Hagyományos gázosítás - Energiahatékonyság és ÜHG AQME
A gázosítás egy magas hőmérsékleten (a technológiától függően 500–2 000 ° C) működő folyamat, amelynek során a szilárd szénalapú anyagok reakciósorozattal hidrogénné (H2), szénmonoxiddá (CO) és széndioxiddá (CO2) alakulnak át. . Ezt a feltételt úgy érik el, hogy a teljes égés megakadályozása érdekében a gázosítóba korlátozott mennyiségben gázosítószert (levegőt, oxigént, gőzt) injektálnak. A nedvességgel terhelt gázkeverék, amelyet szintagáznak (vagy szinagáznak) neveznek, metánt (metánt), nitrogént (N2) és nyomtalan állapotban elégetlen anyagot (kátrány) is tartalmaz.
A gázosítási folyamat általában két szakaszban halad. Először az anyagokat intenzív hő jelenlétében bontják (pirolízis), gázos és folyékony esszenciákat eredményezve. Ezeket aztán gazifikációs reakciókból szintézisgázzá alakítják, amelyek előállítják a pirolízishez szükséges hőt, lehetővé téve az automatikus termikus működést (külső hő hozzáadása nélkül) (ADEME, 2004). A gázosítási reakciókat számos változó szabályozza (pl .: gázosító szer típusa, hőmérséklet, nyomás), amelyek a szintézisgáz végső összetételére hatnak.
Ezért elengedhetetlen a jó szinergia a különböző pirolízis és gázosítási folyamatok között. Bármely szint ingadozása csökkentheti a szintetikus gáztermelést vagy felgyorsíthatja a gázosodást, ami az irányítás elvesztéséhez vezethet. Szükség van a bemenet összetételének és méretének szigorú ellenőrzésére is, ami a nagy heterogenitás és a szennyezőanyag-terhelés miatt bonyolult lehet a hulladékok esetében. Ezért a fásítás, a fafeldolgozás és a mezőgazdasági maradványok visszanyerése érdekében a múltban főleg a gázosítást vették figyelembe. A technológiák azonban fejlődtek, lehetővé téve a vegyes hulladék újrahasznosítását, bár továbbra is különleges problémákat vetnek fel (különösen az előkezelés szintjén). Ez a kezelési csatorna ezért továbbra is a világon kevéssé használt lehetőség.
16. ábra: Elektromos és hő-kapcsolt energiatermelő egységgel vagy anélkül végzett elgázosítási folyamat tipikus folyamatábrája
Elérhető konfigurációk
A kereskedelmi gázosítók sokfélék. Ezek főként négy gázosítási útvonalon alapulnak, amelyek megkülönböztetése elsősorban az anyagok gázosítóban történő áramlási módjától származik (16. ábra) (ADEME, 2004). A kétlépcsős pirogranizálás egy másik megközelítés, amelynek fő vonzereje a pirolízis és a gazifikáció szakaszának elkülönítése.
Rögzített zuhanóréteg-gázosítók: A felülről elosztott szilárd táplálék lassan kering lefelé, miközben a gázosítószert vagy az oszlop alján (ellenáramú áramlás), vagy az oszlop közepén injektálják, ahonnan a szinagáz előnyös lefelé halad áramáram). A gázosítási folyamat tehát a gázosító alsó részén megy végbe, ahonnan a keletkező hőt felfelé vezetik a bejövő anyagok pirolíziséhez.
A rögzített zuhanóréteg-gázosítók meglehetősen jól elsajátítottak, különösen a szén és a biomassza gázosítására. A hulladékhasznosításra való felhasználásuk azonban nagyon korlátozott, mivel a tarka anyag miatt az ágyban áramlik a gáz, vagy akár eltömődnek a problémák.
Fluidizált ágyas gázosítók: Az előkezelt, megfelelő méretű szilárd anyagot inert tűzálló ágy (pl .: homok, alumínium-oxid granulátum) ágyazatába viszik be. Ezt oxigénben dúsított levegő vagy levegő áramlásával szuszpenzióban tartják a gázosítóban, elősegítve ezzel a hőátadás és a gázosodás reakcióit (sűrű fluidágy). A szilárd anyagot felfelé is be lehet vonni a levegő és a szintagáz áramlásával, majd új anyaggal (keringő fluid ágy) visszavezethető a gázosító alapjába. A nyers szintagázt egy ciklonba evakuáljuk a szilárd részecskék befogása és újrafeldolgozása céljából.
A fluid ágyas (sűrű és keringő) gázosítók jobban megfelelnek a hulladékok gázosításának, bár hatékony előkezelő rendszert igényelnek az anyag méretének szabályozásához (a finom és durva frakciók eltávolítása) a folyamat megfelelő működéséhez. Ez a fajta előkezelés valószínűleg hátrányosan befolyásolja a folyamat általános gazdasági jövedelmezőségét, még akkor is, ha a szintagáz-hozam magasabb a rögzített zuhanóágyas technológiákhoz képest.
Kétlépcsős pirosgázosítás: A pirogázosítás (például forgókemencével, csavaros pirolizátorral, majd függőleges gázosító kamrával) először az anyag pirolízisének lépését jelenti, külső hőforrás felhasználásával, amely a a downstream gázosítási zóna által létrehozott szinagáz. Ezért előnyösebb ezt a típusú gázelosztót kizárólag hővisszanyerésre használni.
Ennek a megközelítésnek az az előnye, hogy kiegyenlíti a szilárd hulladék alakjának és összetételének heterogenitását egy kezdeti pirolízison keresztül, gázáramlás nélkül, ami lehetővé teszi az illékony anyagok kivonását. Az átépítés nem csak korlátozza a hulladék előkészítését, hanem lehetőséget nyújt a fémek és más inert anyagok eltávolítására is az anyagból, még mielőtt az a gázosító zónába kerülne. A két feldolgozási zóna közötti őrlési lépés szintén javítja a gázosítás hatékonyságát, amely egy porszerű anyagon sokkal inkább végbemegy, mint a szén vagy a biomassza.
17. táblázat: A maradék anyagok gázosításának előnyei és hátrányai
17. ábra: A különböző gázosító konfigurációk általános diagramja