Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy

Vypracoval: Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc. Pro studijní obor: Technologie a technika zpracování odpadů

Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů 1 Konverze biomasy Procesy konverze biomasy jsou převážně: biochemické a termochemické. Pod biochemickými konverzemi se rozumí anaerobní fermentace cukernatých složek získaných např. po hydrolýze lignocelulosových jednotek. Pod termickými konverzemi se rozumí přímé spalování, zplyňování, pyrolýza nebo liqueface biomasy. Možnost aplikace těchto technologií záleží na fyzikálních a chemických vlastnostech použité biomasy (výhřevnost chemické složení, vlhkost...). na její normativní a ekonomické legislativě. 1.1 Spalování Spalování je přímá cesta pro přeměnu biomasy na teplo pro účely bytového vytápění nebo jako zdroje tepla v průmyslových zařízeních, kde je teplo odebíráno prostřednictvím integrovaných výměníků ve spalovacích zařízení. Produkty spalování jsou především CO2 a H2O. Hlavními problémy přímého spalování mohou být souhrnně: - vysoké náklady na dopravu biomasy do průmyslových zařízení z důvodů nízké energetické hustoty. - emise škodlivých plynů jako jsou: NOx, CO, uhlovodíky a uhelné částečky (flay ash), které jsou důvodem nedokonalého spalování. Zdá se, že používání biomasy v tradičních kotlích není navrhováno z důvodů nesouměrnosti tepla ve spalovacích komorách a vzniku tajícího popela v dávkovacím zařízení. Dnešní tendence je orientována na použití kotle s fluidním a cirkulačním ložem. Praktická realizace v těchto případech je charakterizována vysokými cenami. Integrované parní turbiny jsou dosazovány málo, celková účinnost je velmi nízká. Z těchto důvodů se navrhuje používat plynové turbíny se speciálními spalovacími komorami (slagging combustor) s nepřímou výměnou tepla a nebo v cyklech kombinovaných s duálním palivem (topping combustor). 1.2 Zplyňování Jde o proces tepelné přeměny biomasy parciální oxidací při teplotách okolo 1000° C ve výhřevném plynu. Suchý plyn je složen z CO, H2, CO2, N2 a v menším množství CH4, uhlovodíků, O2. Tento plyn může být spalován v motorech při vhodném směšovácím poměru se vzduchem. Vzhledem k malé výhřevnosti plynu, tento proces vyžaduje špičkovou technologii s vyšší účinností, jako je integrovaná výroba elektrické energie a tepla (IGCC) s použitím parních, nebo plynných turbín. V takových cyklech může elektrická účinnost dosáhnout až 35%. A proto je tato technologie výhodná.

1.3 Pyrolýza Zdá se, že procesy spalování a zplyňování jsou vhodné cesty pro získávaní energie z biomasy. Ale jejich realizace v industriálním měřítku může být komplikovaná tím že: - biomasa je k dispozici jen v limitovaných ročních intervalech, - malá energetická hustota biomasy může být problémem při skladování a dopravě. Transformace biomasy na kapalná paliva je výhodná technologie jak z ekonomického hlediska (koncentrováním energetické hodnoty biomasy se redukuje cena dopravy a skladování) tak z hlediska manipulace a použití.



Termochemické technologie a jejich produkty

Technologie

Primární produkt Plyn Kapalina Pevná látka Kapalina Plyn Teplo

Pyrolýza Zkapalnění Zplynění Spalování

Aplikace Plynné palivo Náhrada kapalných paliv Pevné paliva nebo směs paliv Náhrada kapalných paliv Plynné palivo Ohřev

Primární produkty z přeměny biomasy Technologie zpracování Pyrolýza Zkapalnění Zplynění Spalování

Primární produkty Dřevěné uhlí Kapalina MHV plynné palivo LHV plynné palivo Teplo


Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů 2.3 Procesy v pyrolýzách 2.3.1 Princip Pyrolýza (pyros=oheň, lysys = štěpení, degradace ohněm) je definována jako souhrn termochemických degradačních reakcí probíhajících v nepřítomnosti kyslíku, nebo v přítomnosti kyslíku nedochází však k parciální oxidaci biomasy. Distribuce a složení reakčních produktů závisí na vhodně zvoleném typu pyrolytického procesu: pomalá nebo rychlá pyrolýza, typ technologického procesu: reaktor s pevným ložem = Fixed Bed, Dawndraft nebo Updraft Pyrolyser, čiti reaktor s fluidním nebo cirkulačním ložem, Fluidized Babling Bed FBB nebo Circulated Bed CFB a na podmínkách průběhu reakce: teplota, doba setrvání částeček biomasy v reaktoru a rychlost výhřevu . Pyrolýza je termický rozklad organických materiálů při komplexní absenci oxidačních činitelů. Proces probíhá při relativně nízkých teplotách 500-800 oC s porovnáním se zplyněním 800-1000 oC. Produkty pyrolýz jsou většinou plyny, kapaliny a uhlí. Složení těchto produktů závisí na pyrolýzní metodě zpracování a na reakčních parametrech. Rychlá nebo blesková pyrolýza je používána pro maximální produkci plynů a kapalných produktů, poskytující především tepelný užitek. Pomalé pyrolýzy jsou známé jako karbonizace a používají se především na produkci dřevěného uhlí.

Pyrolýza Pomalá Velikost přísunu Vlhkostní obsah

jakýkoliv nízký

Teplota, (oC) Tlak, (Mpa) Max. výkonnost dosažená v čase, (suš t.h-1)

400-600 0,001-0,1

Plyn- výnos, % - HHV, (MJ.m-3) Kapalina- výnos, % - HHV, (MJ.kg-1) Pevná látka- výnos, % - HHV, (MJ.kg-1)


5 do 40 5-10 do 30 23 30 30

Rychlá Surovina malý velmi nízký Parametry 450-900 0,1 0,05 Produkty do 70 10-20 do 70 23 do 15 30

Zkapalnění

Zplynění

velmi malý velmi nízký

míchán, velký 50% max.

250-400 10-20

1000-1500 do 2

0,1

40

20 2-6 do 50 30 do 25 30

100-250 5-15 do 3 23

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Pyrolýza Pomalá Velikost přísunu Vlhkostní obsah

jakýkoliv nízký

Teplota, (oC) Tlak, (Mpa) Max. výkonnost dosažená v čase, (suš t.h-1)

400-600 0,001-0,1

Plyn- výnos, % - HHV, (MJ.m-3) Kapalina- výnos, % - HHV, (MJ.kg-1) Pevná látka- výnos, % - HHV, (MJ.kg-1)

Rychlá Surovina malý velmi nízký Parametry 450-900 0,1

5

0,05 Produkty do 70 10-20 do 70 23 do 15 30

do 40 5-10 do 30 23 30 30

Zkapalnění

Zplynění

velmi malý velmi nízký

míchán, velký 50% max.

250-400 10-20

1000-1500 do 2

0,1

40

20 2-6 do 50 30 do 25 30

100-250 5-15 do 3 23

Pyrolýzní technologie Pyrolýza je prakticky používána po století pro produkci dřevěného uhlí. Při výrobě dřevěného uhlí je použita relativně pomalá reakce při nízkých teplotách pro dosažení maximálního výnosu. Nejnovější studie, na mechanismy z pyrolýz, navrhují cesty podstatně měnících se změn ve složení plynných, kapalných, a pevných produktů. To je dosaženo především ve stupni rozehřátí a v reakční teplotě tab. Karbonizace Teplota, (oC) Tlak, (Mpa) Max. výkon dosažený za čas, sušiny (t.h-1) Plyn Kapalina Pevná látka

Výnos, (%) HHV, (MJ.Nm-3) Výnos, (%) HHV, (MJ.kg-1) Výnos, (%) HHV, (MJ.kg-1)


Pomalá pyr.

