Installation de traitement des déchets résiduels de la biomasse et municipaux

La gazéification de la biomasse et des déchets solides municipaux (MSW) diffère de bien des façons de la gazéification du charbon, du pétrocoke ou de la conversion du gaz naturel en gaz de synthèse.Cette section traite de ces différences, la technologie utilisée pour la gazéification de la biomasse et des MSW, et donner un bref aperçu de certaines installations en exploitation.

Les gazogéniseurs à lit fluidisé à bulles (BFB), un type de gazogéniseur à lit fluidisé généralement caractérisé par une plus grande section transversale, une plus courte hauteur, des vitesses de fluidisation plus faibles et des lits plus denses,sont les technologies de gazéification de la biomasse les plus démontréesLa technologie BFB a été exploitée sur une large gamme de températures, de pressions, de débit et de divers types de biomasse.et la production d'hydrogène bénéficie de températures élevées, comme celles observées dans la gazéification du charbon, car à des températures supérieures à 1 200 à 1 300 °C, peu ou pas de goudron, de méthane ou d'hydrocarbures plus élevés se forment,tandis que la production de synthèse (hydrogène [H2] et monoxyde de carbone [CO]) est maximiséePlusieurs gazéifiants BFB ont été exploités à des pressions élevées (> 20 bar) qui seraient avantageuses pour la synthèse de combustibles et de produits chimiques.Bien que cela élimine le besoin d'un compresseur suivant le gazogèneLes BFB peuvent exiger que l'aliment soit haché, pulvérisé ou autrement réduit en taille,et devrait très probablement être séché ou torréfié pour permettre les températures de fonctionnement plus élevées.

Le choix de l'oxydant (une combinaison d'air, d'oxygène et/ou de vapeur) a un effet substantiel sur la composition du gaz de synthèse de sortie.qui diluent le gaz produit et nuisent aux processus de synthèse. Pour cette raison, une usine d'oxygène est généralement nécessaire. Varier l'entrée de rapport vapeur à oxygène est un moyen d'ajuster le rapport H2/CO afin de répondre aux exigences de synthèse.La synthèse du carburant de transport Fischer-Tropsch à l'aide de catalyseurs en fer nécessite un rapport H2/CO d'environ 0.6, alors qu'un ratio de 2 serait préférable pour le catalyseur au cobalt.La production de méthanol serait privilégiée avec un rapport H2/CO d'environ 2 et pour la production d'hydrogène elle devrait être aussi élevée que possibleSi des températures plus élevées ne peuvent être atteintes à l'intérieur du gazogéniseur BFB, le craquage au goudron peut être nécessaire.ce n'est pas le cas et donc le nettoyage du gaz est quelque peu minimal pour les applications de synthèseL'étude révèle que les gazéifiants BFB figurent parmi les options à moindre coût en capital pour la gazéification de la biomasse et que, compte tenu de tout, les gazéifiants BFB sont tout à fait adaptés aux combustibles, aux produits chimiques, auxet la production d'hydrogène.

Les gazeuses à lit fluidisé (CFB) circulant, généralement caractérisées par une coupe transversale plus petite, une hauteur plus élevée et des vitesses de fluidisation plus élevées,n'ont pas été démontrés avec de la biomasse dans la mesure de la BFBEn fait, la littérature examinée a montré très peu de tests à pression élevée et tous à des températures inférieures à 1000°C.Les gazéifiants à lit fluidisé à bulles ont été testés (au moment de l'article) jusqu'à 35 barComme pour la gazéification par BFB, il faudrait réduire la taille des particules et sécher la matière première.Probablement le plus gros problème avec CFB est le manque de démonstrations avec de l'oxygène pur et / ou de la vapeur, ce qui limite considérablement la confiance dans la technologie pour les applications de synthèse.parce que le manque de vapeur signifie que la réaction de transfert eau-gaz est supprimée.

Les gazéifiants à lit fixe (FB) n'ont pas été démontrés sur une large plage avec de la biomasse.Cette conception de gazophore a tendance à produire de grandes quantités de goudron ou de charbon non converti et n'a donc pas été largement recherchée.Cependant, ils sont capables de manipuler des matières premières hétérogènes telles que les MSW et peuvent donc être utilisés pour la transformation des déchets en carburant ou en énergie.

