מבוא ל- Biomass Gasification for Power Generation

biomass גזification הוא תהליך המרה תרמוכימי שמשנה חומרים אורגניים מוצקים - כגון שבבי עץ, שאריות חקלאיות, ופסולת מוצקה עירונית - לתוך גז סינתזה בלתי נשלט (סינגז) המורכב בעיקר מפחמן פחמן, מימן, ומתאן.זה סינרגיה יכול להיות מוטבע לאחרונה טורבינות גז, מנועים, או מייצור חשמל, או מעובד נוסף לתוך דלקים אחרים, כמו מעברים אנרגיה מתחדשת, כמו מעברים, כמו דלקים אנרגיה מתחדשת, כמו מאובנים, 000, אבל חומרים כימיים.

גימסה מסורתית סובלת מיעילות נמוכה יותר ופליטות גבוהות יותר, במיוחד של חומר חלקיקים וחנקן חמצני.גזב"ג מתגבר על רבים מהמגבלות הללו על ידי המרת הזנה לדלק נקי שניתן לייעל עבור יישומים שונים בשימוש קצה קצה קצה קצה חנקן.הסינגו המיוצרים על ידי טיהור אנרגיה מעגלית, sulfur, ו alkali לפני השימוש, וכתוצאה מכך צריכת גזים רחב יותר מאשר יעילות גלובלית.

מימון של biomass Gasification

גזציה מתרחשת בסביבה מבוקרת של חמצן, בדרך כלל בטמפרטורות בין 700 מעלות צלזיוס ל 1200 מעלות צלזיוס. התהליך כולל מספר שלבים: יבשה, pyrolysis, חמצון, והפחתה. במהלך הייבוש, לחות הוא eva. pyrolysis ולאחר מכן לפרק את הביומסה לתוך מניקה גזים וכריזמה.

הבחירה של סוכן גזיגל - אוויר, חמצן, קיטור או תערובת - השפעות משמעותיות על הרכב הסינפט וערך חימום. מזרני גזים של Air-blown הם הנפוצים ביותר בשל עלות נמוכה, אבל הם מייצרים סינרגיה diluted עם חנקן, צמצום ערך החימום שלה.חמצן-עלים גזים מניבים באיכות גבוהה יותר, אך דורשים יחידת הפרדה אווירית, עלייה בעלויות ההון.

התקדמות אחרונה ב- Gasifier Design and Feedstock Versatility

שיפור התגובות

אחד האזורים המשמעותיים ביותר של חדשנות הוא עיצוב כור.ממני גז מעוקלים כפולים (DFBGs) הופיעו כתצורה מבטיחה לייצור סינגות באיכות גבוהה עם דילול חנקן נמוך. ב DFBG, מיטה אחת משמשת לגימור גזי גז והשנייה עבור כריזלוקציה, המאפשר העברת חום ללא ערבוב של יציבות פלוגס עם גזי גז זה מייצרת ערך פעיל של 90% של מערכות פחמן, אך ורק לאחרונה, אך ללא אספקת חמצן אוויריות, אך בטווח הארוך, אך ורק לאחר מכן, ללא אספקת פחמן, ללא אספקת פחמן, ללא אספקת פחמן, ללא אספקת פחמן, ללא שילוב של מערכות אוויריות, ללא אספקת פחמן, ללא אספקת פחמן, ללא אספקת פחמן, עם אספקת פחמן, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 זמן רב יותר מאשר אספקת חום, 000 זמן רב יותר מאשר אספקת פחמן, 000 זמן רב יותר מאשר אספקת פחמן, 000 זמן רב יותר מאשר אספקת פחמן, 000 זמן רב יותר מטווח זמן רב יותר מטווח ארוך, אך ורק כדי להשיג אספקת פחמן, אך ורק לאחרונה, 000.

התקדמות בולטת נוספת היא התפתחות של ממריצים עקפים, שבו החום מסופק חיצוני, או באמצעות מחליף חום או על ידי הפצת מדיום להעברה חום כגון חול אוליפן. המערכות האלה מאפשרות שליטה טובה יותר של טמפרטורת הגז ולהפחית היווצרות tar.חוקרים גם אופטימיזציה מחזורי אופניים ו מערבטטקס כי להגדיל את ההפרעות ואת זמן המגורים, שיפור ושיעורי המרה, למשל, עם 1 ק"מ של גזי מים קר, עם פחות מנפח של פחמן קר של פחמן / מנפח גזים עם פחות מנפח של פחות מנפחים עם גזים.

