THE INFLUENCE OF FEEDSTOCK TYPE AND OPERATING PARAMETERS ON TAR FORMATION IN THE PROCESS OF GASIFICATION AND CO-GASIFICATION

• Authors: Natalia Kamińska-Pietrzak , Natalia Howaniec , Adam Smoliński
• Languages of publication: EN

Abstracts

EN

Increasing energy demand, limited resources of fossil fuels and environmental aspects are the main rationales of the research efforts aiming at wider utilization of renewable resources and waste in energy generation systems. Gasification technologies are based on thermochemical processing of solid, liquid and gaseous fuels to gas of the composition dependent on kind of gasification agent and operating parameters used. The range of applications of the product gas includes basically chemical and petrochemical industries. Its utilization in power generation systems is also of industrial interest since the environmental impact of gasification technologies is lower and the process efficiency is higher than of coal-fired power plants and it enables to utilize wide range of fuels, including fossil fuels, biomass, industrial waste and various fuel blends. One of the most important operational issues related with thermochemical processing of biomass and waste is the formation of tars, which reduces the energy efficiency of the process and causes technical problems in a system operation. The amount and quality of tars depends on the chemical composition of a fuel, a gasification agent used and its ratio to fuel flow, process temperature and pressure as well as the construction of a gasifier. In the paper review of the research on the influence of operating parameters and kind of feedstock on tar formation and composition in the process of gasification and co-gasification is presented.

PL

Rosnące zapotrzebowanie na energię, ograniczone zasoby surowców energetycznych oraz aspekty środowiskowe stanowią główną przyczynę prac badawczych, których celem jest szersze użytkowanie odnawialnych źródeł energii oraz odpadów do celów energetycznych. Technologie zgazowania oparte są na procesie termochemicznej przeróbki paliw stałych, płynnych i gazowych do gazu o składzie zależnym od zastosowanego czynnika zgazowującego i wartości parametrów eksploatacyjnych. Zakres zastosowania produktu gazowego z procesu zgazowania obejmuje głównie przemysł chemiczny i petrochemiczny. Jego zastosowanie w produkcji energii elektrycznej również jest interesujące z uwagi na mniejszy negatywny wpływ technologii zgazowania na środowisko i większą sprawność procesu w porównaniu z systemami kotłów węglowych. Technologie zgazowania umożliwiają również użytkowanie różnych surowców energetycznych, począwszy od paliw kopalnych poprzez biomasę, odpady przemysłowe i różne mieszanki wsadowe. Jednym z najbardziej istotnych aspektów eksploatacyjnych związanych z przetwarzaniem termochemicznym biomasy i odpadów jest tworzenie się substancji smolistych, co obniża sprawność energetyczną procesu i powoduje problemy techniczne w eksploatacji instalacji. Charakterystyka ilościowa i jakościowa substancji smolistych uwarunkowana jest składem chemicznym paliwa, rodzajem czynnika zgazowującego i wartością stosunku natężenia przepływu tego czynnika do nadawy paliwa, temperaturą oraz ciśnieniem procesu, a także rodzajem zastosowanej konstrukcji reaktora. W pracy przedstawiono przegląd badań w zakresie wpływu parametrów eksploatacyjnych oraz rodzaju paliwa na ilość i skład substancji smolistych w procesie zgazowania i współzgazowania.

Keywords

EN

tar; gasification; co-gasification; biomass; waste; coal

PL

substancje smoliste; współgazowanie; biomasa; odpady; węgiel

• Publisher: De Gruyter Open
• Journal: Ecological Chemistry and Engineering S
• Year: 2013
• Volume: 20
• Issue: 4
• Pages: 747-761

Dates

published

1 - 12 - 2013

online

22 - 01 - 2014

Contributors

author

Natalia Kamińska-Pietrzak

• Interdisciplinary PhD Studies on Clean Coal Technologies, Central Mining Institute, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland, phone [phone], fax [phone]

author

Natalia Howaniec

• Department of Energy Saving and Air Protection, Central Mining Institute, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland, phone [phone], fax [phone]

author

Adam Smoliński

• Department of Energy Saving and Air Protection, Central Mining Institute, pl. Gwarków 1, 40-166 Katowice, Poland, phone [phone], fax [phone]

