バイオマスと都市固体廃棄物MSWガス化廃棄物処理施設

バイオマスと固体都市廃棄物のガス化 (MSW) は,石炭,ペットコック,または天然ガスを合成ガスに変換するガス化と多くの点で異なります.このセクションでは,これらの違いについて説明します.バイオマスとMSWをガス化するために使用される技術について説明します.

泡状流体床ガス化器 (BFB) は,一般的により大きな横切片,より短い高さ,より低い流体化速度,より密度の高い床で特徴づけられる流体床ガス化器の一種である.バイオマスガス化技術の中で 最も実証されている技術ですBFB技術では,幅広い温度,圧力,流量,および様々なバイオマスタイプで動作しています.高温から水素の生産が利益を得る炭ガシ化でみられるようなもので,1200~1,300°C以上の温度では,炭酸ガス,メタン,またはより高い炭化水素はほとんど形成されません.合成ガス (水素 [H2] と一酸化炭素 [CO]) の生産は最大化されます燃料と化学合成に有利な高圧 (>20bar) でいくつかのBFBガス化機が動作している.ガス化器の後にコンプレッサーの必要性を排除する一方でBFB は,飼料を切断したり粉砕したり,または他の方法でサイズを小さくする必要があり,乾燥や焼却が必要で,より高い作業温度を容認する.

酸化剤の選択は,空気,酸素,および/または蒸気の組み合わせによって,出力合成ガスの組成に大きな影響を及ぼします.空気は窒素を導入し,製品ガスを希釈し,合成プロセスを損なうこのため,酸素プラントは通常必要である.蒸気から酸素比の入力を変化させることは,合成要件に適合するためにH2/CO比を調整する方法である.例えば,鉄触媒を用いたフィッシャー・トロプシュ輸送燃料合成には,H2/CO比が約0である.6コバルト触媒では 2 の比率が好ましい.メタノール生産は,H2/CO比が約2で,水素生産は可能な限り高いものでなければならない.BFBガス化器内では,より高い温度を達成できない場合,タールクレイキングが必要かもしれません.これはそうではなく,したがって,合成アプリケーションのガス浄化は非常に少ない.バイオマスのガシフィケーションには最も低資本コストの選択肢の一つであり,全体的に見れば,BFBガシフィアーは燃料,化学物質,水素の生産.

流体化床 (CFB) ガス化器,一般的には小切片,高い高度,より高い流体化速度が特徴である.BFBの程度までバイオマスで実証されていない実際,調査された文献では,高圧での試験がほとんどなく,すべて1000°C以下の温度で実施された.バブル化流体床ガス化機は,35バーまで (記事の時点で) テストされています.BFBのガス化と同様に,粒子の大きさを小さくし,原料を乾燥させる必要があります.純粋な酸素と/または蒸気によるデモが不足している合成ガスにおける二酸化炭素 (CO2) の濃度が低く,H2/CO比も低い.蒸気がないと 水-ガス-シフト反応が抑制されるからです.

固定床 (FB) のガス化器は,バイオマスの広い範囲で実証されていない.このガス化器の設計は,大量のタールまたは未加工炭を生産する傾向があり,したがって広く追求されていません.しかし,彼らはMSWのような異質な原材料を処理することができ,廃棄物を燃料にしたり,廃棄物を電力に使うことができます.

誘導,流体化,循環する流体化床ガス化機を可能とする間接的に加熱されたガス化機開発の初期段階にあり,適用適性については幅広い範囲で試験されていない.実際,2002年6月現在,これらの装置は大気圧でのみ試験されていた.それらはより複雑 (そしてより高い資本コスト) で,別々の燃焼室,しかし,非常に高温値の合成ガスを生成できる電力/熱アプリケーションにとって重要な利点の一つは,ガス化のために酸素や空気を必要としないことです.つまり酸素装置は必要ない (資本コストと効率損失が低く) そして窒素の稀释も必要ないこれらのユニットは,メタンおよび他の炭化水素の生産量が高い傾向があります.これは合成アプリケーションにとって問題ですが,熱/電力発電に有益です.,水素は蒸気で再構成され,または部分的に酸化され,通常は高蒸気添加率によって水-ガスシフト活動を促進します.これらのシステムはさらに研究する必要があります.

このテーマに関する詳細については,燃料,化学物質,水素生産のためのバイオマスガス化技術のベンチマークを参照してください [PDF]

バイオマスとMSWガス化施設の例

ブルリントン,VT 2000年8月,既存のマクニール発電所に12MWの低圧木材ガス化器が追加されました.ガス化器は1日200トンの木材チップを使用します.発電所の既存のボイラーに供給される合成ガスを生産する (EIAの電子発電用バイオマスのEIA WebページのEIA記事).

報告書"コンピュータシミュレーション目的のバイオマスガス化機データベース"を参照してください.ベルリントンVTプラントや 世界中に12以上のバイオマスガス化プラントやデモをまとめています.

都市固体廃棄物のガス化機

上記のように FB ガス化機は,MSW のような異質原料を処理することができる.これは,MSW 特性に関するセクションで指摘したように,MSWの組成は大きく異なります (ゴミ箱の内容を想像してください)柔軟なガス化器が必要である. ガス化器は,様々な形,サイズ,密度,組成の大気圧のガシフィケーションは,圧で非常に不均一なフィードに比べて複雑さを軽減します粉末化結果のような高価な飼料の調製システムを避けることが可能であれば有利です.

