Sådan fungerer forgasning

Nogle af de mest lovende, opmærksomhedsskabende energialternativer er ikke revolutionerende ideer. Vi kender alle til vindmøller og vandhjul, som har eksisteret i århundreder. I dag, en række forbedringer, herunder innovative møller, forvandler disse gamle maskiner til banebrydende teknologier, der kan hjælpe nationer med at opfylde deres energibehov.

Der er en anden gammel proces - en du sandsynligvis ikke ved meget om - der vinder popularitet og kan slutte sig til vind og vandkraft i panteonen med ren, vedvarende energi. Processen er kendt som forgasning , et sæt kemiske reaktioner, der bruger begrænset ilt til at omdanne et kulstofholdigt råstof til et syntetisk gas , eller syngas .

Det lyder som forbrænding, men det er det ikke. Forbrænding bruger en overflod af ilt til at producere varme og lys ved afbrænding. Forgasning bruger kun en lille mængde ilt, som kombineres med damp og koges under intens tryk. Dette starter en række reaktioner, der producerer en gasformig blanding, der primært består af kulilte og hydrogen. Dette syngas kan brændes direkte eller bruges som udgangspunkt for fremstilling af gødning, rent brint, metan eller flydende transportbrændstoffer.

Tro det eller ej, forgasning har eksisteret i årtier. Den skotske ingeniør William Murdoch får æren for at udvikle den grundlæggende proces. I slutningen af ​​1790'erne, ved hjælp af kul som råstof han producerede syngas i tilstrækkelig mængde til at tænde sit hjem. Til sidst, byer i Europa og Amerika begyndte at bruge syngas - eller "bygas", som det var kendt dengang - til at tænde bygader og boliger. Til sidst, naturgas og elektricitet fra kulbrændende kraftværker erstattede bygas som den foretrukne kilde til varme og lys.

I dag, med en global klimakrise truende i horisonten og magtsultne nationer på jagt efter alternative energikilder, forgasning gør et comeback. Gasification Technologies Council forventer, at verdens forgasningskapacitet vokser med mere end 70 procent inden 2015. Meget af den vækst vil ske i Asien, drevet af en hurtig udvikling i Kina og Indien. Men USA omfavner forgasning, såvel.

Lad os se nærmere på, hvordan denne proces fungerer. Vi starter med kulgasning, den mest almindelige form for processen.

1. Kulforgasning
2. Forgasning af træ
3. Hjemmelavet forgasning

Kulforgasning

Hjertet i et kulkraftværk er en kedel, hvor kul forbrændes ved forbrænding for at omdanne vand til damp. Følgende ligning viser, hvordan brændende kul ser ud kemisk:C + O ₂ -> CO ₂ . Kul er ikke lavet af rent kulstof, men af ​​kulstof bundet til mange andre elementer. Stadig, kulets kulstofindhold er højt, og det er kulstoffet, der kombineres med ilt i forbrændingen for at producere kuldioxid, den største synder i den globale opvarmning. Andre biprodukter ved kulforbrænding omfatter svovloxider, nitrogenoxider, kviksølv og naturligt forekommende radioaktive materialer.

Hjertet i et kraftværk, der indeholder forgasning, er ikke en kedel, men a forgasser , en cylindrisk trykbeholder, der er cirka 12 meter høj og 4 meter på tværs. Fodrester kommer ind i forgasseren øverst, mens damp og ilt kommer nedefra. Enhver form for kulstofholdigt materiale kan være en råvare, men kulgasning, selvfølgelig, kræver kul. Et typisk forgasningsanlæg kunne bruge 16, 000 tons (14, 515 tons) brunkul, en brunlig kulform daglige.

En forgasser fungerer ved højere temperaturer og tryk end en kulkedel - cirka 2, 600 grader Fahrenheit (1, 427 grader Celsius) og 1, 000 pounds per square inch (6, 895 kilopascal), henholdsvis. Dette får kul til at gennemgå forskellige kemiske reaktioner. Først, delvis oxidation af kulets kul frigiver varme, der hjælper med at fodre forgasningsreaktionerne. Den første af disse er pyrolyse , som opstår som kulens flygtige stof nedbrydes i flere gasser, efterlader sig forkælelse , et kullignende stof. Derefter, reduktionsreaktioner omdanner det resterende kulstof i kulen til en gasformig blanding kendt som syngas .

Kulilte og hydrogen er de to primære komponenter i syngas. Under en proces kendt som gasoprydning , den rå syngas løber gennem et kølekammer, der kan bruges til at adskille de forskellige komponenter. Rengøring kan fjerne skadelige urenheder, herunder svovl, kviksølv og uomdannet kulstof. Selv kuldioxid kan trækkes ud af gassen og enten opbevares under jorden eller bruges til ammoniak- eller methanolproduktion.

