Prezentace aplikace PowerPoint

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.
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů
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
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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)
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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)
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
Hlavní produkt
Dřevěné uhlí
Bioolej, dřevěné uhlí
a plyn
Bioolej
Bioolej
Chemikálie a plynné
paliva
Chemikálie a plynné
paliva
Bioolej
Bioolej a chemikálie
Chemikálie
Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů
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
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů
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.
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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
-
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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)
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
Kanada
Universita v Lavalu
Universita v Waterloo
Přehled pyrolýzních technologií pro zpracování biomasy a odpadů
Německo
Universita v Tubingenu
Švýcarsko
Bio-Alternativa
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.
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.
Ing. Jan Malaťák, Ph.D., Ing. Petr Jevič, CSc.