Planta de procesamiento de residuos de gaseificación de biomasa y residuos sólidos municipales

La gasificación de la biomasa y de los residuos sólidos municipales (MSW) difiere en muchos aspectos de la gasificación del carbón, del petrocoke o de la conversión de gas natural en gas de síntesis.En esta sección se analizarán estas diferencias, la tecnología utilizada para gasificar la biomasa y los residuos sólidos, y dar una breve descripción de algunas plantas en funcionamiento.

Gasificadores de lecho fluidizado (BFB, por sus siglas en inglés), un tipo de gasificador de lecho fluidizado caracterizado generalmente por una sección transversal más grande, una altura más corta, velocidades de fluidización más bajas y lechos más densos,son las más demostradas de las tecnologías de gasificación de biomasa examinadasLa tecnología BFB se ha utilizado en una amplia gama de temperaturas, presiones, rendimiento y una variedad de tipos de biomasa.y la producción de hidrógeno se beneficia de las altas temperaturas, como las observadas en la gasificación del carbón, porque a temperaturas superiores a 1.200-1.300 °C se forman poco o ningún alquitrán, metano o hidrocarburos más altos,mientras que la producción de gas de síntesis (hidrógeno [H2] y monóxido de carbono [CO]) se maximizaVarios gasificadores BFB han sido operados a altas presiones (> 20 bar) que serían ventajosas para la síntesis de combustible y químicos.Si bien esto elimina la necesidad de un compresor siguiendo el gasificadorLos BFB pueden requerir que el alimento sea picado, pulverizado o reducido de otra manera en tamaño.y es muy probable que necesite ser secado o torrefiado para permitir las temperaturas de funcionamiento más altas.

La elección de un oxidante (alguna combinación de aire, oxígeno y/o vapor) tiene un efecto sustancial en la composición del gas de síntesis de salida.que diluye el gas del producto y perjudica los procesos de síntesisPor esta razón, una planta de oxígeno se requiere generalmente. Variar la entrada de la relación vapor-oxígeno es una forma de ajustar la relación H2/CO para que coincida con los requisitos de síntesis.La síntesis de combustible de transporte Fischer-Tropsch con catalizadores de hierro requiere una relación H2/CO de alrededor de 0.6En el caso de los catalizadores de cobalto se preferiría una proporción de 2.La producción de metanol se favorecería con una relación H2/CO de alrededor de 2 y para la producción de hidrógeno debería ser lo más alta posibleSi no se pueden alcanzar temperaturas más altas en el interior del gasificador BFB, puede ser necesario el craqueo de alquitrán.Este no es el caso y, por lo tanto, la limpieza del gas es algo mínima para aplicaciones de síntesis.El estudio concluye que los gasificadores BFB se encuentran entre las opciones de menor coste de capital para la gasificación de biomasa y, en general, los gasificadores BFB son muy adecuados para combustibles, productos químicos,y producción de hidrógeno.

Gasificadores circulantes de lecho fluidizado (CFB), generalmente caracterizados por una sección transversal más pequeña, una altura más alta y velocidades de fluidización más altas,no se han demostrado con biomasa en la medida de BFBDe hecho, la literatura estudiada mostraba muy pocos ensayos a presión elevada y todos a temperaturas inferiores a 1000°C.Mientras que los gasificadores de lecho fluidizado de burbujeo se han probado (en el momento del artículo) hasta 35 barComo en el caso de la gasificación con BFB, es necesario reducir el tamaño de las partículas y secar la materia prima.Probablemente el mayor problema con CFB es la falta de demostraciones con oxígeno puro y / o vaporEn la actualidad, la producción de gas de síntesis es muy limitada, lo que limita en gran medida la confianza en la tecnología para aplicaciones de síntesis.porque la falta de vapor significa que la reacción de cambio de agua-gas se suprime.

No se han demostrado gasificadores de lecho fijo (FB) en un amplio rango con biomasa.Este diseño de gasificador tiende a producir grandes cantidades de alquitrán o carbón sin convertir y, por lo tanto, no ha sido ampliamente investigado.Sin embargo, son capaces de manejar materias primas heterogéneas como el MSW y, por lo tanto, tienen un uso para la transformación de residuos en combustible o en energía.

