Vergassen

Vergassing is een thermisch proces waarbij de brandstof(bijvoorbeeld biomassa) onder zuurstofarme omstandigheden onvolledig wordt verbrand, waarbij stookgas vrijkomt. Dit gas kan vervolgens worden verwerkt tot biogas.
Deze techniek is in de 19e eeuw ontwikkeld om stadsgas uit steenkool te halen, in de Tweede Wereldoorlog is vergassing toegepast om het gebrek aan benzine op te vangen. Later is deze techniek door de beschikbaarheid aan fossiele brandstoffen weer uit de belangstelling verdwenen. Na de oliecrisis van 1973 is de belangstelling voor energie uit biomassa weer gegroeid.

• Procesbeschrijving
• Vastbed (fixed bed)
• Wervelbed (fluidized bed)
• Stofwolk (entrained flow)
• Meertraps (twin bed)
• Bronnen

Procesbeschrijving

Vergassing is het onvolledig verbranden van (bio)massa. Dit wordt behaald door de (bio)massa bij hoge temperatuur te verbranden in een zuurstofarme omgeving. De hoeveelheid zuurstof is dusdanig geregeld dat de verbranding genoeg hitte oplevert om het proces gaande te houden. De (bio)massa zal hierbij ontleden tot o.a. H₂, CO en CH₄, as en teer. Het gevormde gas kan na reiniging worden gebruikt in een warmtekrachtkoppeling of brandstofcel om energie op te wekken.

Het vergassingsproces verloopt in verschillende stappen:

• Drogen - Door de hitte in de vergasser verdampt het water in de biomassa, waardoor het droogt en geschikt word voor de verdere processen.
• Pyrolyse - Onder hoge temperatuur en nagenoeg zuurstofloze omstandigheden worden de moleculen in de biomassa gekraakt, waarbij vluchtige gassen en kool ontstaan.
• Oxidatie - Bij dit exotherme proces worden de vluchtige gassen en kool deels verbrand met zuurstof tot onder andere CO, H₂, CO₂ en waterdamp. Dit proces produceert de hitte die nodig is bij de andere processen.
• Reductie - Dit endotherme proces vormt uit de bij Oxidatie gevormde gassen brandbare gassen zoals CH₄ en H₂.

Bij verschillende temperaturen word een verschillend gas geproduceerd:

• <1000^oC: Productgas, dit gas bestaat naast CO₂ en H₂O voornamelijk uit CO, H₂, CH₄, andere koolwaterstoffen en teer.
• >1200^oC of bij gebruik van een katalysator: Biosyngas, dit gas bestaat naast CO₂ en H₂O compleet uit H₂ en CO. Dit gas is nagenoeg gelijk aan zijn fossiele equivalent Syngas, en kan voor dezelfde toepassingen worden gebruikt.

Er bestaan verschillende typen vergassers:

Vastbed vergassers (fixed bed)

Dit type installatie werkt bij een temperatuur van 800-1000^oC, hierbij zijn de verschillende zones; drogen, pyrolyse, oxidatie en reductie, goed zichbaar. De vastbed vergasser kan worden onderverdeeld in drie soorten:

• In de tegenstroomvergasser[updraft/counter-current] gaat de lucht naar boven, en de (bio)massa naar beneden, Dit type produceert veel teer, maar kan veel verschillende soorten brandstof aan.


• In de meestroomvergasser[downdraft/co-current] gaan lucht en (bio)massa dezelfde kant op, de lucht komt in het midden naar binnen en het gas komt aan de onderkant uit de installatie.
  Doordat het gas door een laag gloeiende kolen gaat, word het teer in het gas grotendeels afgebroken tot kleinere moleculen. Wel is de installatie gevoelig voor het type brandstof dat word gebruikt.


• Bij de kruisstroomvergasser[crossdraft] is de luchttoevoer in het midden, en de gasafvoer hier tegenover. De bovengenoemde zones liggen om dit punt heen. Voordeel hieraan is dat de brandstof zelf als hitte-isolatie dient, en de installatie dus van goedkoper materiaal gemaakt kan worden. Deze installatie is ook op kleine schaal(<10kW) economisch haalbaar, aangezien er weinig nabehandeling van vrijkomend gas nodig is.

Wervelbed vergassers (fluidized bed)

Dit type installatie werkt bij een temperatuur van 800-1000^oC. Een inert materiaal(bijv zand) wordt “gefluidiseerd” door middel van een hogedruk luchtstroom, waardoor het zich als een vloeistof gaat gedragen. Hier wordt de brandstof ingevoegd, die door het hoge vast-gas contactoppervlak snel verbrandt. Ook kan kalksteen worden toegevoegd, dat zwaveldioxide in de reactor absorbeert waarna het als milieu-ongevaarlijk stof uit de reactor komt. Dit vermindert de emissies van de installatie. Het vrijkomende gas wordt door middel van een cycloonscheider van stof ontdaan.
Een voordeel aan dit type vergasser is dat de installaties op veel grotere schaal kunnen worden gebruikt.
Er zijn twee soorten wervelbed vergassers te onderscheiden:

• De bubbling wervelbed vergasser[bubbling] heeft een lagere luchtinvoer(2-3 m/s), waardoor het materiaal in de installatie niet geheel mengt met de lucht, maar zich wel als een vloeistof gaat gedragen. Deze installatie is goed geschikt voor lage kwaliteit- of variërende brandstoffen. Wel heeft deze installatie een vrij hoge emissie, doordat kalksteen minder makkelijk kan worden toegepast.
• De circulerend wervelbed vergasser[circulating] heeft een hogere luchtinvoer(5-10m/s) dan de bubbling wervelbed vergasser, waardoor het materiaal in de reactor geheel mengt met de lucht en ‘rondwervelt’, waardoor een hoog vast-gas contactoppervlak word bereikt. In deze reactor kan kalksteen beter worden toegepast, waardoor de emissie lager is.

Stofwolk vergassers (entrained flow)

Een stofwolk vergasser werkt onder hoge druk en temperatuur(1300-1400^oC), en gebruikt uitsluitend stofvormige brandstof. De brandstof wordt onder hoge druk en temperatuur van bovenaf in de reactor gevoed, waarna het verbrandt en onderaan de reactor als gas en stof naar buiten komt. De verblijftijd van sinca 1 seconde is veel lager dan bij andere reactoren. Voordeel van deze reactor is het vermogen van meer dan 100MW thermisch. Door de hoge temperatuur smelt de as, waarbij slakvorming optreedt.

Meertraps vergassers (twin bed)

Bij een meertraps vergasser worden de pyrolyse-, oxidatie- en reductieprocessen van elkaar gescheiden, zodat deze individueel kunnen worden geoptimaliseerd, dit draagt bij aan een hogere efficiëntie en lagere emissie.

Bronnen