasserstoff [H2] und Kohlenmonoxid [CO]) maximiert wirdEinige BFB-Vergaser wurden bei hohem Druck (> 20 bar) betrieben, der für die Brennstoff- und chemische Synthese vorteilhaft wäre.Während dies die Notwendigkeit eines Kompressors nach dem Vergaser eliminiertBei BFBs kann es erforderlich sein, dass das Futter zerhackt, pulverisiert oder anderweitig verkleinert wird.und höchstwahrscheinlich getrocknet oder gebrannt werden müssen, um die höheren Betriebstemperaturen zu ermöglichen.

Die Auswahl des Oxidationsmittels (eine Kombination aus Luft, Sauerstoff und/oder Dampf) hat einen wesentlichen Einfluß auf die Zusammensetzung des Ausgangs-Synthesegas.das das Produktgas verdünnt und den Syntheseprozessen schadetAus diesem Grund ist in der Regel eine Sauerstoffanlage erforderlich. Die Variation des Dampf-zu-Sauerstoff-Verhältnisses ist eine Möglichkeit, das H2/CO-Verhältnis anzupassen, um den Anforderungen der Synthese gerecht zu werden.Für die Fischer-Tropsch-Transportbrennstoffsynthese mit Eisenkatalysatoren ist ein H2/CO-Verhältnis von etwa 0 erforderlich..6, ist optimal, während für den Kobaltkatalysator ein Verhältnis von 2 bevorzugt wird.Die Methanolproduktion würde mit einem H2/CO-Verhältnis von etwa 2 begünstigt und bei der Wasserstoffproduktion sollte es so hoch wie möglich sein.Wenn höhere Temperaturen im Inneren des BFB-Vergasers nicht erreicht werden können, kann eine Teercracking erforderlich sein.Dies ist nicht der Fall und daher ist die Gasreinigung für Syntheseanwendungen etwas minimal.Die Studie stellt fest, daß BFB-Vergaser zu den geringsten Investitionskosten für die Biomassevergasung gehören und daß BFB-Vergaser insgesamt für Brennstoffe, Chemikalien,und Wasserstoffproduktion.

Circulating Fluidized-Bed (CFB) -Vergaser, die im Allgemeinen durch kleinere Querschnitte, höhere Höhe und höhere Fluidisierungsgeschwindigkeiten gekennzeichnet sind,nicht mit Biomasse im Umfang von BFB nachgewiesen wurdenDie untersuchte Literatur zeigte nur sehr wenige Tests bei hohem Druck und alle bei Temperaturen unter 1000°C.Während die Bubbling-Fluidized-Bed-Vergaser (zum Zeitpunkt des Artikels) bis zu 35 bar getestet wurdenWie bei der Vergasung mit CFB müssen die Partikelgrößen reduziert und der Rohstoff getrocknet werden.Das wahrscheinlich größte Problem bei CFB ist der Mangel an Demonstrationen mit reinem Sauerstoff und/oder Dampf., was das Vertrauen in die Technologie für Syntheseanwendungen erheblich einschränkt.weil der Mangel an Dampf bedeutet, dass die Wasser-Gas-Verlagerungsreaktion unterdrückt wird.

Bei den Festbett-Vergasern (FB) wurde kein großes Spektrum mit Biomasse nachgewiesen.Diese Vergasungsanlage erzeugt in der Regel große Mengen entweder Teer oder unkonvertierte Kohle und wurde daher nicht weitgehend untersucht.Sie sind jedoch in der Lage, heterogene Rohstoffe wie MSW zu handhaben und können somit für die Abfall-zu-Brennstoff- oder Abfall-zu-Stromproduktion verwendet werden.

Indirekt erwärmte Vergaser, die mit dem Zug, der Fluidisierung oder der Zirkulation verbunden sein können.sind in einem frühen Entwicklungsstadium und wurden nicht in einem breiten Anwendungsbereich auf ihre Anwendungsfähigkeit getestetDiese Einheiten sind aufgrund einer separaten Verbrennungskammer komplizierter (und mit höheren Investitionskosten) und können nur mit einem separaten Verbrennungsraum betrieben werden.aber in der Lage sind, ein Synthesegas mit einem sehr hohen Heizwert herzustellenEin Vorteil ist, dass sie für die Vergasung weder Sauerstoff noch Luft benötigen.Dies bedeutet, dass keine Sauerstoffanlage benötigt wird (niedrigere Investitionskosten und Effizienzverluste) und keine StickstoffverdünnungDiese Einheiten haben tendenziell höhere Methan- und andere Kohlenwasserstofferträge, was für Syntheseanwendungen ein Problem darstellen würde, aber für die Wärme-/Stromerzeugung von Vorteil wäre.,Die Kohlenwasserstoffe können durch Dampfreform oder teilweise Oxidation in der Regel durch hohe Dampfzusatzraten, die Wasser-Gas-Verlagerungsaktivität fördern, reformiert werden.Diese Systeme müssen weiter untersucht werden..

Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter Benchmarking Biomassevergasungstechnologien für Brennstoffe, Chemikalien und Wasserstoffproduktion [PDF].

Beispiele für Biomasse- und MSW-Vergasungsanlagen

Im August 2000 wurde ein 12-MW-Niederdruck-Holzvergaser an die bestehende McNeil-Generatorenstation angeschlossen.die Produktion von Synthesegas, der in den bestehenden Kessel der Anlage eingespeist wird (EWB-Artikel auf der Webseite der EWB-Biomasse für die Stromerzeugung).

Siehe Bericht “Biomassevergaser-Datenbank für Computersimulationen”,die eine Zusammenfassung der VT-Anlage in Burlington und über ein Dutzend anderer Biomassevergasungsanlagen oder Demonstrationen auf der ganzen Welt enthält.

Vergaser für feste Siedlungsabfälle

Wie bereits erwähnt, sind FB-Vergaser in der Lage, heterogene Rohstoffe wie MSW zu behandeln. Dies ist wichtig, da, wie im Abschnitt über die Merkmale von MSW erwähnt,Die Zusammensetzung von Abfällen kann sehr unterschiedlich sein (vorstellen Sie sich den Inhalt eines Müllcontainers)., mit vielen unterschiedlichen Formen, Größen, Dichten und Zusammensetzung) und erfordert einen flexiblen Vergaser.Die Vergasung unter atmosphärischem Druck reduziert die Komplexität im Vergleich zur Zufuhr eines sehr nicht einheitlichen Futters unter DruckWenn möglich, ist es vorteilhaft, kostspielige Futtermittelzubereitungsverfahren wie Pulverisierung zu vermeiden.

Plasmavergasung, bei der ein extrem heißer elektrischer Plasmabogen verwendet wird, um MSW in einfache Gase und übriggebliebene Feststoffe zu zerlegen,wird derzeit für viele große MSW-Vergasungsanlagen in Betracht gezogenHohe Spannung und Strom erzeugen einen Plasma-Bogen zwischen zwei Elektroden.Das Syngasprodukt kann in einer Turbine verwendet werden, um möglicherweise mehr Strom zu erzeugen als benötigt wirdDer Plasmabogen kann Temperaturen von bis zu 13.900 °C erreichen, wodurch schwierige Rohstoffe in einfache Gasmoleküle und ein festes Schlacke-Nebenprodukt zerlegt werden können.

Schwierigkeiten

Biomasse und kommunale feste Abfälle können für die Konstrukteure von Vergasungssystemen Probleme darstellen, da diese Rohstoffe im Lieferzustand weitgehend heterogen sind.Einige Biomasse, wie z.B. Sägemehl aus Holzfabriken, kann für viele bestehende Futtersysteme geeignet sein, während andere, wie die meisten MSW, eine umfangreiche Vorbereitung oder Anpassung des Futtersystems erfordern würden.Biomasse und MSW können auch Eigenschaften wie einen höheren Feuchtigkeitsgehalt aufweisen, was eine Vorvergasung trocknen erfordern kann.Der Aschegehalt kann ebenfalls sehr unterschiedlich sein, d.h. der Vergaser muss mit potenziell hohen Aschegehalten umgehen können.Biomasse und MSW-Vergasung erfordern Flexibilität bei der Konstruktion, um mit nicht einheitlichen Futtermitteln umzugehen.

Ko-Vergasung von Kohle und Biomasse

Die Ko-Vergasung von Kohlen- und Biomasse-Mischungen ist derzeit von großem Interesse.Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die Kommission die Ergebnisse der Prüfung des vorliegenden Berichts im Hinblick auf die Anwendung der Verordnung (EG) Nr. 1025/2009 prüft.:

Die Eigenschaften der Biomasse mit niedrigen oder null CO2-Emissionen verringern den CO2-Fußabdruck des gesamten Vergasungsprozesses proportional.

Durch die Zugabe von Biomasse zum Futtermittelmix wird das Verhältnis von H2/CO im erzeugten Gas verbessert, was für die Synthese von flüssigem Brennstoff in der Regel wünschenswert ist.

Die in der Biomasse vorhandenen anorganischen Stoffe katalysieren die Vergasung von Kohle.

Die Ko-Vergasung wirkt sich ebenfalls vorteilhaft aus, da sie den typisch hohen Teergehalt verringert, der durch die Vergasung von Biomasse aus gerader Biomasse entsteht.