Parametry 300-500 400-600 0.1 0.01-0.1 5

1

Produkty (v sušině) do 150 do 60 3-6 5-10 do 25 do 30 20 20 do 40 do 30 30 30

Rychlá pyr. Nízké tepl. Vysoké tep. 450-600 0.1

700-900 0.1

0.05

0.1

do 30 10-20 do 70 24 do 15 30

do 80 15-20 do 20 22 do 15 30

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Pomalá pyrolýza (Slow pyrolysis) Je charakterizována nízkou rychlostí výhřevu (< 10° C/s) nízkou teplotou reakce (< 400°C) a dlouhou dobou setrvání těkavých látek a tuhých uhelných zbytků v reaktoru (hodina až několik dní. Primární prchavé látky uvolněné pyrolýzou biomasy jsou zadržené v reaktoru a štěpí se dále na sekundární produkty za vzniku plynů a dehtů. Tuhé zbytky se přemění ve výsledném produktu v dřevěné uhlí. Rychá pyrolýza (Flash Pyrolysis) Předmětem rychlé pyrolýzy je dosažení vysokého obsahu kapalného podílu (až 75 % hmot.) při relativně nízkých teplotách (okolo 500°C), nebo vysokého obsahu plynného podílu (70-80 % hmot.) při vyšších teplotách (800-900°C). Proces probíhá za velmi příznivých podmínek: doba setrvání par prchavých látek v reaktoru nepřesahuje 1 s a rychlost výhřevu je minimálně 104 °C.s-1. Technologické procesy pyrolýzy biomasy Různé pilotní a některé demonstrační jednotky jsou již operativní nebo jsou ve fázi projekce a konstrukce, jak v rámci některých Universit: Laval, Waterloo, Aston, Sassari, Tubingen, Zaragoza, tak v rámci některých institutů: GTRT (Georgia Technology Research Institute), Ensyn, Bioalternative: SERI, TNEE ... Rychlé nebo bleskové pyrolýzy mohou poskytovat vysoké výnosy pyrolýzních kapalin nebo bioolejů do 70%, ze suché základní suroviny v laboratorním stupni. Tyto procesy zahrnují velmi vysoké teplotní poměry se střední teplotou do 650 oC, krátké reakční časy a rychlé ochlazení kapalných pyrolýzních produktů. Tyto vysoce teplotní poměry se pohybují na žádaných 1000 oC.s-1 a nebo dokonce na 10000 oC.s-1, o teplotách do 650 oC a s prudkým ochlazením pro zkondenzování kapalného pyrolýzního meziproduktu, a to dříve než další reakce rozloží molekulové složení částic na plynné produkty. Vysoké reakční stupně produkují minimální množství uhlí i přes dodržení všech podmínek je zřejmá tvorba uhlí. Ve vyšších maximálních teplotách je hlavním produktem plyn. Pyrolýzy v těchto vysoce žhavých podmínkách jsou známé jako rychlé, bleskové a nebo ultra-pyrolýzní, poskytují v těchto podmínkách a za ustálených reakčních dob odlišné produkty. Jiné projekty se zabývají využitím komplexních rozkladných mechanismů na uskutečnění pyrolýz ve zvláštních vnějších podmínkách. Karbonizace

Čas zpracování Hodin.-dny

Výhřevný stupeň Velmi nízký

Max. teplota (oC) 400

Přeměna

5-30 min

Nízký

600

Pevný

0.5-5 s

650

Kapalina

<1 s

Vysoký Rychlá pyrolýza Vysoký

<650

Plyn

<1 s

Vysoký

<650

Ultra

<0.5 s

Velmi vysoký

1000

Vakuum Vodík-pyrolýza Metan-pyrolýza

2-30 s <10 s <10 s

Střední Vysoký Vysoký

400 <500 >700


Hlavní produkt Dřevěné uhlí Bioolej, dřevěné uhlí a plyn Bioolej Bioolej Chemikálie a plynné paliva Chemikálie a plynné paliva Bioolej Bioolej a chemikálie Chemikálie


Nejrychlejší pyrolýzní procesy jsou východiskem pro navržení nepřímého ohřevu biomasy u plynné fáze, a to přenosem tepla z horkého povrchu, jako je např. reaktorová stěna nebo z horkého materiálu, jako je písek ve fluidním spalovacím systému. Relativní nízký stupeň přenosu tepla mezi plynem a pevnou látkou má za následek delšímu kontaktnímu času pro rozběh procesu. Nejnovější technologie je absolutní pyrolýza, která je spolehlivější na rozehřev z horkého povrchu koryta kapalinového povrchu na pyrolýzující částice biomasy. Tato technologie je požadována pro produkci vysoce kapalných produktů. Absolutní pyrolýza poskytuje výhody z vysokých reaktorových kapacit a menších rozměrech zařízení. Teploty potřebné pro pyrolýzní zpracování mohou také být předány nepřímo, a to takovým způsobem, jako při nepřímém spalováním, ohřevem horkým plynem a nebo horkou kapalinou, jako u kovů. Ohřev může proběhnout přímo při částečném zplynění, přidáním limitního množství oxidačního činidla.