הרחבת אפשרויות ה- Feedstock

טכנולוגיות מתפתחות מאפשרות גז של הזנות שנחשבו בעבר בעייתיות. שכונות חקלאיות גבוהות כמו תנור תירס, צינורות אורז, ופגזי גרעין דקל יכולים כעת להיות מעובדים באמצעות מערכות מתקדמות שלדים ומסלקים גזים שפועלים מעל נקודת ההיתוך.זה מאפשר לאפר להיות מוזנח כמו מפרשי גז מחוסנים, כמו שפכים מחדש, כמו שפכים גזים רטובים, כמו שפכים.

פסולת מוצקה עירונית (MSW) היא מקור מזון גדל נוסף. Plasma גזification, דנו מאוחר יותר, יכול להמיר MSW לתוך סינגיה עם פליטות אפס של dioxins ו- פרווה. חברות כמו סיירה אנרגיה ו FLT:0Waste-to-EnergyFLT:1 מתקנים ביפן הם גם ממסחרים מערכות אלה.

מפתח טכנולוגיות במפורט

כמה טכנולוגיות ספציפיות מובילות את השינוי של גזי גז ביומסה מאפליקציית נישה לפתרון של הדור המרכזי של כוח.כל אחד מציע יתרונות ייחודיים וכתוב מגבלות מסוימות של גזיציה קונבנציונלית.

גזיקט

גזיקט משתמשת זרזים מוצקים - באופן קטי מתכות אלקאלי (למשל, אשלגן, נתרן) או מתכות מעבר (למשל, ניקל, ברזל) - כדי להפחית את אנרגיית ההפעלה של תגובות הגזים.זה מאפשר את התהליך לפעול בטמפרטורות 100-200 מעלות צלזיוס נמוך יותר מאשר לא ניתוח גזי, צמצום עלויות האנרגיה ושיפור תהליך גזי החממה גם מקדם את הפחתת כמותן של מחסנים מודרניים, אשר באופן משמעותי, באופן טבעי, כגון מחסנים זולים, אשר נמצאים תחת לחץ על פני גזים מהירים יותר מאשר סימטרי, באופן משמעותי, אשר עלולים מהירים יותר מאשר מזהמים, אשר נמצאים במינרלים מהירים יותר מאשר מזהמים, אשר נמצאים במינרלים מהירים יותר מאשר מזהמים, אשר נמצאים במינרלים מהירים יותר מאשר לא-לימים מהירים יותר מאשר מזהמים, אשר נמצאים בדלקים מהירים יותר מאשר מזהמים, באופן משמעותי, באופן משמעותי, אשר נמצאים בדלקים מהירים יותר מאשר מזהמים, אשר עלולים מהירים יותר מאשר מזהמים, באופן משמעותי, אשר עלולים מהירים יותר מאשר מזהמים מהירים יותר מאשר מזהמים, באופן משמעותי, אשר עלולים, אשר נמצאים תחת רמות אנרגיה ושיפור תהליך של גזים, אשר עלולים מהירים יותר מאשר מזהמים, אשר נמצאים בירידה משמעותית, אשר נמצאים בירידה משמעותית

גישה מבטיחה נוספת היא השימוש בזרזים מבוססי ניקל הנתמך על אלומיניום או ceria. זרזים אלה לא רק להפחית את הטאר, אלא גם לשפר את התגובה לשינוי גזי מים, הגדלת יחס מימן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן פחמן חד חמצני.זה יתרון במיוחד כאשר הסינגז מיועד לתאים דלק או ייצור מימן.

מטבוליזם פלאסמה

גז פלזמה מעסיק אחד או יותר לפידים פלזמה לייצר טמפרטורות גבוהות מאוד (עד 5,000 מעלות צלזיוס) באזור מבוקר בתוך המזין.הצבים האלה מבססים גז - אוויר חד-משמעי, חמצן או קיטור - אכילת פלזמה שמבטלת מולקולות אורגניות לתוך מרכיבי היסוד שלהם.

