Gasifikazio

Gasifikazio-instalazioa, Austria

Gasifikazioa solido edo likido egoeran dagoen lehengaia prozesu termokimiko baten bidez gas erregaira eraldatzen duen prozesua da. Beroa ematen duen agente gasifikatzaile baten laguntzaz eta oxigeno kantitate zehatzeko egoeretan, gasogeno baten barruan gertatzen da prozesu hau.^[1][2][3][4]

Etapak eta erreakzio kimikoak

Gasogeno batean karbonodun materialak hainbat prozesu jasaten ditu:

1. Deshidratazio edo lehortze prozesua 100 °C inguruan gertatzen da. Normalean sortzen den lurruna gas-fluxuan nahasten da eta ondorengo erreakzio kimikoetan eragina izan dezake, batez ere uraren eta gasaren arteko erreakzioan, baldin eta tenperatura nahiko altua bada (ikusi 5. urratsa).
2. Pirolisi prozesua 200-300 °C inguruan gertatzen da. Konposatu organiko lurrunkorrak askatzen dira eta karbonoa sortzen da, ondorioz, ikatzaren pisuaren % 70 galtzen da. Prozesua karbonodun materialen propietateen menpe dago eta karbonoaren egitura eta osaera zehazten ditu, gero gasifikazio erreakzioak jasango dituena.
3. Errekuntza-prozesua produktu lurrunkorrek eta karbono batzuek oxigenoarekin erreakzionatzen dute karbono dioxidoa eta karbono monoxido kopuru txikiak eratuz. Prozesu honek beroa ematen du ondorengo gasifikazio erreakzioetarako. C hizkia karbonoa duen konposatu organikoa adierazten duelarik, ematen den oinarrizko erreakzioa hurrengoa da: ${\displaystyle {\ce {C + O2 -> CO2}}}$
4. Gasifikazio prozesua gertatzen da karbonoak lurrunarekin eta karbono dioxidoarekin erreakzionatzen duenean eta, ondorioz, karbono monoxidoa eta hidrogenoa sortzen denean, hurrengo erreakzioen bidez: ${\displaystyle {\ce {C + H2O-> H2 + CO}}}$ eta ${\displaystyle {\ce {C + CO2->2CO}}}$
5. Gainera, gas fasetik ur-gas faserako erreakzio itzulgarria oso azkar iristen da orekara gasogenoko tenperatura egokian. Honek karbono monoxido, ur-lurrun, karbono dioxido eta hidrogeno kontzentrazioak orekatzen ditu: ${\displaystyle {\ce {CO + H2O <-> CO2 + H2}}}$

Funtsean, oxigeno edo aire kopuru mugatua sartzen da erreaktorean material organiko batzuk erre daitezen karbono dioxidoa eta energia sortzeko, eta horrek bigarren mailako erreakzio bat eragiten du, material organikoa hidrogeno eta karbono dioxido osagarri bihurtzen duena.

Erreakzio gehiago gertatzen dira eratutako karbono monoxidoak eta materia organikoko hondakin urak erreakzionatzen dutenean; orduan, metanoa eta gehiegizko karbono dioxidoa eratzen baita (${\displaystyle {\ce {4CO + 2H2O -> CH4 + 3CO2}}}$). Hirugarren erreakzio hau gertatzen da, batez ere, gas erreaktiboen eta material organikoen egonaldi denbora handia duten erreaktoreetan.

Sailkapen motak

Agente gasifikatzailearen arabera

• Gasogenoa airearekin: aire beroa gasogenoan sartzen da eta berotze-ahalmen baxuko gas bat sortzen du. Gas honek, gas naturalak duen berotze-ahalmenaren % 25 baino ez du.

• Gasogenoa oxigenoarekin: prozesu honen bidez ekoiztutako sintesi-gasa, aurreko kasuan sortzen dena baino kalitate handiagokoa da. Kasu honetan, oxigenoa baino ez da erabiltzen; aurrekoan, aldiz, airea erabiltzen zenez nitrogenoarekin diluituta zegoen. Kasu honetan gas naturalak duen berotze-ahalmenaren % 25 eta % 40 artekoa da.

• Gasogenoa ur-lurrunarekin: eratutako gasa hidrogenoz eta karbono monoxidoz aberastuta dago, eta amoniakoa, metanola, eta bestelako konposatuen sintesirako erabiltzen da.

• Gasogenoa hidrogenoarekin: ekoizten den gasak berotze-ahalmen handia du, eta gas naturala erabiltzen den aplikazio berdinetarako erabil daiteke.^[5]

Konbustiorako beroaren jatorriaren arabera

• Zuzeneko gasogenoa: beroa gasifikatuko den biomasaren errekuntza partzialetik dator.

• Zeharkako gasogenoa: behar den beroa beste energia iturri batetik dator, trukagailu batetik edo beste zeharkako prozesu batetik; gasifikazio eta errekuntza eremuen bereizketa prozesutik, esate baterako.

