Biomass gasification and reforming of tars

Abstract

Gasification is a promising biomass conversion process. It is considered to be the conversion of solid or liquid into a gas, which can be used for energy production. Since tars, produced by the partial reaction of biomass, greatly influence on the possibilities in utilizing the gasification product gas, they were taken into closer inspection. A method, in which the product gas was treated with high temperatures, was considered in detail. More closely, this thermal cracking, accomplished by combustion of part of the product gas, was focused on. In the literature study the phases of gasification process are considered and a few gasifier types presented. In the experimental part, partial combustion thermal cracking was tested with a cracking unit. Gasifier product gas was led to this unit, in which part of the gas was combusted with oxygen and high temperatures were thereby achieved. Different temperatures and residence times were examined and tar samples taken from the gas flow before and after the unit. From the samples, the total quantity of tar was evaluated and different tar compounds identified. As expected, thermal cracking decreased the tar content of the product gas. An average conversion of over 90 procent was achieved. During cracking, tar also changed in composition. The product gas tar contained considerable number of unidentified components while in the cracked gas tar only certain components, which can be identified, were present. Also CO2 -content was analysed before and after the treatment.

AB3:Kaasutuksella tarkoitetaan kiinteän tai nestemäisen polttoaineen muuttamista kaasumaiseksi. Koska biomassan kaasutuksen aikana syntyvät tervat vaikuttavat suuresti tuotetun kaasun käyttömahdollisuuksiin, olivat ne huomion kohteena diplomityössä. Tervoilla tarkoitetaan kondensoituvia hiilivetyjä, joihin kuuluu useita erilaisia yhdisteitä. Erään, biomassan kaasutukseen soveltuvan määritelmän mukaan, kaikki molekyylimassaltaan bentseeniä suuremmat orgaaniset yhdisteet luetaan tervoiksi. Kaasutuksen tuotekaasun saattamisessa paremmin käyttöön sopivaksi, keskityttiin prosessiin, jossa tervaista tuotekaasua käsiteltiin kuumilla lämpötiloilla. Tavoitteena oli saavuttaa tervayhdisteiden hajoaminen, jota voidaan kutsua myös krakkaukseksi. Päähuomio oli prosessissa, jossa krakkaus saatiin aikaan polttamalla osa tuotekaasusta erillisessä laitteessa, krakkerissa, jolloin kaasun lämpötila nousee. Tällaista prosessia tutkittiin työn kokeellisessa osiossa. Työssä pyrittiin selvittämään, miten tehokkaasti krakkeri voi vähentää tuotekaasun tervapitoisuutta ja sitä, mitkä tekijät siihen vaikuttavat. Kirjallisuusselvityksessä esiteltiin ensin kaasutuksen periaate ja vaiheet sekä yleisiä kaasutustekniikoita. Tämän jälkeen käsiteltiin biomassan ominaisuuksia kaasutuksen kannalta. Tervan syntyminen ja kehittyminen sekä tervan luokitteluja käytiin myös läpi. Tämän jälkeen keskityttiin tervan termiseen krakkaukseen ottaen huomioon osittaispoltto ja esiteltiin myös katalyyttistä vaihtoehtoa krakkaukselle. Kokeellisessa osiossa vastavirtakaasuttimella tuotettua kaasua johdettiin krakkeriin, jossa osa kaasusta poltettiin hapella.