Solid-Recovered Fuel to Liquid Conversion Using Fixed Bed Gasification Technology and a Fischer–Tropsch Synthesis Unit – Case Study

In order to utilise energy-rich solid waste, its liquid conversion into valuable hydrocarbon (HC) chains is one of the ways followed worldwide to decrease the oil processing and waste landfilling at the same time. The unique fixed bed updraft gasification reactor with an oscillating circular grate, situated in VŠB – Technical University of Ostrava, Czech Republic, can generate up to 90 m3·h−1 of CO and H2-rich synthetic gas. Such valuable mixture is suitable for the gas to liquid conversion in Fischer–Tropsch Micro Catalyst Bed (F-T MCB) unit, where more complex substances of higher temperature and pressure form in the environment. This article focuses on solid-recovered fuel (SRF) gained as a mixture of industrial and communal waste sources. Gasification of such material in the fixed bed reactor can produce approximately 600 and 250 m3 of CO and H2, respectively, per ton of SRF in the abided gasification conditions. The gas, retrieved from the process, undergoes a thermochemical reaction on the surface of a catalyst within the reactor of the Fischer–Tropsch unit. As a result, a highly valued HC liquid is achieved from the suitable, non-recyclable waste treatment. Cobalt and iron catalysts in their plain form, as well as the catalysts enriched with Mn/K enhancers are put in comparison in this study. The quality and quantity of the synthesis product are examined and the technological aspects of both units are described. The amount of HC synthesis product ranges from 18 to 45 kg per ton of fuel. The composition tends to form HC chains in favour of groups of alcohols and alkanes.This work was prepared within the projects ‘Innovation for Efficiency and Environment –Growth’, identification code LO1403, with financial support from the Ministry of Education, Youth and Sports (MEYS) in the framework of the National Sustainability Programme, and ‘Maximazing Efficiency of Energogas Cleaning’, identification code SP2020/113. Also, the publication has been prepared using the results achieved with the infrastructure in open-access mode within the project ‘Efficient Use of Energy Resources Using Catalytic Processes’, identification code LM2015039, which has been financially supported by the MEYS of the Czech Republic within the targeted support of large infrastructures. The project has been integrated into the National Sustainability Programme I of MEYS through the project Development of the UniCRE Centre (LO1606)

Rozkład temperatury w reaktorze plazmy mikrofalowej : pomiary i modelowanie

Niniejsza praca dotyczy modelowania mającego na celu wyznaczenie temperatur panujących w reaktorze plazmy mikrofalowej. W symulacjach tych wykorzystano dwie metody: metodę, w której plazmę symulowano gorącym gazem oraz metodę, w której wykorzystano wewnętrzne źródło ciepła. Obydwie metody wykazały znaczącą różnicę między wynikami pomiarowymi a symulacyjnymi. Mimo to wykazano, że metoda wykorzystująca wewnętrzne źródło ciepła wydaje sie metoda dokładniejsza i skuteczniejsza, ze względu na to, że otrzymane za jej pomocą wyniki mają rozkład bliski rzeczywistemu, a same wartości mogłyby charakteryzować się dużo mniejszymi błędami przy odpowiednio dobranych założeniach symulacji. Analiza termiczna reaktora plazmy mikrofalowej ma kluczowe znaczenie dla procesów dekompozycji smół, które można w nim przeprowadzać

Methods used in tar removal from biomass gasification gas – a review

The main problem with the biomass gasification is the presence of tar compounds in the process gas. Use of the produced gas in thermal machines such as internal combustion engines or turbines requires deep gas cleansing. For this purpose, several methods, characterized by varying degrees of effectiveness and complexity, are applied, namely: mechanical, thermal, plasma, catalytic, primary and mixed methods. The article presents the problems connected with the presence of tar and describes a wide range of methods used to remove it.Podstawowym problemem związanym ze zgazowaniem biomasy jest obecność związków smół w gazach procesowych. Zastosowanie gazu generatorowego w maszynach cieplnych, takich jak silniki wewnętrznego spalania czy turbiny, wymaga głębokiego oczyszczenia gazu. W tym celu stosuje się wiele metod charakteryzujących się różną skutecznością i stopniem skomplikowania.Należą do nich metody: mechaniczne, termiczne, plazmowe, katalityczne, pierwotne oraz mieszane. W artykule przedstawiono problematykę związaną z występowaniem smół w gazie generatorowym oraz opisano szeroki zakres metod stosowanych w celu ich usunięcia

Usuwanie toluenu jako modelowego składnika smół w plazmie mikrofalowej : wpływ stężenia reagenta

Głównym problemem związanym z procesem zgazowania biomasy i jego szerszym zastosowaniem w skali przemysłowej jest obecność smół w wytworzonym gazie generatorowym. W artykule przedstawiono wyniki pracy związane z usuwaniem smół przy pomocy plazmy mikrofalowej. Jako związek modelowy, symulujący smołę, zastosowano toluen. Badania prezentowanie w artykule skupione się na analizie wpływu stężenia toluenu na stopień jego konwersji w plazmie. W artykule umożliwiono również wgląd w budowę reaktora plazmy mikrofalowej oraz jego działanie. Podczas prób toluen podawany był przy pomocy azotu. W atmosferze azotu, który jest gazem plazmotwórczym był również przeprowadzany sam proces dekompozycji. Stężenie toluenu było modyfikowane w zakresie od około 10 do 30 g/m3. Wyniki eksperymentu wykazały, że w całym zakresie stężeń stopień konwersji toluenu wynosił około 90% i nie zależał od stężenia reagenta

