PLTRnW_piroliza.pdf

(1426 KB) Pobierz
PIROLIZA WĘGLA I BIOMASY
PIROLIZWGLIBIOMSY
PremyłowelaboratoriumtechnologiichemicnejIB
PIROLIZWĘGLIBIOMASY
Termin piroliza (połąceniegreckichłów πῦρ - ogieoi λύι– rokład)onacarokład
cątecek wiąkuchemicnegopodwpływempodwyżonejtemperatury beobecnocitlenulub
innegocynnikautleniającegoZawycajwcaieproceupiroliynatpujerokładłożonych
wiąkówchemicnychdowiąkówomniejejmaiecąteckowej
Procesowi piroliymogąbydpoddawanearównomateriałyorganicne(npwgielbiomaa
odpady), jak i nieorganiczne (surowce ceramiczne). Piroliza substancji organicznych prowadzi do
otrymania tałej pootałoci tw karboniatu i wydielenia cci lotnych w potaci moły
pirolitycnej i gau pirolitycnego W kali premyłowej celem proceu piroliy materiałów
organicnychjetpretwaranieurowców(wgielbiomaa)doużytecnychormenergiirecykling
urowcowy(polimeryodpadowe)orawytwaraniepółproduktówbdącychurowcamidodalego
ich wykorytania Pirolia urowców ceramicnych w wyokich temperaturach powoduje ich
piekaniepryjednocenymuuniciuwodyOtrymujeiwtenpoóbmateriałyceramicneo
dużoniżejgtociodgtociurowca.
Termochemicnepretwaranieurowcówpochodeniaorganicnegonadrodepiroliyalica
idonajtarychpremyłowychproceówtermicnychnanychcłowiekowiSuchadetylacja
drewnananajetodok8000latWjejwynikuotrymywanyjetwgieldrewnyktórytanowił
podtawowymateriałwproceachmetalurgicnychSmoładotarcałaubtancjidoimpregnacji
iolacjiitpWodawytlewnanajdowałaatoowaniew balsamowaniu.
Obecnienajwikenaceniepremyłowegoatoowaniaproceówpiroliywglaibiomay
mają kokowanie ( !prozę przypomnied obie tred intrukcji: KOKSOWNIE WĘGL ! –
http://www.polymer-carbon.ch.pwr.wroc.pl ) i wytlewanie (półkokowanie). Sątoodpowiednio
procesy wysokotemperaturowego i niskotemperaturowego odgazowania paliwa. Należy też
pamitadżepiroliajetnietylkoważnympremyłowymproceempretwaraniawglaibiomay
aletakżejetitotnymetapeminnychproceówtermochemicznego, spalania i zgazowania.
W dalzej częci intrukcji uwagę kupiono na procesie niskotemperaturowej pirolizy.
1. Surowce do procesu pirolizy: węgiel i biomasa
Naturalnepaliwatałeąważnymiurowcamidlawpółcenegopremyłuchemicnegoa
produkty ichprerobuwykorytujeimindoprodukcjiarblakierówżywicarmaceutyków
paliwciekłychitałychwgliaktywnychchemikaliówWależnociodawartocipierwiatkaC
wyróżniaipidpodtawowychgruppaliwtałych
Drewno
Torf
Wgielbrunatny
Wgielkamienny
Antracyt.
Podtawowymiurowcamiwykorytywanymiwproceachpiroliyąwgiel (koksowanie) i
biomasa (sucha destylacja, szybka piroliza)Znajomodtrukturychemicnejtychurowcówjakiich
zachowania w trakcie pirolizy jest niezwykle istotna z punktu widzenia zastosowania optymalnych
rowiąaotechnologicnych(nprodajreaktora/pieca)doboruwarunkówprowadeniaproceu
(temperaturaybkodogrzewania, czas trwania procesu), eektywnociproceuatakże jego
uciążliwocidlarodowika
Strukturachemicnabiomayjetwyranieróżnaodtrukturychemicnejwglacomożna
apiadwpotaciurednionegowzoru sumarycznego dla biomasy jako - C 1 H 1,45 O 0,7 adlawgla
287422345.012.png
PIROLIZWGLIBIOMSY
kamiennego jako C 1 H 0,8 O 0,08 [1]. Tak znaczna różnicawkładiechemicnympomidyobydwoma
paliwami skutkuje różnicamiwich właciwociach (Tabela 1).
