Integration of steam gasification and catalytic reforming of lignocellulosic biomass as a strategy to improve syngas quality and pollutants removal

Abstract

Residual biomass gasification is a promising route for the production of H2-rich syngas. However, the simultaneous formation of pollutants such as light hydrocarbons (HCs), benzene, toluene and xylenes (BTEX), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) during gasification must be controlled. As a result, this study evaluated the effect of temperature and catalytic reforming over a Rh-Pt/CeO2-SiO2 catalyst during steam gasification of sugarcane residual biomass on syngas composition and pollutant removal. The above was carried out in a horizontal moving reactor, an Amberlite XAD-2 polyaromatic resin was used to collect the contaminants and characterization of the catalyst was performed. In this study, a concentration of up to 37 mol% of H2, a yield of 23.1 g H2 kg−1biomass, and a H2/CO ratio ≥2 were achieved when gasification and reforming were integrated. In addition, the catalyst characterization showed that Rh-Pt/CeO2-SiO2 was not susceptible to sintering and favored the formation of hydroxyl groups that promoted CO oxidation, thereby increasing the H2/CO ratio, as confirmed by in-situ diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS). At 800 °C, where a high H2 yield was obtained, 209 g Nm−3 of light HCs and BTEX, 10.9 g Nm−3 of PAHs, and 32.5 ng WHO-TEQ Nm−3 of PCDD/Fs were formed after gasification. Interestingly, after catalytic reforming, 62% of light HCs and BTEX, 60% of PAHs, and 94% of PCDD/Fs were removed, leading to cleaner syngas with properties that allow it to be used in a wide range of energy applications

La gasificación de biomasa residual es una ruta prometedora para la producción de gas de síntesis rico en H2. Sin embargo, durante la gasificación debe controlarse la formación simultánea de contaminantes como hidrocarburos ligeros (HC), benceno, tolueno y xilenos (BTEX), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), dibenzoparadioxinas policloradas y dibenzofuranos (PCDD/F). Como resultado, este estudio evaluó el efecto de la temperatura y el reformado catalítico sobre un catalizador Rh-Pt/CeO2-SiO2 durante la gasificación con vapor de biomasa residual de caña de azúcar sobre la composición del gas de síntesis y la eliminación de contaminantes. Lo anterior se llevó a cabo en un reactor de movimiento horizontal, se utilizó una resina poliaromática Amberlite XAD-2 para recolectar los contaminantes y se realizó la caracterización del catalizador. En este estudio, se logró una concentración de hasta 37% en moles de H2, un rendimiento de 23,1 g de H2 kg-1 de biomasa y una relación H2/CO ≥2 cuando se integraron la gasificación y el reformado. Además, la caracterización del catalizador mostró que Rh-Pt/CeO2-SiO2 no era susceptible a la sinterización y favorecía la formación de grupos hidroxilo que promovían la oxidación del CO, aumentando así la relación H2/CO, como lo confirmó el estudio de Fourier infrarrojo de reflectancia difusa in situ. espectroscopia de transformada (DRIFTS). A 800 °C, donde se obtuvo un alto rendimiento de H2, se formaron 209 g Nm-3 de HC ligeros y BTEX, 10,9 g Nm-3 de PAH y 32,5 ng WHO-TEQ Nm-3 de PCDD/F después de la gasificación. Curiosamente, después del reformado catalítico, se eliminaron el 62 % de los HC ligeros y BTEX, el 60 % de los PAH y el 94 % de los PCDD/F, lo que generó un gas de síntesis más limpio con propiedades que permiten su uso en una amplia gama de aplicaciones energéticas.