Obecnie odpady komunalne wykorzystuje się głównie a) w spalarniach i b) w biogazowniach. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy technicznej, lepszym rozwiązaniem pod względem ekonomicznym i ekologicznym jest zgazowanie odpadów celem wytworzenia gazu syntezowego, inaczej syngazu. Wedle artykułu opublikowanego w Energetyce, przekształcenie w syngaz umożliwia wykorzystanie ponad 3 razy więcej dostępnej energii z kg odpadów, niż zwykły proces spalania.

Takie instalacje nie powstaną bez odpornych na wysokie temperatury i korozję superstopów. Jak alloy HR 160 pokonuje stawiane przed nim wyzwania, jakie tańsze zamienniki można stosować - o tym w niniejszym artykule.

Wytwarzanie gazu syntezowego z biomasy i węgla niskiej jakości

Syngaz (gaz syntezowy) może być wykorzystywany w przemyśle chemicznym jako zamiennik surowca będącego podstawą tej gałęzi przemysłu, a zarazem surowca, który Polska musi importować - gazu ziemnego. Technicznie możliwe jest też spalanie syngazu celem wytwarzania energii elektrycznej i ciepła.

Instalacje zgazowania węgla / biomasy umożliwiają przekształcenie paliw stałych w cenny gaz syntezowy.

Ciekawostka - nie tylko węgiel!

Początkowo wytwarzanie gazu syntezowego opierało się o zgazowanie węgla - a rozwiązania oparte o węgiel ciężko nazwać przyszłością energetyki. Jednakże w celu poprawy wskaźników ekonomicznych i oddziaływania na środowisko, w nowszych systemach wytwarzania gazu syntezowego używa się, w różnych proporcjach, mieszanek węgla niskiej jakości z biomasą (odpadami komunalnymi, osadami pościekowymi itp.).

Wyzwanie dla stopów niklu

Wszystkie technologie zgazowania węgla / biomasy wymagają wymiennika ciepła pomiędzy zgazowarką a systemem oczyszczania gazu. Płynący gorący gaz o temperaturze nawet 500-600°C tworzy silnie korozyjne środowisko dla metalowego wymiennika ciepła, zarówno w okresie eksploatacji, jak i w trakcie postoju. Gorący gaz to mieszanina następujących gazów korozyjnych:

• tlenek węgla CO (15-64%)
• dwutlenek węgla CO2 (5-15%)
• wodór H2 (10-30%)
• azot N2 (0-50%)
• metan CH4 (2-4%)
• siarkowodór H2S (300-12000 vppm)
• amoniak NH3 (200-5000 vppm)
• chlorowodór HCl (50-1000 vppm)

Różne technologie wytwarzania gazu syntezowego oraz różne paliwa (biomasa vs. węgiel) zmieniają procentowy skład występowania wyżej wymienionych gazów w mieszance, jednak generalnie stop niklu powinien być odporny na oddziaływanie wszystkich tych gazów jednocześnie.

Rozwiązanie: HAYNES® HR-160®

HAYNES® HR-160® alloy to stop niklowo-kobaltowo-chromowo-krzemowy o doskonałej odporności na siarczkowanie. Doskonale znosi środowisko korozyjne powstałe wskutek spalania paliw niskiej jakości, takich jak odpady ściekowe, biomasa i niskiej jakości węgiel. Poza tym stop jest łatwy w formowaniu i spawaniu. Dodatek stopowy krzemu wspomaga tworzenie ochronnej warstwy tlenków w środowiskach korozyjnych o niskiej zawartości tlenu, co potwierdzają przedstawione poniżej wyniki testów odporności na siarczkowanie:

Wartość HR-160 alloy potwierdza raport „Materials for Gasifier Heat Exchangers” wydany przez Power Generation Technology Centre w Cranfield University w Wielkiej Brytanii. Stwierdza on, że:

“Sanicro 28, HR 160 oraz Haynes 556 osiągnęły najlepsze wyniki. Wszystkie dobrze sprawdziły się w środowisku gazu o wysokiej, jak i niskiej zawartości H2S w 450°C oraz w niskiej zawartości H2S w 550°C. W przypadku wysokiej temperatury 550°C i wysokiej zawartości H2S wyniki były zróżnicowane, ale nadal lepsze niż dla innych testowanych stopów. Ogólnie rzecz biorąc, najbardziej odporny na wysokotemperaturową korozję gazową HTGC okazał się być stop HR 160…”

Inne stopy, które warto wziąć pod uwagę

Sanicro 28 to stop niklowo-chromowo-żelazowo-molibdenowy z miedzią jako ważnym dodatkiem stopowym. Wedle wyżej wymienionego badania osiąga niemal tak dobre wyniki, jak alloy HR 160, a jest od niego wyraźnie tańszy.

Haynes 556 to stop żelazowo-niklowo-chromowo-kobaltowy, o podobnie niewiele gorszych wynikach i niższej cenie.

Alloy 690 / 2.4642 - stop niklowo-chromowo-żelazowy o dobrej odporności na siarczkowanie i azotowanie, wykorzystywany w instalacjach gazyfikacji węgla starszego typu.