Tabela1Porównaniekładuiwłaciwociużytkowychbiomaywglaigauiemnego [2].
Słoma
Drewno Wgielkamienny
Gaz ziemny
WilgodW a , % mas.
15
30
12
0
Popiół a , % mas.
3
1
12
0
CcilotneV a , % mas.
73
55
25
100
WartodopałowaMJ/kg
15
10,5
25
48
WgielC a , % mas.
43
35
59
75
WodórH a , % mas.
5,2
4
3,5
24
Chlor Cl a , % mas.
0,2
0,1
0,08
0
Azot N a , % mas.
0,41
0,1
1
0,9
Siarka S a , % mas.
0,13
0,1
0,8
0
Tlen O a , % mas.
38
43
7,3
0,9
Węgiel
Wgiel kamienny jet najważniejym tałym paliwem kopalnym arówno pod wgldem
jakociowymjakiilociowym. Spoóbpremyłowego wykorzystania wglakamiennegoależyod
jego parametrówużytkowych takichjakawartodccilotnychpiekalnodiwartodopałowa
któredecydująoklayikacjiwglaWgielkamienny tanowi podstawowy surowiec energetyczny
( spalanie ) i surowiec do otrzymywania koksu ( koksowanie ).
Wgiel kamienny jet heterogenicną kałą oadową pochodenia organicnego głównie
rolinnego która awiera 75-92 % mas. pierwiatka wgla (w przeliczeniu na stan suchy,
bepopiołowy). Składitrukturachemicnawglamieniaiwmiarpotpującegoproceu
uwglenia Wwgluaadnicącdtanowiubtancjaorganicnaktórejtowaryyubtancja
mineralna i woda.
Podstawowym elementem truktury chemicnej wgla jet kielet wglowy do którego
pryłąconeąpootałepierwiatkipredewytkimwodór atakżeheteroatomy siarka, azot i
tlen. tomywglawytpująwkondenowanychukładachwglowodorowychikondenowanych
układach heterocyklicnych Ważny element truktury chemicnej wgli tanowią układy
aromatycne o nikim topniu kondenacji i układy aliatycne Skielet wglowy dopełniają
połąceniawglaheteroatomamitworącgrupyunkcyjnemotkiirogałieniaTlenwytpujew
potaci eregu grup unkcyjnych arówno reaktywnych (-COOH, -OCH 3 , -C=O, -OH), jak i
niereaktywnych (C-O-Ctlenwbudowanywpiercieo)otkoleipojawiaiwwglugłówniew
układachcyklicnychpiciocłonowych (ugrupowania pirolowe), sceciocłonowych(ugrupowania
pirydynowe)atakżejakoaotbiałkowy(grupyaminowe)Siarkawytpujearównowpołąceniach
nieorganicznych (siarczki, siarczany), jak i organicznych (tiole, siarczki, tiofeny). Obecnod
heteroatomówigrupunkcyjnychdecydujeorodajupremianachodącychwtrakcieogrewania
Biomasa
Biomasa definiowana jest jako ubtancja organicna produkowana energii łonecnej
dwutlenkuwgla(atmoery)iwody w wyniku reakcji fotosyntezy. Biomaamożebydpochodzenia
rolinnegolubwiercegoalemożeteżpowtawadwwynikutwmetabolimupołecnego
W odróżnieniu od innych organicnych paliw tałych biomasa charakteryuje i niką
awartociąpierwiatkaCajednoceniewyokąawartociątlenu. Inne heteroatomy, tj. siarka i
aotwytpująwbiomaiewmałychilociachi w niewielkimtopniuwpływająnaprebiegproceu
pirolizy.
