کارخانه پردازش زباله های گازپردازی و زباله های جامد شهری

گازی سازی زیست توده و زباله های جامد شهری (MSW) از بسیاری جهات با گازی سازی زغال سنگ، پتوک یا تبدیل گاز طبیعی به گاز ترکیب متفاوت است.این بخش این تفاوت ها را بررسی خواهد کرد.، تکنولوژی مورد استفاده برای گازگذاری زیست توده و MSW، و یک مرور کلی از برخی از نیروگاه های فعال را ارائه می دهد.

گازیفایرهای حبابدار بستر مایع (BFB) ، یک نوع گازیفایرهای بستر مایع که به طور کلی با بخش متقاطع بزرگتر، ارتفاع کوتاه تر، سرعت مایع سازی پایین تر و بستر های متراکم تر مشخص می شوند.از میان تکنولوژی های گازسازی زیست توده بررسی شده، بیشترین عملکرد را دارند.تکنولوژی BFB در طیف گسترده ای از دماها، فشارها، خروجی ها و انواع بیومس استفاده شده است.و تولید هیدروژن از دماهای بالا بهره مند می شود، مانند آنهایی که در گازسازی زغال سنگ دیده می شوند، زیرا در دمای بالاتر از 1200-1300 ° C، قیر، متان یا هیدروکربن های بالاتر بسیار کم یا اصلا تشکیل می شوند،در حالی که تولید گاز ترکیب (هیدروژن [H2] و مونوکسید کربن [CO]) به حداکثر می رسدچندین گازساز BFB در فشار بالا (> 20 بار) که برای سوخت و سنتز شیمیایی سودمند است، کار می کنند.در حالی که این نیاز به یک کمپرسور پس از گازگیر را از بین می برد، نیاز به یک سیستم تغذیه پیچیده تر دارد. BFB ها ممکن است نیاز داشته باشند که خوراک خرد شود، خرد شود یا به شکل دیگری در اندازه کاهش یابد.و به احتمال زیاد نیاز به خشک شدن یا توریفیکیشن برای اجازه دادن به دمای کار بالاتر.

انتخاب اکسیدان (یک ترکیب هوا، اکسیژن و/یا بخار) تأثیر قابل توجهی بر ترکیب گاز های تولید دارد.که گاز محصول را رقیق می کند و برای فرآیندهای سنتز مضر استبه همین دلیل، معمولاً یک کارخانه اکسیژن مورد نیاز است. تغییر ورودی نسبت بخار به اکسیژن یک روش برای تنظیم نسبت H2/CO است تا با نیازهای سنتز مطابقت داشته باشد. به عنوان مثال،ترکیب سوخت حمل و نقل فیشر-تروپش با استفاده از کاتالیزورهای آهن نیاز به نسبت H2/CO حدود 0 دارد.6، در حالی که برای کاتالیزور کوبالت نسبت 2 ترجیح داده می شود.تولید متانول با نسبت H2/CO حدود 2 مورد علاقه قرار می گیرد و برای تولید هیدروژن باید تا حد ممکن بالا باشداگر دمای بالاتر در داخل گازگیر BFB به دست نیاید، ممکن است کرکنگ قیر مورد نیاز باشد.این مورد نیست و بنابراین تمیز کردن گاز برای کاربردهای سنتز تا حدودی کم است.این مطالعه نشان می دهد که گازسازان BFB از کمترین گزینه های هزینه سرمایه برای گازسازی زیست توده هستند و در کل، گازسازان BFB برای سوخت ها، مواد شیمیایی،و تولید هیدروژن.

گازگیرنده های جریان دار (CFB) ، به طور کلی با بخش متقاطع کوچکتر، ارتفاع بالاتر و سرعت مایع سازی بالاتر مشخص می شوند.با استفاده از زیست توده تا حد BFB نشان داده نشده انددر واقع، ادبیات مورد بررسی نشان می دهد آزمایشات بسیار کمی در فشار بالا و همه با دمای زیر 1000 °C.در حالی که آب کش های فلوئیدیزه شده (در زمان مقاله) تا 35 بار آزمایش شده اند.، CFB ها فقط تا 19 بار آزمایش شده اند. مانند گازگذاری BFB، اندازه ذرات باید کاهش یابد و مواد اولیه خشک شوند.احتمالاً بزرگترین مشکل با CFB عدم وجود نمایش با اکسیژن خالص و یا بخار استاز اطلاعات موجود، سطوح دی اکسید کربن (CO2) در گاز های ترکیب پایین است، و نسبت H2/CO نیز پایین است.چون کمبود بخار به این معنی است که واکنش تغییر آب-گاز سرکوب می شود..

