Résumé : En tant qu'énergie propre et renouvelable, la technologie de gazéification de la biomasse a été vigoureusement développée.Cet article présente brièvement les principes de base de la gazéification de la biomasse et les types de processus de gazéification, et expose les principes de fonctionnement ainsi que les avantages et les inconvénients des principaux types de gazéificateurs.L'efficacité de la gazéification est élevée mais la structure est complexe ;l'analyse des caractéristiques du gazogène a une importance directrice pour la conception et l'exploitation du projet de gazéification de la biomasse.
introduction
Avec la crise énergétique mondiale de plus en plus grave et la destruction de l'environnement écologique, la biomasse, en tant qu'énergie propre et renouvelable, est la quatrième ressource en importance après le pétrole, le charbon et le gaz naturel, et a attiré une grande attention.La technologie de gazéification de la biomasse peut non seulement fournir du gaz et de l’électricité, mais peut également être utilisée pour synthétiser du méthanol et de l’ammoniac.Il présente une flexibilité technique suffisante, une bonne propreté, une économie élevée et un rendement élevé.Des pays du monde entier promeuvent activement la recherche sur la technologie de gazéification de la biomasse.
1 Le principe de la gazéification de la biomasse
La gazéification de la biomasse est un ensemble de réactions plus complexes.D'un point de vue macro, il peut être divisé en quatre étapes réactionnelles : séchage, pyrolyse, oxydation (combustion) et réduction.
Le séchage est un processus physique simple, qui se déroule principalement entre 100 et 150 °C, et l'ensemble du processus doit absorber beaucoup de chaleur.Lorsque la température dépasse 15 °C, la biomasse commence à subir une pyrolyse, les substances volatiles sont précipitées et le charbon de bois forme un lit pour d'autres réactions.Les produits gazeux de la pyrolyse de la biomasse comprennent le CO, le CO2, le CH4, le H2, etc., qui subiront une réaction d'oxydation (combustion) avec l'oxygène et émettront beaucoup de chaleur, fournissant suffisamment de chaleur pour les réactions de séchage, de pyrolyse et de réduction, et maintenant la tout le processus de gazéification.Persistant.La vapeur d'eau et le CO2 produits par la réaction d'oxydation (combustion) réagiront avec le carbone pour générer du H2 et du CO, complétant ainsi la conversion du combustible solide en combustible gazeux.Ce processus est une réaction de réduction (réaction endothermique).Plus la température est élevée, plus la réaction est intense.Lorsque la température est inférieure à 800°C, la réaction est fondamentalement stagnante.
2 gazéificateurs à lit fixe
Dans un gazéifieur à lit fixe, le combustible biomasse subit un séchage, une pyrolyse, une oxydation (combustion) et une réduction et est converti en gaz combustible.Selon la position d'alimentation de l'agent de gazéification et la séquence d'écoulement à travers la couche de combustible, il existe le type à aspiration ascendante, le type à aspiration descendante, le type à aspiration transversale et le type ouvert, et les deux premiers types de gazogènes sont principalement utilisés.
2.1 Gazéificateur à courant ascendant
La couche de réaction du gazogène à aspiration ascendante est, de haut en bas, une couche de séchage, une couche de pyrolyse, une couche de réduction et une couche d'oxyde.La biomasse est introduite dans le gazéificateur par le haut, d'abord chauffée et séchée par le gaz, puis pyrolysée par la chaleur, une grande quantité de matières volatiles est précipitée et le carbone solide entre à son tour dans la couche de réduction et la couche d'oxyde en dessous. .L'agent de gazéification est fourni par la partie inférieure et subit d'abord une réaction d'oxydation avec le carbone solide, libérant de la chaleur pour augmenter rapidement la température du flux gazeux et du lit, et le flux gazeux est plein de produits de combustion.Après être entré dans la couche réductrice, le produit de combustion et le carbone subissent une réaction de réduction et l'endothermie réduit la température.Lorsque la température descend en dessous de 800 °C, la vitesse de réaction devient lente et même s'arrête.Le flux d'air continue vers le haut, fournissant de la chaleur pour la pyrolyse et le séchage du carburant.
2.2 Gazogène à aspiration descendante
La couche de réaction du gazogène à courant descendant est, de haut en bas, une couche de séchage, une couche de pyrolyse, une couche d'oxyde et une couche de réduction.Il existe deux types de gazéificateurs à aspiration descendante en fonction de l'emplacement où l'agent de gazéification est fourni : l'un est un gazéificateur à aspiration descendante avec une section de rétreint médiane, et l'agent de gazéification est fourni à partir de la partie supérieure de la section de rétreint médiane.;Le second est un gazogène à aspiration descendante sans section de col intermédiaire, et l'agent de gazéification est alimenté par la partie supérieure.Le principe de fonctionnement du gazogène à courant descendant est fondamentalement le même que celui du type à courant ascendant, sauf que la chaleur nécessaire au séchage et à la pyrolyse du combustible provient de la couche d'oxyde inférieure.
