Cataliza in ziua de astazi

Cataliza in ziua de astazi -PARTEA 1-

Gazificarea catalitica a biomasei umede si uscate

CONSPECT(REZUMAT)

Gazificarea catalitica a curentilor de biomasa umeda si uscata in apa fierbinte comprimata sunt revizuite si discutate ca potentiale tehnologii pentru productia gazului de sinteza,a hidrogenului si metanului,a gazului bogat(umed)?? Pe langa datele bibliografice sunt prezentate de asemenea noi rezultate experimentale din laboratorul nostru asupra gazificarii catalitice a pirolizei petrolului si a gazificarii catalitice a componentilor -model in apa fierbinte comprimata. Lucrarea (studiul) se concentreaza pe statutul prezent al gazificarii catalitice a biomasei, pe similaritati si diferente intre evolutiile de umed si uscat si asupra provocarilor pentru cercetarile viitoare , atat din p d vd al catalizei cat si din cel al cursului dezvoltarii.

INTRODUCERE

Biomasa este un candidat sustinut pentru inlocuirea surselor fosilei mai ales cand vine vorba de productia de combustibili lichizi si gazosi pentru aplicatii stationare si non-stationare(permanente si non-permanente..) (de ex: benzina, motorina,cherosen-gaz sau petrol lampant???, oxigenate, heavy fuel oil-combustibil de ulei vascos sau pacura, SNG,hydrogen)

Acesti combustibili sunt esentiali pentru societatea din ziua de azi si este de o importanta capitala pentru economia si stabilitatea lumii ca rezerva de combustibil sa fie garantata in viitor. Cataliza, este considerata ca va juca un rol important in productia de bio-combustibili "combustibili biologici", asa cum cataliza joaca un rol insemnat de la alimentarile cu fosil(e) la combustibili,astazi.Acest studiu(lucrare) se ocupa cu productia catalitica a gazului sinteza,a hidrogenului ,a metanului- gazului umed(bogat)(GAZ NATURAL SINTETIC) de la uscata si umeda biomasa lignocelulozica (>70 % umiditate) .

Gazul de sinteza poate fi folosit ca rezerva(stoc) de alimentare pentru multi bio-combustibili din a doua generatie,ca alcoolul metilic,dimetilul?? Si motorina Fischer-Tropsch [1]. viitoare cereri pentru hidrogen vor creste in industriile existente si/ sau din cauza utilizarii in tehnologii noi ca pilele de combustie(elementele de combustibil). Pentru a acoperi cresterea proiectata in cerere este necesara imbunatatirea regenerarii hidrogenului in rafinarii si utilizarea altor surse potentiale ,ca biomasa[3].Gazul natural reprezinta o mare parte din comsumatia energiei europene. si substitutul sau sustinator extinde viitorul amestec(dozaj*) de combustibil.

Gazificarea catalitica a curentilor de biomasa umeda si uscata in apa fierbinte comprimata sunt revizuite si discutate in aceasta lucrare(acest studiu) ca potentiale tehnologii pentru productia gazelor care au fost mentionate mai sus.Pe langa datele bibliografice sunt prezentate, de asemenea niste (cateva) rezultate experimentale noi din laboratorul nostru asupra gazificarii catalitice a pirolizei petrolului?? Si gazificarii catalitice a glucozei si a glicerinei in apa comprimata fierbinte.Aceasta lucrare se concentreaza pe problemele intalnite frecvent(in prezent*),similaritati si diferente intre evolutiile de uscat si umed

si asupra provocarilor pentru cercetarile viitoare , atat din p d vd al catalizei cat si din cel al cursului dezvoltarii.

EXPERIMENTAL

Gazificarea pirolizei petrolului a fost investigata intr-o continua "mini plant" care a constat din tr-un strat de fierbere(barbotare*) fluidizat (vitezele gazului superficial este de aprox 10-30 cm/s) deasupra caruia(peste care) un strat fixat ar putea fi instalat.The mini plant este descrisa in detaliu(materiale,experimental si alcatuire*) de catre van Rossum et al [4].Gazificarea in apa comprimata fierbinte a fost investigata intr-un micro reactor cu sarcini discontinue capilare si intr-un micro reactor pentru procese continue. Potic et al [5] si Knezevic et al [6] au introdus si au descris reactorii cu sarcini discontinue capilare. Micro reactorul pentru procese continue este un nou studiu al grupului nostru [7] si este descris in aceasta lucrare pe larg. Fig. 1 arata reprezentatii schematice ale alcatuirilor continue.

Micro reactorul pentru procese continue

Micro reactorul pentru procese continue pentru gazificare in apa comprimata fierbinte a fost dezvoltata pentru a permite o simpla, sigura si ieftina experimentare fara a folosi o infrastructura speciala de mare presiune. Astfel de sistem ar trebui sa fie flexibil cu parti usor de inlocuit permitand curatare rapida si miscari experimentale scurte intr-un regim stationar.

Cererile au fost intalnite prin miniaturizarea si prin eliminarea unui complex de presiune multi-faza de supapa reductoare.

Continuitatea supercritica a gazificarii apei (scwg) sistemul reactor constand intr-o cromatografie lichida de mare presiune(hplc),pompa cu piston,un reactor tubular,un cuptor(furnal) electric,un racitor,un rezervor sub presiune,un rezervor de colector lichid si o capsula de luat probe pentru gaze(mostra) .fig 1(b) este o reprezentare schematica a pozitionarii experimentale.Otelul inoxidabil 316 si capilariile Inconel cu un diametru intern de 1 mm si de o lungime de 1 m au fost folosite ca reactori tubulari (v=0.785 ml).Reactorii din cuart au fost testati de asemenea dar acestia s-au dovedit prea fragili pentru o operare continua.Pozitionarea poate fi, in principiu operata cu un reactor inert din punct de vedere catalitic ca cuartul dar acesta n-ar putea fi rezolvat inca (terminat) din punct de vedere tehnic.

Debitul materiei prime a fost controlat cu precizie cu pompa HPLC.aceasta pompa ar putea aduce debite de apa in variatia de 0.01-24N ml/min opus presiunii maxime de 500 bari.Presiunea directa aflata dupa pompa a fost masurata si monitorizata cu senzorul de presiune incorporat al pompei. Pentru racirea rapida a reactorului efluent ,a fost pus un racitor imediat dupa cuptor.Lichidul rece,gazele si solidele cuplate(antrenate)(daca exista) au fost colectate intr-un vas de inalta(mare) presiune.(v=30 ml),care a fost conectat la un sensor de presiune.Intre racitor si vasul de presiune a fost pus o valva(supapa).Acest vas de presiune a fost folosit de asemenea pentru demararea(pornirea) sistemului in felul urmator.In timp ce valva(supapa) a fost inchisa ,vasul a fost ermetizat cu heliu si apa care a fost pompata in reactor si racitor pana cand presiunile urcate(marite ) si in aval ale valvei(supapei) s-au egalizat (nivelat).Apoi valva a fost deschisa si heliul din vas a mentinut presiunea in sistem.