Die grundlegenden Vorgänge bei der Ko-Vergasung von Kohlen- und Biomassegemischen sind in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Verschiedene Vorgänge bei der Vergasung von Biomasse aus Kohle

Einige der Komplikationen, die sich aus der Ko-Vergasung ergeben, lassen sich aus dieser Abbildung erkennen.Es ist in der Regel notwendig, für Kohle und Biomasse getrennte Vorverarbeitungen durchzuführen.Die Biomasse mit einem typisch hohen Feuchtigkeitsgehalt wird in der Regel nicht nur getrocknet, sondern auch gebrannt (d.h. ohne Sauerstoff auf Temperaturen zwischen 200 und 320 °C erhitzt,die Biomasse einer leichten Pyrolyse unterliegt) und möglicherweise verdichtet wird, was die Qualität als Rohstoff für den Einsatz von Brennstoffen oder die Vergasung erheblich verbessert.für eine optimale Vergasung ist eine Größenreduktion sowohl der Kohle als auch der Biomasse auf gleichgroße Partikel erforderlich.

Die Kohlagasifizierungsreaktionen und -umwandlungen haben Aspekte der Kohlagasifizierung und Biomassegasifizierung, umfassen aber auch einige synergistische Effekte, die nicht endgültig beschrieben sind.Allerdings, ist der grundlegende Ansatz bei der Wahl der Ko-Vergasungstechnologie im Allgemeinen derselbe wie bei der konventionellen Kohlengasisierung,mit den Eigenschaften des Rohstoffs und der gewünschten Nutzung des Synthesegas, die weitgehend bestimmen, welche Art von Vergaser verwendet werden sollWenn das Synthesegas zur Stromerzeugung verwendet werden soll, ist ein Festbettvergaser eine gute Wahl, da es bei hoher Temperatur Gas mit geringen Verunreinigungen freisetzt.Flüssigkeitsbettenvergaser sind möglicherweise nicht die beste Wahl für einige Anwendungen der Co-Vergasung, da aufgrund der Agglomeration der in der Biomasse vorhandenen Asche mit niedrigem Schmelzpunkt eine Entflüssigung des Flüssigkeitsbetts auftreten kann,zusammen mit Verstopfung der nachgelagerten Rohre aufgrund übermäßiger Teerauflagerung.

Es wurde festgestellt, dass die Eintrittsströmungsgasifizierer angesichts ihrer Fähigkeit, verschiedene Arten von Rohstoffen zu akzeptieren, für die Co-Vergasung von Kohle und Biomasse untersucht werden sollten.ein einheitliches Temperaturprofil innerhalb der Reaktionszone, kurze Reaktorverweildauer und hohe Kohlenstoffumwandlungen, die alle für die Bewältigung der mit der Ko-Vergasung verbundenen Probleme von zunehmender Bedeutung sind.

Die Produktgaszusammensetzung wird sowohl durch die Art der ko-vergasten Biomasse als auch durch ihren Anteil im Futtermittelgemisch beeinflusst.insbesondere, scheint das Lignin in holziger Biomasse den H2-Ausstoß in Synthesegas zu erhöhen.aber das Optimum ist eine komplexe Funktion der Art der verwendeten Kohle, Art der Biomasse, Typ des Vergasers und Betriebsbedingungen, gewünschte Zusammensetzung des Synthesegas usw.,Dies ist nicht zu erwähnen, wenn man die verfügbaren Mengen an Biomasse, die erheblich geringer sein können als die verfügbare Kohle.

Neben dem Vergaser ist auch die Art des Vergasungsmittels wichtig. Der Einsatz von Dampf als Vergasungsmittel im Gegensatz zu Luft unterstützt die Wassergasverschiebungsreaktion und erzeugt H2-reiche Synthese.Die Verwendung von Katalysatoren beeinflusst die SynthesegasproduktionEin interessantes Beispiel ist eine Studie zur Ko-Vergasung von Puertollano-Kohle, gemischt mit Kiefer, Petcoke und Polyethylen (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.

Die Reinigung mit Synthesegas von Co-Vergasungserzeugnissen umfasst die gleichen Vorgänge wie bei der konventionellen Kohlevergasung, einschließlich Partikelentfernung, Schwefelentfernung usw.Dies kann jedoch komplizierter sein als bei der Vergasung aus Kohle oder Biomasse allein., da sowohl die Arten, die im aus Rohkohle gewonnenen Synthesegas (Schwefel und Quecksilber) vorhanden sind, als auch die Arten, die in hohen Mengen durch Biomassevergasung (Teer und Alkali) vorhanden sind, möglicherweise behandelt werden müssen.

In Zukunft ist die Ko-Vergasung von Kohle und Biomasse vielversprechend, um die Kohlenstoffintensität der Vergasung erheblich zu reduzieren.die Nutzung kostengünstiger Biomassebrennstoffe wie Holzabfälle mit hohem EnergiegehaltDie Kommission hat eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um die Entwicklung von Biomasseanbauflächen zu fördern und die Vergasungsprozesse durch Optimierung der Synthesegasqualität und Erhöhung des Durchsatzes und der Produktion zu verbessern.