گازسازان ثابت بستر (FB) در محدوده ای وسیع با زیست توده نشان داده نشده اند.این طراحی گازگیر تمایل دارد که مقادیر زیادی از قیر یا زغال سنگ غیر تبدیل شده تولید کند و بنابراین به طور گسترده ای دنبال نشده استبا این حال، آنها می توانند مواد اولیه ناهمگن مانند MSW را اداره کنند و بنابراین برای زباله به سوخت یا زباله به برق استفاده می کنند.

گازیفایرهای غیرمستقیم گرم شده که می توانند به صورت جذب، مایع سازی یا گردش کننده گازیفایرهای بستر مایع سازی شوند.در مراحل اولیه توسعه هستند و برای کاربرد مناسب در طیف گسترده ای آزمایش نشده اند.در واقع، از ژوئن 2002، این واحد ها فقط در فشار جو آزمایش شده بودند. آنها پیچیده تر هستند (و هزینه های سرمایه ای بالاتر دارند) ، به دلیل اتاق احتراق جداگانه،اما قادر به تولید یک گاز ترکیب با ارزش گرمایش بسیار بالا هستند، که برای کاربردهای انرژی / گرما مهم است. یکی از مزایای آن این است که آنها برای گازگذاری به اکسیژن یا هوا نیاز ندارند،که به این معنی است که نیازی به کارخانه اکسیژن نیست (هزینه سرمایه کمتر و کاهش بهره وری) و تخلیه نیتروژن وجود ندارد.این واحدها تمایل دارند که تولیدات متان و سایر هیدروکربن های بالاتر را داشته باشند، که برای کاربردهای سنتز مشکلاتی است، اما برای تولید گرما / برق مفید است.,هیدروکربن ها می توانند با بخار اصلاح شوند یا تا حدودی اکسید شوند، معمولاً از طریق نرخ اضافه شدن بخار بالا که فعالیت تغییر آب-گاز را ترویج می دهد.این سیستم ها نیاز به مطالعه بیشتر دارند..

برای اطلاعات بیشتر در مورد این موضوع، لطفاً به مقایسه فناوری های گازسازی زیست توده برای تولید سوخت، مواد شیمیایی و هیدروژن مراجعه کنید [PDF]

نمونه هایی از تاسیسات گازسازی زیست توده و MSW

برلینگتون، VT در آگوست 2000، یک گازساز چوبی با فشار پایین 12MW به ایستگاه تولید مک نیل اضافه شد. گازساز 200 تن در روز (tpd) از تراشه های چوب استفاده می کند.تولید گاز ترکیب شده که به دیگ های موجود نیروگاه وارد می شود (ماده EIA در وب سایت EIA Biomass for Electricity Generation).

مراجعه به گزارش "بایومس گازیفایرز برای اهداف شبیه سازی کامپیوتری"که شامل خلاصه ای از کارخانه VT برلینگتون و بیش از یک دوجین دیگر کارخانه های گازسازی زیست توده یا نمایش در سراسر جهان است.

گازسازها برای زباله های جامد شهری

همانطور که در بالا ذکر شد، گازسازان FB قادر به پردازش مواد اولیه ناهمگن مانند MSW هستند. این مهم است زیرا، همانطور که در بخش ویژگی های MSW ذکر شده است،مواد زباله می توانند در ترکیب بسیار متفاوت باشند (به عنوان مثال محتویات یک سطل زباله را تصور کنید)، با بسیاری از اشکال مختلف، اندازه ها، تراکم ها و ترکیب) و نیاز به یک گازساز انعطاف پذیر دارد.گازگذاری تحت فشار جو پیچیدگی را در مقایسه با تغذیه با فشار بسیار نامنظم کاهش می دهداگر امکان پذیر باشد، اجتناب از سیستم های آماده سازی خوراکی گران قیمت مانند پودر سازی نتایج سودمند است.