Les gazoducs à chauffage indirect, qui peuvent être entraînés, fluidisés ou en circulation, les gazoducs à lit fluidisé,sont à un stade précoce de développement et n'ont pas été testés sur une large gamme pour leur adéquation à une applicationEn effet, à partir de juin 2002, ces unités n'avaient été testées qu'à pression atmosphérique.mais sont capables de produire un gaz de synthèse d'une valeur de chauffage très élevée, ce qui est important pour les applications de puissance/chaleur.ce qui signifie qu'aucune installation d'oxygène n'est nécessaire (moins de coûts en capital et de pertes d'efficacité) et aucune dilution d'azoteCes unités ont tendance à avoir des rendements plus élevés de méthane et d'autres hydrocarbures, ce qui serait un problème pour les applications de synthèse, mais bénéfique pour la production de chaleur/électricité.,Les hydrocarbures peuvent être reformés à la vapeur ou partiellement oxydés, généralement par des taux élevés d'ajout de vapeur qui favorisent l'activité de transfert eau-gaz.Ces systèmes doivent être étudiés plus en détail..

Pour plus d'informations sur ce sujet, veuillez consulter la note de référence "Technologies de gazéification de la biomasse pour la production de combustibles, de produits chimiques et d'hydrogène" [PDF].

Exemples d'installations de gazéification de biomasse et de déchets organiques

En août 2000, un gazogéniseur à bois basse pression de 12 MW a été ajouté à la centrale électrique McNeil.produire du gaz de synthèse qui est introduit dans la chaudière existante de l'usine (article de l'EIE sur la page Web de l'EIE sur la biomasse pour la production d'électricité).

Voir le rapport “Base de données sur les gazageurs de biomasse à des fins de simulation par ordinateur”,qui contient un résumé de l'usine VT de Burlington et plus d'une douzaine d'autres installations de gazéification de la biomasse ou des démonstrations dans le monde entier.

Gasificateurs pour déchets solides municipaux

Comme indiqué ci-dessus, les gazophoreuses FB sont capables de manipuler des matières premières hétérogènes telles que le MSW. Ceci est important car, comme indiqué dans la section sur les caractéristiques du MSW,La composition des déchets MSW peut varier considérablement (imaginez le contenu d'un bac à ordures)., avec de nombreuses formes, tailles, densités et composition variables) et nécessite un gazéificateur flexible.La gazéification à pression atmosphérique réduit la complexité par rapport à l'alimentation d'une alimentation très non uniforme à pressionDans la mesure du possible, il est avantageux d'éviter les systèmes coûteux de préparation des aliments pour animaux, tels que la pulvérisation.

gazéification par plasma, qui utilise un arc électrique de plasma extrêmement chaud pour décomposer les MSW en gaz simples et solides résiduels,est actuellement envisagée pour de nombreuses grandes installations de gazéification de déchets MSWLa haute tension et le courant électrique produisent un arc de plasma entre deux électrodes.le produit de synthèse peut être utilisé dans une turbine pour générer potentiellement plus d'énergie électrique que nécessaireL'arc de plasma peut atteindre des températures allant jusqu'à 13 900 °C, ce qui permet de décomposer les matières premières difficiles en molécules de gaz constitutives simples et un sous-produit solide de la slag.

Difficultés

La biomasse et les déchets solides municipaux peuvent poser des problèmes aux concepteurs de systèmes de gazéification.Un peu de biomasse, tels que les sciures des scieries, peuvent être dans un état adapté à de nombreux systèmes d'alimentation existants, tandis que d'autres, comme la plupart des MSW, nécessiteraient une préparation approfondie ou une personnalisation du système d'alimentation.La biomasse et les déchets organiques peuvent également présenter des caractéristiques telles qu'une teneur en humidité plus élevée qui peut nécessiter un séchage pré-gassage.La teneur en cendres peut également varier considérablement, ce qui signifie que le gazogéniseur doit pouvoir gérer des niveaux potentiellement élevés de cendres.La biomasse et la gazéification des déchets de MSW nécessitent une flexibilité de conception pour gérer les aliments non uniformes.

Co-gazéification du charbon et de la biomasse

La cogasification des mélanges de charbon et de biomasse présente un intérêt considérable actuellement,découlant d'un certain nombre d'avantages qui peuvent résulter de l'approche relative à la gazéification classique du charbon de bois:

Les caractéristiques d'émissions de carbone faibles ou nulles de la biomasse réduisent proportionnellement l'empreinte carbone du processus global de gazéification sur l'environnement.

L'ajout de biomasse au mélange d'aliments améliore le rapport H2/CO dans le gaz produit, qui est généralement souhaitable pour la synthèse de carburant liquide.