Det efterlader rent hydrogen og kulilte, som kan forbrændes rent i gasturbiner for at producere elektricitet. Eller, nogle kraftværker konverterer syngassen til naturgas ved at føre den rensede gas over en nikkelkatalysator, får carbonmonoxid og kuldioxid til at reagere med frit hydrogen for at danne metan. Denne "substituerede naturgas" opfører sig som almindelig naturgas og kan bruges til at generere elektricitet eller opvarme boliger og virksomheder.

Men hvis kul ikke er tilgængeligt, forgasning er stadig mulig. Alt du skal bruge er noget træ.

Selvom el -industrien for nylig er blevet interesseret i forgasning, det kemiske, raffinerings- og gødningsindustrien har brugt processen i årtier. Det er fordi de vigtigste komponenter i syngas - hydrogen og kulilte - er de grundlæggende byggesten i flere andre produkter. Nogle af de vigtigste produkter, der stammer fra syngas, omfatter methanol, kvælstofbaseret gødning og brint til olieraffinering og transportbrændstoffer. Også selvom slagger , et glaslignende biprodukt af forgasningsprocessen kan bruges i tagmaterialer eller som vejbelægningsmateriale.

Forgasning af træ

Kulforgasning kaldes undertiden "rent kul", fordi det kan bruges til at generere elektricitet uden at støde toksiner og kuldioxid ud i atmosfæren. Men det er stadig baseret på et ikke -fornyeligt fossilt brændstof. Og det kræver stadig minedrift, der gør jorden ar og efterlader giftigt affald fra sig selv. Forgasning af træ - eller forgasning af biomasse , for at være mere teknisk korrekt - kan give et levedygtigt alternativ. Biomasse betragtes som en vedvarende energikilde, fordi den er fremstillet af organiske materialer, såsom træer, afgrøder og endda skrald.

Biomasse forgasning fungerer ligesom kul forgasning:Et råstof kommer ind i en forgasser, som koger det kulstofholdige materiale i et iltfattigt miljø for at producere syngas. Foderstoffer falder generelt ind i en af ​​fire kategorier:

• Landbrugsrester er tilbage, efter at landmænd har høstet en råvareafgrøde. De omfatter hvede, lucerne, bønne- eller byghalm og majsstover. Hvedestrå og majsrester udgør størstedelen af ​​denne biomasse.

• Energiafgrøder dyrkes udelukkende til brug som råvarer. De omfatter hybrid poppel og piletræer, samt switchgrass, en indfødt, hurtigt voksende præriegræs.

• Skovbrugsrester inkluderer al biomasse, der efterlades efter træhøst. Deadwood fungerer godt, også, ligesom rester fra afbarkning og fjernelse af lemmer.

• Bytræaffald refererer til byggeaffald og nedrivningsaffald, der ellers ville ende på en losseplads. Paller - flade transportstrukturer - falder også ind under denne kategori.

Valget af råmateriale bestemmer forgasningsdesignet. Tre designs er almindelige inden for forgasning af biomasse:updraft, nedtrapning og krydsudkast. I en opadgående forgasser , træ kommer ind i forgasningskammeret ovenfra, falder på en rist og danner en brændstofbunke. Luft kommer ind under risten og strømmer op gennem brændstofbunken. Syngas, også kendt som producentgas i cirkler af biomasse, forlader toppen af ​​kammeret. I nedtrapning eller crossdraft forgassere , luften og syngas kan komme ind og ud på forskellige steder.

Valget af brændstof og forgasningsdesign påvirker de relative andele af forbindelser i syngassen. For eksempel, hvedestrå anbragt i en nedgassningsforgasser producerer følgende:

• 17 til 19 procent hydrogengas
• 14 til 17 procent kulilte
• 11 til 14 procent kuldioxid
• Stort set ingen metan

Men trækul, der er anbragt i en nedgassningsforgasser, producerer følgende:

• 28 til 31 procent kulilte
• 5 til 10 procent hydrogengas
• 1 til 2 procent kuldioxid
• 1 til 2 procent metan

[kilde:Rajvanshi].

Nu er du klar til at lave din egen træforgasser. Fortsæt med at klikke for at se hvordan.

Tro det eller ej, en af ​​de vigtigste anvendelser af træforgasning har været at drive forbrændingsmotorer. Før 1940, forgasningsdrevne biler blev lejlighedsvis set, især i Europa. Derefter, under Anden Verdenskrig, oliemangel tvang folk til at tænke over alternativer. Transportindustrien i Vesteuropa stolede på forgasning af træ for at drive motorkøretøjer og sikre, at fødevarer og andre vigtige materialer kom til forbrugerne. Efter krigen, efterhånden som gas og olie blev bredt tilgængelig, forgasning var stort set glemt. En fremtidig oliemangel, imidlertid, kan genoplive vores interesse for denne gamle teknologi. Fremtidens bilfører kan bede om at ”fylde op” med et par træstykker i stedet for et par liter gas.

