Biomassa dan Limbah Padat Kota MSW Pengolahan Limbah Gasifikasi

Gasisasi biomassa dan limbah padat kota (MSW) berbeda dalam banyak hal dari gasisasi batubara, petrokok, atau konversi gas alam menjadi gas sintesis.Bagian ini akan membahas perbedaan ini, teknologi yang digunakan untuk menggasisasi biomassa dan MSW, dan memberikan gambaran singkat tentang beberapa pabrik yang beroperasi.

Bubbling Fluidized-Bed (BFB) gasifier, sejenis fluidized bed gasifier yang umumnya ditandai dengan cross-section yang lebih besar, tinggi yang lebih pendek, kecepatan fluidisasi yang lebih rendah dan tempat tidur yang lebih padat,adalah yang paling terbukti dari teknologi gasifikasi biomassa yang ditinjauTeknologi BFB telah dioperasikan pada berbagai suhu, tekanan, throughput, dan berbagai jenis biomassa.dan produksi hidrogen manfaat dari suhu tinggi, seperti yang terlihat dalam gasifikasi batubara, karena pada suhu di atas 1.200-1.300 ° C sedikit atau tidak terbentuk tar, metana, atau hidrokarbon yang lebih tinggi,sementara produksi gas sintesis (hidrogen [H2] dan karbon monoksida [CO]) dimaksimalkanBeberapa gasifier BFB telah dioperasikan pada tekanan tinggi (> 20 bar) yang akan menguntungkan untuk bahan bakar dan sintesis kimia.Sementara ini menghilangkan kebutuhan untuk kompresor mengikuti gasifierBFB mungkin membutuhkan pakan untuk dicincang, dihancurkan, atau dengan cara lain dikurangi ukurannya,dan kemungkinan besar perlu dikeringkan atau torrefikasi untuk memungkinkan suhu operasi yang lebih tinggi.

Pemilihan oksidant (sebuah kombinasi udara, oksigen, dan/atau uap) memiliki efek yang substansial pada komposisi gas sintesis output.yang mencairkan gas produk dan merugikan proses sintesisUntuk alasan ini, sebuah pabrik oksigen biasanya diperlukan. Varian input rasio uap ke oksigen adalah cara untuk menyesuaikan rasio H2/CO untuk memenuhi persyaratan sintesis.Sintesis bahan bakar transportasi Fischer-Tropsch menggunakan katalis besi membutuhkan rasio H2/CO sekitar 0.6, optimal, sedangkan untuk katalis kobalt rasio 2 akan lebih disukai.Produksi metanol akan disukai dengan rasio H2/CO sekitar 2 dan untuk produksi hidrogen harus setinggi mungkinJika suhu yang lebih tinggi tidak dapat dicapai di dalam BFB gasifier, retak tar mungkin diperlukan.Hal ini tidak terjadi dan oleh karena itu pembersihan gas agak minimal untuk aplikasi sintesisStudi ini menemukan bahwa BFB gasifier adalah salah satu pilihan biaya modal terendah untuk gasifikasi biomassa dan, semua hal yang dipertimbangkan, BFB gasifier sangat cocok untuk bahan bakar, bahan kimia,dan produksi hidrogen.

Circulating Fluidized-Bed (CFB) gasifier, umumnya ditandai dengan cross-section yang lebih kecil, tinggi yang lebih tinggi, dan kecepatan fluidisasi yang lebih tinggi,belum terbukti dengan biomassa dalam tingkat BFBBahkan, literatur yang disurvei menunjukkan sangat sedikit tes pada tekanan tinggi dan semua dengan suhu di bawah 1000 °C.Sementara Bubbling Fluidized-Bed gasifier telah diuji (pada saat artikel) hingga 35 bar, CFB hanya diuji hingga 19 bar. Seperti BFB gasifikasi, ukuran partikel perlu dikurangi dan bahan baku dikeringkan.Mungkin masalah terbesar dengan CFB adalah kurangnya demonstrasi dengan oksigen murni dan / atau uapDari informasi yang tersedia, kadar karbon dioksida (CO2) dalam gas sintesis rendah, seperti halnya rasio H2/CO,karena kurangnya uap berarti reaksi pergeseran air-gas ditekan.

Penggasik dengan tempat tidur tetap (FB) belum ditunjukkan pada rentang yang luas dengan biomassa.Desain gasifier ini cenderung menghasilkan sejumlah besar tar atau batubara mentah dan oleh karena itu belum banyak dilakukan.Namun, mereka mampu menangani bahan baku heterogen seperti MSW dan dengan demikian memiliki penggunaan untuk limbah menjadi bahan bakar atau limbah menjadi tenaga.