Mai tarziu experimentul a fost inceput prin comutare (conectare) de la apa la solutia materiei prime(FEEDSTOCK*).In timpul unui experiment tipic(model,reprezentativ) presiunea a crescut cu cca 50 bari.presiunea reprezentativa a unui experiment a fost definita ca media(val. Medie) a presiunii de inceput si de sfarsit a acelui test.Am permis ca aceasta presiune sa creasca ,pentru ca in stratul(grupa,amestecul*) de capilarii a fost observat ca presiunea in curs(in desfasurare) nu a afectat rezultatele in categoria de 40-400 bari[10].In timpul operatiei(lucrarii) a fost masurata cu 3 termocupluri(termocuple*)(varf= 0.5 mm ) plasat pe peretele exterior al capilarei.Diferenta de temperatura intre aceste termocuple(intre acesti termocupli,termocupluri.*) n-a depasit niciodata mai mult de 3 grade C in timpul operatiei(procesului,lucrarii*) .

In plus, profilul temperaturii axiale in interiorul reactorului a fost initial masurata cu un termocuplu mobil . prin aceste masuratori s-a aratat ca primii 11 cm ai reactorului (de o lungime totala de 1 m) erau nevoiti sa ajunga temperatura finala a reactorului pentru un debit tipic de 0.04 N ml/min. pentru toate debitele implicate lungimea(intinderea) zonei de incalzire a fost determinate.pentru testele catalitice,ultimii 30 cm ai capilarei(ului*) au fost umpluti (incarcati) cu un catalizator. Zona catalizatorului a fost plasata intre 2 suporturi pentru a asigura operatia(procedura,procesul) stratului fix.durata de retinere in stratul catalytic a fost de aproximativ 10 secunde.Dupa experimente ,productiile de gaze au fost colectate intr-o mostra(sampling bag*),care a fost apoi la un GC(???) pentru analiza gazului.Pe baza documentarilor asupra GC**, nr total de moli prezent in vasul de presiune(calculat din cunoscutii T,p si V ai acestui vas) si din cantitatea(volumul) de materie prima , a fost calculata echilibrarea de greutate(productia si conversia-transformarea de gaz) .

Materiale

Pentru examinarea gazificarii in apa fierbinte comprimata,au fost folositi in afara de lemnul de rasinoase, majoritatea compusilor model(glucoza si glicerina).Un catalizator din ruteniu (3wt% ruteniu pe rutil TIO2,dp~70-100m)a fost folosit care a fost furnizat de Lab.Nat. Pacific Northwest.Acest catalizator a fost selectat pentru calitatea sa inalta dovedita la 350 gr. C.[8].Recent,catalizatorii mai ieftini bazati pe nichel au fost propusi in acest scop.

Pentru gazificarea uscata,a fost folosita piroliza rapida a uleiului a lemnului de fag cat si a lemnului de conifere(de rasinoase) care au fost produse in dispozitivul instalatiei pilot(experimentale).(200 kg/h) a companiei BTG.au fost folosite doua tipuri diferite de catalizatori comerciali de imbunatatire(reformare ) a aburului,ambele procurate(*furnizate ) de Johnson Matthey : KATALCO 23-4Q (K23,metan) si KATALCO 46-3Q (K46,naphta=titei,benzina??),de vazut si ref.[4]

Analiza fundamentala si continutul apei a lemnului folosit cat si piroliza uleiurilor sunt date in tab. 1.

Extinderea gazificarii si calculele continutului de gaz

In rezultatele expuse ,extinderea gazificarii(Yc) este definita ca si carbonul la conversiunea(transformarea) gazului.Yc este fractiunea(particula) carbonului din alimentator transformat urmatoarelor productii gazoase:CH4,CO,CO2,C2 H4 , C2 H6 , C3 H6 si C3 H8 .Productiile de gaze sunt definite ca metru cub normal (N m ,0 grade C si 1 atm.) pe kilogram de alimentare uscata.

Continutul de hidrogen este definit ca fractiune(particula) a cantitatii maxime de hidrogen ,care poate fi produs conform cu urmatoarea reactie:

...........................

in experimentele gazificarii pirolizei petrolului ,conversiunea(transformarea) din carbon in gaz ,productia gazului si continutul hidrogenului(daca este posibil) , sunt calculate din operarea in regim stationar,excluzand pornirea catalizatorilor.

Raportul de echivalenta este definit ca fractiune(particula) a oxigenului adaugat pentru combustia totala a materiei prime,conform(potrivit) cu:

.....................

Raportul aburi(*vapori de apa)/carbon(s/c) este definit ca raportul cantitatii totale de moli de abur,incluzand continutul de apa al materiei prime,peste molii de carbon din material prima.

Calcule de echilibru

Calculele de echilibru au fost efectuate in conformitate cu metoda Gibbs a minimizarii energiei libere[11].coeficientii fugacitatii au fost calculati cu starea de ecuatie Modificata Soave Redlich Kwong [12]

Parametrii pentru starea de ecuatie Modificata Soave Redlich Kwong au fost obtinuti de la Bertucco et al.[13],Soave[14] si NIST-JANAF[15]

GAZIFICAREA BIOMASEI USCATE SI A BIOMASEI uleiului de piroliza

BIBLIOGRAFIE(lucrari de referinta)*

Pentru verificari complete asupra gazificarii biomasei uscate ,incluzand tipurile de reactori,problemele intalnite si aplicatii ale catalizatorilor ,cititorul este orientat la referintele[17-20]

Evolutia in industria petrolului si carbonifera a dus la 3 arhetipuri de carburatori, si anume: stratul fix, stratul fluidizat si viteza(fluxul*) de antrenare (cuplare).

Din extensiile si combinatiile acestor arhetipuri cateva sisteme derivate au fost dezvoltate ,de exemplu straturile fixe zgurificate(slagging**),straturi fluidizante periodice,straturi fluidizante de temperatura inalta ,pereche de reactori cu zone separate pentru reducere si oxidare etc.

Carburatorii prelucrati(operati,lucrati) sub 950 gr. C (carburatori de temperatura scazuta) genereaza un gaz de sinteza nepurificat /gaz carburant(co,h2,co2,h2o,c....,gudron si in cazul gazificarii aerului suflat-N2) care necesita curatire vasta si conditionata. ?? inainte de a putea fi folosit ca alimentare pentru producerea combustibililor si chimicalelor.Prelucrarea(operarea) peste 1300 grade C(carburatori de temperatura inalta) rezulta in gazul de sinteza pur(......).Temperaturile intermediare ale gazificarii(950 gr. C <T< 1300 gr. C) sunt nefavorabile pentru ca cenusa(pulberea) devine partial lichida/partial solida,o situatie care este aproape imposibil de manevrat intr-un reactor.

