Published November 12, 2012 | Version v1
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Gasification of organic wastes in an entrained flow reactor: behaviour of mineral matters and choice of ceramic refractories

Description

Synthesis gas can be obtained by biomass gasification. It is composed of CO and H2 and can be used for the production of electricity, organic compounds and biofuels. The use of sewage sludge allows exploiting this kind of waste as biomass resources. However, sewage sludge contain a large percentage of minerals (30 to 50 % wt) composed of at least 20 different oxides including silica, lime and phosphorous oxide, P2O5 (15 % wt of the minerals). Mineral matters of sludge are complex and not well known. So, it is necessary to study their behaviour in function of temperature to understand their impact during gasification process and avoid gas pollution and corrosion of the ceramic refractories. Firstly, liquidus temperatures of two different mineral matters were determined. The result shows that these temperatures, between 1257 and 1358 deg. C, are in the operating range of the gasifier. Thus, a study of the binary system SiO2-P2O5 had enabled to enhance thermodynamic databases. Secondly, thermodynamic and kinetic studies, confirmed the low release of P2O5 in function of temperature due to the formation of refractory compounds like Ca3(PO4)2 and Ca9Fe(PO4)7. Release of inorganics from the sludge is less than 0.5 % wt. Finally, interaction between slag and different ceramic refractories was studied. Static and dynamic trials were performed to choose the most resistant ceramic refractory. One of them composed of alumina and chrome oxide proved to be a good choice to build the gasifier wall. (author)

Abstract (French)

La gazeification de la biomasse permet d'obtenir un gaz de synthese riche en CO et H2 utilisable pour la production d'electricite, de biocarburants ou de composes chimiques. Ce procede permet de palier a l'epuisement des ressources fossiles. L'utilisation de boues d'epuration comme ressources de biomasse assurerait a ce type de dechets organiques une valorisation energetique. Cependant, les boues contiennent une forte charge minerale (entre 30 et 50% massique). Cette fraction est composee d'une vingtaine d'oxyde notamment la silice, la chaux et l'oxyde de phosphore, P2O5 (plus de 15%).Les boues sont des systemes complexes tres peu etudies jusqu'a present. Il est donc necessaire de connaitre le comportement en temperature des inorganiques afin de mesurer leur impact lors du processus de gazeification et de se premunir contre les risques de corrosion et de pollution du gaz lies a leur presence. - Dans un premier temps, les temperatures de liquidus de deux fractions minerales de boues ont ete determinees. Il s'avere que celles-ci, comprises entre 1257 deg. C et 1358 deg. C, sont dans la plage operatoire d'un gazeifieur a lit entraine. De plus, une etude menee sur le binaire SiO2-P2O5 a permis d'ameliorer les bases de donnees thermodynamiques. - Dans un second temps, les etudes thermodynamiques et cinetiques de volatilisation du phosphore ont mis en evidence le faible relachement en temperature du phosphore grace a la formation de phases refractaires associant l'oxyde de phosphore et la chaux tel que Ca3(PO4)2 et Ca9Fe(PO4)7. La volatilite des inorganiques des boues est inferieure a 0.5% massique. - Enfin, l'interaction entre les inorganiques liquides et plusieurs ceramiques refractaires a ete etudiee, par des essais de corrosion statique et dynamique. Un materiau, constitue d'alumine et d'oxyde de chrome, s'est revele etre un excellent candidat pour le garnissage du reacteur de gazeification. (auteur)

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Original title (French)
Gazeification de dechets organiques dans un reacteur a flux entraine: impact des inorganiques sur le fonctionnement du reacteur et choix des ceramiques refractaires

Publishing Information

Imprint Pagination
216 p.
Report number
FRNC-TH--10377

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Notes
131 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses