Biyokütle Gazlaştırma Nedir?

Katı yakıtların termal dönüşüm teknolojisi ile yanıcı gaza dönüştürülmesi işlemine biyokütle gazlaştırma denir. Gazlaştırma, biyokütleden enerjiyi geri kazanmak için kullanılan bir ısı dönüştürme teknolojisidir. Gazlaştırma prosesinin ana ürünü, farklı enerji üretim proseslerinde veya endüstriyel uygulamalarda yakıt olarak kullanılabilen gazdır. Üretilen gaz; CO, H₂, CO₂, CH₄, H₂O, N₂ gazlarının yanı sıra kömür partikülleri, kül ve katran gibi kalıntılar da içerir. Üretilen gaz arıtıldıktan sonra kazanlarda, motorlarda ve türbinlerde ısı ve elektrik üretmek için kullanılır. Gazlaştırma teknolojisi sayesinde, biyokütleden gaz halinde yakıt elde edilebilir ve türbinlerde verimli bir şekilde elektrik ve ısı sağlamak için kullanılabilir.

Biyokütle Gazlaştırma Nasıl Yapılır?

Katı atıklar gazlaştırılmak için önce uygun ebatlara ve sonra da pelet haline getirilir. Gazlaştırma prosesi birkaç adımda gerçekleşir. Ön hazırlık işlemleri sırasında katı atıktaki su uzaklaştırılır. Bu işleme kuruma denir. Kuruma işleminden sonra ise piroliz, indirgenme, yanma adımları gerçekleşir. İçinde yüzde otuz beşten daha yüksek oranda su bulunduran katı yakıt termokimyasal elektrik üretimi için uygun değildir. Gazlaştırma prosesi için uygun nem oranı %8-15 arası, uygun parça boyutu ise 3-5 cm’dir. Katı atık içindeki su, gazlaştırma tepkimelerinden biri olan su buharı tepkimesine gereken su buharının üretimi için kullanılır ve bu tepkime çok önemlidir. Gazlaştırma prosesinin başlaması için katı atık içindeki karbonun belli bir miktarının yakılarak gazlaştırıcının öncelikle buhar fazına geçmesi, sonra piroliz işleminin gerçekleşmesi daha sonraki aşama olarak da gazlaşma tepkime sıcaklıklarına çıkması gerekmektedir. Gazlaştırıcının içinde oluşan tepkimeleri şöyle sıralayabiliriz;

• Kuruma: Katı atıklar kurutulur. Katı atıkların içinde kimyasal olarak bağlanmamış bütün su buharlaştırılır.
• Piroliz: Piroliz yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen kimyasal bozunma işlemidir. Sentez gazının oluştuğu aşamadır.
• İndirgeme: Gazlaştırma işlemi olarak da bilinen bu adımda karbonmonoksit, karbondioksit, hidrojen, metan gazları oluşur.
• Yanma tepkimeleri: Katran ve damıtılarak elde edilmiş olan diğer maddeler yüksek sıcaklıklarda gazlaştırılırlar. Önceden kontrolü yapılarak ısıtılmış hava içeri beslenir ve yanma işlemi gerçekleşir.

Biyokütle Gazlaştırma Tesisi

Biyokütle gazlaştırma işlemi genellikle karbonlu maddelerin ve oksidanların gazlaştırılması ve gaz halindeki ürünlere (yanıcı gazlar) dönüştürülmesi olarak tanımlanabilir. Biyokütle gazlaştırma tesisi; biyokütle tartma ve besleme sistemi, gazlaştırma reaktörü ve siklon ayırıcı, soğutma sistemi, su soğutmalı tahliye/yıkama konveyörü, çok bölgeli gazlaştırma fanı ve otomatik kontrol prosesi için döner besleyiciden oluşur. Depolanan biyokütle yakıtı gazlaştırma tankına aktarılır. Yakıt, kütle ölçüm tankında ölçülerek buharlaştırıcıya gönderilir. Besleme deposu, yakıtı gazlaştırıcıya aktarmak için bir seviye göstergesi, bir giriş besleme seviyesi konveyörü ve bir değişken hızlı çıkış besleme konveyörü ile donatılmıştır. Gazlaştırma kontrol sistemi, ısı geri kazanım sisteminin ihtiyaç duyduğu gaz miktarına göre çıkış besleme konveyörünün hızını otomatik olarak ayarlar.

Yakıt, su ile soğutulması yapılmış vida konveyör yardımıyla kurutma ve ısıtma bölümüne aktarılır. Gazlaştırma işlemi orantılı hava kullanılarak kontrol edilir. Reaktörde kalma süresi, gazlaştırıcıdan çıkan külde istenilen karbon oranını ayarlamak için kontrol sistemi ile ayarlanır. 650-1000°C sıcaklıkları arasında gaz üretilir. Gazlaştırıcıdan çıkan gaz siklona giderek sıcak küllerinden temizlenir. Sıcak hava soğutma, ısı değerlendirme ve gaz temizleme için işleme (iyileştirme) sistemine yönlendirilir.

Katı yakıt (tarımsal biyokütle) hazırlama işleminden sonra orta ızgaranın üzerindeki vidalı besleyici vasıtasıyla gazlaştırıcıya beslenir. Gazlaştırıcıya giren biyokütle materyali önce nemini kaybeder ve kurur. Sıcaklığı 250-400°C arasında değişir. Atık, gazlaştırıcıda hareket ederken 400-600°C derecelere ulaşır ve piroliz tepkimesi başlar. Önceden hazırlanan sıcak hava, gazlaştırıcının altından girerek hem gazlaşma hem de yukarı taşıma işlemlerini gerçekleştirir. Tarımsal biyokütle 1000 °C sıcaklığa ulaştığında havadaki oksijene ve H₂O’ya girer. Kok ile reaksiyon tarafından üretilen gaz, 1.000°C sıcaklıkta CO, H₂, CO₂, CH₄ içeren sentez gazıdır. Tarımsal biyokütlenin artık sadece külü kalmıştır. Sentez gazı, yukarı ilerledikçe, 800 °C’ye kadar soğuyacaktır. Sentez gazı, gazlaştırıcıdan çıktıktan sonra 400-600°C’ye ulaştığında, gaz temizleme alanına gelir. Gazlaştırıcıdan çıkan ham gaz; katran, biyokütle tozu, gazlaştırma sıvısı ve diğer safsızlıkları içerir. Bu kirleticiler termik/elektrik üretim tesislerinde sentez gazı olarak temizlenmeden kullanılmaz. Gaz temizleme işleminden çıkan gaz yakılmak üzere gaz motoruna gönderilir.