Gazeificarea Biomasei

Gazeificarea este o tehnologie de conversie a biomasei solide (în special a biomasei lemnoase) în gaze combustibile. În prezent, preocupările de mediu și prețurile crescânde la combustibilii tradiționali fac ca această tehnologie să devină tot mai atractivă pentru producerea energiei.

Avantajul acestei tehnologii constă în posibilitatea convertirii biomasei în singaz, pentru producerea ulterioară a electricității prin intermediul tehnologiilor mature, precum motorul cu ardere internă.

Gazeificarea biomasei reprezintă un proces termochimic de conversie a unei materii organice într-un produs gazos (singaz), prin intermediul oxidării parțiale a acesteia. Procesul are loc la temperaturi foarte ridicate, cu cantități mici de aer, pentru a nu admite arderea completă a biomasei, dar care să fie suficientă pentru realizarea gazificării.

Gazeificarea este eficientă pentru a reduce volumul deșeurilor solide și pentru recuperarea energiei, fiind cel mai potrivit mod de a obține energie electrică și termică.

Materialele  ideale pentru gazeificare sunt cele cu un conținut ridicat de cărbune (orice tip de cărbune, biomasă, deșeuri organice și reziduri carbonice).

Gazul rezultat in urma acestui proces conține monoxid de carbon (CO), dioxid de carbon (CO2), hidrogen (H2), metan (CH4), cantități mici de hidrocarburi mai grele, apă (H2O), nitrogen (N2) atunci când se utilizează aerul ca agent de gazeificare și diverse impurități mici ca și particulele carbonice, cenușa, gudroane și uleiuri.

Procesul de ardere parțială apare atunci când alimentarea cu aer este mai mult decât controlata, acest proces avand loc pana la arderea completă a biomasei.

Avantajele gazeificarii biomasei sunt:

– Se transformă un combustibil tradițional de calitate inferioară, care este incomod de utilizat în combustibil de calitate, convenabil si anume combustibil gazos.

– Aproape toate problemele poluării mediului asociate cu utilizarea biomasei pot fi eliminate, acesta este ecologica și reduce amenințarea încălzirii globale.

– Se produce in mod automat energie termica, biomasa fiind, din toate sursele de energie regenerabila, singura purtatoare de energie termica, aceasta conducand la cogenerare de inalta eficienta si la obtinerea de certificate verzi.

– Investițiile necesare și implicit costul de producție a energiei  sunt cele mai mici dintre toate alternativele cunoscute, deoarece se bazează pe resursele disponibile la nivel local, avand o stabilitate rezonabila a prețurilor.

– Deoarece aceasta este o tehnologie curata bazata pe resurse regenerabile  există o serie de stimulente si subventii oferite de  guvernele tarilor interesate in dezvoltarea acestui tip de energie.  

Gazeficatoarele biomasei sunt eligibile pentru credite de carbon în cadrul de Dezvoltare Curată stipulat de protocolul de la Kyoto, deci aceste avantaje conduc la amortizarea rapida a costurilor investitiei.

Etapele principale ale gazeificarii biomasei. Materii prime. Pregătirea

Pregătirea materiilor prime este una din etapele cele mai importante în asigurarea unei producții de calitate și cantitatea dorită de gaz. Este necesar ca  biomasa sa fie relativ uscata adica la un procent de umiditate sub 20% și corect dimensionata pentru ca gazeificarea sa fie eficienta. Combustibilii care pot fi folositi sunt tocatura de lemn ( chips-uri), coji de nucă , porumb știulete, peleti, minibrichete. Tulpinile de porumb,floarea soarelui,soia ,rapita (până la un procent de maxim de 30%)  pot fi, de asemenea, amestecate cu tocatura de lemn. Conținutul de umiditate din toate aceste feed-uri ar trebui să fie limitată pana la un maxim de 20%. Aceste conditii sunt necesare pentru a asigura fluxul regulat de ardere a biomasei pentru gazeificare.

Gazeificarea

Gazeificarea are loc în esență intr-un reactor chimic în cazul nostru gazeificatorul în care au loc diferite procese complexe fizice și chimice. Patru procese distincte au loc într-un gazeificator, și anume: uscarea a combustibilului, piroliza,  arderea și de reducerea.

Biomasa este alimentata în gazeificator, la intervale de timp specificate. Echipamentul este conceput în așa fel încât să ia oxigenul din aer în cantități controlate, rezultând în oxidarea parțială a biomasei si transformarea în gaz de sinteza. Un kg de biomasă se transformă în 2.5 – 3.0 Nm³ de gaz, cu o putere calorică intre 1000 si 1300 kcal pe Nm³.