La matière inorganique présente dans la biomasse catalyse la gazéification du charbon.

La cogasification est également avantageuse en réduisant la teneur élevée en goudron typique résultant de la gazéification de la biomasse de biomasse directe.

Les opérations de base impliquées dans la cogasification des mélanges de charbon et de biomasse sont illustrées à la figure 1.

Figure 1. Différentes opérations impliquées dans le processus de gazéification du charbon et de la biomasse

Il est évident que la co-gazéification entraîne certaines complications.il est généralement nécessaire d'avoir des opérations de préprocessage séparées pour le charbon et la biomasseLa biomasse, qui a généralement une teneur en humidité élevée, est généralement non seulement séchée, mais également torréfiée (ce qui implique un chauffage à des températures généralement comprises entre 200 et 320 °C en l'absence d'oxygène,à ce stade, la biomasse subit une forme légère de pyrolyse) et éventuellement compactée, ce qui améliore considérablement la qualité en tant que matière première pour l'utilisation du carburant ou la gazéification.une réduction de la taille du charbon et de la biomasse en particules de taille uniforme est nécessaire pour une gazéification optimale.

Les réactions et transformations de cogasification partagent des aspects de celles de la gasification du charbon et de la gazéification de la biomasse, mais comportent également certains effets synergiques qui ne sont pas définitivement décrits.Cependant, en général, l'approche de base du choix de la technologie de cogasification est la même que pour la gazéification au charbon classique,avec les propriétés des matières premières et l'utilisation souhaitée du gaz de synthèse déterminant en grande partie le type de gazéificateur à utiliserSi le gaz de synthèse doit être utilisé pour la production d'électricité, un gazoduc à lit fixe est un bon choix car il libère du gaz à haute température avec de faibles impuretés.Les gazéifiants à lit fluidisé ne sont peut-être pas le meilleur choix pour certaines applications de cogazéification, car une défluidisation du lit fluidisé peut se produire en raison de l'agglomération de cendres à faible point de fusion présentes dans la biomasse,ainsi que l'obstruction des tuyaux en aval due à une accumulation excessive de goudron.

Il a été constaté que les gazéifiants à débit entraîné devraient être étudiés pour la cogasification du charbon et de la biomasse, étant donné leur capacité à accepter différents types de matières premières,le profil de température uniforme dans la zone de réaction, un temps de résidence de réacteur court et des conversions de carbone élevées, qui revêtent toutes une importance accrue pour résoudre les problèmes liés à la cogassification.

La composition des gaz du produit est influencée à la fois par le type de biomasse co-gazée et par sa proportion dans le mélange d'aliments pour animaux.en particulier, la lignine dans la biomasse ligneuse semble augmenter le rendement en H2 dans le gaz de synthèse.mais l'optimum est une fonction complexe du type de charbon utilisé, type de biomasse, type de gazogène et conditions d'exploitation, composition désirée du gaz de synthèse, etc.,Sans parler des quantités disponibles de biomasse qui peuvent être nettement inférieures au charbon disponible..

L'utilisation de la vapeur en tant qu'agent gazéifiant au lieu de l'air aide la réaction de décalage eau-gaz et produit du gaz de synthèse riche en H2.l'utilisation de catalyseurs affecte la production de gaz de synthèseUn exemple intéressant est l'étude de la co-gazéification du charbon de Puertollano mélangé au pin, au pétrocoke et au polyéthylène (PE). 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.

Le nettoyage par gaz de synthèse du gaz de synthèse dérivé de la cogasification comprend les mêmes opérations nécessaires à la gazéification du charbon classique, y compris l'élimination des particules, l'élimination du soufre, etc.,mais peut être plus compliqué que pour la gazéification au charbon ou la gazéification à la biomasse seule, car il peut être nécessaire de s'attaquer à la fois aux espèces présentes dans le gaz de synthèse dérivé du charbon brut (soufre et mercure) et aux espèces présentes en quantités élevées lors de la gazéification de la biomasse (tires et alcalis).

À l'avenir, la cogasification du charbon et de la biomasse est prometteuse comme moyen de réduire considérablement l'intensité carbone de la gasification,d'utiliser des combustibles à base de biomasse à faible coût, tels que les déchets de bois et les combustibles à haute teneur en énergie, les cultures marginales de biomasse terrestre telles que le gazon, et d'améliorer les processus de gazéification en optimisant la qualité du gaz de synthèse et en augmentant le débit et la production.