바이오매스 및 도시 고체 폐기물 MSW 가시화 폐기물 처리 공장

바이오매스 및 도시 고체폐기물 (MSW) 가 gasification of biomass and municipal solid waste (MSW) 는 석탄, petcoke, 또는 천연가스를 합성가스로 변환하는 것과 많은 면에서 다릅니다.이 섹션에서는 이러한 차이점에 대해 논의합니다., 바이오매스 및 MSW를 가시화하는 데 사용되는 기술, 그리고 일부 운영 시설에 대한 간략한 개요를 제공합니다.

거품화 유체장 (BFB) 가시화기, 일반적으로 더 큰 가로단, 더 짧은 높이, 더 낮은 유체화 속도 및 더 밀도가 높은 침대에 특징이있는 유체장 가시화기 유형재검토된 바이오매스 가스화 기술 중 가장 많이 입증된 기술입니다.BFB 기술은 다양한 온도, 압력, 처리량 및 다양한 바이오매스 유형에서 작동했습니다.수소 생산은 높은 온도에서 이익을 얻습니다, 석탄 가열에서 볼 수 있는 것과 같이, 1,200-1,300°C 이상의 온도에서 거의 또는 전혀 타르, 메탄 또는 더 높은 탄화수소가 형성되기 때문에,합성가스 (수소 [H2] 및 일산화탄소 [CO]) 생산이 최대화되는 동안여러 BFB 가시화기는 연료와 화학 합성에 유리할 수 있는 높은 압력 (> 20 바) 에서 작동했습니다.이것은 가시화기를 따라 압축기의 필요성을 제거하는 동안, 더 복잡한 먹이 시스템을 필요로합니다. BFB는 먹이를 쪼개거나 분쇄하거나 다른 방법으로 크기를 줄여야 할 수 있습니다.그리고 가장 높은 작동 온도를 허용하기 위해 건조 또는 torrefied 될 가능성이 높습니다.

산화 물질의 선택은 공기, 산소 및/또는 증기의 어떤 조합이 출력 합성 가스 구성에 상당한 영향을 미칩니다.제품 가스를 희석하고 합성 과정에 해를 끼치는 물질이 이유 때문에, 산소 플랜트가 일반적으로 필요합니다. 증기에서 산소 비율 입력 변이는 합성 요구 사항에 부합하기 위해 H2/CO 비율을 조정하는 방법입니다. 예를 들어,철기 촉매를 이용한 피셔 트로프슈 운송 연료 합성은 약 0의 H2/CO 비율을 필요로 합니다..6, 최적으로, 코발트 촉매에 대해 2의 비율이 선호됩니다.메탄올 생산은 약 2의 H2/CO 비율로 선호되고 수소 생산은 가능한 한 높아야합니다.더 높은 온도를 BFB 가시화기 내부에서 달성할 수 없다면, 타르 크래킹이 필요할 수 있습니다.이것은 그렇지 않습니다. 따라서 합성 용도로 가스의 정화는 다소 적습니다.연구 결과에 따르면 BFB 가스화기는 바이오매스 가스화에 가장 낮은 자본 비용 옵션 중 하나이며, 모든 것을 고려하면 BFB 가스화기는 연료, 화학물질,수소 생산.

순환 유체장 (CFB) 가시화기, 일반적으로 작은 가로단, 더 높은 높이, 더 높은 유체화 속도가 특징입니다.BFB의 범위에서 바이오매스 사용이 입증되지 않았습니다.사실 조사 된 문헌은 고압의 테스트가 거의 없으며 모두 1000°C 이하의 온도입니다.버블링 유동성 침대 가시화기는 35 바까지 (이 기사 당시) 테스트되었습니다, CFB는 19bar까지만 테스트되었습니다. BFB 가시화와 마찬가지로 입자 크기를 줄이고 원료를 건조해야합니다.아마도 CFB의 가장 큰 문제는 순수 산소와/또는 증기의 부족입니다., 이는 합성 응용 기술에 대한 신뢰를 크게 제한합니다. 사용 가능한 정보에 따르면 합성 가스의 이산화탄소 (CO2) 농도는 H2/CO 비율과 마찬가지로 낮습니다.증기가 부족하면 물-가스-교체 반응이 억제되기 때문입니다..

고정 베드 (FB) 가스화기는 바이오매스와 큰 범위에서 입증되지 않았습니다.이 가시화 장치 설계는 타르 또는 변환되지 않은 석탄의 많은 양을 생산하는 경향이 있으며 따라서 광범위하게 추구되지 않았습니다.그러나 그들은 MSW와 같은 이질적인 원료를 처리 할 수 있으며 폐기물을 연료로 사용하거나 폐기물을 에너지로 사용할 수 있습니다.