Indirectly Heated Gasifier, yang dapat ditarik, fluidized, atau sirkulasi fluidized bed gasifier,berada pada tahap awal pengembangan dan belum diuji pada rentang yang luas untuk kesesuaian aplikasiBahkan, pada Juni 2002, unit-unit ini hanya diuji pada tekanan atmosfer.tetapi mampu menghasilkan gas sintesis dengan nilai pemanasan yang sangat tinggi, yang penting untuk aplikasi tenaga/panas. Salah satu keuntungan adalah bahwa mereka tidak memerlukan oksigen atau udara untuk gasifikasi,yang berarti tidak ada pembangkit oksigen yang diperlukan (biaya modal dan kerugian efisiensi yang lebih rendah) dan tidak ada pengenceran nitrogenUnit-unit ini cenderung memiliki hasil metana dan hidrokarbon lainnya yang lebih tinggi, yang akan menjadi masalah untuk aplikasi sintesis, tetapi bermanfaat untuk pembangkit panas / listrik.,hidrokarbon dapat diubah menjadi uap atau sebagian teroksidasi, biasanya melalui tingkat penambahan uap yang tinggi yang mendorong aktivitas pergeseran air-gas.sistem ini perlu dipelajari lebih lanjut.

Untuk informasi lebih lanjut tentang topik ini, silakan lihat Benchmarking Biomass Gasification Technologies for Fuels, Chemicals and Hydrogen Production [PDF].

Contoh Biomass dan MSW Gasification Facility

Burlington, VT ¢ Pada bulan Agustus 2000, sebuah 12-MW, tekanan rendah wood gasifier ditambahkan ke McNeil Generating Station yang ada.produksi gas sintesis yang dimasukkan ke dalam boiler yang ada di pembangkit (artikel EIA di halaman web EIA Biomass for Electricity Generation).

Lihat laporan “Database Biomass Gasifier for Computer Simulation Purposes”,yang berisi ringkasan pabrik VT Burlington dan lebih dari selusin pabrik gasifikasi biomassa atau demonstrasi di seluruh dunia.

Gasifier untuk limbah padat kota

Seperti yang disebutkan di atas, penggas FB mampu menangani bahan baku heterogen seperti MSW. Ini penting karena, seperti yang disebutkan dalam bagian tentang karakteristik MSW,MSW dapat sangat bervariasi dalam komposisinya (bayangkan isi tempat sampah, dengan berbagai bentuk, ukuran, kepadatan, dan komposisi) dan membutuhkan gasifier yang fleksibel.Gasisasi tekanan atmosfer mengurangi kompleksitas dibandingkan dengan memberi makan makanan yang sangat tidak seragam pada tekananJika memungkinkan, menghindari sistem persiapan pakan yang mahal seperti hasil pulverisasi adalah menguntungkan.

Plasma gasifikasi, yang menggunakan busur plasma listrik yang sangat panas untuk memecah MSW menjadi gas sederhana dan sisa padatan,saat ini sedang dipertimbangkan untuk banyak fasilitas gasifikasi MSW besarTegangan tinggi dan arus listrik menghasilkan busur plasma antara dua elektroda.produk syngas dapat digunakan dalam turbin untuk berpotensi menghasilkan lebih banyak tenaga listrik daripada yang dibutuhkanLemparan plasma dapat mencapai suhu setinggi 13,900 °C yang dapat memecah bahan baku yang sulit menjadi molekul gas konstituen sederhana dan produk sampingan slag padat.

Kesulitan

Biomassa dan limbah padat kota dapat menimbulkan masalah bagi perancang sistem gasifikasi.Beberapa biomassa, seperti serbuk sari dari pabrik kayu, dapat berada dalam kondisi yang cocok untuk banyak sistem pakan yang ada, sementara yang lain, seperti sebagian besar MSW, akan membutuhkan persiapan yang luas atau penyesuaian sistem pakan.Biomassa dan MSW juga mungkin memiliki karakteristik seperti kandungan kelembaban yang lebih tinggi yang mungkin memerlukan pengeringan pra-gasifikasiKandungan abu juga dapat sangat bervariasi, yang berarti penggas harus mampu menangani kadar abu yang berpotensi tinggi.Biomassa dan gasifikasi MSW membutuhkan fleksibilitas dalam desain untuk menangani umpan yang tidak seragam.

Ko-gasisasi Batubara & Biomassa

Ko-gasisasi campuran batubara dan biomassa sangat menarik saat ini,berasal dari sejumlah manfaat yang dapat dihasilkan dari pendekatan relatif terhadap gasifikasi konvensional dari batubara lurus:

Karakteristik emisi karbon rendah atau nol biomassa secara proporsional menurunkan jejak karbon dari keseluruhan proses gasifikasi pada lingkungan.

Penambahan biomassa ke campuran pakan meningkatkan rasio H2/CO dalam gas yang dihasilkan, yang biasanya diinginkan untuk sintesis bahan bakar cair.