Biomapochodeniarolinnegotanowiątrypodtawowekładniki celuloza którajako
włóknitewglowodanytworyrąbcianykomórkowej hemiceluloza bdącapoliacharydem
wytpującymwdrewniałychtkankachrolinnychi lignina wikającawytrymałodmechanicną
287422345.013.png 287422345.014.png 287422345.015.png 287422345.001.png 287422345.002.png 287422345.003.png 287422345.004.png 287422345.005.png 287422345.006.png 287422345.007.png 287422345.008.png
PIROLIZWGLIBIOMSY
ichemicnącianceluloowych. Do pootałych kładnikówbiomayalicaim.in. żywice woski,
białkaiccimineralne
2. Piroliza paliw stałych - przemiany fizykochemiczne substancji
organicznej.
Piroliza paliwtałychtakich jakwgielczy biomasa, jakoprocetermochemicnegorokładu
substancji organicznej, prowadzi do powstawania tałejpootałocimoływodyrokładowej i
gazu.
Skielet materiału organicnego w wyniku podwyżania temperatury ulega termicznej
dekompozycji wydieleniemwiąkówomniejejmaiecąteckowejTermochemicnyrokład
komplikowanychukładów chemicznych jakimiąwgielibiomaa niedaiapiadwpotacijednej
reakcjichemicnejNajbardiejprawdopodobnyjetrównocenyprebiegwielu reakcji pierwotnych
iropadubtancjiorganicnejwróżnychjejmiejcachOpróctego zachodąwtórnereakcjektóre
nacnie mieniają charakter produktów wydielających podca reakcji pierwotnych Schemat
takiegoprebieguproceupiroliypredtawiononaponiżymrysunku:
Reakcjeachodącewtrakcieproceupiroliymateriałuorganicnegoalicaneądoreakcji
rodnikowych. Wzrost temperatury powoduje ropadnajmniejtrwałychwiąaoi wikanieiiloci
wolnychrodnikówktóremogąreagowadnawieleróżnychpoobówPrzebieg tych reakcji ależyod
rodajuiwielkocicątekurowcarelacjitemperaturowo-caowychcyteżrodajuicinienia
atmoerygaowejpanującychwreaktorze [1]. Niewykleważnąrolwprebiegureakcjipiroliy
odgrywajągrupyunkcyjne iobecnodwodoruktórytabiliujewolnerodniki. Uproszczony przebieg
reakcjiktóremogąachodidpodcapiroliyubtancjiorganicnejpredtawionoponiżej [3]:
Rokładtermicnywiąaomatrycyorganicnej
R : R R ˙ + R ˙
Pryłąceniewodorupochodącegoewntrnychiwewntrnychródeł
R ˙ + H ˙ R : H
Rozpad rodnika
R ˙ + R ’: H + R ’’˙
Dysproporcjonowanie wodoru
2R ˙  R : H + R ’ -CH=CH 2
Łącenierodników
R ˙ + R ˙ R : R
Wtrakciereakcjirokładutermicnegopaliwwydielająiubtancjearównoreaktywnejaki
niereaktywne Subtancje reaktywne mogą ulegad wtórnym reakcjom rokładu a
wyokocąteckowekładnikiwreakcjachpolimeryacji kondensacji i rekombinacjitworątałą
pootałodoróżnychwłaciwociachitrukture.
287422345.009.png
PIROLIZWGLIBIOMSY
Sybkodogrewaniapróbekmadecydującywpływarównonawydajnodproduktówjakina
przebieg reakcji, a w konsekwencji na rodajproduktówrokładuImwikaybkodogrewania
próbekiybechłodenieproduktówrokładutymmniejreakcjiwtórnychachodiwcaie
rokładupaliwa.