간접적으로 가열된 가시화기, 유체화, 유체화 침상 가시화기,개발 초기 단계에 있으며 응용 용도에 대한 적합성을 위해 광범위한 범위에서 테스트되지 않았습니다.사실, 2002년 6월 기준, 이러한 단위는 대기 압력에서만 테스트되었습니다.그러나 매우 높은 열량으로 합성 가스를 생산할 수 있습니다., 이는 전력/열력 응용에 중요합니다. 한 장점은 가스화 위해 산소 또는 공기가 필요하지 않다는 것입니다.즉 산소 설비가 필요하지 않습니다 (소액 자본 비용과 효율성 손실) 그리고 질소 희석이 없습니다.이 유닛은 메탄과 다른 탄화수소 생산량이 더 높기 때문에 합성 응용에 문제가 될 수 있지만 열 / 전력 생산에 유용합니다. 연료 또는 화학물질 합성,탄화수소는 증기로 변형되거나 부분적으로 산화 될 수 있습니다. 일반적으로 높은 증기 추가율을 통해 물-가스 전환 활동을 촉진합니다.이 시스템들은 더 연구되어야 합니다..

이 주제에 대한 자세한 내용은 연료, 화학 물질 및 수소 생산에 대한 바이오매스 가시화 기술 벤치마크 [PDF]를 참조하십시오.

바이오매스 및 MSW 가시화 시설의 예

버링턴, VT 2000년 8월, 기존 맥닐 발전소에는 12MW의 저압 목재 가시화기가 추가되었습니다. 가시화기는 하루에 200톤의 목재 칩을 사용합니다.공장의 기존 보일러에 공급되는 합성 가스를 생산합니다. (전력 생산용 바이오매스 EIA 웹 페이지의 EIA 기사).

보고서를 참조하십시오. 컴퓨터 시뮬레이션 목적으로 바이오매스 가스화기 데이터베이스.버링턴 VT 플랜트와 세계 곳곳의 12개 이상의 다른 바이오매스 가스화 플랜트 또는 시범시설에 대한 요약이 포함되어 있습니다..

도시 고체 폐기물 가시화기

앞서 언급했듯이 FB 가스화기는 MSW와 같은 이질적인 원료를 처리 할 수 있습니다. 이것은 MSW 특성에 대한 섹션에서 언급했듯이 중요하기 때문입니다.MSW의 구성은 매우 다양할 수 있습니다 (쓰레기통의 내용을 상상해보세요), 다양한 모양, 크기, 밀도 및 구성) 을 가지고 있으며 유연한 가스화기를 필요로합니다.대기 압력 가시화는 압력에서 매우 균일하지 않은 공급에 비해 복잡성을 감소시킵니다.가능한 경우, 분쇄 결과와 같은 값비싼 사료 준비 시스템을 피하는 것이 유리합니다.

플라즈마 가스화, 극도로 뜨거운 전기 플라즈마 활을 사용하여 MSW를 단순한 기체와 잔류 고체로 분해합니다.현재 많은 대형 MSW 가시화 시설에 대해 고려되고 있습니다.높은 전압과 전류는 두 전극 사이에 플라즈마 활을 생성합니다.합성가스 제품은 터빈에서 사용되어 필요 이상의 전력을 생산할 수 있습니다.플라즈마 활은 13,900°C까지의 온도를 도달할 수 있으며, 이는 어려운 원료를 단순한 구성 가스 분자와 고체 찌꺼기 부산물로 분해 할 수 있습니다.

어려움

바이오매스 및 도시 고체 폐기물은 가스화 시스템 설계자에게 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 두 가지 모두 공급 시스템에서 문제를 제기합니다.일부 바이오매스목재 공장에서 나오는 자갈과 같이 기존의 많은 공급 시스템에 적합한 상태가 될 수 있지만 대부분의 MSW와 같이 다른 것들은 광범위한 준비 또는 공급 시스템 사용자 정의가 필요합니다.바이오매스 및 MSW는 또한 더 높은 수분 함량과 같은 특성을 가질 수 있으며 가시화 전 건조가 필요할 수 있습니다.또한 재의 함량은 크게 달라질 수 있습니다. 가시화기는 잠재적으로 높은 재량을 처리 할 수 있어야 합니다.바이오매스 및 MSW 가 gasification는 비일률적인 피드를 처리하기 위해 설계에 유연성을 요구합니다..

석탄과 바이오매스의 동가시화

석탄과 바이오매스 혼합물의 코가시화는 현재 상당한 관심을 가지고 있습니다.일반 석탄에 대한 접근 방식에서 얻을 수 있는 여러 가지 이점으로 인해:

바이오매스의 낮은 탄소 배출량 또는 제로 탄소 배출량 특성으로 인해 전체 가스화 과정의 환경에 대한 탄소 발자국이 비례적으로 낮아집니다.

바이오매스 혼합물에 바이오매스를 첨가하면 생성된 가스 내의 H2/CO 비율이 향상됩니다. 일반적으로 액체 연료 합성에 바람직합니다.