گازسازی پلاسما، که از یک قوس پلاسما الکتریکی بسیار داغ برای تجزیه MSW به گاز های ساده و مواد جامد باقی مانده استفاده می کند.در حال حاضر در حال بررسی برای بسیاری از تاسیسات بزرگ گازی سازی MSW است.ولتاژ بالا و برق جاری باعث ایجاد یک قوس پلاسما بین دو الکترود می شود. در حالی که این به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز دارد،محصول گاز ترکیب می تواند در توربین مورد استفاده قرار گیرد تا به طور بالقوه قدرت الکتریکی بیشتری نسبت به مورد نیاز تولید کند.قوس پلاسما می تواند به دماهای بالای ۱۳۹۰۰ درجه سانتیگراد برسد که می تواند مواد اولیه دشوار را به مولکول های گازی تشکیل دهنده ساده و یک محصول جانبی سنگ شکن جامد تجزیه کند.

مشکلات

زیست توده و زباله های جامد شهری می توانند برای طراحان سیستم گازسازی مشکلاتی ایجاد کنند. هر دو برای سیستم های تغذیه مشکلاتی ایجاد می کنند زیرا این مواد اولیه عمدتاً در حالت تحویل آنها ناهمگن هستند.مقداری از زیست تودهدر حالی که برخی دیگر مانند اکثر MSW، نیاز به آماده سازی گسترده یا سفارشی سازی سیستم تغذیه دارند.بیوماس و MSW همچنین ممکن است ویژگی هایی مانند محتوای رطوبت بالاتر داشته باشند که ممکن است نیاز به خشک کردن قبل از گاز شدن داشته باشد.محتوای خاکستری نیز می تواند به طور گسترده ای متفاوت باشد، به این معنی که گازگیر باید بتواند سطوح بالقوه بالای خاکستری را اداره کند.گازسازی زیست توده و MSW نیاز به انعطاف پذیری در طراحی برای رسیدگی به مواد غذایی غیر یکنواخت.

همگازی سازی زغال سنگ و زیست توده

همگازی سازی مخلوط زغال سنگ و زیست توده در حال حاضر مورد توجه بسیار است.ناشی از تعدادی از مزایا که می تواند از رویکرد نسبت به گازگذاری معمولی زغال سنگ مستقیم حاصل شود:

ویژگی های کم یا صفر انتشار کربن از زیست توده به طور متناسب اثرات کربن کل فرآیند گازسازی را بر محیط زیست کاهش می دهد.

اضافه کردن زیست توده به مخلوط مواد غذایی باعث بهبود نسبت H2/CO در گاز تولید شده می شود، که معمولا برای سنتز سوخت مایع مطلوب است.

ماده ی غیر ارگانیک موجود در زیست توده، گازی شدن زغال سنگ را کاتالیزه می کند.

همچنین گازسازی هم به نفع کاهش محتوای بالای قیر ناشی از گازسازی بیومس از بیومس مستقیم است.

عملیات های اساسی مربوط به همگازی سازی مخلوط زغال سنگ و زیست توده در شکل 1 نشان داده شده است.

نمودار ۱. عملیات های مختلف در فرآیند گازسازی ذغال سنگ-بیومس

برخی از پیچیدگی های ناشی از همگازی از این شکل مشخص می شود.معمولاً لازم است که عملیات پیش پردازش جداگانه برای زغال سنگ و زیست توده انجام شود.معمولاً زیست توده با رطوبت بالا نه تنها خشک می شود بلکه همچنین گرم می شود (که شامل گرم کردن به دماهایی است که معمولاً بین 200 تا 320 درجه سانتیگراد در عدم وجود اکسیژن،در این مرحله زیست توده از یک شکل خفیف از پیرولیز رنج می برد) و احتمالاً فشرده می شود، که به طور قابل توجهی کیفیت را به عنوان یک ماده اولیه برای استفاده از سوخت یا گازسازی بهبود می بخشد.کاهش اندازه هم زغال سنگ و هم زیست توده به ذرات با اندازه یکنواخت برای گازسازی بهینه مورد نیاز است.

