Technologia pirolizy biomasy i odpadów na podstawie doświadczeń ICiMB. inż. Franciszek Sładeczek, dr inż. Ewa Głodek-Bucyk, dr inż.

Transkrypt

1 Technologia pirolizy biomasy i odpadów na podstawie doświadczeń ICiMB dr inż. Franciszek Sładeczek, dr inż. Ewa Głodek-Bucyk, dr inż. Patryk Weisser

2 Doświadczenie: Projekt: ŚRODOWISKOWE I EKONOMICZNE KORZYŚCI Z UTWORZENIA KLASTRÓW BIOWĘGLOWYCH NA OBSZARZE EUROPY ŚRODKOWEJ - E2BEBIS 2

3 Z czego biowęgiel? Wykres 1. Struktura wykorzystywanych na świcie surowców do wytwarzania biowęgla [%], oprac. własne na podstawie International Biochar Initiative (IBI) 3

4 Idea mikroinstalacji Potencjał słomy w regionie opolskim [tys. ton/r] Rodzaj słomy Ilość całkowita Zużycie % Słoma odpadowa Słoma zbożowa Słoma rzepakowa Słoma kukurydziana Całkowity potencjał

5 Idea mikroinstalacji Biodegradowalne odpady z przemysłu spożywczego [tys. ton/r] Sektor Ilość całkowita Zużycie Biomasa odpadowa Cukrownie 1,2 1,2 0 Przemysł mleczarski 15,2 1,6 13,6 Browary i gorzelnie 13,5 1,5 12,0 Przemysł spożywczy 14,9 2,6 12,3 Całkowity potencjał 44,8 6,9 37,6 5

6 Idea mikroinstalacji Biodegradowalne odpady z hodowli [tys. ton/r] Rodzaj hodowli Drób Trzoda Bydło Ilość [pcs] Obornik / ściółka 7, Odpady z uboju 14,5 17,2 6,8 Pierze 4,

7 Idea mikroinstalacji Osady ściekowe Stabilizowane osady komunalne, sucha masa ton/r (2013) Obecne wykorzystanie: - rekultywacja terenu, korekta gruntów - 5% - rolnictwo, uprawa roślin - 79% - składowanie, magazynowanie 6% 1 zakład > RLM, 10 zakładów > < RLM, 22 zakładów >2 000 < RLM, 8 zakładów >1 000 <2 000 RLM, 24 zakładów <1 000 RLM Lokalizacja oczyszczalni komunalnych (RLM - równoważna liczba mieszkańców) 7

8 Idea mikroinstalacji Odpady komunalne Odpady komunalne całkowite, ton/rok, tj. 304 kg/m/rok (2014) Ilość frakcji do odzysku energetycznego i pirolizy - ok. 15%, zatem ok. 45 tyś. ton w samym woj. opolskim! Lokalizacja regionów gospodarki odpadami komunalnymi 8

9 Idea mikroinstalacji Odpady drzewne, odpadowa biomasa leśna Powierzchnia gruntów leśnych, ok ha Teoretyczny potencjał biomasy drzewnej: m 3 /rok ton/rok Teoretyczny potencjał techniczny biomasy drzewnej grubizna gałęziowa: m 3 /rok ton/rok Szacuje się, iż ze 100 m 3 drewna pozyskiwanego z gospodarki leśnej otrzymuje się po przeróbce do 60% odpadów (kora, drobnica gałęziowa, ścinki, obrzyny, trociny i zrębki) Kierunek odpady przeróbcze, ale przede wszystkim odpady leśne! 9

10 Idea mikroinstalacji Odpady drzewne, odpadowa biomasa leśna Zrębka zielona optymalny proces produkcji: Od 150 do 200 mp gotowej zrębki na ha. Kaloryczność po 10 m-cach sezonowania 11-13GJ/t. Źródło: Biomasa leśna niewykorzystany potencjał, Mikołaj Rudawski, r. Poznań

11 Idea mikroinstalacji Odpady drzewne, odpadowa biomasa leśna Źródło: Biomasa leśna niewykorzystany potencjał, Mikołaj Rudawski, r. Poznań

12 Idea mikroinstalacji Odpady drzewne, odpadowa biomasa leśna Źródło: Biomasa leśna niewykorzystany potencjał, Mikołaj Rudawski, r. Poznań

13 Doświadczenia ICiMB O/IPMB w Opolu... Testy własne pirolizy biomasy wykonano w oparciu o technologię WSK Anlage na instalacji pilotażowej w miejscowości Olesno. Uzyskano pozytywne wyniki testów pirolizy kurzego obornika, słomy żytniej, osadów ściekowych, odpadów Komunalnych i drzewnych. 13