바이오매스에 존재하는 무기 물질은 석탄의 가증화를 촉매합니다.

동가시화는 또한 직선 바이오매스의 바이오매스 가시화로 인한 전형적인 높은 텐 함량을 줄임으로써 유리합니다.

석탄과 바이오매스 혼합물의 코가시화와 관련된 기본 작업은 그림 1에 나타납니다.

그림 1. 석탄 바이오매스 가시화 과정에 관련된 다양한 작업

이 그림에서 코가시화로 인한 몇 가지 합병증이 나타납니다. 첫째, 단일 원료 준비 계획 대신,보통 석탄과 바이오매스 전처리 작업이 따로 있어야 합니다.일반적으로 습도가 높은 바이오매스는 일반적으로 건조뿐만 아니라 굽혀 (산소 없는 경우 200~320°C의 온도로 가열하는 것을 포함합니다.이 시점에서 바이오매스는 가벼운 형태의 피로리스를 겪으며, 아마도 밀집됩니다.연료 사용 또는 가증용으로 사용되는 원료로서 품질을 크게 향상시킵니다. 또한,탄소와 바이오매스의 크기를 균일한 크기의 입자로 줄이는 것이 최적의 가증화를 위해 필요합니다..

동가시화 반응과 변환은 석탄 가시화와 바이오매스 가시화와 같은 측면을 공유하지만 최종적으로 설명되지 않은 일부 시너지 효과를 포함합니다.하지만, 일반적으로 동가시화 기술 선택의 기본 접근 방식은 전통적인 석탄 가시화와 동일합니다.원료의 특성과 합성가스의 원하는 활용이 대체로 어떤 종류의 가시화기를 사용할지 결정합니다.합성 가스가 전력 생산에 사용될 경우, 하류 고정 베드 가스화기는 낮은 불순물이있는 높은 온도에서 가스를 방출하기 때문에 좋은 선택입니다.유체화된 베드 가스화기는 일부 코가시화 응용 프로그램에 가장 좋은 선택이 아닐 수 있습니다., 왜냐하면 유체화된 침대의 유체화 현상은 바이오매스 내에 존재하는 낮은 녹는점 재의 집적으로 인해 발생할 수 있기 때문입니다.과잉 진흙 덩어리 축적으로 인해 하류 파이프의 막힘과 함께.

각종 원료를 수용할 수 있는 능력을 고려할 때, 탄소와 바이오매스의 코가시피케이션을 위해 유동 흐름 가스화기를 조사해야 한다는 점도 관찰되었습니다.반응 영역 내부의 균일 온도 프로필, 짧은 원자로 체류 시간, 고 탄소 변환, 이 모든 것은 코가시화와 관련된 문제를 해결하는 데 더욱 중요합니다.

제품 가스 구성은 코가시화 된 바이오매스 종류와 식품 혼합물의 비율에 의해 영향을 받는다. 일반적으로 더 높은 H2 함량은 더 많은 바이오매스 포함으로 발생합니다.특히, 나무 바이오매스의 리그닌은 합성 가스의 H2 양을 증가시키는 것으로 보입니다.하지만 최적은 사용된 석탄의 종류에 대한 복잡한 함수입니다., 바이오매스 종류, 가스화기 종류 및 운영 조건, 원하는 합성 가스 구성 등,사용 가능한 석탄보다 훨씬 적은 양의 바이오매스를 언급하지 않습니다..

가시화 장치 외에도 가시화 물질의 종류도 중요합니다. 공기 대신 증기를 가시화 물질로 사용하는 것은 물-가스 전환 반응을 돕고 H2-가 풍부한 합성 가스를 생성합니다. 또한,촉매 사용은 합성 가스 생산에 영향을 미칩니다.흥미로운 예로는 소나무, 페트 코크 및 폴리에틸렌 (PE) 과 혼합된 푸에르톨라노 석탄의 코가시화에 대한 연구입니다. 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.

코가시화로 도출된 합성가스의 합성가스 정화에는 정규 석탄가시화에 필요한 것과 동일한 작업이 포함되며, 입자 제거, 황 제거 등이 포함됩니다.하지만 석탄 가 gasification 또는 바이오매스 가 gasification 혼자보다 더 복잡할 수 있습니다원료 석탄 합성 가스 (황과 수은) 에 존재하는 종과 바이오매스 가스화로 인한 높은 양에 존재하는 종 (고연 및 알칼리) 모두 다루어야 할 수 있기 때문입니다.

미래에는 석탄과 바이오매스의 코가시피케이션이 가스화 과정에서 발생하는 탄소 농도를 크게 줄일 수 있는 방법으로서 유망합니다.나무 폐기물 및 높은 에너지 함유량과 같은 저비용의 바이오매스 연료 기회를 활용하기 위해시네지스 가스의 품질을 최적화하고 처리량과 생산량을 높임으로써 기증 프로세스를 강화합니다.