References

• [1] International Energy Outlook 2011, Washington: EIA.
• [2] US DOE NETL 2010 Worldwide Gasification Data Base, http://www.netl.doe.gov.
• [3] The Future of Coal. 2007. Massachusetts Institute of Technology; http://web.mit.edu/coal/The_Future_of_Coal.pdf.
• [4] Tanaka M, Ozaki H, Ando A, Kambara S, Moritomi H. Ind Eng Chem Res. 2008;47:2414-2419.
• [5] Pinto F, André RN Franco C, Carolino C, Costa R, Miranda M, Gulyurtlu I. Fuel. 2012; 101:102-114.
• [6] Van der Drift A, Van Doorn J, Vermeulen JW. Biomass Bioenerg. 2001;20:45-56.
• [7] Phuphuakrat T, Nipattummakul N, Namioka T, Kerdsuwan S, Yoshikawa K. Fuel. 2010;89:2278-2284. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.01.015[Crossref]
• [8] Guan Y, Luo S, Liu S, Xiao B, Cai L. Int J Hydrogen Energ. 2009;34:9341-9346. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.09.050[Crossref]
• [9] Pinto F, Lopes H, André RN, Gulyultru I, Cabrita I. Fuel. 2007;86:2052-2063.
• [10] Pinto F, André RN, Franco C, Lopes H, Gulyurtlu I, Cabrita I. Fuel. 2009;88:2392-2402.
• [11] Pinto F, Franco C, Lopes H, André RN, Gulyurtlu I, Cabrita I. Fuel. 2005;84:2236-2247.
• [12] André RN, Pinto F, Franco C, Dias M, Gulyultru I, Matos MAA, et al. Fuel. 2005;84:1635-1644.
• [13] Vreugdenhil BJ. Co-gasification of biomass and lignite. 2009 International Pittsburgh Coal Conference, 20-23 September 2009, Pittsburgh, PA, USA.
• [14] Maniatis K., Beenackers AACM, Tar Protocols. IEA Bioenergy Gasification Task. Biomass Bioenerg. 2000;18:1-4.[Crossref]
• [15] Milne TA, Evans RJ, Abatzoglou N. Report no. NREL/TP-570-25357. Golden, Colorado, USA: NREL; 1998.
• [16] Li C, Suzuki K. Renew Sust Energ Rev. 2009;13:594-604. DOI: 10.1016/j.rser.2008.01.009.[Crossref]
• [17] Anis S, Zainal ZA. Renew Sust Energ Rev. 2011;15:2355-2377. DOI:10.1016/j.rser.2011.02.018.[Crossref]
• [18] Sousa LCR. Gasification of wood, urban wastewood (Altholz) and other wastes in a fluidised bed reactor.Technische Wissenschaften ETH Zurich; 2001.
• [19] Ponzio A, Kalisz S, Blasiak W. Fuel Process Technol. 2006;87:223-233.
• [20] Pindoria RV, Megaritis A, Chatzakis IN, Vasanthakumar S, Zhang S-F, Lazaro M-J, et al. Fuel. 1997;76:101-113.[Crossref]
• [21] International Agency for Research on Cancer, Agents Classified by the IARC Monographs, Volumes 1-105, http://www.iarc.fr/.
• [22] Liu Y, Hodek W, Heek KH. Fuel. 1998;77:1099-1105.
• [23] Herod AA, Stokes BJ. Analyst. 1988;113:797-804.
• [24] Strugnell B, Patrick JW. Fuel. 1996;75:300-306.
• [25] Casal MD, Díez MA, Alvarez R, Barriocanal C. Int J Coal Geol. 2008;76:237-242.
