Investigations of the suitability of activated carbon for H2S and tar product gas cleaning

Abstract

Regierungen auf der ganzen Welt suchen derzeit nach erneuerbaren Alternativen zu fossilen Brennstoffen für die Erzeugung von Strom, Wärme und synthetischen Produkten. Der Hauptvorteil dieser erneuerbaren Alternativen ist die geringe Emission von Treibhausgasen und die globale Erwärmung. Trotzdem schwanken einige der attraktivsten Energien wie Solar- oder Windkraft sehr stark, und es wird eine Alternative benötigt, die regelmäßig Energie liefert. Aus diesem Grund ist Biomasse eine gültige Alternative zu fossilen Brennstoffen und auch die einzige kohlenstoffhaltige erneuerbare Energiequelle. Die Biomassevergasung ist eine der vielversprechendsten Technologien, da sie eine breite Palette fester Rohstoffe in Gasprodukten mit einem mittleren bis hohen Heizwert zur Erzeugung von Wärme und Chemikalien mit hoher Wertschöpfung erzeugen kann. Diese Technologie muss jedoch verbessert werden, um gegenüber den niedrigen Preisen für fossile Brennstoffe wettbewerbsfähig zu sein. Einer der Schlüsselbereiche, der verbessert werden muss, um dieses Ziel zu erreichen, ist die Gasreinigung. Eine der praktikabelsten Optionen und eine, deren Interesse in letzter Zeit stark zugenommen hat, ist Aktivkohle (AC). Die Hauptvorteile dieses Materials sind seine geringen Kosten und dass es hohen Arbeitstemperaturen standhalten kann. Darüber hinaus kann Aktivkohle verschiedene Verunreinigungen aus dem Produktgas entfernen, wie schwefelhaltige Gase sowie Teere. In dieser Arbeit wurde eine Literaturübersicht über die Aktivkohle-Technik zur Entfernung von Schwefelwasserstoff (H2S) und Teeren durchgeführt. Kapitel 4 befasst sich mit dem Adsorptionsmechanismus von H2S und den Parametern, die den Adsorptionsprozess beeinflussen, wobei die Aktivkohlen in zwei Typen unterschieden werden, die nicht modifiziert und mit Metallen imprägniert sind. Die wichtigsten Schlussfolgerungen aus der Literaturrecherche sind, dass der Adsorptionsmechanismus von nicht modifizierten ACs und solchen, die mit Metallimprägnierungen modifiziert wurden, unterschiedlich ist. Darüber hinaus beeinflussen Prozessparameter wie Porosität, relative Luftfeuchtigkeit, Temperatur oder Druck unterschiedlich, ob die Aktivkohle modifiziert ist oder nicht. Andererseits wird in Kapitel 5 die Entfernung von Teer durch Wechselstrom untersucht. Die in verschiedenen Artikeln gezeigten Ergebnisse zeigen hohe Entfernungseffizienzen für einige der wichtigsten Teerverbindungen. Diese Technik muss jedoch mit diesen Verunreinigungen weiter untersucht werden, da es andere Komponenten der Teere gibt, die noch Nachteile aufweisen, die bei hohen Temperaturen beseitigt werden müssen, und der Prozess muss optimiert werden.

Governments around the world are currently seeking renewable alternatives to fossil fuels for the production of electricity, heat and synthetic products. The main advantage of these renewable alternatives is their low emission of greenhouse gases and global warming. Despite this, some of the most attractive energies such as solar or wind power are very fluctuating and an alternative that provides energy on a regular basis is needed. For this reason, biomass is a valid alternative to fossil fuels and is also the only carbon containing renewable energy source. Biomass gasification is one of the most promising technologies because it can produce a wide range of solid raw materials in gas product with a medium-high calorific value to produce heat and high value-added chemicals. However, this technology needs to be improved to be competitive against the low prices of fossil fuels. One of the key areas that needs to be improved to achieve this goal is gas cleaning. One of the most viable options, and one whose interest has increased a lot recently, is activated carbon (AC). The main advantages of this material are its low cost and that it can withstand high working temperatures. In addition, activated carbon can remove different impurities from the product gas such as sulphur-containing gases as well as tars. In this thesis, a literature review of the activated carbon technique for the removal of hydrogen sulfide (H2S) and tars has been carried out. Chapter 4 deals with the mechanism of adsorption of H2S and the parameters that influence the adsorption process, differentiating the active carbons into two types, unmodified and impregnated with metals. The main conclusions drawn from the literature research is that there is a differentiation in the adsorption mechanism of unmodified ACs and those modified with metal impregnations. In addition, process parameters such as porosity, relative humidity, temperature or pressure affect differently whether the activated carbon is modified or not. On the other hand, Chapter 5 reviews the removal of tar by AC. The results shown in different articles reveal high removal efficiencies for some of the major tar compounds. However, this technique has to be further investigated with these impurities because there are other components of the tars that still show disadvantages to be removed at high temperatures and the process needs to be optimized.