Prozesua ematen den presioaren arabera

• Gasogeno atmosferikoak: presio atmosferikoan lan egiten dute

• Presiopeko gasogenoak: presio jakin batean lan egiten dute

Lehengaiaren mugimenduaren arabera

• Ohantze finkoko edo mugikorreko gasogenoak: orokorrean, ekipo hauek dituzten instalazioen potentzia 1 eta 4 MW artekoa da. Horien artean honako hauek bereizten dira: kontrakorronteko gasogenoak (updraft), paraleloan kokatutako korronteko gasogenoak (downdraft) eta gurutzatutako gasogenoak.

• Ohantze fluidizatuko gasogenoak: burbuilariak 0,5 eta 10 MW arteko potentzia duten instalazioetarako, eta zirkulatzaile motakoak 5 MW baino gehiagoko potentzia duten instalazioetarako.

• Arrasteko gasogenoa.

Faktore termokimikoak

Funtzionamendu faktoreak:

• Tenperatura: parametro honen handitzeak produktuko gasen, hidrogenoaren eta karbono monoxidoaren edukiaren handitzea eragiten du, eta beste alde batetik, metanoaren eta uraren edukia gutxitzea.

• Presioa: honen handitzeak hidrokarburoen eta mundrunen proportzioaren handitzea dakar.

• Agente gasifikatzailea/biomasa erlazioa: agente gasifikatzailea oxigenoa denean, honen handipenak, karbono dioxidoaren formazioaren sorrera areagotzen du eta honekin batera gasaren kalitatearen galera. Aldiz, gasifikatzailea airea bada, diluzio efektua gertatuko da airean dagoen nitrogenoaren ondorioz, eta tenperaturaren igoera emango da. Honen guztiaren ondorioz, pirolisian sortutako hondakin solidoen eta kondentsagarrien proportzioa gutxituko da.

Biomasa gasifikatuaren faktoreak:

• Analisi elementala: C, H, N, S eta O edukia da. Agente gasifikatzailea/biomasa erlazioaren balioan eragiten du, baita sor daitekeen nitrogeno oxido eta sufrearen kantitatean ere.

• Berehalako analisia: errauts, material lurrunkor eta karbono finkoa zehaztea da. Errautsen edukiak gasifikatzailetik atera behar den material kantitateari balio bat ematen dio eta honek ahalik eta baxuena izan behar du; izan ere, handia bada, gasa eratzen duen biomasa kopurua gutxituko da eta, ondorioz, sortuko den energia ere.

• Berotze-ahalmena: erregai batean dagoen energia kopurua zehazten duen parametroa.

• Partikulen tamaina: gasogenoaren barruko biomasaren egonaldi-denbora zehazten du, eta beraz, honen bolumena ere.

• Partikulen dentsitatea, forma eta gogortasuna: zenbat eta dentsitatea txikiagoa izan, fluidizatzea okerragoa izango da, nahiz eta batzuetan hobetu daitekeen osagarri bat gehituz.

• Hezetasuna: parametro garrantzitsua gasifikazio proiektu bat ekonomikoki bideragarria den edo ez jakiteko

Gasogenoaren diseinuko faktoreak:

• Erreaktorearen geometria: gasifikatu daitekeen biomasa kantitatea zehazten du.

• Biomasa/produktuak elikatzeko eta husteko sistemak: gasen irteeraren altuerak eta dimentsioak gasifikatutako biomasaren konbertsioan eragina du.

• Ekoiztutako gasa girotzeko eta garbitzeko sistemak: sortutako gasak izango duen funtzioaren arabera, garbiketa bat edo beste bat egingo zaio. Garbiketa eragiketak zehazten dituzten parametroak, normalean, mundrunak eta partikulak dira.

Erreferentziak

1. (Gaztelaniaz) Yúfera, Eduardo Primo. (1994). Química orgánica básica y aplicada: de la molécula a la industria. vol 1. Reverte ISBN 978-84-291-7953-8. (Noiz kontsultatua: 2020-12-07).
2. (Gaztelaniaz) Castells, Xavier Elías. (2005-08-22). Tratamiento y valorización energética de residuos. Ediciones Díaz de Santos ISBN 978-84-7978-694-6. (Noiz kontsultatua: 2020-12-07).
3. www.biomassengineering.com (Noiz kontsultatua: 2020-12-07).
4. «Gasification Renewable Energy from Biomass Engineering UK» web.archive.org 2011-09-10 (Noiz kontsultatua: 2020-12-07).
5. «Gasificación - Ingeniería Química» www.ingenieriaquimica.net (Noiz kontsultatua: 2020-12-08).

Ikus, gainera

• Hiri-gas
• Biogas
• Bioerregai

Kanpo estekak

• CEUPE