واکنش ها و تحولات هم گازسازی جنبه هایی از واکنش ها و تحولات گازسازی زغال سنگ و گازسازی زیست توده را دارند، اما همچنین شامل برخی از اثرات همبستگی است که به طور قطعی توصیف نشده است.با این حال، به طور کلی رویکرد اساسی برای انتخاب تکنولوژی گازسازی مشابه با گازسازی زغال سنگ معمولی است.با خواص مواد اولیه و استفاده مطلوب از گاز ترکیب تا حد زیادی تعیین می کند که چه نوع گازگیر استفاده شوداگر گاز ترکیب برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرد، یک گازگیر ثابت بستر پایین انتخاب خوبی است زیرا در دمای بالا گاز را با آلودگی های کم آزاد می کند.گازسازان بستر مایع شده ممکن است بهترین انتخاب برای برخی از کاربردهای هم گازسازی نباشند، زیرا از آب شدن بستر مایع شده ممکن است به دلیل تجمع خاکستری با نقطه ذوب پایین موجود در زیست توده رخ دهد.همراه با انسداد لوله های پایین رودخانه به دلیل انباشت بیش از حد قیر.

مشاهده شده است که گازسازان جریان محرک باید برای گازگذاری زغال سنگ و زیست توده مورد بررسی قرار گیرند، با توجه به توانایی آنها برای پذیرش انواع مختلف مواد اولیه،مشخصات دمای یکنواخت در داخل منطقه واکنش، زمان اقامت کوتاه راکتور و تبدیل کربن بالا، که همه آنها برای رسیدگی به مسائل مرتبط با هم گازسازی اهمیت بیشتری دارند.

ترکیب گازهای محصول تحت تاثیر هر دو نوع زیست توده همگازی شده و همچنین نسبت آن در مخلوط مواد غذایی است. به طور کلی، محتوای بالاتر H2 ناشی از گنجاندن بیشتر زیست توده است.به خصوصبه نظر می رسد که لیگنین موجود در بیومس چوبی تولید H2 را در گاز ترکیب افزایش می دهد.اما بهینه یک تابع پیچیده از نوع زغال سنگ مورد استفاده است، نوع (((های) بیومس، نوع گازگیر و شرایط عملیاتی، ترکیب گاز ترکیب مطلوب و غیره،بدون اشاره به مقادیر موجود از زیست توده که ممکن است به طور قابل توجهی کمتر از زغال سنگ در دسترس باشد.

علاوه بر گازساز، نوع عامل گازساز نیز مهم است. استفاده از بخار به عنوان یک عامل گازساز در مقایسه با هوا به واکنش تغییر آب-گاز کمک می کند و گاز ترکیب غنی از H2 تولید می کند.استفاده از کاتالیزورها بر تولید گاز ترکیب تاثیر می گذاردیک مثال جالب مطالعه ای از گازگذاری زغال سنگ پورتولانو با کاج، پتوک و پلی اتیلن (PE) است. 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.

تصفیه گاز سینگاز از گاز سینگاز مشتق شده از هم گازسازی شامل همان عملیات مورد نیاز برای گازسازی زغال سنگ معمولی، از جمله حذف ذرات، حذف گوگرد و غیره است.اما ممکن است پیچیده تر از گاز زدایی زغال سنگ یا گاز زدایی زیست توده باشد.، زیرا هر دو گونه موجود در گاز های ترکیب شده از زغال سنگ خام (کبريت و جیوه) و موجود در مقادیر بالا از گازگذاری زیست توده (طغیان و قلی) ممکن است نیاز به رسیدگی داشته باشند.

در آینده، هم گازسازی زغال سنگ و زیست توده به عنوان راهی برای کاهش قابل توجهی شدت کربن گازسازی امیدوار کننده است.برای استفاده از سوخت های با هزینه پایین از نوع بیوماس مانند زباله های چوبی و محتوای انرژی بالا، محصولات زیست توده زمینی حاشیه ای مانند چمن، و بهبود فرآیندهای گازسازی با بهینه سازی کیفیت گاز ترکیب و افزایش تولید و تولید.