فرآیند‌های گازی سازی جریان پیوسته آرام

راکتور‌های گازی ساز جریان هم زمان اساساً برای گازی سازی زغال سنگ یا نفت خام و مشتقات نفتی ابداع شده، اما گازی سازی زیست توده نیز به صورت هم زمان با زغال سنگ در چندین مورد از چنین راکتور‌هایی با موفقیت مورد آزمون قرار گرفته است. فرآیند‌های گازی سازی جریان هم زمان در بیشتر موارد از اکسیژن خالص به عنوان سیال عامل گازی ساز بهره می‌گیرند و ظرفیت بهره برداری آن‌ها اغلب بالای ۱۰۰ مگاوات حرارتی است. به دلیل دمای بالا در این راکتورها، ماده خام به طور کلی تبدیل به گاز می‌شود و زمان ماندن در این راکتور‌ها کوتاه است و در حد چند ثانیه می باشد. این راکتور‌ها بسته به نوع سوخت مصرفی، بر دو نوع طراحی و ساخته می‌شوند:

یکی از دسته ها، راکتور گازیساز گدازنده است که خاکستر را ذوب می کند و برای سوخت های دارای خاکستر (از جمله زیست توده) به کار برده می‌شود.دیگری راکتور ناگدازنده که برای سوخت‌های بدون خاکستر به کار می رود.

 

در راکتور گدازنده، اجزاء شیمیایی تشکیل دهنده خاکستر ذوب می‌شوند. ذرات ذوب شده بر روی دیواره های خنک تر راکتور متراکم می‌شوند و در نهایت یک لایه جامد بر روی دیواره پدید می‌آورند که به مثابه یک لایه حفاظتی عمل می کند. گدازه مذاب در یک مایع آمیخته شده و در اثر خنک شدن سریع به گلوله‌های پوکه مانند تبدیل می‌شوند و این مخلوط از کف راکتور تخلیه می‌شود. برای پدید آوردن یک مایع حاوی گدازه خاکستر با گران روی مناسب در دمای مربوطه، ماد‌ه ای به عنوان ماده روان کننده جریان تخلیه به بخش پایینی راکتور افزوده می‌شود. برای نیروگاه‌های زغال سنگ سوز که از این دسته راکتورها استفاده می کنند، معمولاً سنگ آهک یا دیگر مواد معدنی غنی از کلسیم به عنوان روان کننده جریان تخلیه به کار می روند.

تولید گاز سنتز از زیست توده به کمک فرآیند گازی سازی جریان هم زمان برتری‌های زیر را دارد:

تولید گاز با ظرفیت و بازدهی بالا: به دلیل سرعت زیاد واکنش و دمای بالا، بیش از ۹۹.۵ ٪ سوخت به گاز تبدیل می‌شود و بدین دلیل که زیست توده به صورت پودر همراه با جریان سیال عامل (معمولاً اکسیژن) به راکتور وارد می شود، شدت جریان‌های جرمی بالایی قابل انتقال به راکتور خواهند بود که به تولید شدت جریان بالای گاز سنتز خواهند انجامید.

انعطاف پذیری در سوخت ورودی به راکتور: همه انواع زیست توده از جمله چوب، بقایای کشاورزی غنی از مواد قلیایی، لجن فاضلاب و فضولات دامی می توانند همراه با ذغال سنگ یا ته مانده‌های جامد نفت خام در راکتور گازی ساز به گاز تبدیل شوند.

سادگی در پاکیزه سازی گاز: با توجه به دمای بالای راکتور، گاز سنتز به دست آمده عاری از ناخالصی های آلی (ترکیبات قطران )است و با کمک روش‌های مرسوم می تواند از ناخالصی‌های معدنی نیز پالایش شود.

کمترین پسماند فرآیند: مواد معدنی زیست توده به صورت گدازه‌های خاکستر و غبار خاکستر بازیافت می شوند. گدازه ها (همانند پوکه معدنی) می توانند در عملیات ساختمانی و عمرانی به کار روند، زیرا این مواد عاری از کربن و ناخالصی‌های آلی بوده در حالی که خاکستر حاصل از روش‌های متداول گازی سازی زیست توده به دلیل دارا بودن درصد قابل توجهی از کربن نسوخته باید همانند یک پسماند شیمیایی با آن برخورد شود.

یک مثال از گازی سازی زیست توده به روش جریان هم زمان در مقیاس بزرگ، نیروگاه ذغال سنگ سوز (بوگنوم) در هلند ساخت شرکت (شل) است که برج گازی سازی آن ۶۰۰ مگاوات حرارتی ظرفیت تولید گاز دارد و بازدهی الکتریکی خالص نیروگاه ۴۳ ٪ است. آزمایش گازی سازی هم زمان ذغال سنگ و زیست توده با استفاده از انواع زیست توده مانند چوب، لجن فاضلاب و فضولات مرغداری در سال‌های ۲۰۰۳ تا ۲۰۰۵ با موفقیت انجام گرفته است. نسبت انرژی ورودی حاصل از زیست توده به برج گازساز ۱۰ % کل انرژی ورودی بوده، اما اکنون این نسبت به ۲۵ % افزایش یافته است. نمونه‌ای از ساختار فرآیند گازی سازی جریان هم زمان در شکل زیر دیده می‌شود.

 

ساختار فرآیند گازی سازی جریان هم زمان در یک راکتور بزرگ مقیاس