Technologie Spalování Motor zážehový a vznětový Syntetický amoniak Syntetický metan Metan pro produkci benzínu Rafinace uhlovodíku Produkce vodíku Turbínový plyn Syntetické alkoh. palivo Metan do benzínu a nafty Hydrolýza Zeolitní zpracování


Produkt Energie a teplo Energie Amoniak Metan Benzín Benzín Vodík Energie a teplo Alkoh. palivo Benzín Uhlovodíky Benzín

Využití Komerční Komerční Komerční Komerční Komerční Komerční Komerční Ve vývoji Zavádění Ve vývoji Laboratorní Laboratorní

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Produkty z pyrolýzní technologie Produkty z termických procesů musejí mít větší využitelnost než je nezpracovaná surová biomasa a musí být značně hodnotnější. Tyto primární produkty pyrolýz mohou být využívány přímo nebo po dalším zpracování pro širší využití a nebo pro hodnotnější sekundární suroviny chemického průmyslu. Procesy v pyrolýze jsou složité, ale nejuznávanější teorie je, že primární páry jsou prvním produktem a jsou přímo závislé na velikosti teplot. Tyto primární páry, než se dále přemění na sekundární dehet a na plyny, když zůstanou ve vysokých teplotách, jejich sekundární reakce probíhají v delším časovém intervalu. Hodnoty a charakteristiky těchto sekundárních produktů jsou závislé na teplotách a době zdržení v reakční komoře. Výnosy kapalin z pyrolýz může ovlivňovat stupeň reakce. Rychlá nebo blesková pyrolýza v teplotách mezi 450-650 oC poskytuje vyšší kapalinové produkce. Při rostoucí velikosti teplot, poskytuje pyrolýza vyšší plynové výnosy na úkor nižších kapalinových výnosů. To vše je důležité na odlišení mezi primárními produkty a sekundárními produkty a na ohodnocení rozdílu mezi pyrolýzní produkty. Primární oleje s nízkou viskozitu bývají stabilnější za vnějších podmínek, méně citlivější na kontaminaci vody a větší stejnorodost. Primární produkty Primární produkty z termochemického zpracování mohou být plyny, kapaliny a nebo pevné látky, závisející na technologii zpracování biomasy. Tyto primární produkty mohou být využity přímo nebo mohou být přeměněny v dalších chemických procesech na produkci kvalitnějších a cennějších paliv a nebo přímo pro výrobu chemických produktů.

Uhlí

Prodej jako palivo Směs s vodou Směs s olejem Spalování pro sušení Zplynování

Kapalina Pyrolýza Plyn

Odpadní voda


Prodej jako palivo Spalování pro sušení a ohřev Výroba energie

Prodej jako palivo Rafinace Směs s dřevěným uhlím Zpracování hydrolýzou Zpracování zeolitní Prodej jako palivo Spalování pro sušení Spalování pro ohřev Výroba energie Biologická degradace Připojení k produktu Zpopelnění

