Technologia pirolizy biomasy i odpadów na podstawie doświadczeń ICiMB dr inż. Franciszek Sładeczek, dr inż. Ewa Głodek-Bucyk, dr inż. Patryk Weisser
Doświadczenie: Projekt: ŚRODOWISKOWE I EKONOMICZNE KORZYŚCI Z UTWORZENIA KLASTRÓW BIOWĘGLOWYCH NA OBSZARZE EUROPY ŚRODKOWEJ - E2BEBIS 2
Z czego biowęgiel? Wykres 1. Struktura wykorzystywanych na świcie surowców do wytwarzania biowęgla [%], oprac. własne na podstawie International Biochar Initiative (IBI) 3
Idea mikroinstalacji Potencjał słomy w regionie opolskim [tys. ton/r] Rodzaj słomy Ilość całkowita Zużycie % Słoma odpadowa Słoma zbożowa 1293 82 233 Słoma rzepakowa 206 86 28 Słoma kukurydziana 261 93 18 Całkowity potencjał 1760 279 4
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
Idea mikroinstalacji Biodegradowalne odpady z hodowli [tys. ton/r] Rodzaj hodowli Drób Trzoda Bydło Ilość [pcs] 3716000 595202 122030 Obornik / ściółka 7,4 864 923 Odpady z uboju 14,5 17,2 6,8 Pierze 4,8 - - 6
Idea mikroinstalacji Osady ściekowe Stabilizowane osady komunalne, sucha masa 17 359 ton/r (2013) Obecne wykorzystanie: - rekultywacja terenu, korekta gruntów - 5% - rolnictwo, uprawa roślin - 79% - składowanie, magazynowanie 6% 1 zakład >100 000 RLM, 10 zakładów >15 000 <100 000 RLM, 22 zakładów >2 000 <15 000 RLM, 8 zakładów >1 000 <2 000 RLM, 24 zakładów <1 000 RLM Lokalizacja oczyszczalni komunalnych (RLM - równoważna liczba mieszkańców) 7
Idea mikroinstalacji Odpady komunalne Odpady komunalne całkowite, 304 880 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
Idea mikroinstalacji Odpady drzewne, odpadowa biomasa leśna Powierzchnia gruntów leśnych, ok. 248 000 ha Teoretyczny potencjał biomasy drzewnej: 310 651 m 3 /rok 186 391 ton/rok Teoretyczny potencjał techniczny biomasy drzewnej grubizna gałęziowa: 153 710 m 3 /rok 92 226 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
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, 10 29.10.2015r. Poznań
Idea mikroinstalacji Odpady drzewne, odpadowa biomasa leśna Źródło: Biomasa leśna niewykorzystany potencjał, Mikołaj Rudawski, 11 29.10.2015r. Poznań
Idea mikroinstalacji Odpady drzewne, odpadowa biomasa leśna Źródło: Biomasa leśna niewykorzystany potencjał, Mikołaj Rudawski, 12 29.10.2015r. Poznań
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
Instalacja testowa do produkcji biowęgla 14
Widok instalacji testowej biowęgla WSK Anlage (Olesno) 15
Widok instalacji testowej biowęgla WSK Anlage (Olesno) 16
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 - 500 C Temp. gazów - 270 C Właściwości Biowęgla Zawartość węgla % 44,43 (TC) Wilgotność % 0,7 Ciepło spalania kj/kg 15681 Wartość opałowa kj/kg 14985 Zawartość (TOC) % 43,6 Zawartość azotu (N) % 17 3,6
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 - 400 C Temp. gazów - 250 C Właściwości Biowęgla Zawartość węgla % 73,2 (TC) Wilgotność % 3,3 Ciepło spalania kj/kg 27505 Wartość opałowa kj/kg 25738 Zawartość (TOC) % > 50 Zawartość azotu (N) % 1,57 18
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 15826 Wartość opałowa kj/kg 14128 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 - 440 C Temp. gazów - 270 C Właściwości - Biowęgiel Zawartość węgla (TC) % 42,1 Wilgotność % 1,1 Ciepło spalania kj/kg 17769 Wartość opałowa kj/kg 16775 Zawartość wodoru (H) % 4,46 Zawartość azotu (N) % 3,79 Zawartość popiołu % 44,4 19
Charakterystyka produktów paliwo alternatywne 19 12 10 Wsad: odpady 102 kg katalizator 28 kg Produkty: biowęgiel 44 kg, uzysk 43% olej 14 kg gaz. (56) kg woda 16 kg Temp. procesu - 500 C Temp. gazów - 290 C Właściwości - SPW Zawartość węgla (TC) % 46,05 Wilgotność % 14,9 Ciepło spalania kj/kg 20854 Wartość opałowa kj/kg 19265 Zawartość wodoru (H) % 6,04 Zawartość azotu (N) % 0,97 Właściwości - Biowęgiel Zawartość węgla (TC) % 50,1 Wilgotność % 1,9 Ciepło spalania kj/kg 19529 Wartość opałowa kj/kg 18570 Zawartość wodoru (H) % 3,47 Zawartość azotu (N) % 1,35 20
Charakterystyka produktów paliwo alternatywne 19 12 10 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
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] 22686 ± 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] 17074 ± 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
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] 17074 ± 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 19529 ± 762 Wartość opałowa (z obliczeń) kj/kg 18570 ± 1040 23
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 - 500 C Temp. gazów - 290 C Właściwości - biomasa Zawartość węgla (TC) % Wilgotność % Ciepło spalania kj/kg 14483 Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % Zawartość azotu (N) % Właściwości - Biowęgiel Zawartość węgla (TC) % Wilgotność % Ciepło spalania kj/kg 27444 Wartość opałowa kj/kg Zawartość wodoru (H) % Zawartość azotu (N) % 24
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
Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Materiał: stal konstrukcyjna S355 JR 26
Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Kosz wewnętrzny, 1000x1000x1000x8 mm 27
Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Kondensator, 620x620x1250x9 mm 28
Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Skruber gazów z misą olejową, 620x620x1250x9 mm 29
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
Projekt instalacji doświadczalnej pirolizy/toryfikacji ICiMB Uruchomienie: JESIEŃ 2016 31
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
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 www.icimb.pl/opole