Hohe Durchflusskontrolle für die Vergasung

Vergasung ist ein Verfahren, bei dem Biomasse oder fossile Brennstoffe in Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Kohlendioxid (Syngas oder synthetisches Gas) umgewandelt werden.₁ Nach dem Carnot'schen Lehrsatz über den thermodynamischen Wirkungsgrad ist das erzeugte Synthesegas bei seiner Verbrennung aufgrund der höheren Verbrennungstemperaturen energiereicher als organischer Brennstoff. Außerdem kann Synthesegas direkt in Gasmotoren, Öfen, Kesseln und thermischen Abluftreinigungsanlagen verwendet werden. In einigen Teilen der Welt gilt aus Biomasse hergestelltes Synthesegas als kostengünstiger als fossiler Brennstoff und kann in den meisten Anwendungen direkt ersetzt werden. Darüber hinaus hängt die Qualität des erzeugten Synthesegases von der Zusammensetzung der Reaktion ab, die letztlich von einer präzisen Steuerung des Sauerstoffs oder der Luft abhängt, die in die Vergasungskammer gelangt.

Synthesegas kann aus Biomasse, festen Siedlungsabfällen, medizinischen Abfällen und sogar gefährlichen Abfällen gewonnen werden. Das Ausmaß der Umweltverschmutzung hängt zwar vom Ausgangsmaterial ab, aber Synthesegas verbrennt sauberer als fossile Brennstoffe und hat wesentlich geringere Emissionen als Treibhausgase.

Erzeugung von Synthesegas

Syngas wird in der Regel aus drei Hauptbestandteilen hergestellt: Kohlenstoff, Sauerstoff und Dampf. Der Kohlenstoff und der Dampf werden durch Erhitzen des Brennstoffs erzeugt, und der Sauerstoff wird von außen zugeführt. Der zugeführte Sauerstoff interagiert mit dem Dampf und dem Kohlenstoff und erzeugt schließlich eine Mischung aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Die besondere Zusammensetzung des Synthesegases hängt in erster Linie von der Menge des zugeführten Sauerstoffs ab. Wird zu viel Sauerstoff zugegeben, führt dies zu einer höheren Konzentration von Kohlendioxid und einer entsprechend geringeren Konzentration von Kohlenmonoxid. Ein solches Gemisch mindert die Gesamtqualität des Synthesegases und schränkt seine Anwendungsmöglichkeiten ein. Die Massendurchflussmessgeräte von Alicat können die Vergasungs- und Synthesegasprozesse rationalisieren und für zusätzliche Effizienz und Sicherheit sorgen.

Aufgrund der Größe der meisten Vergasungskammern ist in der Regel eine große Durchflussmenge erforderlich. Ein großer Massendurchflussregler ist ein präziser Weg, um die erforderlichen hohen Durchflussraten mit der Genauigkeit zu kombinieren, die für die Erzeugung von Synthesegas mit einer idealen Zusammensetzung erforderlich ist. Alicat's MCR-Serie Regler verwenden nahezu reibungsfreie Rolamite-Proportionalventile zur schnellen und präzisen Regelung von Durchflussraten bis zu 5000 SLPM. Mit einer Genauigkeit von ±(0,8% des Messwerts + 0,2% des Skalenendwerts), die sich auf diese hohen Durchflussraten erstreckt, kann eine präzise Zusammensetzung gewährleistet werden.

Verbesserung schlechter Chargen

Der Sauerstoffdurchfluss kann zwar genau gesteuert werden, doch manchmal entspricht die Konzentration der Synthesegasbestandteile aufgrund unvorhergesehener Schwankungen im Ausgangsmaterial oder im Versuchsaufbau nicht den Erwartungen. Um dieses Problem zu bekämpfen, kann eine einfache Qualitätskontrolle eingeführt werden. Wenn die Qualität des Synthesegases nicht ideal ist, was in der Regel durch einen höheren Anteil an CO₂ als erwünscht ist, kann ein Massendurchflussregler verwendet werden, um dem Gemisch Propan hinzuzufügen, so dass kein langwieriger Neustart des gesamten Systems erforderlich ist. Dieses neue Gemisch entspricht dann eher den chemischen Eigenschaften der gewünschten Zusammensetzung und kann für die meisten Anwendungen verwendet werden. Diese Kompensation kann einfach durchgeführt werden über serielle Kommunikation mit dem Controller verbunden und in ein bestehendes Qualitätskontrollprogramm integriert.

Zusätzliche Verfeinerungen

Nach der Erzeugung des Synthesegases kann ein Reinigungsreaktor eingesetzt werden, um unerwünschte Teerpartikel zu entfernen. Die Partikel werden häufig durch Zyklonabscheidung entfernt. In einem Zyklonabscheider mit Sekundäreintrag wird Sauerstoff durch Düsen gesprüht, um einen Wirbel zu erzeugen. Die Partikel können der engen Kurve des Wirbels aufgrund der größeren Trägheit, die durch ihre höhere Dichte verursacht wird, nicht folgen.₂ Ein hochpräziser Massendurchflussregler kann sicherstellen, dass Partikel mit der richtigen Dichte effizient abgeschieden werden, indem er den Sauerstofffluss genau steuert. Das Synthesegas kann durch Öl- oder Wasserwäsche weiter gereinigt werden, um Teerrückstände zu entfernen.

Sicherheit geht vor!

Bei der Arbeit mit potenziell brennbaren Materialien bei so hohen Temperaturen ist es manchmal notwendig, das System schnell zu spülen. Ein Sicherheitsabschaltsystem kann leicht mit einem Massendurchflussregler konfiguriert werden, um die Kammer mit Stickstoff zu fluten. Diese Steuerungen können mit einem CSA Klasse 1, Division 2 (ATEX Zone 2) Bereichsklassifizierung, um sicherzustellen, dass die örtlichen Brandschutzvorschriften eingehalten werden und der Massendurchflussregler für die Betriebsumgebung geeignet ist.

Schlussfolgerung

Das mit dieser Methode erzeugte Synthesegas kann für Wasserstoff-Brennstoffzellen, zur Stromerzeugung, als Kraftstoff für den Verkehr und vieles mehr verwendet werden. Ein übliches Nebenprodukt dieses Verfahrens ist "Biokohle". Die Eigenschaften von Biokohle lassen sich mit Hilfe des van-Krevelen-Diagramms erfolgreich vorhersagen.₃ Biokohle hat in der Regel hygroskopische Eigenschaften und ist aufgrund ihrer inhärenten Wasserspeicherung, ihrer porösen Beschaffenheit und ihrer Nützlichkeit als Kohlenstoffquelle sehr nützlich für die Bodenverbesserung. Bei höheren Temperaturen entstehen bei der Vergasung anstelle von Biokohle flüssiges Gestein und Metall. Die dabei entstehenden Produkte können als Baumaterialien oder Füllstoffe mit hoher Dichte verwendet werden und sind nachweislich nicht auslaugend.₄

Die Massendurchflussregler von Alicat können in mehreren Bereichen des Vergasungsprozesses eingesetzt werden: Verbrennung, Reinigungsreaktoren, Sicherheit und Qualitätskontrolle. Die Präzision und Vielseitigkeit dieser Geräte ermöglicht eine präzisere Synthesegaserzeugung, Redundanz zwischen den Geräten und eine extrem schnelle Steuerung. Schließlich hängt die Qualität des erzeugten Synthesegases von der genauen und wiederholbaren Zufuhr von Sauerstoff in die Vergasungskammer ab.