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Pyrolýzní plyn je médium s vysokou výhřevností plynného paliva. Plyn může být použit přímo pro vytápění nebo pro výrobu elektrické energie a pod. Při produkci plynu se získá CO, CO2, H2, CH4 a významné množství jak nasycených tak i nenasycených uhlovodíků. Tyto produkty mohou být pak fyzikálně a chemicky upraveny na více hodnotnější produkty. Kapalina, získána z biomasy v základním složení, je složena z velmi složitých oxidačních uhlovodíků. Skladba kapaliny vzniká z její degradace a ze širokého spektra neřízeného chemického zpracování. Kapalina, zvlášť z rychlé pyrolýzní přeměny, je často určena jako olej nebo bioolej, ale také se může podobat dehtu, především při pomalých pyrolýzních procesech. Tato primární kapalina může být upravena na kapalné hydrouhlíkové palivo. Pyrolýzní kapalina z rychlých pyrolýzních procesů je nízko viskozitní, tmavě hnědé barvy a s obsahem vody do 15 až 20%. Při pomalých pyrolýzních procesech je kapalina silně černě nadehtována s obsahem vody do 20% a s viskozitou pohybující se v oblasti plynových olejů a v oblasti těžkých palivových olejů. Pevný produkt z pyrolýzních procesů je uhlí, který je běžně používán ve vyvíjených oblastech pro metalurgický průmysl a pro ostatní průmysl. V alternativní záměně pyrolýzních uhlí na kapalné produkty spočívá především v drcení a sloučení s vodou a se stabilizátorem. Směs může být také složena z bioolejů a uhlí, oproti tomu je horší určit celkové materiálové složení směsi. Stabilní a proměnlivé směsi s koncentrací dřevěného uhlí do 60% je poměrně hojně užíváno v praxi. Směsi mohou také být vyráběné z oleje a s maximální koncentrací dřevěného uhlí do 25%. Směsi z oleje, dehtu a vody nemají ještě vyřešen problém se stabilitou. Voda v pyrolýzních produktech je jednak produkována z vlhkosti obsažené v biomase a jako reakční produkt z pyrolýz, ta často obsahuje velmi vysokou úroveň organických složek. Tato voda významně ovlivňuje celkový návrh technologického procesu. Produkt Plynné palivo

Třída

Složení

Zdroj

LHV

CO, H2, CO2, CH4, N2

Pyrolýza, O2 zplynění

MHV Primární olej Sekundární olej

Kapalina

Olej Směs uhlí-olej Směs uhlí-voda

Voda

Odpadní voda

Pevná látka Teplo

Hnědé uhlí Horký plyn


CO, H2, CO2,CH4 a vyšší uhlovodíky Voda-nerozpustný oxigenátor Voda-nerozpustný oxigenátor Vodní nerozpustný oxigenátor Dřevěné uhlí, olej Dřevěné uhlí, voda, stabilizátor Voda-rozpustný oxigenátor

Pyrolýza, O2 zplynění Rychlá pyrolýza Pomalá pyrolýza Zkapalnění Rychlá pyrolýza Pyrolýza Pyrolýza, zkapalnění, zplynění Pyrolýza Spalování

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Sekundární produkty Rozsáhlá řada sekundárních produktů je odvozena z primárních produktů, uvedených v předchozím odstavci. Sekundární produkty zahrnují uhlovodíková paliva, oxigení paliva, výrobu energie, chemické sloučeniny včetně vodíku, čpavku a speciálních chemických sloučenin. Příklady zpracování jsou zobrazeny na obr. 3. a uvedeny v tabulce 7. Některé z těchto procesů při efektivní přeměně jsou komerčně přístupné a použitelné, zatímco ostatní jsou stále ve vývoji. Přehled těchto technologií jsou uvedeny v tabulce 7. Vývoj nových technologií vyžaduje čas a zaváděcí provoz pro ověření komerčního využití. Komerční využití závisí na cenně fosilních paliv a na tržním postavení pyrolýzních technologií.

Technologie zpracování

Primární produkty

Technologie

Voda

Míchání

Dřevěné uhlí

Zpracování

Sekundární produkt

Palivo Pyrolýza Zkapalnění Zplynění Spalování

Nafta Kapalina

Turbína Metanol

MHV plynné p.

Syntéza Alkoh. palivo

LHV plynné p.

Motor Energie

Teplo

Syntéza Čpavek Ohřev



Sekundární produkty a jejich zdroje. Sekundární produkt

Plynné palivo

Zdroj Uhlovodíková paliva Pyrolýza Pyrolýza Zkapalnění Zplynění

Proces Hydrolýza+rafinace Zeolites+rafinace Hydrolýza+rafinace MTG Metan

Nafta

Pyrolýza Pyrolýza Zkapalnění Zplynění

Hydrolýza+rafinace Zeolites+MOGD Hydrolýza+rafinace MOGD

Metan Pyrolýza Stabilizace Palivový olej Zkapalnění Stabilizace Oxigenační paliva Zplynění Syntéza Metan Zplynění Syntéza Alkoholové palivo Pyrolýza Renkinův cyklus, motor Energie Spalování Renkinův cyklus Chemické sloučeniny Zplynění Konverze Vodík Zplynění Syntéza Čpavek Pyrolýza Extrakce a nebo konverze Speciální chemikálie Zkapalnění Extrakce a nebo konverze Vysvětlivky: MTG, přeměna metanolu na plynné palivo; MOGD, přeměna olefinů na plynné palivo a destilace.


Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Kapalné produkty Kapalný produkt je vysoce oxidační uhlovodík se znatelným podílem vody z vlhkosti zpracovávané suroviny a ve zpracovaném produktu. Může obsahovat také pevné uhlí. Tento produkt je relativně nestabilní v chemických a termo-fyzikálních vlastnostech a může být příčinou problémů v jeho využití a dalším zpracování. Kapalný produkt bioolej, může být přímo spalován, ale i používán pro jiné účely. Problémy ve využití kapalných produktů jsou zejména v uskladnění, kde se jednotlivé frakce oddělují, polymerizují a mohou korozívně napadat nádrže. Přidáním vyšších oxigenátorů s obsahem vody je neslučitelné s tvorbou paliv, ačkoliv této přeměny se může užít i v jiné aplikaci. Přeměna nebo úprava oxigenátorů a vody spočívá v jejich odstranění a stabilizování. Tyto úpravy jsou nezbytné pro produkci paliv, takto upravená paliva jsou poté plně slučitelná se syntetickými palivy. Obsah vody je nezbytný pro příznivé efekty, a to delší teplotní hodnoty, efekt pH (kyselost), snížení viskozity, zvýšení chemické a fyzikální stability, snížení potenciálního znečištění odpad-voda a možný efekt na následující upravující procesy. Vzájemné působení obsahu vody na pyrolýzní produkty jsou ještě neověřené. Velké množství vody je nevhodné a to ohledně jejího následného snížení. Při vypařování nebo destilaci, za účelem snížení obsahu vody, při normální teplotě okolo 100oC nebo i při vyšších teplotách může dojít k fyzikálním a chemickým nenávratným změnám v těchto pyrolýzních kapalinách. Nízké sušící teploty nejsou příznivé na vlastnosti v souvislosti s vodou a organickým složením pyrolýzních kapalin. Tento úkaz také vytváří nároky na obsah vody a oxidačních vlastnostech kapalin v nestabilitě sušiny, ačkoliv nedávné analytické výzkumy směřovaly právě k takovým problémům. Užití produktů se zřetelem na obsah vlhkosti se zdá být velmi citlivé. Polymerizací nebo degradací kapaliny může dojít při teplotě okolo 100 oC a nebo vystavením na vnějším prostředím, kdy dochází k fyzikálním změnám a to zvýšením viskozity, fázové separaci s deponováním živičnými látky. Pyrolýzní kapalina může být skladována až dva roky. Alten Elementární složení, (% hm.) (sušiny) 61,90 C 6,00 H 31,02 O 1,05 N 0,03 S Cl 1,16 H/C 0,18 O/C 14,60 Vlhkost, (% hm.) 2,00 pH 1,50 Popel, (% hm.) 9,20 Uhlí, (% hm.) 55 Viskozita, cp (70oC) HHV, (MJ.kg-1) (vlhk.) 26,30 Hustota, (g.cm-3), při 55 oC -


GTRI 39,5 7,50 52,60 < 0,10 2,28 1,00 29,00 0,20 9,20 10 (60oC) 24,30 -

Laval 49,90 7,00 43,00 1,68 0,65 18,40 21,10 1,23

SERI 48,60 7,20 44,20 < 0,10 1,78 0,68

1300 (30oC) 22,30 1,23

Tubingen

Waterloo

72,62 10,75 15,06 1,27 0,24 0,06 -

54,70 6,90 38,40 1,51 0,53 18,70 2,40 -

-

40 (60oC)

-

23,2 1,20

BASA 58,12 6,55 34,81 0,52 1,35 0,45 4,50 2,70 < 0,05 250 (60oC) 22,20 1,216

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Přehled jednotlivých technologií Itálie Alten (Alternative Energy Technologies)