Răcirea și epurarea gazelor

Gazul care iese din gazeificator are o temperatura de 450˚C sau chiar mai mare. Acest gaz fierbinte conține, în general, o cantitate mare de gudron și  o anumită cantitate de particule fine de cenușă și funingine ( gazul obtinut din paiele de orez are cantitati mici de gudron, care este ușor de eliminat prin sistemul de curatare). 
 

În funcție de aplicație, temperatura gazului ar putea avea nevoie să fie adusa până la în jurul valorii  temperaturii mediului ambiant. În același timp, cenușa și gudronul (în cazul în care acest lucru este generat ) trebuie să fie eliminate.

Gazeificatorul a fost special conceput cu o dimensiune adecvată, in ceea ce priveste geometria duzei gâtului pentru a se asigura o curatire a gazului de gudron  aproape completă, prin cracarea gazului. Astfel, gazul fierbinte, în general, fără gudron este racit  acest lucru fiind necesar

Stat-of-the-art este un sistem de curățare chimică a  gazelor de sinteza si este, de asemenea, acum oferit pentru o mai buna curatire si pentru eliminarea utilizarii apei in proces.

Sistemul de curățare uscată, în esență produce racirea gazului cu ajutorul unui schimbător de căldură gaz-aer. Apoi gazul este trecut printr-un filtru-sac cu rumegus. Filtru-sac îndepărtează particulele și cantitatile de gudroane din gaz. După ce acest gaz trece printr-un filtru de rumeguș și un filtru cartus-cutat, este corespunzator din punct de vedere calitativ pentru utilizarea într-un sistem  grup electrogen- motor.

Sistemul de filtare stat-of-the-art

Metoda cea mai utilizata pe scară largă pentru răcirea și curățarea gazelor de sinteza produse  este cea umedă,  aceasta metoda de curatare si racire a gazului se face cu apă.

În timpul  curățarii și  răcirii  gazului cu ajutorul apei,  gazul contine hidrocarburi solubile în apă și particule de carbon care se elimina cu ajutorul apei ce trebuie sa fie reciclata in mod continuu. Această apă recirculata are nevoie de tratament regulat pentru îndepărtarea hidrocarburilor solubile și a particulelor de carbon în suspensie , pentru a o face reutilizabila in mod continuu.

Sistemul de purificare a gazului uscat dezvoltat de tehnologia in cazul filtrarii si racirii uscate, elimina complet contactul direct al apei cu gazul produs.Sistemul constă dintr-un by-pass intre ventilator, cooler de gaz brut, filtru de sac, condensator, filtru fin, filtru plisat al suflantei.

Sistemele de gazeificare transformă biomasa solidă într-un amestec de gaze, iar componentele de bază ale acestuia sunt, hidrogenul (H2), metanul (CH4) și monoxidul de carbon (CO). În afară de aceasta, în componența singazului se mai numără bioxidul de carbon (CO2), azotul (N2) și alte gaze inerte.

Principalul element al unei instalații de gazeificare a biomasei solide este gazeificatorul, numit și reactor. Instalația mai include un sistem de purificare și condiționare a gazului și o instalație de stocare a singazului obținut.

Tipuri de Gazeificatoare

Există trei tipuri de gazeificatoare, în funcție de direcția de curgere a gazului de sinteza în interiorul lui, și anume Downdraft, Updraft și Crossdraft. 

Dintre aceste tipuri, de gazeificatoare Updraft sunt utilizate numai pentru aplicațiile termice în timp ce gazeificatoarele Downdraft  sunt indicate pentru toate aplicațiile termice (inclusiv cele care necesită gaze relativ curate și fara gudron),  excelente  pentru aplicații de producere a energiei.

Principalele caracteristici ale unui gazeificator downdraft sunt descriese in cele ce urmează:

– Aerul  este introdus prin partea de jos  într-un  pat  de combustibil solid și gazos;

– Combustibilul solid trece prin 4 faze in urmatoarea ordine: uscare, piroliza, de ardere și de reducere;

– Gudroanele și uleiurile produse în zona de piroliză sunt cracate și reduse la  produse gazoase necondensabile în zona de combustie înainte de a părăsi gazeificatorul. Aceste produse sunt parțial arse  gudroanele fiind cracate termic, astfel încât cantitatea de gudroane volatile, hidrocarburi,ramasa în gaz este redusa la minimum posibil.

Gazul, astfel produs poate fi folosit direct pentru majoritatea aplicațiilor termice.  Mai mult  răcirea și curățarea gazului devine potrivita pentru aplicatii critice termice care necesită gaze curate, precum și pentru generarea de energie electrică prin utilizarea motoarelor cu gaz.

Schemă logică proces

Sistemele noastre de gazeificare pot converti materiale pe bază de biomasă într-un gaz combustibil, care poate fi ars într-un arzator adecvat sau introdus intr-un set de generatoare de electricitate (aceasta poate fi un generator diesel, un grup electrogen de gaze naturale sau o turbina gen reactor).