Spracovanie dreva a odpadovej biomasy pyrolýzou

1. Spracovanie dreva a odpadovej biomasy pyrolýzou EmíliaHroncová JurajLadomerský Technical University in Zvolen Faculty of Ecology and Environmental Sciences Department of Environmental Engineering T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen Matej BelUniversity Banská Bystrica Faculty of NaturalSciences Department of Environmental Management Tajovského40, 960 53 emilia.hroncova@gmail.com jladomersky@yahoo.co.uk

2. Cieľom predloženého príspevku je poukázať na potrebu dodržiavania emisných limitov pri spracovaní dreva a odpadovej biomasy pyrolýzou.

3. Pri termických spôsoboch zhodnocovania organických surovín, vždy dochádza k chemickým zmenám pôvodného zloženia. Splynovanie • syntézny plyn Pyrolýza • olej • tuhý zvyšok • plyn využíva energeticky • priamo spaľovaním • po čistení a preprave plynovým potrubím na mieste určenia Spaľovanie termická-oxidácia s celým komplexom dejov a reakcií

4. plyny plášť retorty drevo priamy ohrev buď / alebo nepriamy ohrev spaľovanie plynov Princíp retorty

5. PLYN PALIVO DECHT VZDUCH DREVENÉ UHLIE VZDUCH PLYN C PLYN PLYN PALIVO DECHT PLYN DREVENÉ UHLIE PALIVO DECHT DREVENÉ UHLIE VZDUCH C PLYN DECHT PALIVO DREVENÉ UHLIE Systém s vnútorným ohrevom Systém s vonkajším ohrevom Principiálne možnosti využitia tepla pri výrobe dreveného uhlia Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP a priamym vstupom spalín do reaktora Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP a nepriamym vstupom spalín do reaktora

6. Podľa teploty môžeme pyrolýzu rozdeliť > 800°C vysokoteplotná pyrolýza 400 – 800°C stredneteplotnú pyrolýzu 250 – 400°C nízkoteplotná pyrolýza 180 – 250 °C torifikácia

7. sušenie, tvorba vodnej pary odparujú sa veľmi ľahko PL do 150°C uvoľňuje sa zo zložiek organickej hmoty chemicky viazaná voda a veľmi slabo viazané bočné reťazce 150 - 250 °C Zmeny v organickej hmote odštiepenie bočných reťazcov z vysokomol. látok rozkladajú sa zložky organickej hmoty a prechádzajú do plynnej fázy (pyrolýzny plyn), kvapalnej olejovitej fázy a zlúčenín charakteru dechtov (pyrolýzny olej)   tuhého uhlíkatého zvyšku (pyrolýzny koks) 250 - 500 °C z kvapalnej aj tuhej frakcie vznikajú jednoduché plynné látky, prevažne H2, CO a CH4 (splynovanie) 500 – 800 °C 800 – 1200 °C ďalšie štiepenie uhľovodíkov, čo už vedie k nižšej výhrevnosti pyrolýzneho plynu, ale vyšším výťažkom tavia sa anorganické zložky O a môže vznikať troska. nad 1200°C

8. Zaniknutá história výroby dreveného uhlia na Strednom Slovensku (Konečná, Bakošová 2011) Súčasné milierstvo v Nemecku ako projekt rozvoja vidieka Bad Kohlgrub

9. Tradičné výroby dreveného uhlia

10. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov EL pre výrobu dreveného uhlia EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja v spaľovacom motore

11. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 1 Emisie sú vzťahované na referenčné podmienky: • teplota 273 K (0°C), • tlak 101,3 kPa, • suchý plyn, • obsah kyslíka v spalinách 11%obj., (s výnimkou pre spaľovanie odpadového oleja, kde je obsah kyslíka, 3%obj.). Emisné limity pre oxid uhoľnatý (a) 50 mg.mn-3 ako priemerná denná hodnota; (b) 100 mg.mn-3 ako priemerná hodinová hodnota; (c) 150 mg.mn-3 najmenej 95 % všetkých hodnôt určených ako 10 minútové priemerné hodnoty v intervale 24 hodín.

12. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 2 Tab. 1 Priemerné hodinové hodnoty

13. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 3 Pre kovy, vrátane kovu vo forme plynu alebo pary, sú určené tieto EL (vzorkovanie medzi 0,5 až 8 h): • Cd, Tl (ako súčet koncentrácií) 0,05 mg.mn-3 • Hg 0,05 mg.mn-3 • Sb, As, Cr, Co, Cu, Pb, Mn, Ni, Sn, (ako súčet koncentrácií) 0,5 mg.mn-3 Emisie zápachu z procesu nesmú byť detegovateľné mimo hraníc, kde sa proces realizuje. S výnimkou 5 minútového štartu zariadenia zo studeného stavu nesmie byť viditeľný dym.

14. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 4 Fugitívne a neočakávané emisie, napr.: • Tuhé znečisťujúce látky a zápach počas nakladania so surovinou, popolčekom a škvarou. • Fugitívne emisie z tesnení, dverí a potrubí. • Straty prchavých organických látok počas skladovania, plnenia a vyprázdňovania nádrží s rozpúšťadlami a i.

15. EL pre výrobu dreveného uhlia 1 EL pre nové zariadenia, podmienky platnosti EL: • štandardné stavové podmienky, vlhký plyn v prepočte na referenčný kyslík 17 %. EL pre nové zariadenia pre výrobu dreveného uhlia

16. EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja 1 § 19 ods. (2) vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z.z. špecifické požiadavky tejto časti sa neuplatňujú na zariadenia na splyňovanie a pyrolýzu O, ak plyny získané takýmto tepelným spracovaním O sú vyčistené do takej miery, že pred spaľovaním už nie sú ODPADOM a zodpovedajú požiadavkám na kvalitu palív podľa príslušnej vyhlášky o kvalite palív k zákonu o ovzduší, a pri spaľovaní nemôžu spôsobovať vyššie a iné emisie, ako sú ustanovené emisné limity a technické požiadavky pre spaľovanie zemného plynu.

17. EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja 2 V opačnom prípade, ak sa pyrolýzne plyny nečistia, ale spaľujú v zariadení na spaľovanie palív, potom sa na daný prípad môžeme pozerať ako na spaľovanie daného paliva. Teda EL sa uplatňujú ako pre spaľovanie biomasy (tab. 3).

18. Tab. 3 EL pre spaľovanie biomasy

19. EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja v spaľovacom motore 1 Ak pyrolýzny plyn a pyrolýzny olej vyrobených z odpadov sú vyčistené do takej miery, že zodpovedajú požiadavkám na palivá a pri ich spaľovaní v spaľovacom motore nevznikajú významnejšie emisie ako zo spaľovania palív, môžeme hovoriť o konci odpadu a na tieto prípady sa vzťahujú EL pre spaľovacie motory podľa vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z.z. sú uvedené v tab. 4.

20. Tab. 4 EL pre spaľovanie v piestových spaľovacích motoroch

21. RETORTY • objem 4 - 12 m3 • priemer 2,4 m a výška 2,65 m • drevo priemer 8 až 20 cm • obsahu vody okolo 25 %

22. Parametre OP z retorty o objeme 12 m3 s pôvodným systémom spaľovania pyrolýznych plynov (s približným rozpätím hodnôt)

23. VÝVOJ MALEJ RETORTY SO ZNÍŽENÝMI EMISIAMI • RETORTA • Objem 2 m3 1. fáza ohrev a sušenie (6 h, t = 250-450°C) 2. fáza karbonizácia (4 h, t = 450-600°C)

24. prúdenie pyrolýznych plynov v retorte prúdenie spalín v retorte drevo Koncept hybridnej retorty typu ADAM Fáza I.: Ohrev a sušenie dreva K1 K2 K2 pohľad zo zadnej strany Fáza II.: Vývoj a spaľovanie pyrolýznych plynov K1 K1 K2 pohľad z prednej strany Pôdorys retorty so znázornením prúdenia spalín pod retortou K2 K1

25. ZÁVER Čistenie PP je možné viacerými technikami. Všetky známe techniky znižovania emisií PP s výnimkou popísaného spôsobu by znamenali mnohonásobné prekročenie investičných a prevádzkových nákladov na vlastnú technológiu a preto ich z hľadiska primeranosti nákladov nemôžeme považovať za akceptovateľné pre zdroje tejto kapacity. Pre zabezpečenie minimalizácie emisií TOC sme navrhli dostavbu dopaľovacieho reaktora: • Predĺžiť zdržný čas plynov. • Okrem toho zmenou smerov prúdenia spalín (zvýšením turbulencie) je potrebné zabezpečiť lepšie vzájomné premiešavanie sa plynov pri dohorievaní. • Na základe merania optimalizovať prívod sekundárneho spaľovacieho vzduchu.

26. Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-0353-11 „Návrh a realizácia pilotnej retorty so zníženými emisiami na výrobu biouhlia pre marginálne zóny a overovacie aplikácie“. ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ Technical University in Zvolen Faculty of Ecology and Environmental Sciences Department of Environmental Engineering T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen Matej BelUniversity Banská Bystrica Faculty of NaturalSciences Department of Environmental Management Tajovského40, 960 53 emilia.hroncova@gmail.com jladomersky@yahoo.co.uk