Конвенционална газификация - енергийна ефективност и парникови газове AQME
Газификацията е процес, работещ при висока температура (500–2000 ° C в зависимост от технологията), при който твърдото вещество на основата на въглерод се превръща във водород (H2), въглероден оксид (CO) и въглероден диоксид (CO2) чрез поредица от реакции. Това състояние се постига чрез инжектиране на газифициращ агент (въздух, кислород, пара) в газификатора в ограничено количество, за да се предотврати пълно изгаряне. Освен че е заредена с влага, газовата смес, известна като сингаз (или сингаз), съдържа още метан (метан), азот (N2) и неизгоряла материя в състояние на следи (катран).
Процесът на газификация обикновено протича на два етапа. Първо, материалите се разлагат в присъствието на силна топлина (процес на пиролиза), като се получават газообразни и течни есенции. След това те се преобразуват в синтетичен газ от реакции на газификация, които генерират топлината, необходима за пиролиза, позволявайки автоматично термична работа (без добавяне на външна топлина) (ADEME, 2004). Реакциите на газификация се управляват от няколко променливи (например: вид газифициращ агент, температура, налягане), които действат върху крайния състав на синтетичния газ.
Следователно доброто взаимодействие между различните процеси на пиролиза и газификация е от съществено значение. Флуктуациите на всяко ниво могат да доведат до намаляване на производството на синтетичен газ или ускоряване на газификацията, което може да доведе до загуба на контрол. Необходим е и строг контрол на състава и размера на входа, което може да бъде сложно за отпадъците, предвид тяхната висока хетерогенност и натоварване със замърсители. Ето защо в миналото се е обмисляла предимно газификация за оползотворяване на дърводобив, дървообработване и селскостопански остатъци. Технологиите обаче са се развили, което прави възможно оползотворяването на смесени отпадъци, въпреки че те все още създават специфични проблеми (особено на нивото на предварителната обработка). Следователно този канал за лечение остава малко използвана в света опция.
Фигура 16: Типична диаграма на процеса на газификация със или без когенерационно устройство за електричество и топлина
Налични конфигурации
Търговските газификатори се предлагат в голямо разнообразие. Те се основават главно на четири пътища за газификация, като разграничаването им идва главно от начина на циркулация на материалите в газификатора (фигура 16) (ADEME, 2004). Двустепенната пирогазификация е друг подход, чиято основна атракция е да се разделят етапите на пиролиза и газификация.
Газификатори с неподвижно падащо легло: Твърдият захранващ материал, разпределен отгоре, циркулира бавно надолу, докато газифициращият агент се инжектира или в основата (противотоков поток), или в средата на колоната, откъдето сингазът следва преференциален низходящ път (co -токов поток). Следователно процесът на газификация се извършва в долната част на газификатора, откъдето генерираната топлина се изтегля нагоре за пиролизата на входящите материали.
Газификаторите с фиксирано падащо легло са доста добре усвоени, особено за газификация на въглища и биомаса. Използването им за оползотворяване на отпадъци обаче е много ограничено поради проблемите с циркулацията на газ в леглото или дори запушването, причинено от пъстрия материал.
Газификатори с кипящ слой: Предварително обработеният твърд материал с подходящ размер се вкарва в основата на слой от инертен огнеупорен материал (например: пясък, алуминиеви гранули). Той се поддържа в суспензия в газификатора посредством поток от въздух или обогатен с кислород въздух, като по този начин се насърчават преноса на топлина и реакциите на газификация (плътен флуидизиран слой). Твърдият материал също може да бъде увлечен нагоре от потока въздух и синтетичен газ и след това да бъде рециклиран до основата на газификатора с пресен материал (циркулиращ кипящ слой). Суровият сингаз се евакуира до циклон, за да улови и рециклира твърдите частици.
Газификаторите с кипящ слой (плътни и циркулиращи) са по-подходящи за газификация на отпадъците, въпреки че изискват ефективна система за предварителна обработка, за да се контролира размерът на материала (премахване на фини и груби фракции) за правилното функциониране на процеса. Този тип предварителна обработка вероятно ще накаже общата икономическа рентабилност на процеса, дори ако добивът на синтетичен газ е по-висок в сравнение с технологиите с фиксирано падащо легло.
Двустепенна пирогазификация: Пирогазификацията (напр. С ротационна пещ, с винтов пиролизатор, последван от вертикална газификационна камера) първо включва стъпка на пиролиза на материала, използвайки външен източник на топлина, резултат от изгарянето на част от синтетичен газ, генериран от зоната за газификация надолу по веригата. Следователно е по-изгодно да се използва този тип газификатор изключително за термично възстановяване.
Този подход има предимството да изглади хетерогенността на формата и състава на твърдите отпадъци чрез преминаване през първоначална пиролиза, без газов поток, което прави възможно извличането на летливите вещества. Постановката не само ограничава подготовката на отпадъците, но също така предлага способността за отстраняване на метали и други инертни материали от материала, преди той да бъде въведен в зоната на газификация. Една стъпка на смилане между двете зони за преработка също подобрява ефективността на газификацията, която се извършва върху прахообразен материал, много повече като въглища или биомаса.
Таблица 17: Предимства и недостатъци на газификацията на остатъчни материали
Фигура 17: Обща диаграма на различните конфигурации на газификатора