• [26] Watt M, Fletcher TH, Bai S, Solum MS, Pugmire RJ. Chemical Structure of Coal Tar During Devolatilization. Twenty-Sixth Symposium (International) on Combustion/The Combustion Institute, 1996, 3153-3160.
• [27] Brage C, Yu Q, Chen G, Sjöström K. Biomass Bioenerg. 2000;18:87-91.
• [28] Chen G, Brage C, Yu Q, Rosén C, Sjöström K. Co-gasification of birch wood and Daw mill coal in a pressurised fluidised bed reactor. Biomass gasification and pyrolysis. Newbury: CPL Press; 1997:182-190.
• [29] Liu Q, Hu H, Zhou Q, Zhu S, Chen G. Fuel. 2004;83:713-718.
• [30] Valero A, Uson S. Energy 2006;31:1643-1655. DOI:10.1016/j.energy.2006.01.005.[Crossref]
• [31] Thunman H, Niklasson F, Johnsson F, Leckner B. Energ Fuel. 2001;15:1488-1497.
• [32] Morf P, Hasler P, Nussbaumer T. Fuel. 2002;81:843-853.
• [33] Hosoya T, Kawamoto H, Saka S. J Anal Appl Pyrol. 2007;78:328-336.
• [34] Hosoya T, Kawamoto H, Saka S. J. Anal Appl Pyrol. 2008;83:71-77.
• [35] Fushimi C, Araki K, Yamaguchi Y, Tsutsumi A. Ind Eng Chem Res. 2003;42:3929-3936.
• [36] Hanaoka T, Inoue S, Uno S, Ogi T, Minowa T. Biomass Bioenerg. 2005;28:69-76.
• [37] Skoulou V, Kantarelis E, Arvelakis S, Yang W, Zabaniotou A. Int J Hydrogen Energ. 2009;34:5666-5673.
• [38] Link S, Arvelakis S, Paist A, Martin A, Liliedahl T, Sjöström K. Appl Energ. 2012;94:89-97.
• [39] Weiland NT, Means NC, Morreale BD. Fuel. 2012;94:563-570.
• [40] Kumabe K, Hanaoka T, Fujimoto S, Minowa T, Sakanishi K. Fuel. 2007;86:684-689.
• [41] Mastellone ML, Zaccariello L, Arena U. Fuel. 2010;89:2991-3000.
• [42] Svododa K, Pohořelý M, Jeremiáš M, Kameníkowá P, Hartman M, Skoblja S, et al. Fuel Process Technol. 2012;95:16-26.
• [43] Ruoppolo G, Miccio F, Chirone R. Energ Fuel. 2010;24:2034-2041.
• [44] Sjöström K, Chen G, Yu Q, Brage C, Rosén C. Fuel. 1999;78:1189-1194.
• [45] Pinto F, Franco C, André RN, Miranda M, Gulyultru I, Cabrita I. Fuel. 2002;81:291-297.
• [46] Hallgren A. Improved technologies for the gasification of energy crops. Publishable final Report (TPS AB).European Commision JOULE III Programme, Project no. JORCT970125.
• [47] Umeki K, Yamamoto K, Namioka T, Yoshikawa K. Appl Energ. 2010;87:791-798.
• [48] Mun T-Y, Seon P-G, Kim J-S. Fuel. 2010;89:3226-3234. DOI: 10.1016/j.fuel.2010.05.042.[Crossref]
• [49] Myren C, Hörnell C, Björnbom E, Sjöström K. Biomass Bioenerg. 2002;23:217-227.
• [50] Jess A. Fuel. 1996;75:1441-1448.
• [51] Van Paasen SVB, Kiel JHA. 2-nd World Conference and Technology Exhibition on Biomass for Energy, Industry and Climate Protection. Rome, Italy, May 2004.
• [52] Gil J, Corella J, Aznar MP, Caballero MA. Biomass Bioenerg. 1999;17:389-403.