היתרונות העיקריים של גז פלזמה כוללים פליטות אפס, יעילות הרס גבוהה (מעל 99.9%), ויכולת להתמודד עם זרמי פסולת heterogeneous ללא עיבוד נרחב. עבור ייצור חשמל, הסינפט המיוצר הוא נקי במיוחד, עם רמות tar מתחת 0.01 g / Nm3, המאפשרת להשתמש בו ישירות בטורבינות גז ללא מערכות ניקוי מורכבות של פלזמה הם עכשיו תפעול כמו UFback, 000.

אספקת מים קריטית (SCWG)

גזי מים סופר קריטיים פועלים בתנאים מעל הנקודה הקריטית של מים (374 מעלות צלזיוס, 22.1 MPa), שבו מים הופכים ללא קוטב עם תכונות ייחודיות. במדינה זו, המים פועלים כמו גם מדיום תגובה, המאפשר את גז של ביומסה רטובה ללא ייבוש אנרגיה.התהליך הופך ביומסה ישירות לתוך סינכר מימן עם גז נמוך ופרקים יכול להתרחש שניות ספורות כי הם קצרי דם.

SCWG מתאים במיוחד עבור הזנות עם תוכן לחות גבוה, כגון אצות, בזבוזי עיבוד מזון, ומניפסט בעלי חיים.מעבדה ומערכות הטייס השיגו תשואות גז של עד 1.5 מ"ר של סינגס לקילוגרם של חומרי ביומסה יבשים, עם ריכוזי מימן מעל 50%.

Integrated Gasification משולב מחזור (IGCC) עם לכידת פחמן

הגדלת הביומסה עם תחנת כוח מחזור משולבת - המכונה לעתים קרובות Bio-IGCC - מייצג אחד המסלולים היעילים ביותר עבור ייצור ביו-כוח.בצמח IGCC, הסינפט המיוצר מ גזיפיקציה הוא לנקות ולאחר מכן מולכד טורבינות גז.המשט החם מן טורבינות לייצר קיטור, ובכך להשיג יעילות חשמלית כוללת של 40–45% ל-2D שלילי ניתן לתפוס את המקור ה-25%.

(העיצובים של IGCC כוללים טכנולוגיות ניקוי סינגיה מתקדמות, כגון סינון גז חם והסרת sulfur מבוססת sorbent, כדי להגן על טורבינות הגז מ קורוזיה וטעייה.בנוסף, שילוב של לכידת גז פחמן ואחסון (CCS) להורדת דלק מסוג BCC-CVS (Bio Energy with Capture and Storage) - יש פוטנציאל לייצר פחמן-Cen-Cen2D2F) גבוה מ-HDR.

היתרונות והאתגרים של טכנולוגיות מתפתחות

יתרונות סביבתיים ומבצעיים

טכנולוגיות גזיפיות מתפתחות מציעות יתרונות סביבתיים משמעותיים על פני גזי ביומסה מסורתיים. Catalytic ו פלזמה לייצר סינגיה עם רמות נמוכות מאוד של tars, חלקיקים, גזים חומציים, חיסול הצורך במערכות ניצול יקרות.זה מקטין מחזורי מים ופסולת של גזים קריטיים למנוע פליטות של תחמוצת חנקן ותנודתי אורגני כי התגובות מתרחשות בתצורה גבוהה של פחמן, כאשר אני עושה שימוש יעיל באופן כללי של אנרגיה.

יתרון מפתח נוסף הוא הפוטנציאל להמיר זרמי פסולת בעייתיים לאנרגיה. פלסמה גזיציה, במיוחד, נתפסת יותר ויותר כפתרון לניהול חומרים כמו MSW, פסולת רפואית, שאריות תעשייתיות מסוכנות. על ידי הסיט את החומרים האלה מן הפלמונים, הטכנולוגיה מפחיתה פליטות מתאן וזיהום מים קרקעיים.

אתגרים טכניים וכלכליים

למרות היתרונות האלה, hurdles משמעותיים להישאר.הון עולה עבור לפידים פלזמה, כורים SCWG בלחץ גבוה, ומערכות זרז מתקדמות הם עדיין גבוה יחסית לתפוקה כוח.לדוגמה, תחנת גז של 10MW יכול לעלות 60–80 מיליון דולר, בהשוואה ל-30-40 מיליון דולר עבור ביומסה קונבנציונלית של אותה קיבולת.