プラズマガス化で,非常に熱い電磁プラズマ弧を使って,MSWを単純なガスと残留固体に分解する現在,多くの大型MSWガス化施設で検討されています.高電圧と電流は2つの電極の間にプラズマ弧を生成します.合成ガス製品がタービンで使用され,必要以上に電力を生み出す可能性があるプラズマ弧は13900°Cまで高温に達し,複雑な原料を単純な構成ガス分子と固体スラッグ副産物に分解することができます.

困難

バイオマスと都市固体廃棄物は,ガス化システムの設計者にとって問題を引き起こす可能性があります.これらの原料は,供給状態で主に異性的なため,両方の供給システムにとって問題です.バイオマス木材工場からの割れ目のようなものは,既存の多くの飼料システムに適した状態にあり,他のものは,ほとんどのMSWのように,広範な準備または飼料システムのカスタマイズが必要です.バイオマスとMSWは,加ガス化前乾燥が必要となるような高水分含有度などの特徴を持つこともあります.灰の含有量も大きく変化するので,ガス化機は,潜在的に高い量の灰を処理することができる必要があります.バイオマスとMSWのガシフィケーションは,不均一なフィードを処理するために設計に柔軟性が必要です..

石炭とバイオマスの共ガス化

石炭とバイオマスの混合物の同ガス化が,現在非常に関心があります.常識的な直線炭のガス化方法によるいくつかの利点から生じる:

バイオマスの低炭素排出またはゼロの特性により,ガス化プロセス全体の環境への炭素足跡が比例して低下します.

バイオマスの添加により,生成されたガスのH2/CO比が改善され,通常は液体燃料合成に望ましい.

バイオマスに含まれる無機物質は,石炭のガス化に触媒となる.

共同ガス化も有利で,直線バイオマスのバイオマスのガス化によって生じる典型的な高塩油含有量を減少させる.

石炭とバイオマス混合物の共同ガス化に関与する基本操作は,図1に示されています.

図 1 石炭・バイオマスのガス化プロセスに関与する様々な操作

この図から,コガシ化によるいくつかの合併症が明らかになります. まず,単一の原料の準備計画ではなく,石炭とバイオマスの予備加工は通常別々に行う必要がある.通常,高水分量のバイオマスは,乾燥だけでなく,熱化 (酸素がない場合,通常200〜320°Cの温度まで加熱) も行われます.バイオマスは軽度のピロリシスを受け,おそらく圧縮されます.燃料の使用やガス化のための原料として品質を大幅に向上させる.最適なガス化のために,石炭とバイオマスのサイズを均質な粒子に縮小する必要があります..

同ガス化反応と変換は,石炭ガス化とバイオマスガス化と同じ側面を持っていますが,決定的に記述されていないいくつかのシネージ効果も含まれています.しかし一般的に,共同ガス化技術の選択の基本アプローチは,従来の石炭ガス化と同じです.合成ガスの原料の特性と 望ましい利用が,主にどのタイプのガス化器を使うかを決定します合成ガスが電気発電に使用される場合,下流固定ベッドガス化器は,低不純度で高温でガスを放出するため,良い選択です.流体床ガス化器は,一部のコガシフィケーションアプリケーションにとって最良の選択ではないかもしれません.低溶融点灰がバイオマスに蓄積されるため,流体化床の流体化が起こり得るため,下流管の詰め込みと 過剰なタール蓄積による.

牽引流のガス化機は,異なる種類の原料を受け入れる能力があるため,石炭とバイオマスの共ガス化のために調査されるべきであることが観察されています.反応領域内の均質な温度プロファイル原子炉の低容量,低容量,低容量,低容量,低容量,低容量,低容量

製品ガスの組成は,共同ガス化されたバイオマスの種類と,飼料混合物におけるその割合の両方に影響する.一般的に,H2含有量が高くなるのはバイオマスの含有量が大きいことによる.特に炭とバイオマスの割合は幅広い範囲で,特定の用途で可能である可能性があります.しかし,最適は,使用された石炭の種類から複雑な関数です.バイオマスの種類,ガス化器の種類と運用条件,希望された合成ガス組成等バイオマスの利用量については言及しておらず,利用可能な石炭よりもかなり少ない可能性があります..

ガス化器のほかに,ガス化剤の種類も重要です.空気とは対照的に蒸気をガス化剤として使用することで,水ガスシフト反応を支援し,H2豊富な合成ガスを生成します.また,触媒の使用が合成ガス生産に影響を与える興味深い例は,パイヌ,ペットコック,ポリエチレン (PE) と混ぜたプエルトラーノ石炭の共同ガス化に関する研究です. 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.

同ガス化による合成ガス浄化には,従来の石炭ガス化に必要とされる同じ処理,粒子除去,硫黄除去などが含まれます.しかし,石炭ガス化やバイオマスガス化よりも複雑かもしれません.炭酸ガス (硫黄と水銀) やバイオマスガス化 (タールとアルカリ) の高濃度で存在する種の両方に対処する必要がある可能性があるからです.

石炭とバイオマスの共同ガス化により ガス化による炭素濃度を大幅に削減できる低コストのバイオマス燃料,例えば木材廃棄物や高エネルギー燃料を活用するシンゲスの質を最適化し,生産量と生産量を増加することによって,ガス化プロセスを強化する.