14 Instalacja testowa do produkcji biowęgla 14

15 Widok instalacji testowej biowęgla WSK Anlage (Olesno) 15

16 Widok instalacji testowej biowęgla WSK Anlage (Olesno) 16

17 Charakterystyka produktów kurzeniec (obornik kurzy) Wsad: kurzeniec 580 kg wapno 18 kg środek neutralizujący 60 l Produkty: biowęgiel 197 kg, uzysk 34% olej 51 l gaz 79 kg woda 319 l Temp. procesu C Temp. gazów C Właściwości Biowęgla Zawartość węgla % 44,43 (TC) Wilgotność % 0,7 Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość (TOC) % 43,6 Zawartość azotu (N) % 17 3,6

18 Charakterystyka produktów słoma żytnia Wsad: słoma żytnia 155 kg środek neutralizujący 12 l Produkty: biowęgiel 49 kg, uzysk 32% olej 24,5 l gaz 55 kg woda 41 l Temp. procesu C Temp. gazów C Właściwości Biowęgla Zawartość węgla % 73,2 (TC) Wilgotność % 3,3 Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość (TOC) % > 50 Zawartość azotu (N) % 1,57 18

19 Charakterystyka produktów osady ściekowe Wsad: osady ściekowe 593 kg katalizator 12 l Właściwości - osad ściekowy Zawartość węgla (TC) % 36,5 Wilgotność % 13,1 Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % 6,78 Zawartość azotu (N) % 5,83 Produkty: biowęgiel 330 kg, uzysk 56% olej 65 kg gaz 60 kg woda 150 kg Temp. procesu C Temp. gazów C Właściwości - Biowęgiel Zawartość węgla (TC) % 42,1 Wilgotność % 1,1 Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % 4,46 Zawartość azotu (N) % 3,79 Zawartość popiołu % 44,4 19

20 Charakterystyka produktów paliwo alternatywne Wsad: odpady 102 kg katalizator 28 kg Produkty: biowęgiel 44 kg, uzysk 43% olej 14 kg gaz. (56) kg woda 16 kg Temp. procesu C Temp. gazów C Właściwości - SPW Zawartość węgla (TC) % 46,05 Wilgotność % 14,9 Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % 6,04 Zawartość azotu (N) % 0,97 Właściwości - Biowęgiel Zawartość węgla (TC) % 50,1 Wilgotność % 1,9 Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % 3,47 Zawartość azotu (N) % 1,35 20

21 Charakterystyka produktów paliwo alternatywne raport dla biowęgla Nr próbki w LIMiMŚ Badana właściwość Jednostka Wynik badania 2) 3) ± niepewność wyniku Zawartość wilgoci surowej w 40 o C [%] 1,0 ± 0,1 Zawartość wilgoci higroskopijnej [%] 0,9 ± 0,1 Zawartość wilgoci całkowitej (z obliczeń) [%] 1,9 ± 0,7 Zdolność zatrzymywania wody [%] 103 ± 9 ph - 7,3 ± 0,6 Przewodność elektryczna właściwa µs/cm 6213± 609 Zawartość popiołu w 550 o C [%] 42,2 ± 4,6 LL/16/1858 Zawartość popiołu w 815 o C [%] 40,7 ± 3,9 Substancje lotne 950 o C [%] 32,1 ± 2,8 Zawartość węgla całkowitego [%] 50,1 ± 3,2 Zawartość wodoru [%] 3,47 ± 0,45 Zawartość siarki [%] 0,546 ± 0,074 Zawartość azotu [%] 1,35 ± 0,21 Zawartość całkowitego węgla organicznego TOC [%] 49 ± 5 Zawartość chloru [%] 1,302 ± 0,237 21

22 Nr próbki w LIMiMŚ LL/16/1858 Badana właściwość Jednostka Wynik badania ± niepewność wyniku 2) Zawartość antymonu (Sb) [mg/kg] 121 ± 38 Zawartość arsenu (As) [mg/kg] 5,04 ± 1,09 Zawartość baru (Ba) [mg/kg] 1082 ± 314 Zawartość berylu (Be) [mg/kg] 0,970 ± 0,424 Zawartość chromu (Cr) [mg/kg] 129 ± 40 Zawartość cynku (Zn) [mg/kg] 7191 ± 1316 Zawartość cyny (Sn) [mg/kg] 106 ± 19 Zawartość glinu (Al) [mg/kg] ± 6806 Zawartość kadmu (Cd) [mg/kg] 8,24 ± 1,67 Zawartość kobaltu (Co) [mg/kg] 39,5 ± 8,6 Zawartość magnezu (Mg) [mg/kg] 7416 ± 2670 Zawartość manganu (Mn) [mg/kg] 489 ± 129 Zawartość miedzi (Cu) [mg/kg] 363 ± 89 Zawartość molibdenu (Mo) [mg/kg] 22,3 ± 6,2 Zawartość niklu (Ni) [mg/kg] 150 ± 40 Zawartość ołowiu (Pb) [mg/kg] 1498 ± 406 Zawartość selenu (Se) [mg/kg] Zawartość talu (Tl) [mg/kg] 0,501 ± 0,156 Zawartość żelaza (Fe) [mg/kg] ± 5412 Zawartość wanadu (V) [mg/kg] 25,8 ± 7,8 Zawartość rtęci (Hg) [mg/kg] 0,0051 ± 0,0015 Zawartość fosforu całkowitego (P) [%] 0,09 ± 0,02 22

