Gazificare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Gazificarea este un proces chimic care permite conversia materialului bogat în carbon , cum ar fi cărbunele , petrolul sau biomasa , în monoxid de carbon , hidrogen și alte substanțe gazoase .

Procesul de degradare termică are loc la temperaturi ridicate (peste 700-800 ° C), în prezența unui procent sub-stoichiometric al unui agent oxidant , de obicei aer ( oxigen ) sau abur. Amestecul gazos rezultat constituie ceea ce se numește gaz de sinteză și el însuși reprezintă un combustibil . Gazificarea este o metodă de obținere a energiei din diferite tipuri de materiale organice și, de asemenea, își găsește aplicarea în tratarea deșeurilor termice și este utilizată utilizând un sistem numit gazificator .

Utilizarea procesului de gazeificare pentru producția de căldură are unele avantaje față de arderea directă, cu prețul, totuși, al introducerii unor complicații ale sistemului. Syngas poate fi ars direct în motoarele cu ardere internă , sau utilizat pentru a produce metanol sau hidrogen, sau transformat prin procesul Fischer-Tropsch în combustibil sintetic . Până în prezent, însă, există foarte puține fabrici care produc combustibili sintetici de gazeificare, iar cele existente utilizează în principal cărbunele ca materie primă . Gazificarea, de fapt, poate folosi și materii prime altfel puțin utile, cum ar fi combustibilii, cum ar fi deșeurile organice . Mai mult, procesul de gazificare permite îndepărtarea cu cenușă a elementelor altfel problematice pentru faza ulterioară de ardere, cum ar fi clorul și potasiul , permițând producerea consecventă a unui gaz foarte curat.

Arderea combustibililor fosili este în prezent utilizată pe scară largă la scară industrială pentru a produce electricitate . Cu toate acestea, având în vedere că aproape orice tip de material organic poate fi utilizat ca materie primă pentru gazeificare, cum ar fi lemnul , biomasa sau chiar plasticul , aceasta poate fi o tehnologie utilă în creșterea contribuției aduse de energie . Tehnologiile pentru captarea și sechestrarea emisiilor de dioxid de carbon ar putea fi aplicate procesului de gazeificare a biomasei, precum și altor procese de ardere.

Gazificarea se bazează pe procese chimice care apar la temperaturi peste 700 ° C, ceea ce o diferențiază de procesele biologice, cum ar fi digestia anaerobă, care produce biogaz la temperaturi ușor peste cea ambientală , de exemplu gazul aerian .

Istorie

Procesul de gazeificare a fost dezvoltat inițial în secolul al XIX-lea pentru a produce gaz iluminant pentru iluminatul public și gătit. Gazele naturale și electricitatea au înlocuit apoi gazele orașului pentru aceste aplicații, dar procesul de gazeificare a fost utilizat pentru producerea de substanțe chimice sintetice și combustibili încă din anii '20 ai secolului al XX-lea .

Generatoarele de gaze din lemn sau gazificatoarele au fost utilizate pentru a furniza energie autovehiculelor din Europa în timpul consumului de combustibil epuizat în perioada celui de-al doilea război mondial . [1]

Procese chimice

Într-un gazificator, materialul carbonos suferă mai multe procese diferite:

  • Procesul de piroliză are loc prin încălzire în absența oxigenului și se eliberează substanțe gazoase precum hidrogen și metan și se obține carbonizarea, cu rezultatul unei pierderi în greutate mai mari de 70% pentru cărbune. Se produce și gudron . Procesul depinde de caracteristicile materialului carbonos și determină structura și compoziția cărbunelui, care va suferi ulterior reacțiile de gazificare. [2]
  • Procesul de ardere are loc atunci când produsele volatile și o parte din cărbune reacționează cu oxigenul care formează dioxid și monoxid de carbon ( oxidare parțială ), eliberând căldura necesară reacțiilor de gazeificare ulterioare.
  • Procesul de gazeificare are loc atunci când cărbunele reacționează cu dioxidul de carbon și vaporii de apă pentru a produce monoxid de carbon și hidrogen:
C + CO 2 → 2 CO
C + H 2 O → CO + H 2
  • Mai mult, monoxidul de carbon produs reacționează cu vaporii de apă producând o reacție de echilibru numită reacție de deplasare a gazului de apă :
CO + H2O ⇄ CO 2 + H 2

În practică, după piroliza inițială, o cantitate limitată de oxigen este introdusă în reactor, astfel încât o parte din materialul organic arde producând monoxid de carbon și energie, utilă pentru reacția ulterioară care transformă materialul organic suplimentar în hidrogen și alt monoxid de carbon.

