Syngas, noto anche come gas di sintesi, gas sintetico o gas produttore, può essere prodotto da una varietà di materiali diversi che contengono carbonio. Questi possono includere biomassa (gas di legno), plastica, carbone, rifiuti urbani o materiali simili. Storicamente il gas di città è stato usato per fornire una fornitura di gas a molte residenze in Europa e in altri paesi industrializzati nel 20° secolo. I motori a gas che utilizzano il syngas come combustibile possono essere configurati in una configurazione combinata di calore ed energia al fine di massimizzare l’efficienza del sistema.
Il syngas è creato dalla gassificazione o pirolisi di materiali carboniosi. La gassificazione consiste nel sottoporre questi materiali ad alte temperature, in presenza controllata di ossigeno con solo una combustione limitata per fornire energia termica per sostenere la reazione. La gassificazione può avvenire in recipienti artificiali, o in alternativa può essere condotta in situ come nella gassificazione sotterranea del carbone (UCG). Quando il combustibile per il gassificatore è di origine biologica recente, come il legno o i rifiuti organici, il gas prodotto dal gassificatore è considerato un combustibile rinnovabile e l’energia prodotta dalla sua combustione è rinnovabile. Quando il combustibile al gassificatore è un flusso di rifiuti, la sua conversione in energia in questo modo ha il vantaggio combinato della conversione di questi rifiuti in prodotti utili.
Benefici dell’utilizzo del syngas nei motori a gas
- Generazione di energia rinnovabile
- Conversione di rifiuti problematici in combustibili utili
- Produzione economica di energia in loco e riduzione delle perdite di trasmissione
- Riduzione delle emissioni di carbonio
Synthesis Gas Composition Challenges
La composizione del syngas dipende fortemente dagli input del gassificatore. Un certo numero di componenti del syngas causa delle sfide che devono essere affrontate all’inizio, compresi i catrami, i livelli di idrogeno e l’umidità. Il gas idrogeno è molto più veloce da bruciare del metano, che è la normale fonte di energia per i motori a gas. In circostanze normali, una combustione più veloce nei cilindri del motore porterebbe al potenziale di pre-accensione, battimenti e ritorno di fiamma del motore. Al fine di contrastare questa sfida, il motore ha una serie di modifiche tecniche e la potenza del motore è ridotta tra il 50-70% della sua potenza tipica del gas naturale. (Cioè, un motore da 1.063kW che funziona con gas naturale è paragonabile a un motore da 730kW al massimo con gas sintetico).
Composizione del syngas
La seguente tabella fornisce una gamma tipica per la composizione dei syngases. Questo dipenderà dalla composizione chimica specifica della materia prima del gassificatore
|
Sostanza |
Composizione (%) |
|
H2 |
|
|
CO |
|
|
CO2 |
|
|
CH4 |
|
|
N2 |
Requisiti di qualità del gas di sintesi e del gas combustibile
Una vasta gamma di gas di idrogeno può essere usata nei motori a gas. Tuttavia, come per tutti i carburanti per motori, ci sono limiti specifici per diversi componenti del gas combustibile in ingresso. I contaminanti del gas nel syngas, in particolare il catrame e l’umidità, sono una sfida tecnica fondamentale per l’utilizzo dei gas sintetici. Si prega di richiedere le istruzioni tecniche speciali per la qualità del gas combustibile per ulteriori informazioni.
Concetto di motore CHP syngas
Le composizioni variabili, così come i valori calorifici e il comportamento di combustione dei gas provenienti dai processi dei gas sintetici, pongono maggiori esigenze alla progettazione dei motori. Clarke Energy offre motori a gas Jenbacher appositamente modificati che fanno un uso efficiente di questi gas per la generazione combinata di calore ed elettricità. Le caratteristiche speciali di questi motori possono includere arrestatori di fiamma per la prevenzione del ritorno di fiamma, miscelatori di gas speciali per migliorare la miscelazione del gas e per essere più resistenti allo sporco. In generale, la composizione stabile del gas di legno lo rende vantaggioso come carburante per motori. L’alto contenuto di idrogeno di alcuni gas di sintesi, tuttavia, significa che il processo di combustione è molto veloce, il che aumenta il pericolo di pre-accensione del motore, battito o ritorno di fiamma. Per evitare questo rischio, Jenbacher ha creato un sistema di controllo del motore che è in grado di alimentare il motore Jenbacher con una miscela molto magra e, allo stesso tempo, reagire molto rapidamente alle variazioni del carico del motore. Alcuni gas sintetici hanno un alto contenuto di monossido di carbonio, che ha una bassa velocità di combustione ed è molto dannoso. Jenbacher ha sviluppato il sistema di combustione specifico per i motori a gas che permette di bruciare il gas in modo efficiente e affidabile. Inoltre, Clarke Energy & Jenbacher offre un pacchetto di tecnologie di sicurezza che permette una gestione sicura dei gas nocivi come il monossido di carbonio. Il syngas può essere usato per creare acqua calda, vapore ed elettricità. L’acqua calda e i gas di scarico dei motori vengono immessi in caldaie. Il vapore risultante può essere usato in altri processi industriali localizzati. L’elettricità generata dai motori a gas Jenbacher può essere utilizzata in loco o venduta alla rete pubblica. Con i motori a gas Jenbacher si possono raggiungere efficienze elettriche del 37% e oltre
Vantaggi Alimentazione di motori a gas con syngas
- Fornitura di energia indipendente
- Costi energetici ridotti e maggiore prevedibilità e stabilità
- Fornitura efficiente ed economica di calore ed elettricità combinati
- Elevata efficienza elettrica rispetto ad altre tecnologie di generazione di energia (cioè turbine a vapore o a gas)
- Più adatto per una gamma di potenza elettrica di poche centinaia di kW fino a 20-30MW
- Richiesta una bassa pressione del gas
- Smaltimento alternativo di un gas problematico e contemporaneamente sfruttamento come fonte di energia
- Sostituzione dei combustibili convenzionali
- Benefici ambientali tramite riduzione dei gas serra
Competenza in materia di syngas
Clarke Energy ha un’esperienza completa nella tecnologia dei motori a gas e dispone di un ampio bagaglio di conoscenze per quanto riguarda la gestione di gas difficili come il syngas. Circa 30 motori a gas Jenbacher ora funzionano con gas di coke o con gas di conversione LD. Sottolineando la competenza tecnica della Jenbacher, queste unità hanno recentemente raggiunto un totale combinato di più di 1 milione di ore di funzionamento. Inoltre, utilizzando questi gas di scarico “gratuiti” rispetto all’uso del gas naturale per la produzione di energia, i siti equipaggiati con la tecnologia Jenbacher hanno ottenuto un risparmio di CO2 di circa 2 milioni di tonnellate dalla messa in funzione. Se volete saperne di più su come Clarke Energy può aiutarvi a sviluppare il vostro progetto sui gas di discarica, contattate il vostro ufficio locale per maggiori dettagli.