3 Gazogène à lit fluidisé
Le principal mécanisme de réaction de gazéification du lit fluidisé et du lit fixe est fondamentalement le même, mais il n'y a pas de lit fixe évident.À l'heure actuelle, il existe trois principaux types de lit fluidisé : le lit fluidisé bouillonnant, le lit fluidisé circulant et le lit fluidisé double.
3.1 Gazogène à lit fluidisé bouillonnant (BFB)
Dans un lit fluidisé bouillonnant, lorsque la vitesse du gaz dépasse la vitesse critique du gaz de fluidisation, les solides commencent à se fluidiser, des bulles apparaissent dans le lit et une zone de phase dense où les particules s'agrègent et une zone de phase diluée dominée par des bulles apparaissent.
Le corps du four est relativement épais et gras, et la partie inférieure est la zone de phase dense avec une couche de lit évidente.La réaction de gazéification se produit principalement dans la zone de phase dense.Afin d'empêcher le combustible à fines particules d'être emporté hors de la zone de phase dense par le flux d'air, la partie supérieure du four est conçue avec une section d'expansion pour réduire la vitesse du gaz., ce qui prolonge également le temps de réaction du carburant dans la région de la phase diluée.
3.2 Gazogène à lit fluidisé circulant (CFB)
Le corps du four du gazogène CFB est de plus en plus mince, et un séparateur cyclone est installé à la sortie supérieure du four pour séparer et collecter les particules solides à haute température et les renvoyer au four.
Le lit CFB remplit tout l’espace du conteneur, et il n’y a pas de zone de phase dense ni de zone de phase diluée.La condition nécessaire au maintien de la concentration en particules dans le lit est une quantité élevée de particules solides en circulation.Une fois que la circulation n'est pas bonne, toutes les particules présentes dans le lit peuvent être expulsées.En raison des mauvaises caractéristiques de fluidisation des combustibles issus de la biomasse, les gazogènes CFB utilisent essentiellement du sable comme milieu de fluidisation auxiliaire.
Le gazogène CFB présente deux caractéristiques : le débit de gaz est élevé, généralement compris entre 4~7 m/s, le lit fonctionne dans la zone de fluidisation rapide ;le taux de circulation élevé des particules fixes se situe entre 10 et 20.
3.3 Gazogène à lit fluidisé double (DFB)
Le gazéificateur à lit fluidisé double adopte deux fours à lit fluidisé, l'un est un gazéificateur et l'autre est un four à combustion.Le combustible biomasse est ajouté au gazéificateur avec du sable chaud comme matériau de lit, et la quantité de sable est absorbée, et la réaction de pyrolyse est réalisée.Le produit gazeux transporte le carbone résiduel et le sable et est séparé dans le séparateur.Les résidus de carbone et le sable séparés sont brûlés avec l'air dans le four de combustion pour chauffer le sable, et le sable chaud est transporté par les gaz de combustion et séparé par le séparateur, et le sable chaud est renvoyé au gazogène.La caractéristique remarquable du gazogène DFB est que les particules de combustible sont transportées dans les deux fours à lit fluidisé en utilisant la forte capacité de transport du lit fluidisé.
4 Caractéristiques des différents types de gazogènes
Le gazogène à lit fixe présente une structure simple, une grande adaptabilité des matières premières, une taille de particules allant jusqu'à 100 mm, une faible sensibilité aux scories et une faible teneur en cendres volantes de gaz, mais il ne convient qu'aux opérations de gazéification à petite échelle et est difficile à mettre à l'échelle. .
Le gazogène à lit fluidisé a une efficacité de gazéification élevée et un pouvoir calorifique élevé, mais sa structure est relativement complexe.Il comporte certaines exigences concernant la taille des particules, l'uniformité, la teneur en eau et l'angle d'accumulation naturelle du carburant.Il est sensible aux scories, et à la teneur en cendres volantes des gaz. S'ils sont nombreux, il doit être équipé d'un système de dépoussiérage et d'épuration.À l’heure actuelle, les projets de gazéification de biomasse à grande échelle adoptent progressivement la technologie du gazéificateur à lit fluidisé sous pression.
5. Conclusion
À l'heure actuelle, les exigences mondiales en matière d'émissions de carbone deviennent de plus en plus strictes et l'importance de la biomasse présentant les caractéristiques de « zéro émission de carbone » devient de plus en plus évidente.Cet article présente brièvement le principe de la gazéification de la biomasse et compare et analyse différents types de gazogènes.On peut voir que le lit fixe et le lit fluidisé ont leurs propres avantages, mais le lit fluidisé est plus adapté à une utilisation à grande échelle et constitue l'orientation future du développement, afin d'apporter un peu de signification directrice à la conception et à l'exploitation de projets de gazéification de la biomasse.
Heure de publication : 29 mars 2022