IGCC diagram.svg
Schema unei instalații de gazificare IGCC ( ciclu combinat de gazificare integrată )

Aplicații curente

Uzină de gazeificare din Güssing (Austria).

Gazificarea la scară industrială este utilizată în principal pentru a produce electricitate din combustibili fosili precum cărbunele, prin arderea syngasului produs într-o turbină cu gaz (modificată corespunzător) sau într- un motor cu ardere internă mare recuperat (motor alternativ).

Gazificarea este, de asemenea, utilizată industrial pentru producerea de energie electrică utilizând cicluri integrate de gazificare combinate ( IGCC ). [3] IGCC este, de asemenea, o metodă mai eficientă de captare a CO 2 , în comparație cu tehnologiile convenționale. [4] Uzinele demonstrative integrate cu ciclu combinat au funcționat din anii 1970 și unele dintre uzinele construite în anii 1990 au devenit acum comerciale. De asemenea, este posibil să se exploateze produsele de gazeificare ca materii prime pentru producerea de amoniac și combustibili lichizi; există, de asemenea, posibilitatea producerii de metan și hidrogen pentru pilele de combustibil .

În ultimii ani, au fost dezvoltate tehnologii de gazeificare care utilizează deșeuri din plastic. O fabrică germană adoptă o astfel de tehnologie la scară largă pentru a transforma deșeurile de plastic în metanol după producerea syngas-ului. [5]

Gazificatorii la scară mică alimentați cu biomasă agricolă sunt răspândiți în India, în special în statul Tamil Nadu . Majoritatea aplicațiilor se referă la sisteme cu o capacitate de 9 kW folosite pentru pomparea apei potabile (cu o economie de aproximativ 70% din cost comparativ cu rețeaua electrică clasică) și pentru iluminatul stradal . [6]

În Italia, procesul este utilizat în prezent pentru transformarea reziduurilor grele din rafinarea petrolului . Uzinele Falconara , Priolo Gargallo și Sarroch produc electricitate vândută rețelei naționale, precum și abur și hidrogen pentru uz intern de către rafinării.

Rol în domeniul energiei regenerabile

Gazificarea poate folosi aproape orice material organic, inclusiv biomasă și deșeuri din plastic. Syngasul a produs arsuri producând vapori de apă și dioxid de carbon. Alternativ, syngas-ul poate fi transformat în metan prin reacția Sabatier sau într-un combustibil sintetic similar cu motorina prin procesul Fischer-Tropsch. Componentele anorganice prezente în materialul furajer, cum ar fi metalele și mineralele , rămân „prinse” într-o formă inertă și ecologică de cenușă care este folosită ca îngrășământ .

Neglijând tipul de combustibil final produs, gazificarea în sine și procesele conexe ulterioare nu emit sau sechestrează gaze cu efect de seră, cum ar fi dioxidul de carbon, afectând astfel balanța de carbon . Evident, procesele de ardere ale gazelor sintetice sau ale combustibililor produși duc la formarea dioxidului de carbon. Cu toate acestea, gazeificarea biomasei poate juca un rol semnificativ în energia regenerabilă, deoarece producția de biomasă elimină emisiile de CO 2 în atmosferă . Alte tehnologii care produc biogaz și biodiesel au, de asemenea, un echilibru neutru de carbon, dar gazificarea poate utiliza o varietate mai largă de materii prime și, de asemenea, produce o varietate mai largă de combustibili, rezultând o metodă extrem de eficientă de extragere a energiei din biomasă. Gazificarea cu biomasă este, prin urmare, una dintre cele mai versatile și economice tehnologii din domeniul energiei regenerabile. [7]

În prezent, gazeificarea biomasei la scară industrială nu este foarte răspândită în lume. Rețeaua de energie regenerabilă Austria (RENET) [8] a promovat mai multe centrale demonstrative de gazeificare a biomasei, inclusiv o centrală cu pat fluidizat care alimentează orașul Güssing cu 2 MW de energie electrică și 4 MW de energie termică, exploatând bucăți de lemn, din 2002 . [9]

Procese de gazeificare

În prezent există patru tipuri de gazificatoare disponibile pentru uz comercial: contracurent cu pat fix, pat echivalent cu pat fix, pat fluid și pat cu rezistență. [10]

Gazificator cu pat fix de contracurent

Gazeificator cu pat fix contracurent (sus proiect) este format dintr - un pat fix constituit din combustibilul prin care trece curentul gazeificării (abur, oxigen și / sau aer ) contracurent. Cenușa este îndepărtată anhidră sau sub formă de zgură topită. Gazificatorii care produc zgură necesită un raport mai mare de vapori și oxigen la carbon pentru a atinge temperaturi peste punctul de topire al cenușii. Combustibilul utilizat trebuie să aibă o rezistență mecanică ridicată și nu trebuie să aibă tendința de a se congela, astfel încât să formeze un pat permeabil optim. Cu toate acestea, evoluțiile recente au redus aceste restricții la anumite cazuri particulare. Productivitatea acestui tip de gazeificatoare este relativ scăzută și gazul produs trebuie purificat înainte de utilizare sau reciclat în reactor.