In anii 1970,in pofida(impotriva) fondului unui prevazute(anticipate) insuficiente(lipse*) a gazului natural, s-a inceput cercetarea in cazul gazificarii catalitice a carbunelui pentru producerea gazului natural sintetic (SNG). Evolutia (dezvoltarea) EXXON CCG(gazificarea catalitica a carbunelui ) a ajuns in faza demonstratiei dar nu a devenit comerciala datorita descoperirii unor noi zacaminte de gaz.[16]

Pentru productia gazului de sinteza ,biomasa uscata poate fi transformata prin mijloace de (entrained flow gasifiers=flux antrenat de carburatori)[17,21] similar carbunelui si carburatorilor petrolului .Carburatorii biomasei fluxului(vitezei,debitului) antrenat(cuplat) se asteapta sa fie operati(prelucrati) la o temp peste 1300 gr. C si sa necesite oxigen pur ca oxidant. Ca rezultat scala operarii va fi de 100 MW sau deasupra acestei valori.

Pentru a putea produce un gudron pur(curat) si metan **free syngas** la temperaturi moderate ale procesului(evolutiei,dezvoltarii)(<950 gr. C),mai multe grupe au studiat aplicarea catalizatorilor la gazificarea biomasei..Scazand temperatura carburatorului, reduce astfel costurile echipamentelor si permite gazificarea la scara mai mica.

Catalizatorii sunt ori preamestecati cu biomasa,folosita(partial sau in intregime) ca (bed material**) in carburatori de strat fluidizat sau aplicati la iesirea carburatorului pentru promovarea(avansarea) gazului produs.

Catalizatorii ieftini disponibili au fost folositi pentru a crea un combustibil avansat decat sa produca **actual syngas**.Dolomita(magnezitul) [18,22-24] a castigat cea mai multa atentie asa cum este foarte ieftina si usor de aplicat.

Este aplicata in interiorul carburatorului pentru a grabi(accelera,sustine) fisurarea(craparea) directa a gudronului sau separata intr-un strat in josul (**apei??) carburatorului.Desi forma sa calcinata (oxidata) poate transforma aproape total(complet) *gudroanele* ,este mai des folosit ca gudron-dezoxidant(**reductor**) ,materie(substanta) protectoare,permitand astfel folosirea (uzarea) unor catalizatori mai activi si mai sensibili in aval .[25]

Cu toate acestea,dolomita nu poate sa transforme efectiv metanul si sufera de uzura.Olivina este mult mai rezistenta la uzura decat dolomita si cu o oarecare activitate mai joasa(scazuta) in distrugerea gudronului.Impregnarea olivinei cu nichelul e posibila pentru marirea(sporirea) activitatii sale in timp ce aceasta isi mentine puterea(rezistenta,forta).

Metalele alcaline sunt mai efective cand, impregnate in biomasa dau gaze libere in gudron????, mai ales cand carbonatul de potasiu este folosit.

Dezactivarea catalizatorilor ,(**incarcarea,structura,alcatuirea) catalizatorilor si problemele legate de fludizare inca necesita multa cercetare inainte ca acesti catalizatori sa poata fi aplicati in mod efectiv.

Cand,in afara de gudroane este dorita si transformarea completa a metanului ,activitatea de reformare a aburilor inalti(si uscati) ai catalizatorului este de o importanta vitala.Catalizatorii din nichel pe baza de alumina au fost folositi in industrie pentru petrol(benzina grea,titei**) si reformarea gazului natural pentru multi ani si era ,asadar, logic sa fie testate pentru aplicatiile gazificarii biomasei.Caballero si Simell au fost capabili(au putut,au reusit) impreuna sa elimine efectiv gudroanele din biomasa gazului derivat in timp ce au realizat o micsorare(diminuare) semnificativa a metanului folosind si /sau catalizator comercial "ca primit " sau straturi monolite dedicate(consacrate).

Pentru indepartarea completa a gudronului si a metanului ,numai reactorii secundari aflati in aval dupa carburator .,au reusit.

Czernik a initiat o cercetare asupra gazificarii/reformarii biomasei a derivat purtatorul de energie.,adica piroliza rapida a petrolului (numita si petrol biologic)???.in timp ce Czernik a inceput cercetarea despre compusii model(tip,mostra) si fractiunea solubila a apei a pirolizei petrolului,van Rossum a inceput sa gazifice intreaga piroliza a petrolului pentru productia de syngas???.

Marile avantaje ale transformarii pirolizei petrolului mai degraba decat biomasa sunt acelea ca este creat un lichid care este mai usor de manevrat,de depozitat si de transportat,densitatea energiei volumetrice este mult mai inalta(mare,crescuta) si anorganicele(mineralele) sunt separate de compusii organici.

Rezultatele experimentale ale gazificarii pirolizei petrolului

Biomasa catalitica sau transformarea(conversiunea) pirolizei petrolului intr-un strat fluidizat sufera de pierdere ireversibila a activitatii catalizatorului.. In fig. 2 este dat un exemplu al gazificarii pirolizei petrolului intr-un singur strat fluidizat folosind un catalizator comercial nou

Dupa o activitate initiala mare,productia de hydrogen scade(descreste) in timp ce productia de metan creste(se mareste).

Pierderea de activitate a fost atribuita indeosebi uzurii si sinterizarii(aglomerarii) catalizatorului.

In timp ce cercetarea este facuta creand un catalizator rezistent la uzura prin frecare pentru transformarea(conversiunea) biomasei stratului direct fluidizat si a pirolizei petrolului.,separarea diferitilor pasi ai procesului(lucrarii) ar putea fi de asemenea folositor:

-catalizatorii comerciali existenti pot fi folositi fara modificari.

-piroliza biomasei sau reevaporarea pirolizei petrolului poate fi facuta la temperaturi scazute care implica beneficii pentru eficienta energetica totala(generala,globala) si permite optiuni pentru integrarea procesului.

- particulele carbonifere si depunerile(depozitele,straturile) formate pot fi separate din gaz inainte de a veni in contact cu catalizatorii care pot fi folositi pentru generarea de caldura.

Van Rossum a propus si a testat un reactor planificat consistand dintr-un strat fluidizat inert din particule de nisip in care piroliza petrolului este atomizata urmat de strat catalitic fix pentru gazificarea /reformarea vaporilor si gazelor. Fig 3 arata productia(producerea ) de gaz potrivit pentru actualul sistem unde ambele straturi au fost tinute la o temperature in jur de 800 grade C.

Nicio productie(producere) de metan n-a fost gasita dupa 6 experimente consecutive(incluzand ciclurile de reactivare calcinate) folosind acelasi catalizator care a durat 10 ore de timp actual de gazificare si intr-un singur ciclu de lunga durata (11 ore).catalizatorul este folosit cum a fost primit. A fost proiectat (destinat,menit)** pentru uz comercial ,care este abur presurizat reformator.N-a fost aplicata nicio strivire(macinare,zdrobire) a catalizatorilor.In aceste conditii cantitatea(volumul
) catalizatorului care participa de fapt, in reactie este foarte scazut(a) datorat(a) limitarilor de transfer de masa.

Fig 4 arata SYNGAS *** ,metanul si C2-C3 productia(producerea) de gaz a 2 (b si d) experimente in amplasarea reactorului planificat unde temperaturile stratului fix sunt tinute constante(682.) in timp ce temperaturile stratului fluidizat sunt variate..Fig. 4 arata producerea(productia) non-catalitica folosind numai un strat fluidizat la acea temperatura pentru o comparare.

Temperatura stratului fix a fost setata la una moderata(682.) ca activitatea catalizatorului este scazuta(mica) mai ales pentru reformarea(reformatarea) metanului. Metanul si productia de gaz a c2-c3 este cea mai scazuta cand stratul fluidizat este pastrat la o temp mai scazuta.Fig 4(c si d) este urmata de un strat catalitic.cand stratul fluidizat este la o temp mai scazuta ,reactiile termale de cracare(fisurare) sunt scazute ceea ce reduce productia metanului,a C2-C3 si a gudroanelor secundare si tertiare.

Amaestecul de vapori(aburi) /gaz va contine o multime de gudroane oxygenate(gudron primar,elementar,de baza) care sunt mai reactive spre (catre,in privinta) reformarii decat amestecul cracat(fisurat) termic de vapori/gaz care include hidrocarburi si gudroane secundare si tertiare. Daca temp. stratului fluidizat ar fi si mai scazuta, ar functiona mai mult ca un evaporator. Unele depozite(straturi,depuneri)carbonifere sunt inevitabil formate datorita naturii pirolizei petrolului, dar acestea pot fi cerute pentru generarea caldurii in procedeul(procesul) integrat. Aplicand o temp gradienta(inclinata) asupra(peste) stratului catalitic ,intreaga traiectorie (carare,drum) a reactiei de producere(productie) a metanului si a gudroanelor secundare si tertiare ar putea fi evitata complet(in intregime,total) care paveaza drumul catre productia(producerea) la temp scazuta a SYNGAS** pur(curat) prin reformarea directa a pirolizei vaporilor. Catalizatorii alocati(propusi,dedicati) pentru reformarea compusilor oxigenati sunt cercetate(investigate) in referintele[36-38].

Gazificarea in apa comprimata fierbinte

Literatura

Continutul mare(crescut) de umiditate al asa numitelor cursuri ale biomasei umede face tehnologiile conventionale termo-chimice ineficiente datorita cererii de mare energie pentru evaporarea apei(2.4 MJ/kg la conditii atmosferice). Cu toate ca biomasa umeda(umiditate> 70 wt.%) are o valoare foarte scazuta de incalzire totala(globala),produse cu o valoare inalta(mare) de incalzire pot fi inca extrase din aceasta aplicand procese avansate de conversiune(transformare) . gazificarea biomasei in apa fierbinte comprimata (t= 250-700 gr. C ,P> 200 bari) este considerata o tehnica promitatoare pentru a converti(transforma) curenti atat de umezi intr-un gaz care este bogat fie in hydrogen sau metan depinzand de conditiile de operare si de cataliza aplicata.Perspectivele gazificarii biomasei in apa supercritica sunt acelea ca:

tehnologia este convenabila(potrivita) pentru prelucrarea(procesarea) eficienta a materiei prime umede(> 70 wt. % umiditate); evaporarea apei este evitata si schimbul dintre materia prima si caldura produsa este posibila tocmai bine.

contrar(in ciuda) digestiei anaerobe si procesele fermentatiei , tehnologia permite ,in principiu, sterilizarea si conversiunea(transformarea) completa a materiei prime..

gazul produs este disponibil la presiune inalta(mare)(>200 bari) si pentru aplicarea sa ,comprimarea gazului scump poate fi evitata.

Gazul produs este pur;mineralele,metalele si gazele nedorite ca CO2,H2S SI NH3(care au o solubilitate mare in apa comprimata) raman in faza apei si pot fi astfel recuperate.

Gazul produs nu este diluat cu gazul inert.

Selectivitatea ,fie spre(catre) metan sau hidrogen, poate fi controlata cu temeperatura, presiune si cu aplicarea catalizatorilor.

Izolarea de CO2 pur pare convenabila(echilibrul=ponderea negativa a CO2).

Aceste promisiuni(perspective),oricum, merg impreuna cu o serie de probleme care necesita sa fie rezolvate in dezvoltarea(evolutia) procesului.Pomparea suspensiilor(malului,noroiului)biomasei la presiuni mai mari de 300 bari este o provocare. Temperaturile inalte si presiunile implicate pun cereri reale(grave) pe materialele de constructie sa fie folosite , mai ales pentru sunt asteptate probleme de coroziune. Schimbul de caldura intre reactorul incarcat(alimentat) si apa uzata(efluent) este cerut pentru a face procesul efficient,dar incalzirea suspensiilor biomasei este posibil sa cauzeze(sa produca) tamponare si blocare(infundare) din momentul in care biomasa incepe sa se descompuna deja la temperaturi in jur de 250 gr. C . CATALIZATORII necesita operare(prelucrare) in conditii severe si de tamponare(ciocnire).depunerile de cenusa(pulbere) vor crea probleme si un sistem de indepartare efectiv al cenusei(pulberii) trebuie deci(prin urmare) sa faca parte din procesul reactorului. In timpul scrierii,mai multe instalatii-pilot sunt in operatie(lucru). Pentru facilitarea dezvoltarea(evolutia) procesului.

Gazificarea non-catalitica in apa fierbinte comprimata

Studiul gazificarii non-catalitice a biomasei in apa fierbinte comprimata nu este simplu(usor). Aproape toata lucrarea(munca) a fost facuta in reactori mici metalici(din metal)(otel inoxidabil,inconel,hastelloy) pentru care a fost aratat(demonstrat) ca peretii lor au semnificativa,dar nedefinita activitate catalitica.Am efectuat experimente ale gazificarii in capilarii din cuart inerte din p d vd. catalitic. La temperaturi subcritice presiunea din interiorul capilariilor a fost mereu putin mai mare decat presiunea vaporilor de apa la temperature corespunzatoare; deasupra punctului critic ,presiunea a fost mereu peste 250 bari. Timpul de reactie (daca nu cumva stabilit) era 600 sec. (incluzand 120 sec. incalzirea) in conditii subcritice si 60 sec( incluzand 5-10 sec incalzirea) in conditii supercritice. Rezultatele aratate in fig. 5 sunt obtinute in aceste capilarii ale reactorilor. Pot fi facute urmatoarele observatii:

In conditii subcritice (T < 374 gr. C) exista numai formarea limitata de bule de gaz (Yc<0.10)(vezi fig. 5 A si C). Petrolul

si mangalul(carbune de lemn) sunt prinicipalele productii in acest regim.

Intre 400 si 650 gr. C ,extinderea gazificarii este o puternica functie a temperaturii.

Extinderea gazificarii atinge un nivel constant la peste 650 gr. C

Aceasta maxima in formarea gazului depinde de concentratia de compusi organici in solutia alimentarii(alimentatorului): concentratiile scazute(reduse) rezultate in Yc superior(crescut) ???(fig. 5A) .In ciuda temperaturii inalte,numai pentru alimentari diluate(<5% greutate) poate fi realizata gazificarea completa.??? In caz de gazificare incompleta,este realizata transformare(conversiunea) intreaga a materiei prime ,dar pe langa gaz,sunt formati de asemenea petrolul(uleiul) si mangalul.