23 Zawartość niklu (Ni) [mg/kg] 150 ± 40 Zawartość ołowiu (Pb) [mg/kg] 1498 ± 406 Zawartość selenu (Se) [mg/kg] Zawartość talu (Tl) [mg/kg] 0,501 ± 0,156 Zawartość żelaza (Fe) [mg/kg] ± 5412 Zawartość wanadu (V) [mg/kg] 25,8 ± 7,8 Zawartość rtęci (Hg) [mg/kg] 0,0051 ± 0,0015 Zawartość fosforu całkowitego (P) [%] 0,09 ± 0,02 Zawartość sodu (Na) [%] 0,58 ± 0,13 Zawartość potasu (K) [%] 0,26 ± 0,03 Ciepło spalania kj/kg ± 762 Wartość opałowa (z obliczeń) kj/kg ±

24 Charakterystyka produktów odpadowa biomasa leśna Wsad: odpad drzewny 605 kg Produkty: biowęgiel 330 kg, uzysk 54% olej 65 kg gaz 60 kg woda 150 kg Temp. procesu C Temp. gazów C Właściwości - biomasa Zawartość węgla (TC) % Wilgotność % Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % Zawartość azotu (N) % Właściwości - Biowęgiel Zawartość węgla (TC) % Wilgotność % Ciepło spalania kj/kg Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % Zawartość azotu (N) % 24

25 Bilans koncepcja Bilans masy SUCHA biomasa 1 kg 100% PIROLIZA OLEJ PIROLITYCZNY 0,12 kg 12 % mas BIOGAZ 0,28 kg 26 % mas BIOWĘGIEL - BC 0,6 kg 60% mas Energia wykorzystywana w procesie pirolizy 15% energii wejściowej 2,4 MJ Bilans energii SUCHA biomasa energia 16 MJ/kg 100% en. PIROLIZA Energia w gazach 7,0 MJ 44 % en. Biowęgiel BC Wd=16 MJ/kg energia 9,0 MJ 56% energii wejściowej Olej pirolityczny 4,6 MJ 29 % energii wejściowej 25

26 Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Materiał: stal konstrukcyjna S355 JR 26

27 Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Kosz wewnętrzny, 1000x1000x1000x8 mm 27

28 Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Kondensator, 620x620x1250x9 mm 28

29 Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Skruber gazów z misą olejową, 620x620x1250x9 mm 29

30 Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Charakterystyka instalacji: - Reaktor z elementami grzewczymi 3 kw - Objętość robocza reaktora 0,7 m3 - Kondensator z chłodnicą wentylatorową gazów 0,29 kw - Skruber gazów odlotowych Układ kontroli i regulacji procesu: - Programator temperatury i czasu pirolizy - Rejestrator wielokanałowy temperatur i ciśnień procesu Pomiary temperatur - materiału w rektorze - gazu za reaktorem - biogazu wylotowego - Pomiary ciśnień - ciśnienie za reaktorem - ciśnienie biogazu wylotowego - Pomiar strumienia biogazu (licznik gazowy) - Pomiar zużycia energii (licznik energii) 30

31 Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Uruchomienie: JESIEŃ

32 Podsumowanie: 1. Inwentaryzacja biomasy odpadowej w województwie opolskim pokazuje duży potencjał ilościowy tej biomasy do termicznego przekształcania metodą niskotemperaturowej pirolizy w kierunku otrzymywania biowęgla i biooleju. Potencjał ten obejmuje przede wszystkim odpady rolniczo-spożywcze, ale także odpady komunalne, osady ściekowe i leśną biomasę odpadową. 2. Instalacja doświadczalna ICiMB Opole da możliwości testowania różnych technologii termicznego przekształcania biomasy odpadowej (pirolizy, toryfikacji), zwłaszcza odpadów rolniczo-spożywczych, komunalnych oraz osadów ściekowych. Zwiększy to możliwości zrównoważonej gospodarki tego typu odpadami, których wykorzystanie stwarza największe problemy - zarówno na poziomie lokalnym jak i krajowym. 3. Zapraszamy do współpracy W planie badania procesu z uwzględnieniem parametrów fizycznych procesu oraz modyfikacje wsadu. 32

33 UDZIAŁ W TARGACH WYNALAZKÓW Tylko w tym roku ICiMB na 8 międzynarodowych wystawach Innowacji i wynalazków (Bruksela, Warszawa, Sewastopol, Moskwa, Paryż, Genewa, Cluj-Napoca, Seul) zdobył 10 złotych, 9 srebrnych i 5 brązowych medali oraz uhonorowany został 7 wyróżnieniami i nagrodami specjalnymi. Za wykorzystanie popiołów lotnych nowej generacji do produkcji autoklawizowanego betonu komórkowego (ABK)" został nagrodzony złotym medalem w wyróżnieniem Dziękujemy za uwagę