Hjemmelavet forgasning

En attraktiv kvalitet ved forgasning er dens skalerbarhed. Polk Power Station lige sydøst for Tampa er et forgasningsanlæg, der dækker 4, 300 hektar (1, 740 hektar). Det konverterer 100 tons (90,7 tons) kul i timen til 250 millioner watt effekt til omkring 60, 000 boliger og virksomheder [kilde:Folger].

Men du behøver ikke at være et kæmpe offentligt værktøj for at eksperimentere med forgasning. Du kan bygge en enkel, lille forgasser med materialer, du finder rundt omkring i huset. YouTube indeholder flere videoer af disse hjemmelavede enheder. En video, for eksempel, viser en malingskande, der spiller rollen som trykbeholderen, hvor forgasningsreaktioner forekommer. Da syngassen produceres inde i den forseglede dåse, den bevæger sig gennem nogle enkle VVS -fittings til en brænderdåse, hvor gassen kan antændes.

En anden interessant video viser et lille team, der samler og driver en træforgasning baseret på planer udarbejdet af U.S.Federal Emergency Management Agency (FEMA) og Oak Ridge National Laboratory. FEMA udviklede disse planer i 1989 specielt til forgasning i mindre målestok i tilfælde af en olie-nødsituation. Agenturets rapport indeholder detaljerede, illustrerede instruktioner til fremstilling, installation og drift af en nedfældning af biomasse -forgasning. (Et link til rapporten er inkluderet i kildelisten under "Lafontaine" på næste side.) Enheden kræver en galvaniseret metalskralde, en lille metaltromle, almindelige VVS -fittings og en blandeskål i rustfrit stål og kan monteres på et køretøj for at give syngas til forbrænding. Med forgaseren på plads, køretøjet kan køre pålideligt ved hjælp af træflis eller anden biomasse som brændstof.

Hvis du er interesseret i forgasning, men er ikke gør-det-selv typen, så vil du måske overveje at købe en forgasningsenhed fra en producent. For eksempel, New Horizon Corporation distribuerer forgasningssystemer, der kan installeres i et hjemmemiljø. Disse forgasningskedler til biomasse kan opvarme huse, garager og andre bygninger og kan bruge en række forskellige brændstoffer, herunder krydret træ, majskolber, savsmuld, flis og enhver form for træpiller.

På den ene eller anden måde, forgasning vil sandsynligvis fremstå som et af de vigtigste energialternativer i de kommende årtier. Det er den reneste måde at bruge kul på, men arbejder også effektivt med vedvarende energikilder, såsom biomasse. Og, fordi et af de primære produkter til forgasning er brint, processen tilbyder et springbræt til at producere store mængder brint til brændselsceller og renere brændstoffer.

Fortsæt med at læse for flere links til fremtiden for energi og grøn teknologi.

Masser mere information

relaterede artikler

• Hvad er øko-plast?
• Sådan fungerer kunstig fotosyntese
• Sådan fungerer EnviroGrid
• Er der en måde at få solenergi om natten?

Kilder

• Kaptajn, Sean. "Drej sort kulgrønt." Populær videnskab. 1. februar kl. 2007. (15. maj, kl. 2009) http://www.popsci.com/scitech/article/2007-02/turning-black-coal-green
• Folger, Tim. "Kan kul blive rent?" Opdag magasinet. 18. december kl. 2006. (15. maj, kl. 2009) http://discovermagazine.com/2006/dec/clean-coal-technology/?searchterm=gasification
• Gasification Technologies Council. "Forgasning:Omdefinering af ren energi." 2008. (15. maj, kl. 2009) http://www.gasification.org/Docs/Final_whitepaper.pdf
• Haq, Zia. "Biomasse til elproduktion." Energi Information Administration. 13. maj kl. 2002. (15. maj, kl. 2009) http://www.eia.doe.gov/oiaf/analysispaper/biomass/
• Jenkins, Steve. "Forgasning 101." Forarbejdning af forgasningsteknologier. 13. maj kl. 2008. (15. maj, kl. 2009) http://www.gasification.org/Docs/Workshops/2008/Tampa/02Jenkins.pdf
• LaFontaine, H. og F.P. Zimmerman. "Konstruktion af en forenklet trægasgenerator til tankning af forbrændingsmotorer i en petroleumstilfælde." Federal Emergency Management Agency. Marts 1989. (15. maj, kl. 2009) http://www.woodgas.net/files/FEMA_emergency_gassifer.pdf
• Oak Ridge National Laboratory. "Biobrændstoffer fra switchgrass:grønnere energigræsser." (15. maj kl. 2009) http://bioenergy.ornl.gov/papers/misc/switgrs.html
• Rajvanshi, Anil K. "Biomasse forgasning." Udgivet som kapitel i Alternativ energi i landbrug. 1986. (15. maj, kl. 2009) http://nariphaltan.virtualave.net/gasbook.pdf