O suspensie de particule lignocelulozice(lemn de pin) are o considerabila extindere maxima mai scazuta(mica) de gazificare decat solutia zaharului (glucozei) in conditii identice.(FIG. 5A)

Aceasta arata clar limitele folosirii componentilor model pentru dezvoltarea proceselor pentru fluxurile biomasei umede reale cum ar fi ingrasamantul ,spent grain liquor,cheese way,namol etc.

• La temperatura subcritica co2-ul (> 75% vol.) este produsul gazos abundent(excedentar). Intre 500 si 700 grade C un amestec de gaz este produs cu un continut inalt de CO. La temperatura inalta(mare) (800 grade C) gazul devine mai bogat in hidrogen si scazand concentratia mat. prime rezulta(inseamna) mai putin CO. metanul si C2-C3 sunt mereu prezenti in concentratii semnificative.(fig. 5B). toate compozitiile gazificarii gazului non-catalitic sunt departe de un echilibru chimic. Proportiile reactiilor gazificarii arata o puternica dependenta de temperature : la 600 de grade aproximativ 40 secunde de timp de reactie este cerut pentru a ajunge(atinge) nivelul maxim de gazificare in timp ce la 350 grade C aproximativ 250 de secunde sunt necesare.

Pe baza lucrarilor lui Kruse si ale colaboratorilor sai - Cortright,Bobleter,Minowa,Kaybelaml si Waldner o schema simplificata a caii stranse a reactiei poate fi dedusa pentru transformarea(conversia) mica de carbohidrati(≤C6) in apa fierbinte comprimata . Aceasta schema simplificata prezentata in fig. 6 este deja constituita din mai multe reactii in serie si paralele catre(spre) gaze. Alaturi de trasee pentru formarea gazelor exista de asemenea mai multe cai identificate ale produselor inrudite nedorite(respinse) adica petrol(ULEI),mangal(cocs). Schema este folosita in aceasta lucrare pentru a discuta actiunile catalizatorilor.

Gazificarea catalitica in apa fierbinte comprimata

Laboratorul National "Pacific Northwest" din SUA a desfasurat un proces catalitic pentru distrugerea de deseuri organice la temp de 350 gr. C in timpul producerii gazului metan bogat(umed). Intr-un program de cercetare extins care a inceput in anii 80 ai secolului trecut testele au fost facute(continuate) la laborator si scara pilot concentrandu-se atat pe catalizator cat si pe procesul de dezvoltare.Ruteniu de rutil titania(dioxid de titaniu), ruteniu de carbon si catalizatori stabilizati din nichel au aratat cea mai crescuta activitate si cea mai buna stabilitate. Cu acest catalizator aproape 100% din gazificarea componentilor model (1-10% greutate in apa) a fost realizata,in timp ce, fara catalizator extinderea gazificarii este foarte limitata la aceasta temperatura (vezi fig. 5C) . GAZUL produs constat din aproape doar CH4 si CO2,dictat(condos) de totalul echilibrului termodinamic. Procesul catalytic a fost efectuat intr-o serie de reactoare de strat(pat) fix. Cand se utilizeaza materialele de materie prima cu tendinta de a produce mangal/cocs , un reactor de rezervor starnit continuu (CSTR) a fost cerut inaintea(in fata ) stratului(patului) fix pentru a incetini (inmuia) alimentarea si de a preveni construirea solidelor. Instalatia experimentala merge folosind alimentari complexe cum ar fi deseurile de cartofi---`resturi` si ingrasamant . Pe modelul de componente , instalatia experimentala mergea de mai bine de 33 saptamani fara niciun fel de probleme operationale sau dezactivari serioase(grave) ale catalizatorului. Necesarul de lichide pe ora a vitezei in spatiu (LHSV) era in categoria de 1.5 pana la 3.5 N m cubi de alimentare/m cubi de catalizator???/ora. Pentru un process de eliminare a deseurilor ,aceste LHSV-uri sunt acceptabile , insa pentru productia de transportatori ai energiei gazoase din biomasa ,activitatea este mult prea scazuta. Pentru o instalatie mica de doar 100 MW luand intr-o alimentare care contine 10% masa atomica organica, deja 40.000 de metri cubi din stratul catalitic ar fi necesari.(pentru LHSV = 2.5 ore la -1).

Recent, Vogel si colaboratorii sai au raportat mari extinderi ale gazificarii si randamentul echilibrului metanului de concentratii de reziduuri de rumegus de lemn(peste 30% greutate/masa atomica???) folosind nichel de tip Raney ca si catalizator la temp. de 400 gr. C. Pentru gazificarea completa(totala), s-a cerut 90 minute ca timp de reactie in reactorul cu sarcini discontinue.Cum au marit acesti catalizatori extinderea gazificarii la aceste temperaturi scazute , nu a fost clarificat in totalitate.Fie accelereaza rata(raportul) relative al reactiei gazificarii la rata(raportul) reactiilor de policondensare /polimerizare, fie sunt capabili sa sa gazifice polimerii formati, sau o combinare din amandoua. Desi dupa compararea raportului reactiilor, poate fi discutat(argumentat) ca majoritatea gazului este produs prin gazificarea componentilor polimerizati partial:in experimentele non-catalitice cu zaharuri-monomer ca ....(COMPONENTI POLIMERIZATI).. Sunt obtinuti intr-un timp de reactie de 2 pana la 5 minute, unde in testul catalitic timpul de reactie e de la 30 pana la 90 minute,minute care sunt necesare pentru realizarea gazificarii complete.evident, acesti catalizatori catalizeaza toate reactiile componente ale fazei gazului deoarece a fost gasita o buna intelegere intre compozitia gazului observat si compozitia gazului dictat de echilibrul termodinamic.problemele raportate cu privinta(referire) la catalizatori otravesc(contamineaza) prin urma componentilor ca sulfura ,magneziul,calciul si cresterea cristalelor metale active in timpul operatiei(sinterizarii).Problema generala a zonei(regiunii) apropiate si supercritice este aceea ca mareste(intensifica) solubilizarea(lixivizarea,percolarea) fazelor catalitice active si degenerarea suportului. Apa comprimata fierbinte este un bun solvent pentru majoritatea produselor chimice organice care este de folos mai ales pentru mentinerea dizolvarii precursorilor cocsului. In cazul in care cocsul este format pe suprafata catalizatorilor ,concentratia ridicata de H2O ajuta in pastrarea in stare pura catre (spre)gazificare. In conformitate cu aceasta s-a aflat ca, formarea cocsului pe suprafata catalizatorului reprezinta o problema minora.

