Synthesegas / syngas

Syngas, ook bekend als synthesegas, synthetisch gas of producentengas, kan worden geproduceerd uit een groot aantal verschillende materialen die koolstof bevatten. Het kan gaan om biomassa (houtgas), kunststoffen, steenkool, stadsafval of soortgelijke materialen. In de 20e eeuw werd stadsgas gebruikt voor de gasvoorziening van veel woningen in Europa en andere geïndustrialiseerde landen. Gasmotoren die syngas als brandstof gebruiken, kunnen worden geconfigureerd in een gecombineerde warmte/kracht-configuratie om de efficiëntie van het systeem te maximaliseren.

Syngas ontstaat door de vergassing of pyrolyse van koolstofhoudend materiaal. Vergassing houdt in dat deze materialen aan hoge temperaturen worden blootgesteld, in de gecontroleerde aanwezigheid van zuurstof met slechts een beperkte verbranding om thermische energie te leveren om de reactie in stand te houden. Vergassing kan plaatsvinden in door de mens vervaardigde vaten, maar kan ook in situ plaatsvinden, zoals bij ondergrondse steenkoolvergassing (UCG). Wanneer de brandstof voor de vergasser van recente biologische oorsprong is, zoals hout of organisch afval, wordt het door de vergasser geproduceerde gas beschouwd als een hernieuwbare brandstof en is de door de verbranding ervan opgewekte energie hernieuwbaar. Wanneer de brandstof voor de vergasser een afvalstroom is, heeft de omzetting ervan in elektriciteit op deze manier het gecombineerde voordeel dat dit afval wordt omgezet in nuttige producten.

Voordelen van het gebruik van syngas in gasmotoren

• Opwekking van hernieuwbare energie
• Omzetting van problematisch afval in nuttige brandstoffen
• Economische elektriciteitsproductie ter plaatse productie en minder transmissieverliezen
• Vermindering van koolstofemissies

Uitdagingen bij de samenstelling van het synthesegas

De samenstelling van syngas is sterk afhankelijk van de input in de vergasser. Een aantal bestanddelen van syngas veroorzaakt uitdagingen die in het begin moeten worden aangepakt, waaronder teer, waterstofgehalte en vocht. Waterstofgas is veel sneller te verbranden dan methaan, dat de normale energiebron voor gasmotoren is. Onder normale omstandigheden zou een snellere verbranding in de cilinders van de motor kunnen leiden tot voorontsteking, kloppen en backfiring van de motor. Om dit tegen te gaan ondergaat de motor een aantal technische aanpassingen en wordt het vermogen van de motor teruggebracht tot 50 à 70% van zijn normale aardgasvermogen. (D.w.z. een motor van 1.063 kW die op aardgas loopt is vergelijkbaar met een motor van maximaal 730 kW op synthetisch gas).

Syngassamenstelling

De volgende tabel geeft een typisch bereik voor de samenstelling van syngassen. Dit zal afhangen van de specifieke chemische samenstelling van de grondstof voor de vergasser

Syngas- en brandstofgaskwaliteitseisen

Een breed scala van waterstofgassen kan in gasmotoren worden gebruikt. Zoals voor alle motorbrandstoffen gelden er echter specifieke grenswaarden voor verschillende componenten van het ingezette brandstofgas. Gasverontreinigingen in syngas, met name teer en vocht, vormen een belangrijke technische uitdaging bij het gebruik van synthetische gassen. Vraag de speciale technische instructie voor brandstofgaskwaliteit voor meer informatie.

Syngas WKK Motor Concept

Verschillende samenstellingen, evenals calorische waarden en het verbrandingsgedrag van de gassen uit synthetische gasprocessen, stellen hogere eisen aan het motorontwerp. Clarke Energy biedt speciaal aangepaste Jenbacher-gasmotoren aan die efficiënt gebruik maken van deze gassen voor de gecombineerde opwekking van warmte en elektriciteit. Speciale kenmerken van deze motoren kunnen zijn: vlamdovers om backfiring te voorkomen, speciale gasmengers om de gasmenging te verbeteren en om beter bestand te zijn tegen vuil. In het algemeen maakt de stabiele samenstelling van houtgas het voordelig als motorbrandstof. Het hoge waterstofgehalte van sommige syngassen betekent echter dat het verbrandingsproces zeer snel verloopt, waardoor het gevaar van voorontsteking, kloppen of backfiring van de motor toeneemt. Om dit risico te vermijden, heeft Jenbacher een motorcontrolesysteem ontwikkeld dat de Jenbacher-motor met een zeer arm mengsel kan voeden en tegelijk zeer snel kan reageren op variaties in de motorbelasting. Sommige synthetische gassen hebben een hoog koolmonoxidegehalte, dat een lage verbrandingssnelheid heeft en zeer schadelijk is. Jenbacher heeft het specifieke verbrandingssysteem voor gasmotoren ontwikkeld dat een efficiënte en betrouwbare verbranding van het gas mogelijk maakt. Bovendien biedt Clarke Energy & Jenbacher een veiligheidstechnologisch pakket dat een stevige omgang met schadelijke gassen zoals koolstofmonoxide mogelijk maakt. Syngas kan worden gebruikt om warm water, stoom en elektriciteit te produceren. Het hete water en de uitlaatgassen van de motoren worden naar boilers gevoerd. De resulterende stoom kan worden gebruikt in andere gelokaliseerde industriële processen. De elektriciteit die door de Jenbacher-gasmotoren wordt opgewekt, kan ter plaatse worden gebruikt of aan het openbare net worden verkocht. Met Jenbacher-gasmotoren kan een elektrisch rendement van 37% en meer worden bereikt

Voordelen Gasmotoren voeden met syngas

• Onafhankelijke stroomvoorziening
• Verlaging van energiekosten en grotere voorspelbaarheid en stabiliteit
• Efficiënte en economische gecombineerde warmte- en elektriciteitsvoorziening
• Hoog elektrisch rendement in vergelijking met andere stroomopwekkingstechnologie (d.w.z. stoom- of gasturbines)
• Beste geschikt voor een elektrisch vermogensbereik van een paar honderd kW tot 20-30MW
• Lage gasdruk vereist
• Alternatieve verwijdering van een probleemgas en gelijktijdige benutting ervan als energiebron
• Vervanger voor conventionele brandstoffen
• Milieuvoordelen door reductie van broeikasgassen

Syngascompetentie

Clarke Energy heeft uitgebreide ervaring met gasmotortechnologie en beschikt over een groot reservoir aan kennis met betrekking tot het omgaan met lastige gassen zoals syngas. Ongeveer 30 Jenbacher-gasmotoren draaien nu op cokesgas of LD-convertorgas. Deze eenheden, die de technische expertise van Jenbacher onderstrepen, bereikten onlangs een gecombineerd totaal van meer dan 1 miljoen bedrijfsuren. Bovendien hebben de met Jenbacher-technologie uitgeruste sites, door gebruik te maken van deze ‘gratis’ afvalgassen in vergelijking met het gebruik van aardgas voor energieopwekking, sinds de ingebruikneming een CO2-besparing van ongeveer 2 miljoen ton gerealiseerd. Als u meer wilt weten over hoe Clarke Energy u kan helpen bij de ontwikkeling van uw stortgasproject, neem dan contact op met uw plaatselijke kantoor voor meer details.