Gazificator cu pat fix echi-curent

Gazeificator cu pat fix echicurent ( în jos proiect) este similar cu cel anterior, dar fluxul gazeificarea este alimentat cocurrently în jos cu combustibil. Este necesar să încălziți partea superioară a patului arzând cantități mici de combustibil sau folosind o sursă externă de căldură. Eficiența energetică este comparabilă cu cea a gazificatorului contra-curent. Deoarece în acest tip de instalație gudronul produs trebuie să treacă printr-un pat fierbinte de cărbune, gazul produs este mai curat decât cel obținut în contracurent.

Gazificator cu pat fluidizat

În gazificatorul cu pat fluidizat , combustibilul, împreună cu oxigenul, aburul sau aerul, formează un sistem dinamic asemănător unui fluid folosind un pat de nisip . Cenușa este îndepărtată anhidră sau ca aglomerate grele care se separă de faza asemănătoare fluidului. La gazificatoarele de cenușă uscată, temperaturile sunt relativ scăzute, iar combustibilul trebuie să fie foarte reactiv. Gazificatorii de aglomerare utilizează temperaturi ușor mai ridicate și sunt potrivite pentru combustibilul cu putere calorică mai mare . Productivitatea este mai mare decât la tehnologiile cu pat fix, dar mai mică decât la gazificatoarele cu pat tractat. Gazificatorii cu pat fluidizat sunt mai utili atunci când combustibilul folosit tinde să formeze cenușă foarte corozivă care ar putea deteriora pereții reactorului. În general, unele tipuri de biomasă formează cantități mari de astfel de cenușă corozivă.

Gazificator cu pat tractat

În gazificatorul cu pat antrenat , gazificarea se efectuează folosind reactivi nebulizați și oxigen (mai rar aer) într-un regim echi-curent. Temperaturile ridicate (> 2000 ° C ) și presiunile caracteristice acestei tehnologii îi conferă o productivitate mai mare, cu toate acestea eficiența termică este ceva mai mică și gazul trebuie răcit înainte de a fi curățat. La temperaturile de funcționare, gudronele și metanul nu sunt prezente în gazul produs; cu toate acestea, cantitatea de oxigen necesară este mai mare decât pentru alte tipuri de gazeificator. Toate gazificatoarele cu pat antrenat elimină cea mai mare parte a cenușii sub formă de zgură topită.

Notă

  1. ^ Jacques Wolff, Le gazogène à bois Imbert , Association d'Histoire et d'Archéologie de Sarre-Union (1999)
  2. ^ (RO) Bazele gazificării , la 204.154.137.14. Adus la 31 august 2020 (Arhivat din original la 1 iulie 2012) .
  3. ^ fără titlu Arhivat 17 aprilie 2012 la Internet Archive .
  4. ^ (RO) Un design unic IGCC pentru captura variabilă de CO 2 (PDF) pe www.berr.gov.uk. Arhivat din original la 5 noiembrie 2013. Adus la 31 august 2020 .
  5. ^ ( DE ) www.svz-gmbh.de
  6. ^(EN) Rezumatul generării de energie a biomasei în India Depus la 5 noiembrie 2013 Arhiva Internet .
  7. ^ Peter Read, Gestionarea ciclului carbonului cu o sinteză foto crescută și chiuvete pe termen lung , Royal Society of New Zealand, subiecte Arhivat la 11 mai 2005 la Internet Archive .
  8. ^(EN) site - ul ReneT Filed 20 august 2007 în Internet Archive .
  9. ^(EN) Biomasă de 8 MW CHP Güssing
  10. ^ MR Beychok, Tehnologie de proces și mediu pentru producerea de SNG și combustibili lichizi , raport EPA SUA EPA-660 / 2-75-011 (1975)

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 48112 · LCCN (EN) sh85053319 · BNF (FR) cb11936390j (data)
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Gasification&oldid=117458418 ”