Huber si Cortright au raportat o cataliza interesanta(importanta) in jurul temperaturii de 230 gr. C pentru productia de hidrogen in gaz bogat din hidrocarburi oxigenate mici. Ei au putut sa diminueze(micsoreze) rata formatiunii(formarii) metanului catre(spre) ruperea legaturii chimice dintre Carbon si Oxigen(C-O) si metanizare (hidrogenare) in timpul mentinerii capacitatilor ridicate(sporite) ale ruperii legaturii chimice C-C si schimbul (comutarea) pentru productia de hidrogen .Cortright a folosit un catalizator din platina si Huber un catalizator din nichel Raney, sustinut(promovat) cu staniu(cositor). Mari productii(randamente) de hidrogen au fost obtinute pentru metanol,monoetilenglicol si glicerina. Totusi, cu sorbitol si glucoza ca materie prima, o cantitate semnificativa de metan era deja produsa pe langa hidrogen. Desi intr-un stadiu(etapa,perioada) embrionar(germinal) ,metodologia intarzierii (micsorarii,reducerii) producerii reactiilor metanului in locuri catalitice in timpul mentinerii unui coefficient crescut(mare, inalt) al productiei hidrogenului catalitic pare ca promite producerea hidrogenului in gaz bogat in conditii pentru care totalul echilibrului chimic dicteaza(ordona,comanda) metanul in gaz bogat , viz. la temperatura subcritica si in combinarea de temperatura inalta cu concentratii inalte de produse chimice organice. In acest concept, va fi necesar sa se micsoreze(diminueze) reactiile omogene la produsele(by-products) nedorite(inutile)-(petrol/mangal/CH4) si sa se mareasca(intensifice) viteza de reactie. Aceasta este intocmai o provocare atat pentru catalizator cat si pentru proiectarea reactorului.

Pentru temperaturi inalte(>500 gr. C) ,alcalinele au fost propuse ca si catalizatori. Alacalinele promoveaza(sustin) transferul(comutarea,schimbarea) gazului de apa si reactiile metanarii(n.r: transf. a oxidului si bioxidului de carbon in metan) conducand la o mai mare productie de hidrogen si metan si la un monoxid de carbon cu gaz sarac(n.r:cu putere calorica redusa) .Studiile(cercetarile) asupra alcalinelor daca intensifica(maresc) sau nu extinderea gazificarii sunt contradictorii. Recuperarea(regenerarea) alcalinelor din proces poate consta intr-o problema pentru ca alcalinele se dizolva cu greu(mai deloc) in apa supercritica. Antal a raportat ca, conducand(dirijand,indrumand) efluentul(curgerea) reactorului tubular gol deasupra(peste) un(ui) strat fix al carbonului activ(carbunelui) derivat din coconut(** nuca de cocos) a marit(intensificat,crescut) extinderea gazificarii de la 0.7 la 1.0. . in ciuda folosirii cu succes a acestui carbon(carbune) activ ca si catalizator pe scara de laborator s-ar putea sa nu fie catalizatorul selectat (ales) in final pentru acest process. Exista 2 motive importante: 1. nici activitatea catalitica nici scaderea(micsorarea,declinul,descresterea) sa este inteleasa si, 2. viteza(ritmul,norma,rata) gazificarii carbunelui este lenta(inceata) dar cu siguranta nu zero,in acest caz conducand spre consumul(uzura totala) catalizatorului.

REZULTATE EXPERIMENTALE ASUPRA GAZIFICARII COMPONENTILOR MODEL IN APA FIERBINTE COMPRIMATA

Asa cum s-a mentionat mai sus, viteza reactiei catalizatorului din metal valabil este prea scazuta pentru productia pe scara larga a acceleratorilor energiei gazoase din biomasa la temp. de 350 gr. C. Ridicarea temperaturii este o metoda dovedita pentru accelerarea reactiilor chimice. Prin adaugarea catalizatorului de ruteniu la capilariile cuartului ,gazificarea totala(completa) a glucozei in categoria(clasa) concentratiei de 1 pana la 17% greutate(masa atomica) este observata la o temp de 600 gr. C si peste aceasta valoare ,in timp ce fara catalizatorul Yc este de numai 0.7 .(vezi fig. 5A) . fig, 7 arata productia de gaz masurata in aceste teste si productia gazului termodinamic contra(impotriva, versus) concentratiei de glucoza. Productiile gazului masurat sunt in buna intelegere cu productiile de gaz dictate de termodinamice. Diferenta in privinta produsului cu temp intre 350 si 600 gr. C este chiar in compozitia sa:

la temperatura scazuta gazul contine aproape numai CH4 si CO2(vezi referinta si fig. 5B),pe cand la temperatura mai mare (inalta) este un amestec de CH4, H2 si CO2. Eficienta particulelor din catalizator in capilar este greu de definit.

Aceasta face experimentele greu de interpretat si de comparata cu rezultate valabile ,formeaza literatura(lucrarea de referinta) pe o rata a principiilor cantitativa. Asadar experimentele catalitice au fost desfasurate in laboratorul nostru intr-un reactor micro-continuu. In legatura cu stratul catalitic fix ,modelul(mostra)contactat(a) si LHSV sunt cunoscuti , permitand compararea cu alta lucrare.

Experimentele au fost facute cu 10% greutate din solutii de glicerina (A) si glucoza(B) la 600 gr. C si, respectiv la 300 si 280 bari.(vezi fig. 8)

Sistemul este prelucrat la un LHSV de 30 N mcfluid /h/mccat. .durata de retinere la conditiile reactiei in stratul catalitic fix este de 10 secunde ,care este mult mai scazut in comparatie cu cele 1000-2000 de secunde folosite experimentele cu temperaturi scazute. Cu toate ca, densitatea solutiei de materie prima la 600 gr. C si 300 bari este circa (aproximativ) un factor de 12 ori mai scazut decat la 350 gr. C. aceasta explica de ce LHSV-ul la 600 gr. C este cu doar 12 ori mai mare in comparatie cu LHSV-ul aplicat de Elliott si partenerii sai asociati la temp de 350 gr. C .(......). Prin aplicarea catalizatorului de ruteniu ,gazificarea completa a solutiei de glicerina este realizata , desi fara catalizatorul Yc=0.65.Pentru solutia de glucoza, Yc s-a marit(a crescut) de la 0.63 la 0.85 . Desi , in capilarii gazificarea completa a 10% greutate de glucoza a fost ajunsa cu catalizatorul de ruteniu la 600 gr. C (vezi mai sus). Aceasta diferenta este atribuita prezentei producerii de depozite carbonifere in sectiunea inerta inaintea sectiunii catalitice a reactorului continuu. Cand aceste depozite nu sunt antrenate (cuplate) cu principalul curs prin stratul catalitic ,conversiunea lor catalitica nu este posibila. Cand glicerina nu este complet gazificata, numai lichidele ,care pot fi cu usurinta transportate in zonele (locurile) catalitice sunt formate ca produse.(by-products) ,niciodata ca depozite carbonifere.Observatia carboniferelor solide (ex: cocs,mangal) in afara reactorului catalitic defineste o provocare pentru proiectarea unei instalatii industriale. Intr-o proiectare reala, va exista mereu depozite carbonifere care 1) pot fi transportate in sectiunea catalitica pentru gazificare , 2) pot fi folosite pentru generarea caldurii prin combustie sau 3) daca(1 si 2) nu sunt posibile si va trebui sa fie curatate (purificate). Solutii posibile pentru manevrarea(manuirea) depozitelor sunt discutate de catre Kersten . Fig. 8 arata ca impreuna cu catalizatorul de ruteniu ,productiile de gaz individual sunt foarte apropiate de randamentul(eficienta) productiilor termodinamice. De aici (din acest motiv) , la 350 gr. C ruteniul pe catalizatorul din rutil de bioxid de titan este de asemenea un catalizator de echilibru la temp de 600 gr. C