• [53] Zeng D, Hu S, Sayre AN, Sarv H. Proceedings of the Combustion Institute. 2011;33:1707-1714.
• [54] Ledesma EB, Kalish MA, Nelson PF, Wornat MJ, Mackie JC. Fuel. 2000;79:1801-1814.
• [55] Yu Q, Brage C, Chen G. J Anal Appl Pyrol. 1997;40:481-489.
• [56] Abu El-Rub Z, Bramer EA, Brem G. Fuel. 2008;87:2243-2252.
• [57] Michel R, Rapagna S, Burg P, Di Celso GM, Courson C, Zimny T, et al. Biomass Bioenerg. 2011;35:2650-2658.[Crossref]
• [58] Garcia L, Benedicto A, Romeo E, Salvador ML, Arauzo J, Bilbao R. Energ Fuel. 2002;16:1222-1230.
• [59] Asadullah M, Miyazawa T, Itob S, Kunimori K, Koyama S, Tomishigeb T. Biomass Bioenerg. 2004;26:269-279.
• [60] Wang Z, Wang J, Cao J, Wang F. Fuel Process Technol. 2010;91:942-950.
• [61] Xie YR, Shen LH, Xiao J, Xie DX. Energ Fuel. 2009;23:5199-5205. 62] Douglas CE, Baker EG. Biomass 1986;9:195-203.
• [63] Garcia XA, Alarcon NA, Gordon AL. Fuel Process Technol. 1999;58:83-102.
• [64] Wei L, Xu S, Zhang L, Liu C, Zhu H, Liu S. Int J Hydrogen Energ. 2007;32:24-31.
• [65] Delgado J, Aznar MP, Corella J. Ind Eng Chem Res. 1997;36:1535-1543.
• [66] Corella J, Orio A, Toledo J-M. Energ Fuel. 1999;13:702-709.
• [67] Yu Q-Z, Brage C, Nordgreen T, Sjöström K. Fuel. 2009;88:1922-1926.
• [68] He M, Hu Z, Xiao B, Li J, Guo X, Luo S. Int J Hydrogen Energ. 2009;34:195-203.
• [69] Min Z, Asadullah M, Yimsiri P, Zhang S, Wu H, Li C-Z. Fuel. 2011;90:1847-1854.
• [70] Narvaez I, Alberto O, Aznar MP, Corella J. Ind Eng Chem Res. 1996;35:2110-2120.
• [71] Corella J, Toledo JM, Padilla R. Energ Fuel. 2004;18:713-720.
• [72] Ammendola P, Piriou B, Lisi L, Ruoppolo G, Chirone R, Russo G. Exp Therm Fluid Sci. 2010;34:269-274.
• [73] Devi L, Craje M, Thune P, Ptasinski KJ, Janssen FJJG. Appl Catal A-Gen. 2005;294:68-79.[Crossref]
• [74] Devi L, Ptasinski K-J, Janssen FJJG. Fuel Process Technol. 2005;86:707-730.
• [75] Buchireddy PR, Bricka RM, Rozdriguez J, Holmes W. Energ Fuel. 2010;24:2707-2715.DOI: 10.1021/ef901529d.[Crossref]
• [76] Dou B, Gao J, Sha X, Baeck SW. Appl Therm Eng. 2003;23:2229-2239.
• [77] Millini R, Perego C, Parker WO, Flego C, Girotti G. Stud Surf Sci Catal. 2004;154:1214-1221.
• [78] Abu El-Rub Z. Biomass char as an in-situ catalyst for tar removal in gasification systems [PhD thesis].Enschede: Twente University; 2008.
• [79] Chembukulam SK. Industrial and Engineering Chemistry Product Research and Development. 1981;20:714-719.
• [80] Brandt P, Larsen E, Henrikesn U. Energ Fuel. 2000;14: 816-819.
• [81] Zanzi R, Sjöström K, Björnbom E. Fuel. 1996;75:545-550.
• [82] Brown RC, Liu Q, Norton G. Biomass Bioenerg. 2000;18:499-506.

Identifiers

DOI

10.2478/eces-2013-0052