Gasificación de Biomasa

Gasificación de Biomasa

Descripción de la tecnología de cogeneración de biomasa basada en la gasificación de biomasa

El proceso de gasificación

El objetivo del proceso de gasificación de biomasa termoquímica es la mejor posible conversión de los combustibles sólidos de biomasa en un gas producto de alto poder calorífico. De este modo, la biomasa reacciona con un fumigador (aire, oxígeno, vapor de agua o CO2), que proporcionan oxígeno para el proceso. Debido a la fisuración térmica y la oxidación parcial se forma un gas producto. La composición del gas de producto depende del combustible de biomasa, las condiciones de reacción y el fumigador y se compone de diferentes concentraciones de hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO), vapor de agua (H2O) y el metano (CH4). En caso de aire como fumigador el gas producto incluye nitrógeno (N2), así. Char carbón, cenizas con diferentes contenidos de carbono y los hidrocarburos de bajo peso molecular condensables se producen además el gas producto. El carbón vegetal y los hidrocarburos (que se resumen como el alquitrán) son el producto de una gasificación incompleta.

El proceso de gasificación comprende cuatro etapas:

  • Secado
  • Pirólisis
  • Oxidación
  • Reducción

Composición típica del gas

 Fumigador
Componente
vol % seco
AireAire Enriquecido (80% O2)Vapor
CO10-2040-5025-47
H29-209-1735-50
CH41-8<114-25
CO210-2019-259-15
N240-5515-302-3
Valor Calórico neto
(mJ/Nm3, seco)
4-6,57-912-17

Tecnologías de Gasificación

en

Las partículas de combustible en gasificadores de lecho fijo no son movidos por el flujo de gas y por lo tanto el combustible en el gasificador está dispuesto como lecho fijo. La alimentación de combustible de la mayoría de los reactores se coloca por encima del lecho de combustible, mientras que el carbón vegetal y la ceniza se extraen de la parte inferior del lecho de combustible. Las cuatro etapas del proceso de gasificación se llevan a cabo en una zona de secado, pirólisis, oxidación y reducción distinguibles. El combustible de biomasa se ​​mueve desde la parte superior a la parte inferior del lecho de combustible que resulta en tiempos de residencia relativamente largos de combustible en el gasificador. Un diseño especial de los gasificadores de lecho fijo comprende una alimentación de combustible por debajo de la capa de combustible. Dependiendo de la dirección del flujo de gas de producto respecto a la dirección del transporte de combustible los gasificadores de lecho fijo, se clasifican en gasificadores de flujo a contracorriente o co-corriente cruzada. La Figura 2 muestra los tres diseños básicos de los gasificadores de lecho fijo y las zonas de reacción característicos de cada gasificador.

Diferentes diseños de gasificadores de lecho fijo, incluyendo las zonas de reacción característicos de cada diseño gasificador

Diferentes diseños de gasificadores de lecho fijo, incluyendo las zonas de reacción característicos de cada diseño gasificador

Gasificadores de lecho fluidizado se hacen funcionar con velocidades de flujo de gas significativamente más altas que los gasificadores de lecho fijo. El lecho de combustible y un material de soporte (por ejemplo, arena) se fluidizado por el flujo de gas (fumigador y el gas producto recirculado). Por lo tanto, la reacción de gasificación se lleva a cabo en un lecho fluidizado, pero sólo el 5-10% en peso de la cama es el combustible. Dado que el lecho fluidizado permite un mezclado intenso y una buena transferencia de calor, no hay zonas de reacción distinguidos. Por lo tanto, el secado, las reacciones de pirólisis, oxidación y reducción se llevan a cabo simultáneamente. La distribución de la temperatura en el lecho fluidizado es relativamente constante y varía típicamente entre 700 ° C y 900 ° C. Desde el lecho fluidificado hace que una superficie de reacción relativamente elevada, el tiempo de residencia del combustible en gasifieres lecho fluidizado rangos de entre unos pocos segundos y unos pocos minutos y es claramente inferior a la de reactores de lecho fijo. Por lo tanto, el aumento de las tasas de rendimiento de combustible son alcanzables.

limpieza-gasLimpieza de gas

  • ciclón
  • Tar galleta
  • enfriador de gas
  • Filtro cerámico
  • Filtro de mangas
  • lavador de gas
  • ESP
  • compresor
  • Shift-reactor

El gas producto contiene por lo general diferentes impurezas que deben ser separados antes de la posterior utilización con el fin de evitar la erosión, la corrosión y los depósitos en componentes de la planta aguas arriba del gasificador. Tales impurezas son hidrocarburos condensables (alquitrán), partículas (polvo, ceniza, arena de lechos fluidizados), compuestos de metales alcalinos (principalmente compuestos de potasio y de sodio), compuestos de nitrógeno (por ejemplo, NH3, HCN), compuestos de azufre (por ejemplo, H2S, COS), compuestos halogenados (por ejemplo HCl) y compuestos de metales pesados ​​(por ejemplo, Cd, Zn y Hg, sobre todo cuando se aplica residuos de madera).
La concentración de estas impurezas en el gas producto depende en gran medida de la tecnología de gasificación, los parámetros de funcionamiento y la composición del combustible aplicada. La necesaria calidad del gas producto depende de la utilización de gas producto. Los residuos del proceso de limpieza de los gases que sea necesario eliminar de manera adecuada.

uso-gasUtilización de gas

  • quemador
  • caldera
  • horno
  • Co-combustión
  • El motor de gasolina
  • turbina de gas
  • Pila de combustible
  • procedimientos que combinan
  • Síntesis del reactor-
  • Feed-in en la red de gas

Para la utilización del gas de producto diferentes tecnologías de utilización son aplicables con el fin de producir energía eléctrica, energía térmica para el espacio y el proceso de calefacción y otras fuentes de energía (combustible, gas de síntesis).
La manera más simple de utilización se está quemando el gas para la producción de calor. Para producir las tecnologías de electricidad y calor, como motores de gas, turbinas de gas, procesos de turbinas de vapor o motores stirling se aplican. Además, es posible utilizar el gas producto de co-combustión en las plantas de energía que queman fósiles.
Otras posibilidades de utilización incluyen la producción de combustibles líquidos o gaseosos estandarizados tales como Fischer-Tropsch (FT)-diesel o de gas natural sintético (SNG) en los reactores catalíticos. Por otra parte, los compuestos de CO y H2 podrían ser utilizados como material de base para la síntesis de otros productos químicos.

Integración de la unidad OCR en una planta de gasificación de la biomasa

La implementación de una unidad OCR para la producción de energía eléctrica sobre la base de calor residual de una planta de gasificación de la biomasa es una posibilidad innovadora para aumentar la eficiencia eléctrica de plantas de gasificación.
La figura 3 muestra la implementación de una unidad OCR en un proceso de lecho fluidizado-vapor-gasificación que parece ser enérgica y económica viable para tamaños de plantas mayores que 2,5 MWel. Mediante el acoplamiento de estas diferentes tecnologías de CHP, se puede esperar una mejora de la eficiencia de la planta eléctrica de alrededor de 20%.

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