Ensyn (Engineering Associates Inc., Canada)


Kanada Universita v Lavalu

Universita v Waterloo

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Německo Universita v Tubingenu

Švýcarsko Bio-Alternativa


USA Georgia Technology Research GTRI

Španělsko Universita v Zaragoze

Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů Diskuse Vlastnosti kapalných produktů " bio-olejů" Pyrolýza je komplexní chemický proces při kterém degradací základních polysacharidických složek (celulosy, hemicelulosy a ligninu) vznikají primární produkty. Složení produktů reakce je podmíněno zvolenou rychlostí výhřevu a dobou setrvání par těkavých látek v reaktoru. Tyto produkty jsou složeny z aktivních, strukturně nestabilních molekul a radikálů. Při rychlé pyrolýze je snaha o zamezeni štěpení primárních produktů na sekundární za vzniku plynů a dehtů. Rychlou kondenzací primárních těkavých produktů vzniká bio-olej. Tento kapalný produkt je charakterizován vyšším podílem kyslíku (40 %) přítomným v organických kyslíkatých látkách: organických kyselinách, aldehydech, alkoholech, ketonech, fenolech, polyfenolech a heterocyklyckých látkách (furanech. benzofuranech.... pyranosových derivátech anhydroglucosy..). Převážná část podílu kyslíku je obsažena v H2O. Obsah vody v kapalných produktech se pohybuje mezi 20-25%. Přítomnost kyslíku v bio-oleji má několik nevýhod: nízkou kyselost produktu (pH=1-3), korozi materiálu se kterým je bio-olej v kontaktu (proto se k jeho uskladňování doporučuje použití polyetylenových nádob), snížení výhřevnosti paliva, které se pohybuje mezi 18-20 MJ.Kg-1 a způsobuje jeho nekompetitivní konkurence s naftovými oleji. Kapalná paliva mohou být produkována pyrolýzou biomasy. Jejich použití v dieselových generátorech je navrženo pro produkci elektrické energie v malých jednotkách. Celková předpokládaná produkovaná účinnost je asi 30%. Kvalita surového bio-oleje není zcela plně uspokojivá. Viskozita je jedním z nejdůležitějších parametrů, který hraje velkou roli při projekci dopravních zařízení a při atomizaci. Nízké hodnoty viskozity biooleje jsou ve srovnání s těžkými oleji dány vyšším obsahem vody. Tento parametr je funkcí teploty. Dnešní trend použití bio-oleje je směřován na spálení bio-olejů v dieselových motorech. Z prvních výsledků zkoušek injekce bio-oleje do dieslových motorů podrobených nedávno ve Finském Technickém a Výzkumném Ústavu TRC, Technical Research Center, vyplývá, že bio-oleje nemohou být injektovány do dieselových motorů přímo. Jedna z možností překonání tohoto problému je zavedení tzv. pilotního systému, ve kterém by se použilo, při startu motoru, jiného paliva s dobrými injekčními vlastnostmi a pak by se injektoval bio-olej stále alternativně s duálním palivem. Pro tento účel byly vyzkoušeny různé organické látky , např.: alkoholy, těžké oleje, zlepšovače cetanového čísla... Voda Voda obsažená v bio-oleji pochází z vlhkosti původního materiálu nebo vzniká dehydratací hydroxylových a karboxylových funkčních skupin základních jednotek polysacharidů. Její přítomnost v bio-oleji je důležitá vzhledem ke snížení jeho viskozity (170-400 cP). Rozsah tohoto intervalu viskozit je relativně nižší než rozsah viskozity těžkých petrolejových olejů. Plyny Plynný pyrolytický produkt má střední výhřevnost MHV (medium heating value= 15-22 MJ.Nm-3. Je složen hlavně z CO, CO2, nasycených a nenasycených jednoduchých uhlovodíků (CH4, C2H6, C2H2, C3H6..). Jeho účinnost je významná dochází-li k použití plynu v horkém stavu. Některé technologie používají vyrobeného plynu pro spalování v motorech na výrobu tepla a elektřiny. Při této technologii se však plyn před vstupem do motoru musí ochladit na teplotu asi 30-45°C.


Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy

Recommend Documents