Redukcja CO2 w środowisku plazmy mikrofalowej

W pracy zostały przedstawione wyniki dotyczące redukcji dwulenku węgla w środowisku plazmy mikrofalowej. Na przykładzie gazu generatorowego otrzymanego ze zgazowania osadów ściekowych wykazano, że zastosowanie plazmy mikrofalowej jako techniki kondycjonowania gazu, umożliwia redukcję CO2 i wzrost zawartości CO. W artykule zaprezentowano ponadto wyniki analiz polegających na wprowadzeniu do plazmy mikrofalowej samego dwutlenku węgla oraz CO2 z dodatkiem metanu. Otrzymane wyniki wykazały faktyczna redukcje dwutlenku węgla do tlenku węgla, zarówno w obecności CH4, jak i bez CH4. Dodatek CH4 umożliwił konwersje na poziomie nawet powyżej 80%, podczas gdy jego brak skutkował kowersją na poziomie kilkunastu procent. Wyniki te są istotne w kontekście kondycjonowania gazu generatorowego - zastosowanie plazmy mikrofalowej umożliwia nie tylko usunięcie związków węglowodorowych, takich jak smoły, ale również pozwala na znaczną poprawę składu gazu generatorowego

Safety rules during work with microwave generated plasma

W artykule przedstawiono sposób zapewnienia bezpieczeństwa podczas prowadzenia procesu plazmowego z wykorzystaniem mikrofal. Omówiono podstawowe elementy aparatury mikrofalowej wspólne dla wszystkich tego rodzaju urządzeń. Przedstawiono również najważniejsze zagrożenia, jakie można spotkać w przypadku stosowania mikrofal w aparaturze przemysłowej. Z uwagi na specyfikę promieniowania mikrofalowego, zasady bezpieczeństwa są w tym przypadku szczególnie istotne. Analiza potencjalnego ryzyka, metody wyznaczania poszczególnych stref bezpieczeństwa, jak i postępowanie w celu uzyskania certyfikacji stanowiska ze źródłem pola elektromagnetycznego o wysokiej częstotliwości zostały szczegółowo opisane. Dodatkowo przytoczono podstawowe akty prawne dotyczące tej tematyki.The methods of providing the safety of microwave generated plasma conduction processes are presented in the article. Basic elements of microwave apparatuses common for the all microwave devices are discussed. The most important potential dangers that can be spotted around microwave industrial apparatuses are listed. The safety rules are extremely important due to the specific micro-wave behavior. Analysis of potential risk, the method of determination of each safety perimeters and ways of obtaining the safety certifications of the microwave site were precisely described. Additionally the legal framework, both European and Polish, on the topic is present m the article

Wet Torrefaction of Miscanthus – Characterization of Hydrochars in View of Handling, Storage and Combustion Properties

Properties of miscanthus hydrochars obtained through wet torrefaction were studied. The process was carried out in three different temperatures – 180, 200 and 220 °C and with four different ratios of water to biomass – 3:1, 6:1, 12:1 and 16:1. The obtained solid products were characterized with respect to their fuel properties. The best results were obtained for the temperature of 220 °C and showed a noticeable improvement in fuel properties – especially grindability and lowered ash content. The influence of water to biomass ratio was not so explicit and while high ratio showed an improvement in all mentioned properties, low ratio allowed to achieve the highest energy yield. The results obtained for miscanthus wet torrefaction and the literature data for dry torrefaction were compared

A microwave plasma potential in producer gas cleaning — preliminary results with a gas derived from a sewage sludge

The paper presents an attempt to evaluate the impact of coal and coal mine methane cocombustion on the physics of the heat exchange in an 140 t/h pulverized-coal boiler through an analysis of 21 combinations of the boiler operating parameters – three different boiler loads (50, 75, and 100%) and seven values of the fired gas thermal contribution (0–60%). The obtained results are the temperature distribution of flue gas and steam in the boiler characteristic points, the heat transfer coefficient values for the boiler individual elements expressing the nature of changes in the heat transfer and the change in the boiler efficiency depending on how much gas is actually fired. An increase in the amount of co-fired gas involves a temperature increase along the flue gas path. This is the effect of the reduction in the amount of heat collected by the evaporator in the furnace. For these reason, the flue gas temperature at the furnace outlet rises by 9 K on average per a 0.1 increment in the fired gas thermal contribution. The temperature rise improves the heat transfer in the boiler heat exchangers – for the first- and the secondstage superheater the improvement totals 2.8% at a 10 pp. increase in the fired gas thermal contribution. However, the rise in the flue gas temperature at the boiler outlet involves a drop in the boiler efficiency (by 0.13 pp. for a rise in the fired gas thermal contribution by 0.1)

Influence of hydrogen addition on methane coupling in a moderate pressure microwave plasma

In this paper, the effect of hydrogen addition on methane coupling in a microwave moderate pressure (55 mbar and 110 mbar) plasma reactor has been studied. The use of optical emission spectroscopy allowed the determination of the rotational temperature of heavy particles and showed it to be in the range of 3000–4000 K. Due to the high temperature in the discharge the dominant product was acetylene and it was concluded that the methane coupling process is mainly through thermal decomposition with a key role of H radicals. It was revealed that the addition of hydrogen can increase both methane conversion and acetylene and ethylene yield and selectivity. With the CH4:H2 ratio of 1:1, the methane conversion increased from 31.0% to 42.1% (55 mbar) and from 34.0% to 48.6% (110 mbar), when compared to pure methane plasma. Respectively, the yield of acetylene increased from 14.4% to 25.3% (55 mbar) and from 20.1% to 34.0% (110 mbar). Moreover, the addition of hydrogen decreased the output of the problematic soot-like product. These results indicate that hydrogen addition can be a simple yet effective method of increasing selectivity to desirable products in plasma reforming of CH4