Gasfusión de lecho fluidizado o de circulación, con calefacción indirectase encuentran en una fase temprana de desarrollo y no han sido probados en una amplia gama de aplicacionesDe hecho, a partir de junio de 2002, estas unidades sólo habían sido probadas a presión atmosférica.pero son capaces de producir un gas de síntesis con un valor de calentamiento muy altoUna ventaja es que no requieren oxígeno o aire para la gasificación.lo que significa que no se necesita ninguna planta de oxígeno (menor coste de capital y pérdidas de eficiencia) y no se necesita dilución de nitrógeno.Estas unidades tienden a tener mayores rendimientos de metano y otros hidrocarburos, lo que sería un problema para las aplicaciones de síntesis, pero beneficioso para la generación de calor/energía.,Los hidrocarburos pueden ser reformados por vapor o parcialmente oxidados, generalmente mediante altas tasas de adición de vapor que promueven la actividad de cambio de agua-gas.Estos sistemas necesitan ser estudiados más a fondo..

Para obtener más información sobre este tema, consulte el punto de comparación de las tecnologías de gasificación de biomasa para la producción de combustibles, productos químicos e hidrógeno [PDF].

Ejemplos de instalaciones de gasificación de biomasa y residuos no destilados

En agosto de 2000, se añadió un gasificador de madera de baja presión de 12 MW a la estación de generación McNeil existente.la producción de gas de síntesis que se alimenta en la caldera existente de la planta (artículo de EIA en la página web de la EIA sobre biomasa para la generación de electricidad).

Véase el informe “Base de datos de gasificadores de biomasa para fines de simulación por ordenador”,que contiene un resumen de la planta VT de Burlington y más de una docena de otras plantas de gasificación de biomasa o demostraciones en todo el mundo.

Gasificadores para residuos sólidos municipales

Como se ha señalado anteriormente, los gasificadores FB pueden manejar materias primas heterogéneas como el MSW. Esto es importante porque, como se ha señalado en la sección sobre las características del MSW,La composición de los residuos de MSW puede variar mucho (imagínese el contenido de un contenedor de basura, con muchas formas, tamaños, densidades y composición variables) y requiere un gasificador flexible.La gasificación a presión atmosférica reduce la complejidad en comparación con la alimentación de una alimentación altamente no uniforme a presiónSi es posible, es ventajoso evitar los costosos sistemas de preparación de piensos como los resultados de pulverización.

Gasificación por plasma, que utiliza un arco de plasma eléctrico extremadamente caliente para descomponer los residuos en gases simples y sólidos sobrantes,se está considerando actualmente para muchas grandes instalaciones de gasificación de residuosLa alta tensión y la corriente eléctrica producen un arco de plasma entre dos electrodos.el producto de síntesis puede utilizarse en una turbina para generar potencialmente más energía eléctrica de la necesariaEl arco de plasma puede alcanzar temperaturas de hasta 13.900°C, lo que permite descomponer materias primas difíciles en moléculas de gas constituyentes simples y un subproducto sólido de escoria.

Dificultades

La biomasa y los residuos sólidos municipales pueden plantear problemas a los diseñadores de sistemas de gasificación, ya que estas materias primas son en gran medida heterogéneas en su estado de entrega.Un poco de biomasaEn el caso de los residuos no desechables, como el aserrín de las fábricas de madera, pueden encontrarse en condiciones adecuadas para muchos sistemas de alimentación existentes, mientras que otros, como la mayoría de los residuos no desechables, requerirían una preparación extensa o una personalización del sistema de alimentación.La biomasa y los residuos sólidos también pueden tener características como un mayor contenido de humedad que puede requerir secado pre-gasificación.El contenido de cenizas también puede variar ampliamente, lo que significa que el gasificador debe ser capaz de manejar niveles potencialmente altos de cenizas.la gasificación de biomasa y residuos de MSW requiere flexibilidad en el diseño para manejar alimentos no uniformes.

Co-gasificación de carbón y biomasa

La co-gasificación de las mezclas de carbón y biomasa es de considerable interés en la actualidad,El objetivo de la presente Decisión es garantizar que las actividades de transformación de carbón puro se desarrollen de forma sostenible y que se cumplan los requisitos establecidos en el artículo 3, apartado 2, del Reglamento (CE) no 1086/2009.:

Las características de baja o nula emisión de carbono de la biomasa reducen proporcionalmente la huella de carbono del proceso global de gasificación en el medio ambiente.

La adición de biomasa a la mezcla de piensos mejora la relación H2/CO en el gas producido, que generalmente es deseable para la síntesis de combustibles líquidos.