Transferand(schimband) compozitia gazului in gaz bogat de hidrogen sau metan prin relativa franare(intarziere,incetinire) a formarii produsului nedorit in zonele catalitice nu a fost investigat la o temepratura mare de 600 gr. C. Nu exista date valabile privind stabilitatea catalizatorului in zona(regiunea) cu temperatura inalta,bazate pe testare de lunga durata. Mai sus sunt discutate aspecte(detalii) primare ale catalizatorilor. Provocarile in ceea ce priveste proiectarea reactorului sunt discutate de Kersten si pot fi rezumate(centralizate) dupa cum urmeaza: Proiectarea reactorului ar trebui sa fie centrata pe: 1)optimizarea contactului intre reactanti si catalizatori prevenind conducerea reactiilor omogene nedorite spre (catre) formarea petrolului si manganului , 2) crearea unui grad potrivit de back mixing(amestecarea inversa sau inapoi) pentru a minimiza the rate of higher order (>1) reactiilor policondensarii in timpul mentinerii masurii(proportiei) reactiilor gazificarii cat se poate de inalt, 3) minimizarea caldurii externe cerute a reactorului prin utilizarea caldurii reactorului effluent pentru a incalzi racirea alimentarii si/sau generarea de energie termica interna 4) prevenirea blocajelor /manuirea(manipularea) depozitelor carbonifere si 5) epurarea cenusei si restul de depozite carbonifere . Atat proiectarea reactorului cat si cea a catalizatorului ar trebui sa se indrepte spre*(catre) un proces care poate lua reziduuri de lignoceluloze. Datorita conditiilor de operare severe,selectia constructiei materialului este foarte importanta ,este un element de sine statator.

CONCLUZII

Concluziile din aceasta lucrare sunt rezumate mai jos:

La temperaturi moderate (<800 gr. C) un catalizator este necesar intotdeauna sa produca un relativ pur(curat) syngas (co/h2) sau gaz metan bogat in mari cantitati. Fara catalizator, un gaz carburant(combustibil gazos) (co,co2,ch4,h2,c2-c2 si gudron) este produs cu gazificarea biomasei uscate.Cu respectivii curenti ai biomasei umede numai o limitata extindere a gazificarii poate fi obtinut(realizat) fara cataliza.

Aplicarea unui singur vas(recipient) al reactorului catalitic , pana acum configurarea nu a fost una de succes pentru procedeele transformarii(conversiunii) biomasei. Catalizatorii sufera de : 1) contact nereusit(ineficient) intre catalizator si biomasa (datorita texturii biomasei) , 2) otravirea(arderea) de catre anorganice si depozitarea(depunerea) mangalului/smoalei dense din biomasa si 3) conditii dure(aspre) in mono- reactor[reactor simplu,unic](ex: forta mecanica a catalizatorului necesara impotrivirii fluidizarii). Sistemele vaselor unice(simple) nu este necesar sa fie optime;de ex. Reactoarele in 2 faze(trepte) care opereaza la temp. diferite asigura oportunitatea integrarii caldurii.

Gazificarea este o retea complexa de reactii in serie si paralele.acest lucru poate fi folosit ca un avantaj in momentul aplicarii gazificarii catalitice de catre 1)aranjamente profitabile ale proceselor si 2) ingineria catalizatorului.

Stadiul(treapta) total(a) a coversiei(transformarii) biomasei in gazul de sinteza este un exemplu al unui aranjament bine pus la punct al proceselor. In principala conversie a impuritatilor uleiului de piroliza ,minerale si metale care sunt concentrate in mangal si datorita conditiilor usoare(moderate) ale procesului (cca 500 gr. C) este creat un ulei reactiv foarte(intens*) oxigenat.

Acest ulei poate fi in mod efectiv transportat si daca se doreste presurizat pentru urmatoarea treapta a conversiei.. prin reducerea cracarii in "re-evaporarea " uleiului de piroliza ,formatul de gaz/amestec de vapori poate fi usor reformat la gazul de sinteza intr-un sistem de reactor "staged" constand dintr-un evaporator/atomizator de strat fluidizat si un reformator catalitic in serie.

In contrast ,un metan crapat(spart,lovit.) gudron de gaz bogat secundar/tertiar obtinut in conditii de evaporare mai dure(dificile) este mult mai dificil de reformat.

• Un catalizator este necesar ca, in gazificarea in apa fierbinte comprimata sa ajunga la o mare masura de gazificare. La temp. scazute (~300-400 gr. C) un catalizator este intotdeauna necesar ca la temp. inalte (> 600 gr. C) o gazificare completa poate fi realizata numai fara catalizator daca material prima este foarte diluata.(~1% masa atomica organica) . cu catalizatorul, CH4 si CO 2 sunt produse la temp. scazute daca metanizarea si separarea C-O nu pot fi prevenite in locurile(pozitiile) catalitice.gazificarea catalitica a biomasei in apa fierbinte comprimata la temp. inalte produce un amestec de CH4,H2 si CO2. AVANTAJUL OPERARII LA TEMP. MAI MARI il reprezinta cresterea semnificativa in rata de reactie. Catalizatorii s-au dezvoltat si testat in testari de lunga durata pentru partea(regiunea) temperaturilor scazute , insa pentru temperaturile inalte nicio informatie privind stabilitatea catalizatorului nu e disponibila(valabila).
• Pentru gazificarea umeda si uscata ,stabilitatea catalizatorului catre sinterizare ,otravire si rezistenta la ancrasare,scurgere si uzura ar trebui sa fie articole(elemente,puncte*) importante de cercetare chiar langa investigarea activitatii catalitice.

Recunostinte

Gazificarea catalitica a uleiului de piroliza au fost effectuate in cadrul unui proiect European (bio-energie electrica,ENK CT-2002-00634) si a unui proiect NOW -ACTS (hidrogen durabil ,053.61.007). autorii ar dori sa multumeasca lui Johnson Matthey pentru furnizarea de nichel pe alumina bazat commercial in reformarea catalizatorilor si BTG-ului pt facilitarea cercetarii .

Pentru gazificarea in apa fierbinte comprimata , guvernul olandez prin NWO, Comisia Europeana si NEDO sunt recunoscatori pt sprijinul financiar si asemenea ,Laboratorul National Pacific Nord-Vest este recunoscut pentru furnizarea catalizatorului din Ruteniu pe dioxidul de titan.

Referinte...

...

-PARTEA 2-

Analiza (REFERAT)

Procesul inhibarii digestiei anaerobe : o analiza

...

