ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

4. ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ
4.1. Εισαγωγή στην αεριοποίηση βιομάζας
Η αεριοποίηση της βιομάζας είναι η μετατροπή μιας οργανικής προέλευσης
ανθρακούχου τροφοδοσίας μέσω μερικής οξείδωσης σ’ ένα αέριο προϊόν, το οποίο
ονομάζεται αέριο σύνθεσης (synthesis gas ή syngas). Αυτό το αέριο προϊόν αποτελείται
από άζωτο, στην περίπτωση άμεσης αεριοποίησης με αέρα, υδρογόνο, μονοξείδιο του
άνθρακα, διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο και υδρατμό ενώ περιέχει επίσης μικρότερες
ποσότητες ανώτερων υδρογονανθράκων (C2+) όπως: C2H2, C2H4, C2H6, C6H6, C10H8
κλπ. Οι χημικές αντιδράσεις πραγματοποιούνται σε υψηλές θερμοκρασίες, 750 K –
1.650 K και σε ατμοσφαιρική πίεση ή σε υψηλές πιέσεις μέχρι 33 bar (480 psia). Το
οξειδωτικό μέσο, καθώς και το μέσο ρευστοποίησης της κλίνης που χρησιμοποιείται
μπορεί να είναι αέρας, καθαρό οξυγόνο, υδρατμός ή μίγμα αυτών των αερίων. Οι
αεριοποιητές που χρησιμοποιούν αέρα παράγουν ένα αέριο προϊόν το οποίο περιέχει μια
σχετικά υψηλή συγκέντρωση αζώτου με μια χαμηλή θερμογόνο δύναμη μεταξύ 4 και 6
MJ m -3 (107-161 Btu ft -3 ). Οι αεριοποιητές που χρησιμοποιούν οξυγόνο ή
εμπλουτισμένο αέρα, που προκύπτει με μερική απόρριψη αζώτου, ή υδρατμό παράγουν
ένα αέριο προϊόν το οποίο περιέχει μια σχετικά υψηλή συγκέντρωση υδρογόνου και
μονοξειδίου του άνθρακα με θερμογόνο δύναμη μεταξύ 10 και 20 MJ m -3 (268-537 Btu
ft -3 ).
4.2 Άμεση και έμμεση αεριοποίηση
Η αεριοποίηση περιλαμβάνει την απομάκρυνση των πτητικών (devolatilization) και τη
μετατροπή της βιομάζας σε ατμόσφαιρα υδρατμού και/ή οξυγόνου για την παραγωγή
ενός αερίου μεσαίας θερμιδικής αξίας. Υπάρχουν δύο γενικές κατηγορίες αεριοποιητών.
Μερικής οξείδωσης αεριοποιητές (POX, Partial Oxidation Gasifiers) άμεσης προσφοράς
θερμότητας (directly-heated gasifiers) οι οποίοι χρησιμοποιούν την εξώθερμη
αντίδραση μεταξύ οξυγόνου και οργανικών ενώσεων ώστε να παρέχουν την απαραίτητη
θερμότητα για την απομάκρυνση των πτητικών της βιομάζας και τη μετατροπή του
πλούσιου σε άνθρακα κωκ, που παράγεται κατά την αεριοποίηση. Στους αεριοποιητές
μερικής οξείδωσης η θερμότητα που προωθεί τις διεργασίες της αεριοποίησης
παράγεται εσωτερικά στον αεριοποιητή. Στη διεργασία της άμεσης αεριοποίησης το
οξειδωτικό μέσο και παράλληλα το μέσο ρευστοποίησης της κλίνης μπορεί να είναι:
ατμοσφαιρικός αέρας ή εμπλουτισμένος αέρας ή οξυγόνο ή μίγμα αέρα-υδρατμού ή
μίγμα οξυγόνου-υδρατμού. Ένα μειονέκτημα των POX αεριοποιητών αφορά την
παραγωγή του οξυγόνου η οποία είναι ακριβή και συνήθως απαιτεί εγκαταστάσεις
μεγάλου μεγέθους ώστε η διεργασία της αεριοποίησης να είναι οικονομικά συμφέρουσα
[9].
Η δεύτερη γενική κατηγορία περιλαμβάνει τους αεριοποιητές υδρατμού (steam
gasifiers) έμμεσης προσφοράς θερμότητας (indirectly-heated gasifiers) οι οποίοι
επιτυγχάνουν τη θέρμανση της βιομάζας και την αεριοποίηση μέσω της προσφοράς
33