Gazificare convențională - Eficiență energetică și GES AQME
Gazificarea este un proces care funcționează la temperatură înaltă (500-2000 ° C în funcție de tehnologie) prin care materia solidă pe bază de carbon este transformată în hidrogen (H2), monoxid de carbon (CO) și dioxid de carbon (CO2) printr-o serie de reacții. Această condiție se realizează prin injectarea unui agent de gazificare (aer, oxigen, abur) în gazificator într-o cantitate limitată pentru a preveni arderea completă. Pe lângă faptul că este încărcat cu umezeală, amestecul de gaze, cunoscut sub numele de syngas (sau syngas), conține și metan (metan), azot (N2) și materie ne-arsă în stare de urme (gudron).
Procesul de gazeificare se desfășoară în general în două etape. În primul rând, materialele sunt descompuse în prezența căldurii intense (procesul de piroliză), producând esențe gazoase și lichide. Acestea sunt apoi convertite în gaz de sinteză din reacțiile de gazificare care generează căldura necesară pentru piroliză, permițând o funcționare automată termică (fără a adăuga căldură externă) (ADEME, 2004). Reacțiile de gazeificare sunt guvernate de mai multe variabile (de exemplu: tipul agentului de gazificare, temperatura, presiunea) care acționează asupra compoziției finale a gazului de sinteză.
Prin urmare, este esențială o bună sinergie între diferitele procese de piroliză și gazeificare. Fluctuațiile la orice nivel pot determina producția de syngas să scadă sau să accelereze gazificarea, ducând eventual la pierderea controlului. De asemenea, este necesar un control strict al compoziției și dimensiunii intrării, care poate fi complicat pentru deșeuri, având în vedere eterogenitatea ridicată și încărcăturile de poluanți. Acesta este motivul pentru care gazificarea a fost luată în considerare în trecut pentru recuperarea exploatării forestiere, prelucrării lemnului și a reziduurilor agricole. Cu toate acestea, tehnologiile au evoluat, făcând posibilă recuperarea deșeurilor mixte, deși pun în continuare probleme specifice (în special la nivelul de pretratare). Prin urmare, acest canal de tratament rămâne o opțiune puțin utilizată în lume.
Figura 16: Diagrama tipică a fluxului unui proces de gazificare cu sau fără o unitate de cogenerare a energiei electrice și termice
Configurații disponibile
Gazificatoarele comerciale vin într-o mare varietate. Ele se bazează în principal pe patru căi de gazeificare, a căror distincție provine în principal din modul de circulație a materialelor în gazificator (figura 16) (ADEME, 2004). Pirogazificarea în două etape este o altă abordare a cărei atracție principală este separarea etapelor de piroliză și gazeificare.
Gazificatoare cu pat fix care se încadrează: Alimentarea solidă distribuită din partea superioară circulă încet în jos în timp ce agentul de gazificare este injectat fie la bază (flux de contracurent), fie în mijlocul coloanei, de unde syngas urmează o cale preferențială descendentă (co -debitul curent). Prin urmare, procesul de gazeificare are loc în partea inferioară a gazificatorului de unde căldura generată este extrasă în sus pentru piroliza materialelor primite.
Gazificatoarele cu pat fix de cădere sunt destul de bine stăpânite, în special pentru gazificarea cărbunelui și a biomasei. Utilizarea lor pentru recuperarea deșeurilor este totuși foarte limitată din cauza problemelor de circulație a gazului în pat, sau chiar a blocării, cauzate de materialul pestriț.
Gazificatori cu pat fluidizat: Materialul solid pretratat de dimensiuni adecvate este introdus la baza unui pat din material refractar inert (de exemplu: nisip, granule de alumină). Aceasta este menținută în suspensie în gazificator prin intermediul unui flux de aer sau de aer îmbogățit în oxigen, favorizând astfel transferul de căldură și reacțiile de gazificare (pat fluidizat dens). Materialul solid poate fi, de asemenea, antrenat în sus de fluxul de aer și syngas și apoi reciclat la baza gazificatorului cu material proaspăt (pat fluidizat circulant). Syngasul brut este evacuat către un ciclon pentru a captura și recicla particulele solide.
Gazificatoarele cu pat fluidizat (dense și circulante) sunt mai potrivite pentru gazificarea deșeurilor, deși necesită un sistem eficient de pretratare pentru a controla dimensiunea materialului (eliminarea fracțiilor fine și grosiere) pentru buna funcționare a procesului. Este posibil ca acest tip de pretratare să penalizeze rentabilitatea economică generală a procesului, chiar dacă randamentul de syngas este mai mare în comparație cu tehnologiile fixe de pat în cădere.
Pirogazificare în două etape: Pirogazificarea (de exemplu, cu un cuptor rotativ, cu un pirolizator cu șurub urmat de o cameră de gazificare verticală) implică mai întâi o etapă de piroliză a materialului utilizând o sursă externă de căldură rezultată din arderea unei părți a syngas generat de zona de gazeificare din aval. Prin urmare, este mai avantajos să se utilizeze exclusiv acest tip de gazificator pentru recuperarea termică.
Această abordare are avantajul de a netezi eterogenitatea formei și compoziției deșeurilor solide prin trecerea printr-o piroliză inițială, fără flux de gaz, ceea ce face posibilă extragerea substanțelor volatile. Stadializarea nu numai că limitează pregătirea deșeurilor, dar oferă și capacitatea de a îndepărta metalele și alte materiale inerte din material, înainte de a fi introdus în zona de gazificare. O etapă de măcinare între cele două zone de procesare îmbunătățește, de asemenea, eficiența gazificării care are loc pe un material pulbere mult mai mult ca cărbunele sau biomasa.
Tabelul 17: Avantajele și dezavantajele gazificării materialelor reziduale
Figura 17: Diagrama generală a diferitelor configurații ale gazificatorului