זמינות Feedstock ממשיכה לאתגר את כל טכנולוגיות ההקצאה.שינויים עונתיים בתוכן לחות, הרכב אפר, וגודל חלקיקים יכול לערער על תהליך המיזוג, המוביל לצמצום היעילות או הסגורות. מערכות בקרה מתקדמות באמצעות חיישנים בזמן אמת (למשל, ליד ספקטרום פלסמה) מפותחות כדי להתאים את הפרמטרים התפעוליים באופן אוטומטי, אך מערכות אלה מוסיפים מורכבות ועלויות נוספות, לגבי טכנולוגיות אנרגיה לפסולת, במיוחד לשרירים, יכולות לגרום לצריכת חשמל ומוצרים לפסולת, ובמיוחד לפסולת.

שילוב עם מערכות אנרגיה מתחדשת ומגמות עתידיות

עתיד ה- biomass גזיפיק הוא שילוב שלה עם טכנולוגיות מתחדשות ומערכות אחסון אנרגיה אחרות. כי כוח הביומסה הוא משלוח, הוא יכול לשמש כגיבוי גמיש עבור רוח ושמש, מתן יציבות רשת כאשר פלט מתחדש פלוקטורת. קבוצות מחקר רבות חוקרות חוקרות את הרעיון של FLT:0renewable גז מאנרגיה 1 גזית, שבו עודף רוח או אנרגיה סולארית משמש כדי ליצור גישה אלקטרו-דלקתית לכדי לייצר את זה.

מגמה נוספת היא פיתוח יחידות גישור מודולרי עם יכולות של 0.5-5 MW, המיועדות ליישומים מבוזרים או מחוץ ל-grid.יחידות אלה, לעתים קרובות ממוכלות, ניתן לפרוס באזורים כפריים או איים כדי לייצר כוח משכונות ביומסה מקומיות. חברות כמו FLT:0EntradeFLT:1 ו-FLT:2Biomass Engineering Ltd.

המחקר מתמקד גם בשילוב של גזיפיק עם תאי דלק. מוצק תאי דלק חד תחמוצת (SOFCs) יכול לפעול על סינגז ללא בעירה, השגת יעילות חשמלית קרוב ל 60%.התמצה של תאי הדלק גבוהה מתא הדלק יכול לשמש כדי להניע את תגובות הגזים, להגביר את היעילות הכוללת של המערכת באוניברסיטת קליפורניה, אירווין, הדגים ממריץ של 5FC עם יעילות חשמל של 5.2%.

מסקנה

טכנולוגיות מתפתחות בגלימות גזיציה - גזיפי, גזי פלזמה, גזי מים ביקורתיים, ו-Bio-IGCC - משנים את הנוף של ייצור חשמל מתחדש.החידושים האלה מתייחסים למגבלות ההיסטוריות של הטכנולוגיה, כולל יעילות נמוכה, ייצור tar גבוה, והגבלת הזיקה של אנרגיה מתחדשת, הם גם פותחים אפשרויות חדשות לייצור חשמל שלילי פחמן, פסולת, ושילוב עם רשת רחבה יותר של אנרגיה מתחדשת, בעוד שעדיין הופכת להתחממות יעילה, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות אנרגיה מתקדמת, כמו התחממות יעילה, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות אנרגיה מתחדשת, כמו התחממות יתר, כמו התחממות אנרגיה מתחדשת, כמו התחממות כדוריות, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות כדור הארץ, כמו התחממות אנרגיה מתחדשת, כמו התחממות אנרגיה מתחדשת, כמו התחממות יעילה, כמו התחממות כדור הארץ, כמו גם התחממות יעילה, כמו התחממות יעילה, כמו התחממות כדוריות, כמו גם התחממות כדוריות, כמו התחממות מתמשכת, כמו התחממות כדור הארץ, כמו גם התחממות כדור הארץ, כמו התחממות כדור הארץ, כמו

(ב) לקריאה נוספת, ייעוץ משאבים מה-FLT:0) מחלקת האנרגיה של טכנולוגיות ביו-אנרגיה (Bal Energy Bio Energy Technologies OfficecioFLT:1, The FLT:2 National Renewable Energy LaboratoryFLT 3: ו-FLT:4IEA Bio Energy Task 33 on GasificationFLT:5