Departamentul de inginerie biologica si agricola ,Univ. Statului Carolina de N

Extras

Extras(rezumat,sumar)

Digestia anaeroba este o practica atractiva de tratare a deseurilor in care atat controlul poluarii cat si recuperarea de energie pot fi realizate. Multe deseuri agricole si industriale sunt candidatii ideali pentru digestia anaeroba deoarece acestea contin niveluri ridicate de materiale usor biodegradabile. probleme, cum ar fi randamentul scazut de metan si procesul de instabilitate sunt adesea intalnite in digestia anaeroba, astfel prevenind aceasta tehnica de a fi aplicata pe scara larga. o varietate larga de substante inhibitoare sunt cauza principala a digestorului(fierbatorului)anaerob(e), rasturnat(aplatizat*) sau a esecului deoarece(din moment ce*) acestea sunt prezente in deseuri in concentratii substantiale. Au fost facute eforturi considerabile pentru a identifica factorii de mecanism si de control de inhibitie. Aceasta analiza ofera un rezumat detaliat al cercetarii efectuate pe procesele inhibarii anaerobe .inhibitorii frecvent prezenti in digestorii anaerobi includ amoniacul, sulfuratul, ioni de metale usoare, metale grele si organice. din cauza diferentei in " inoculul anaerob", compozitia deseurilor si a metodelor experimentale si conditiilor, literatura rezultata pe inhibare cauzata de anumiti toxicanti variaza considerabil.Co-digestia cu alte deseuri, adaptarea microorganismelor la inhibitorul de substante si incorporare de metode pentru a elimina sau a contracara toxicantii inainte ca digestia anaeroba sa poata imbunatati in mod semnificativ eficienta de tratare a deseurilor

Cuvinte -cheie: digestia anaeroba,deseuri agricole,deseuri industriale,inhibare, deseuri municipale

1. Introducere

Digestia anaeroba implica degradarea si stabilizarea materialelor organice in conditii anaerobe de organisme microbiene si duce la formarea biogazului (un amestec de metan si dioxid de carbon, o sursa de energie regenerabila) si biomasa microbiana. Tratamentul anaerob ofera o metoda de reducere a poluarii din operatiuni agricole si industriale si in acelasi timp, compensarea operatiunilor de utilizare a combustibililor fosili.

Fiind una din cele mai eficiente tehnologii de tratare a deseurilor si apelor uzate , digestia anaeroba a fost utilizata pe scara larga pentru tratamentul namolurilor municipale si aplicatie limitatata in tratamentul ecologic al deseurilor industriale inclusiv fructe si legume de prelucrare a deseurilor , casa de ambalare a deseurilor, si deseuri agricole(Parkin si Miller,1983).Digestia anaeroba ofera numeroase avantaje semnificative, cum ar fi productia scazuta de namoluri, cerinta scazuta a consumului de energie si, posibil, recuperarea energiei (Ghosh si Pohland,1974;van Staikenburg,1997). comparativ cu digestia mezofila, digestia anaeroba termofila are beneficii suplimentare, inclusiv un grad ridicat de stabilizare a deseurilor, mai mult prin distrugerea agentilor patogeni virali si bacterieni si un post-tratament imbunatatit de deshidratare al namolului. in ciuda acestor beneficii, cu toate acestea, stabilitatea operationala saraca inca previne digestia anaeroba de a fi comercializata pe scara larga.
in digestia anaeroba, formarea acizilor si a metanului in microorganisme difera mult in termeni de fiziologie,prin nevoile nutritionale, cresterea cineticii si sensibilitate la conditiile inconjuratoare.esecul in mentinerea echilibrului intre aceste doua grupuri de microorganisme este principala cauza a instabilitatii reactorului. substantele inhibitoare sunt adesea gasite ca fiind cauza refularii si ruperea reactorului anaerob din moment ce acestea sunt prezente in concentratii substantiale in ape uzate si namoluri. O mare varietate de substante au fost raportate inhibitorului in procesele digestiei anaerobe. Un material poate fi judecat inhibitor atunci cand cauzeaza o schimbare in populatia microbiana sau inhibarea cresterii bacteriene.inhibarea este, de obicei, indicata de o scadere a ratei starii de echilibru a productiei de gaz metan si de acumularea de acizi organici. Scopul acestei analize(acestui referat) acest este de a prezenta un rezumat detaliat comparativ anterioarei si actualei cercetari cu privire la procesele inhibarii anaerobe de(prin) variate(diverse) substante organice si anorganice, cu accent pe:1) mecanismele inhibarii 2) factor ice afecteaza inhibarea si 3) probleme commune de operare intalnite in procesele de tratare ale deseurilor.

2. inhibitorii

Teoria(lucrarea) asupra digestiei anaerobe arata o variatie considerabila la nivelurile de inhibare/toxicitate prezentate(raportate) pentru majoritatea substantelor. Motivul important pentru aceste variatii il reprezinta complexitatea proceselor digestiei anaerobe unde mecanismele precum antagonismul(rezistenta),sinergismul,aclimatizarea si complexarea ar putea afecta in mod semnificativ fenomenul inhibarii.

amoniacul

amoniacul este produs prin degradarea biologica a azotului(nitrogenului),de cele mai multe ori sub forma de proteine si uree. Cantitatea de ammoniac care va fi generata dintr-un substrat organic de biodegradare anaeroba poate fi estimata folosind urmatoarea relatie stoichiometrica:

Mai multe mecanisme pentru inhibarea amoniacului au fost propuse, cum ar fi o schimbare in PH-ul intracelular, cresterea cerintei de intretinere a energiei si inhibarea unei specifice reactii de enzime. ionul de amoniu si amoniacul liber, sunt cele doua forme principale de azotat de amoniu anorganic in solutie apoasa. FA a fost propus sa fie principala cauza a inhibarii deoarece este o membrana liber-permeabila. Molecula hidrofoba de amoniac se poate raspandi pasiv in celula,cauzand(provocand) dezechilibru de protoni,si/sau deficit de potasiu.

Printre cele 4 tipuri de microorganisme anaerobe,metanogenele sunt cel mai putin tolerante si cel mai probabil sa inceteze cresterea datorita inhibarii amoniacului. Cum concentratiile de amoniac s-au marit(au crescut) in intervalul de4051-5734 mg ., populatiile acidogenice in namolurile granulare abia au fost afectate, in timp ce populatia metanogena a pierdut 56,5 % din activitatea sa . exista informatii conflictuale in aceasta lucrare despre sensibilitatea (of aceticlastic and hydrogenotrophic ) metanogene.

unele cercetari bazate pe compararea productiei de metan si pe rata de crestere a indicat faptul ca efectul inhibitor a fost, in general, mai puternic pentru aceticlastic decat pentru hydrogenotrophic methanogens, in timp ce altele au observat rezistenta relativ mare a acetate consuming methanogens la nivelurile totalului mare(inalt,crescut) al azotatului de amoniu(TAN) in comparatie cu hidrogenul in utilizarea metanogenelor. Printre tulpinile metanogenice frecvent izolate din(de la) digestorii de namoluri