Comparing different thermal treatment with an emphasis on gasification

1. Why we chose Gasification?

2. Biological vs. Chemical degradation
Gasification is the straightest path for syngas
Carbonaceous
Material

3. 3 Thermal Treatment Choices
Thermal Threatment Characteristic Products
Incineration Complete Oxidation
Strong Exothermic
CO2 + H2O + Thermal
Energy
Pyrolysis Anoxic, Endothermic 45% Char
45% Oil
10% Strong Gas (non
condensable)
Gasification Partial oxidation,
Weak Exothermic
Syngas = CO +H2

4. ANALYSIS
Incineration vs. Gasification

5. THERMAL CONVERSION
Thermal conversion process and products (Bridgewater, 1994a)
V. Belgiorno et al. / Waste Management 23 (2003) 1–15

6. Pyrolysis-Gasification vs. Low
Temperature Conversion (LTC)
Typic oxidant: oxygen, air or/and steam. No oxidant = no syngas.
RECUPERA LTC is a single step gasification at < 450°C

7. Low Temperature Conversion
• Autocatalytic
• Breaking Heteroatoms and c-c linkages
• < 450°C, no benzene and poly aromatics formation
• Pyrolytic – anoxic-mode products:
• Solids – char/coke – 45%
• Liquid – pyrolysis oil – 45%
• Strong Gas – 5% (C1-C4, H2, CO, H2S, NOx)
• Water - 5%
• Gasification – oxidative-mode products:
• Syngas (H2:CO, 2:1)

8. Gasifiers Classification
Plasma gasification is an extreme thermal process using plasma which converts
organic matter into a syngas (synthesis gas) which is primarily made up of hydrogen
and carbon monoxide. A plasma torch powered by an electric arc is used to ionize gas
and catalyze organic matter into syngas, with slag[1][2][3] remaining as a byproduct.
It is used commercially as a form of waste treatment and has been tested for the
gasification of refuse-derived fuel, biomass, industrial waste, hazardous waste, and
solid hydrocarbons, such as coal, oil sands, petcoke and oil shale.[2]

9. Gasifiers Typology
RECUPERA LTC is a CFB gasifier
Plasma

10. Gasifying Temperature
LTC: 350-450 °C
Convencional: 800-1200 °C
Plasma: >3500 °C
Be aware of the energy costs.

11. 06/08/2020
Recuperacao energetica
Criterio Gaseificaçao Pirólise Incineracao
Definicao Oxidacao
incompleta, sub-
estequiometrica
Reacao anoxica,
sem oxidante
externo
Oxidacao completa
Produto Síngas (CO + H2) Gas forte (H2, CO,
CO2, CH4, C2H2)
Carvao
Oleo de pirolise
CO2
Calor
Equivalence Ratio
(ER) Razao do ar
adicionado em relacao a
demanda da oxidacao
completa
O,25-0,50 0 1
Temperatura
convencional
1200° 800-1000 1000°C
CBT <450°C <450°C -
Plasma 3500°C - -

12. 06/08/2020
Recuperacao energetica Benchmarking
Criterio Gaseificaçao Pirólise Incinera
cao
Tipo
Tempatura
Convencion
al
1200°C
CBT
450°C
Plasma
3500°C
Convencional
1000°C
CBT
450°C
1000°C
Capex Medio Baixo Alto Baixo Medio Baixo
Opex Medio Baixo Muito Alto Baixo Baixo Baixo
Recuperacao
Energetica
sim sim sim sim sim sim
Recuperacao
material
sim sim sim sim sim nao
Viabilidade
Economica
Sim Sim Nao Sim Sim Sim
Estado da
Arte
Madura Amadurecida Madura Madura/obsol
eta
Madura Madura
Qualidade
dos produtos
Alta Alta Altissima Baixa Alta Baixa
Emissoes Media Zero Zero Media Baixa Alta

18. Gaseificação
seca
400°C
Quebra catalítica
dos hidrocarbonetos
Gaseificação
de solido
500°C
Purificação do Gás
Tratamento
do gás
Reforma catalítica
do gás
Hidrogas
Gás de Conversão
Gás do Ciclo
Vapor
Carvão
Purificação do gás
Gás térmico
Ca.7,5-8,9 KW/m³
Resíduos inorgânicos
Turbina de gás e vapor
Processo Recupera de Conversão em Baixa
Temperatura
Esquema com Fluxo energético
2,78 MW
2,33 MW
0,45 MW
0,29 MW
2,33 MW
2,78 MW
2,78 MWth
Calor da reação
para aquecimento
do reator
0,59 MW
Definição:
Energia química
Energia Térmica
Insumo BioM
BM 10 MJ/kg
Com 40 % H2O
e 20 % aoTS
0,25 MW

19. Compressor turbina
Turbina
de
Condensação
Camara de
combustão
Ar
Gás Produzido
2,78 MWth
Caldeira
de Vapor
S
Gás de exaustão; Perda de caldeira
0,17 MW
Usina Gas e Vapor
Exaustão parcial para suprimento
de calor para conversão
0,25 MW
0,83 MW
1,7 MW
0,46 MW
1,07 MW
1,53 MW
Output
Energia Eletrica
1,29 MWh/t Combustivel= 47% do Input