Biomass gasification plants: study of different configurations and development of catalytic systems for steam reforming of tar and methane
Author(s)
Savuto, Elena
Date Issued
July 4, 2018
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Biomass as a renewable energy source has several advantages, such as being easily storable and convertible to other forms of energy. Biomass gasification is very attractive among the productive systems, because it allows to generate a versatile fuel gas that can be used for energy production (ICE, gas turbines, fuel cells) or for the synthesis of high quality bio-fuels (hydrogen, bio-methane, bio-diesel, etc.).
However, biomass gasification has some hindrances to its full development, such as tar, condensable heavy hydrocarbons produced during the process. An effective way to remove tars is catalytic conditioning, that involves the conversion of tar compounds into H2 and CO that enrich syngas with more fuel components.
In this work several gasification configurations have been analysed, in order to evaluate gas composition and tar for different gasification reactors and operating conditions. Furthermore the performances of different catalysts for tar conversion were studied; commercial catalysts were simulated by means of a CFD model and tested with a real raw syngas. Deactivation problems were observed with commercial catalyst, in particular related to carbon deposition and sulphur poisoning.
Innovative Ni-based catalysts were thus developed, analysed and tested, in order to propose new solutions for tar conditioning with enhanced resistance to degradation. Finally, an innovative catalyst was developed that showed very good performance in a long term tests with real raw syngas.
La biomassa come fonte di energia rinnovabile ha diversi vantaggi, quali la facilità di stoccaggio e di conversione in altre forme di energia. La gassificazione di biomassa è un processo molto interessante tra i sistemi produttivi, poiché permette di generare un gas combustibile versatile che può essere usato per la produzione in energia (MCI, turbine a gas, celle a combustibile) o per la sintesi di bio-combustibili di alta qualità (idrogeno, bio-metano, bio-diesel, ecc.).
Tuttavia, lo sviluppo della gassificazione è ostacolato da problemi quali i tar, idrocarburi pesanti condensabili prodotti durante il processo. Un modo efficace per rimuovere i tar è il condizionamento catalitico, che permette di convertirli in H2 e CO, gas combustibili.
In questo lavoro sono state analizzate diverse configurazioni, per valutare la composizione di gas e tar al variare delle tecnologie di gassificazione e delle condizioni operative. Inoltre sono state studiate le performance di diversi catalizzatori per la conversione dei tar; i catalizzatori commerciali sono stati simulati con un modello CFD e testati con vero syngas. Sono stati osservati problemi di disattivazione sui catalizzatori commerciali, in particolare depositi di carbonio e avvelenamento da zolfo.
Sono quindi stati sviluppati, analizzati e testati dei catalizzatori innovativi a base di nickel, come possibile soluzione con particolare resistenza ai fenomeni di degradazione. È stato infine sviluppato un catalizzatore innovativo che ha mostrato ottime performance in un test di lunga durata con un vero syngas grezzo.
Additional information
Dottorato di ricerca in Ecosistemi e sistemi produttivi
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