Bahan anorganik yang ada dalam biomassa mengkatalisis gasifikasi batubara.

Co-gasisasi juga bermanfaat karena mengurangi kandungan tar yang tinggi yang biasanya dihasilkan dari gasifikasi biomassa dari biomassa lurus.

Operasi dasar yang terlibat dalam kogasifikasi campuran batubara dan biomassa ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Berbagai operasi yang terlibat dalam proses gasifikasi batubara-biomas

Beberapa komplikasi yang timbul dari kogasifikasi dapat dilihat dari gambar ini.biasanya diperlukan operasi pra-pengolahan terpisah untuk batubara dan biomassaBiomassa yang biasanya mengandung kelembaban tinggi biasanya tidak hanya dikeringkan, tetapi juga dipanaskan (yang melibatkan pemanasan ke suhu biasanya antara 200 dan 320 °C tanpa oksigen,di mana biomassa mengalami bentuk ringan dari pirolisis) dan mungkin dikompresi, yang sangat meningkatkan kualitas sebagai bahan baku baik untuk penggunaan bahan bakar atau gasifikasi.pengurangan ukuran dari kedua batubara dan biomassa ke partikel berukuran seragam diperlukan untuk gasifikasi yang optimal.

Reaksi dan transformasi ko-gasisasi memiliki aspek yang sama dengan reaksi dan transformasi gasisasi batubara dan gasisasi biomassa, tetapi juga mencakup beberapa efek sinergis yang belum dijelaskan secara definitif.Namun, secara umum pendekatan dasar untuk memilih teknologi ko-gasisasi adalah sama dengan untuk gasifikasi batubara konvensional,dengan sifat bahan baku dan pemanfaatan syngas yang diinginkan sebagian besar menentukan jenis gasifier yang akan digunakanJika gas sintesis akan digunakan untuk pembangkit listrik, sebuah downdraft fixed-bed gasifier adalah pilihan yang baik karena melepaskan gas pada suhu tinggi dengan kekotoran rendah.Gasifier bed fluidized mungkin bukan pilihan terbaik untuk beberapa aplikasi ko-gasisasi, karena defluidisasi tempat tidur fluidized dapat terjadi karena aglomerasi abu titik lebur rendah yang ada di biomassa,bersama dengan penyumbatan pipa hilir karena akumulasi tar yang berlebihan.

Telah diamati bahwa gas penggarap aliran yang ditarik harus diselidiki untuk ko-gasisasi batubara dan biomassa, mengingat kapasitas mereka untuk menerima berbagai jenis bahan baku,Profil suhu seragam di dalam zona reaksi, waktu tinggal reaktor yang singkat, dan konversi karbon yang tinggi, yang semuanya semakin penting untuk mengatasi masalah yang terkait dengan ko-gasisasi.

Komposisi gas produk dipengaruhi baik oleh jenis biomassa yang digasifikasi, serta proporsi dalam campuran pakan.khususnya, lignin dalam biomassa kayu tampaknya meningkatkan hasil H2 dalam gas sintesis.tapi optimum adalah fungsi kompleks dari jenis batubara yang digunakan, jenis biomassa, jenis gasifier dan kondisi operasi, komposisi syngas yang diinginkan, dll.,Belum lagi jumlah biomassa yang tersedia yang mungkin jauh lebih sedikit daripada batubara yang tersedia.

Selain penggas, jenis agen penggas juga penting. Penggunaan uap sebagai agen penggas sebagai lawan dari udara membantu reaksi pergeseran air-gas dan menghasilkan gas sintesis yang kaya dengan H2.Penggunaan katalis mempengaruhi produksi syngasContoh yang menarik adalah studi tentang ko-gasisasi batu bara Puertollano yang dicampur dengan pinus, petok, dan polietilena (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.

Pembersihan syngas dari syngas yang berasal dari kogasifikasi mencakup operasi yang sama yang diperlukan untuk gasifikasi batubara konvensional, termasuk penghapusan partikel, penghapusan belerang, dll.,tetapi mungkin lebih rumit daripada untuk gasifikasi batubara atau gasifikasi biomassa saja, karena spesies yang terdapat dalam gas sintesis yang berasal dari batubara mentah (sulfur dan merkuri) dan yang terdapat dalam jumlah tinggi dari gasifikasi biomassa (tar dan alkali) mungkin perlu ditangani.

Di masa depan, kogasifikasi batubara dan biomassa menjanjikan sebagai cara untuk mengurangi intensitas karbon dari gasifikasi,untuk memanfaatkan bahan bakar biomassa low-cost opportunity seperti limbah kayu dan kandungan energi tinggi, tanaman biomas tanah marginal seperti switchgrass, dan untuk meningkatkan proses gasifikasi dengan mengoptimalkan kualitas sinte gas dan meningkatkan throughput dan output.