3. Przemysłowe procesy pirolizy
Naturalnepaliwatałe(wgielbrunatnywgielkamiennybiomaa)wnajwikymtopniu
wykorytujeiwproceachtermochemicnegopretwaraniadoktórychnależą
spalanie – procetermochemicnyprowadonywobecnocitlenupodtawowymiproduktami
proceuąCO 2 i H 2 O;
zgazowanie – procecałkowitejpremianytermochemicnejpreprowadanywobecnocitlenu
lubpowietradodatkiemparywodnejproduktemjetmieaninagaówpalnychprede
wszystkim CO, H 2 iwglowodorówjakopotencjalnegopaliwa
piroliza – proces termochemicny prowadony be dotpu powietra w wyniku którego
powtająproduktytałeciekłeigaowe
upłynnianie – procektóregocelemjetwytwaranieciekłychpaliwnaturalnychpaliwtałych
Roróżniamy kilka rodajów piroliy e wgldu na toowane warunki procesu takie jak
temperatura ybkod nagrewania topieo rodrobnienia, czas wygrzewania w temperaturze
koocowej, Tabela 2 Możetobydpiroliakonwencjonalnaybkalubbłykawicnaprycymta
otatnianiemaatoowaniawwikejkali
Tabela 2 Główne parametry dla różnych proceów pirolizy
Warunki procesu
Konwencjonalna piroliza Szybka piroliza Błykawicznapiroliza
Temperatura*ºC+
300 – 700
600 – 1000
800 – 1000
Sybkodnagrewania*ºC/+
0,1 – 1
10 – 200 ≥1000
Czas przebywania w temperaturze
koocowej*+
600 - 6000
0,5 – 5
<0,5
Romiarcątek*mm+ 5-50 <1 pył
Warunkami pirolizy np ybkocią ogrewania urowca można terowad tak aby
makymaliowadpowtawaniedowolnegoproduktówproceuolejugaucyproduktutałego
Każdynichmożebydużywany jako potencjalne paliwo, patrz rysunek poniżej.
PÓŁKO KS
Wydajnod do 35%
wolna piroliza
PIROLIZA
BIO-OLEJ
Wydajnod do 80%
szybka piroliza
GAZ
Wydajnod do 80%
błykawicnapirolia
287422345.010.png
PIROLIZWGLIBIOMSY
WolnapiroliajettradycyjnieużywanadoprodukcjiwgladrewnegoProces szybkiej pirolizy
toujeinaerokąkaldoprodukcjipaliwropucalnikówchemikaliówiinnychproduktów
pozyskiwanych z biomasy. Szybka piroliza przeprowadzana w umiarkowanej temperaturze jest
metodąotrymywaniawyokiejjakociproduktówciekłych
Piroliza wolna
W wolnej pirolizie substancja organiczna ogrzewana jest do temperatury ok. 500 C ybkocią
od kilkudokilkudieiciutopninaminut. Lotne produkty procesu wydielająistopniowo co
powoduje że kładniki gaów reagują innymi kładnikami tałej pootałoci, czy oleju
pirolitycnegoPowtałeparyąwpoóbciągłyodprowadaneiormowanedooleju Proces pirolizy
możetrwadkilkaminutlubnawetkilkanaciegodinPoniżejpredtawionowpółceneretorty do
wypalaniawgladrewnego(LipnaBekidNiki)
Piroliza szybka
W otatnich latach wroło aintereowanie ybką pirolią biomasy ponieważ jet ona
najbardziej optymalnym procesem otrzymywania bio-oleju Najważniejymi cechami
premawiającymiawykorytaniemybkiejpiroliydoprodukcji bio-olejubiomayą:
krótkicareakcji
możliwodybkiegochłodeniapardającedużewydajnociproduktówpłynnych
możliwodtarannegoiprecyyjnegodoboruwarunkówtemperaturowychreakcji
Podtawowewłaciwociybkiejpiroliyto:
bardzo szybkie ogrzewanie (ok. 100 /s);
temperatura reakcji 425-500 C;
krótkicaproceu
ybkiechładanielotnychproduktówdobio-oleju.
W wyniku ybkiej piroliy ubtancja organicna rokłada i do par aerooli i tałej
pootałoci Pary i aeroole po ochłodeniu i kondenacji tworą ciemno-brąową ciec W
ależnociodrodzaju użytegowadupowtaje60-70%maciekłegobio-oleju, 15-25%matałej
pootałocii10-20%niekroplonychgaówSybkieogrewanieiybkiechłodeniepowoduje
powtawanie wyokocąteckowych gaów podtawowego produktu bio-oleju W wyżej
temperature głównym produktem jet ga Krótki ca reakcji minimaliuje tworenie tałej
pootałoci Wytwarany w szybkiej pirolizie olej stanowi produkt przeznaczony do dalszej
preróbki a tała pootałod i gayąawracanedoproceu i wykorzystywane jako paliwo, co
predtawiononaponiżymryunku
287422345.011.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin