Onderzoek naar Synvalor reactor voor groen gas productie

Ontwikkeling reactor voor biomassavergassing die op huidige problemen van vergassing inspeelt.

Hoofdlijn Groen Gas


Groen Gas is een ideale transitiebrandstof, het bestaat al 25 jaar en heeft een goed imago. Het maakt gebruik van het distributienet van aardgas en de opslagcapaciteit helpt om vraag en aanbod van duurzame energie uit te middelen. Groen Gas gaat groeien als er voldoende kritische massa ontstaat, waarbij projecten elkaar onderling versterken.

Biomassavergassing wordt gezien als de sleuteltechnologie voor de toekomstige groen gas infrastructuur in Nederland. Nu al wordt op kleine schaal groen gas geproduceerd door middel van biomassavergisting. Maar in de toekomst zal biomassavergassing dé technologie worden voor grootschalige groen gas productie. 

Op dit moment is echter nog geen in de praktijk bewezen vergassingstechnologie beschikbaar om biomassa om te zetten in groen gas c.q. groene elektriciteit. De technologie van biomassavergassing met warmte/kracht-koppeling (wkk) bevindt zich nog in de ontwikkelingsfase. Daarbij treden er problemen op, zoals de vorming van teerhoudend syngas. Synvalor gaat met de TU Delft een nieuw type reactoren ontwikkelen dat deze bekende knelpunten oplost.

Project

Synvalor ontwikkelt een nieuwe biomassavergassingtechnologie. Dit gebeurt door de bouw van een nieuwe generatie Vortex reactoren (de SynvaTor® genoemd). Dit nieuwe type reactor heeft veel potentie om bestaande problemen bij biomassavergassing op te lossen, zoals teervorming en beperkte toepasbaarheid op biomassastromen.

Specifieke doelstellingen van het project zijn:

1. Het aantonen van het proof-of-concept van biomassavergassing met gasreiniging en wkk op basis van de Synvator®-reactor op een schaalgrootte van 50 kWe;
2. Inzicht in de effecten van  indirecte vergassing in de SynvaTor®-reactor bij toepassing van slechtere biomassastromen op wkk- en groen gas productie;
3. Inzicht in de effecten van vergassing van getorrificeerde biomassa op de kwaliteit van het syngas;
4. Het aantonen van het proof-of-principle van het methaniseren van syngas van de SynvaTor®-reactor;

Resultaat

Een nieuwe type reactor voor biomassavergassing met bewezen, kosteneffectieve, techniek voor warmte-kracht koppeling (wkk) en groen gas toepassingen. Daarnaast is het doorontwikkelen van de SynvaTor® tot een installatie waarmee syngas van aardgaskwaliteit geproduceerd kan worden, onderdeel van de strategie van Synvalor.

 

Eindrapportage

Conclusions and recommendations:

The overall conclusion is that is seems technically feasible to produce green gas from low quality biomass by gasification using the SynvaTor technology followed by gas cleaning, methanation and gas upgrading.

  • The gasifier, after several modifications of the reactor and the feeding system, has proved to function with a number of low quality fuels. No agglomeration phenomena were encountered during the tests. The major problem appeared to be the built up of carbon particles in the system leading to higher differential pressures which hampered the heat input . This problem was counteracted by introducing the possibility of adding process air or any other oxidizing agent (steam f.i.) in the reactor. For some fuels a higher recirculation flow is needed for better conversion, but due to the constraints of the ventilator this was not possible without replacement of the ventilator.
  • The gasifier is well suited for different biomass fuels. The presence of small inert material does not cause operational problems as long as the fuel dosing system can handle this material. Due to its flexibility different particle sizes can be processed. However, in the present configuration the flexibility is limited due to the maximal capacity of the ventilator.
  • The ash has still a considerable amount of carbon and will ignite easily upon exposure to air. Therefore, on-site combustion of the carbon-rich ash with re-use of the heat is seen as integral part of a commercial installation. At the same time combustion of the ash with re-use will increase the overall efficiency of the process.
  • Several options for improvement of the CV of the syngas were identified. Adding external heat will have the largest effect. This can be done with a high temperature heat exchanger. Radiant tubes will require a quite large surface area and are therefore not the best option. Pre-heating the process air with the heat from ash combustion and flue gas from syngas combustion from the heat exchanger helps to increase the CV of the syngas further.
  • The results of the gas cleaning are promising. The tar content of the cleaned syngas already answers the specifications of the gas engine, even without optimization of the cleaning system. However more tests and especially duration tests are needed to determine the performance more precise and during longer operational time, optimize the performance of the scrubber and determine stand time of both the biodiesel and water scrubber. Also the quality of the discarded fluids, both biodiesel and water needs to be further examined.
  • The heated foil experiments give a good insight in the pyrolysis behavior of the biomass, especially on the product distribution (char, tar and gas) as a function of temperature. At higher temperature less char is formed. The results from the tests are used as input for the Aspen model calculations increasing the accuracy of the calculations.
  • The literature survey resulted in the selection of the Lurgi technology as methanation process for small scale green gas production due to its relative simplicity and robustness.
  • Based on the experimental results of the gasification tests in combination with the Aspen modelling of the methanation step (with steam addition) a gas with 94 vol% CH4 can be produced.
  • The procedure for sample preparation, separation by HPLC and detection with UV and fluorescence detector proved to work quite well. It is a practical and relatively fast analysis method.
  • The syngas after gas cleaning contains only small amounts of tars and meets the standard set by gas engines. However more data especially after longer hours of operation to verify this conclusion. The scrubber water contains only traces of tars indicating that the biodiesel scrubber functions satisfactory as tar trap.
  • The most important recommendation and the fastest route to realization of green gas production is the construct an integral installation accompanied by an extensive test.

De volledige eindrapportage kunt u hier downloaden.