La materia inorgánica presente en la biomasa cataliza la gasificación del carbón.

La co-gasificación también resulta ventajosa al reducir el alto contenido típico de alquitrán resultante de la gasificación de biomasa de biomasa recta.

Las operaciones básicas de co-gasificación de las mezclas de carbón y biomasa se muestran en la Figura 1.

Figura 1. Diferentes operaciones del proceso de gasificación de la biomasa de carbón

Algunas de las complicaciones derivadas de la co-gasificación son evidentes a partir de esta figura.Por lo general, es necesario tener operaciones de preprocesamiento separadas para el carbón y la biomasa.La biomasa, que suele tener un alto contenido de humedad, no sólo se seca, sino que también se torrefica (que consiste en calentar a temperaturas típicamente comprendidas entre 200 y 320 °C en ausencia de oxígeno,en cuyo momento la biomasa se somete a una forma leve de pirólisis) y posiblemente compactada, lo que mejora en gran medida la calidad como materia prima para el uso de combustible o gasificación.Se requiere una reducción del tamaño tanto del carbón como de la biomasa a partículas de tamaño uniforme para una gasificación óptima..

Las reacciones y transformaciones de co-gasificación comparten aspectos de las de la gasificación del carbón y la gasificación de la biomasa, pero también incluyen algunos efectos sinérgicos que no se describen definitivamente.Sin embargo, en general, el enfoque básico para la elección de la tecnología de co-gasificación es el mismo que para la gasificación de carbón convencional,Las propiedades de las materias primas y la utilización deseada del gas de síntesis determinan en gran medida el tipo de gasificador que se utilizará.Si el gas de síntesis se va a utilizar para la generación de electricidad, un gasificador de lecho fijo es una buena opción porque libera gas a alta temperatura con bajas impurezas.Los gasificadores de lecho fluidizado pueden no ser la mejor opción para algunas aplicaciones de co-gasificación, debido a que puede producirse una desfluidización del lecho fluidizado debido a la aglomeración de cenizas de bajo punto de fusión presentes en la biomasa,junto con obstrucción de las tuberías aguas abajo debido a la acumulación excesiva de alquitrán.

Se ha observado que los gasificadores de flujo con entrañable deben investigarse para la co-gasificación de carbón y biomasa, dada su capacidad para aceptar diferentes tipos de materias primas,el perfil de temperatura uniforme dentro de la zona de reacción, el corto tiempo de residencia del reactor y las altas conversiones de carbono, que son de mayor importancia para abordar los problemas asociados con la co-gasificación.

Las composiciones de los gases del producto están influenciadas tanto por el tipo de biomasa co-gasificada como por su proporción en la mezcla de piensos.en particularLa lignina en la biomasa leñosa parece aumentar el rendimiento de H2 en el gas de síntesis.pero el óptimo es una función compleja del tipo de carbón utilizado, tipo de biomasa, tipo de gasificador y condiciones de funcionamiento, composición deseada del gas de síntesis, etc.,Sin mencionar las cantidades disponibles de biomasa que pueden ser considerablemente menores que el carbón disponible..

Además del gasificador, el tipo de agente gasificante también es importante. El uso de vapor como agente gasificante en lugar de aire ayuda a la reacción de cambio agua-gas y produce gas de síntesis rico en H2.el uso de catalizadores afecta a la producción de gas de síntesisUn ejemplo interesante es un estudio de la co-gasificación del carbón de Puertollano mezclado con pino, petcoke y polietileno (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.

La limpieza del gas de síntesis derivado de la co-gasificación incluye las mismas operaciones necesarias para la gasificación convencional del carbón, incluida la eliminación de partículas, la eliminación de azufre, etc.pero puede ser más complicado que para la gasificación del carbón o la gasificación de biomasa sola, ya que puede ser necesario abordar tanto las especies presentes en el gas de síntesis derivado del carbón crudo (azufre y mercurio) como las presentes en cantidades elevadas de gasificación de la biomasa (tarro y álcalis).

En el futuro, la co-gasificación de carbón y biomasa es prometedora como una forma de reducir sustancialmente la intensidad de carbono de la gasificación.la utilización de combustibles de biomasa de bajo coste, como los residuos de madera y el alto contenido energético;, los cultivos de biomasa de tierras marginales, como la hierba de transición, y mejorar los procesos de gasificación mediante la optimización de la calidad del gas de síntesis y el aumento del rendimiento y la producción.