Energetické využívanie rastlinnej biomasy

Transcript

1 Energetické využívanie rastlinnej biomasy Termické procesy Získavanie energie pre malé obce pomocou pyrolýzy zo zmesí poľnohospodárskych vedľajších produktov a odpadov

2 Biomasa Všeobecná definícia: Biomasa je celková hmota organizmov jednotlivých druhov, alebo celého spoločenstva. Biomasou nazývame materiál rastlinného a živočíšneho pôvodu, vhodný na priemyselné a energetické využitie. 2 základné druhy: - biomasa rastlín - biomasa živočíchov Biomasa má najväčší technický potenciál (147 PJ), ktorý predstavuje 18 % z ročnej spotreby energie SR

3 Technický potenciál biomasy a jej využívanie

4 Delenie rastlinnej biomasy a) z hľadiska pôvodu na: o rastlinnú biomasu dendromasa - drevná biomasa, fytomasa jednoročné a viacročné rastliny o živočíšnu biomasu - zoomasa o komunálne a priemyselné odpady, c) podľa zdroja vzniku biomasy na: o lesnú biomasu (palivové drevo, konáre, pne, korene, kôra, piliny) o poľnohospodársku biomasu, fytomasa (napr. obilná slama, obilie, konope, atď.), živočíšna biomasa (napr. exkrementy, odpady), o priemyselné a komunálne odpady, b) z hľadiska energetického využitia na: o biomasu zámerne pestovanú na tento účel o odpadovú drevo a drevný odpad z lesného hospodárstva a drevospracujúceho priemyslu rastlinné odpady z poľnohospodárskej prvovýroby a údržby krajiny odpady zo živočíšnej výroby komunálne organické odpady organické odpady z potravinárskych výrob d) z hľadiska konzistencie na: pevnú biomasu mokrú biomasu.

5 Biomasa rastlinného pôvodu Je to chemicky zakonzervovaná slnečná energia Je tvorená hlavne celulózou, hemicelulózu a lignínmi s rôznym obsahom vody a rôznych prchavých zložiek napr. terpentíny Pôvod a zloženie biomasy hrajú rozhodujúci vplyv na množstvo a zloženie plynu, dechtu a koksu pri pyrolýze a splyňovaní biomasy. Základné procesy termického spracovania biomasy 3 základné procesy: 1. spaľovanie 2. pyrolýza 3. splyňovanie

6

7 Dendromasa Dendromasa je produkt, pozostávajúci zo zdrevnatenej rastlinnej hmoty alebo jej časti pochádzajúcej z pôdospodárstva, drevospracujúceho priemyslu alebo z iných zdrojov, napr. komunálna sféra, ktorú možno využiť na výrobu energie. produkty lesníctva (kusové drevo, drevná štiepka); odpady z lesníctva (zvyšky po ťažbe dreva, iný drevný odpad z lesníctva); drevný odpad z drevospracujúceho priemyslu (kusový drevný odpad, drevné piliny, drevné hobliny, drevný prach, iný drevný odpad z drevospracujúceho priemyslu); zámerne pestované energetické rastliny dreviny pre energetické využitie; drevný odpad zo sadov, viníc a záhrad; komunálny drevný odpad; korkové odpady; drevné náplavy a nálety

8 Fytomasa Na energetické účely sa využívajú aj nedrevná biomasa produkovaná v poľnohospodárstve Fytomasa - jednoročné a viacročné rastliny výrobky poľnohospodárstva; rastlinné odpady z poľnohospodárstva; rastlinné odpady z potravinárskeho priemyslu; zámerne pestované poľnohospodárske produkty pre energetické využitie; zámerne pestované energetické traviny; ovocná biomasa; komunálna fytomasa.

9 Palivová dendromasa Palivová dendromasa sa posudzuje podľa kritérií: - obsah vody v palive vlhkosť - chemické zloženie paliva - obsah popola, - obsah prchavej horľaviny, - výhrevnosť paliva. Horľaviny v biomase: C, H, ich zlúčeniny s O Dôležitou hodnotou z hľadiska energetického zhodnotenia dendromasy je obsah a priebeh uvoľňovania prchavej horľaviny z drevnej hmoty. Teplota počiatočného uvoľňovania prchavej horľaviny: Rašelina 105 o C drevo 160 o C kôra 160 o C hnedé uhlie 170 o C Čierne uhlie 260 o C Antracit 400 o C

10 3 Termochemické procesy Termochemické procesy Stechiometrický Celkové tepelné Proces koeficient vzduchu zafarbenie Hlavné produkty Spaľovanie λ < 1 Exotermné Teplo Zplyňovanie 0,2 < λ< 0,8 Autotermné/ Endotermné Generátorový plyn/ Syntézny plyn Pyrolýza λ = 0 Endotermné Pyrolýzny plyn, Pyrolýzny olej, koks/polokoks

11 Spaľovanie biomasy Horenie biomasy: - zahriatie externým zdrojom - prchavé látky prchajú mimo biomasu - Oxidácia prítomným kyslíkom generuje sa teplo - Štiepenie makromolekúl na menšie prchavé molekuly, tuhá fáza sa obohacuje o C - Pri stálom prísune O horenie pokračuje V konečnej fáze O difúziou preniká do vnútra skarbonizovanej tuhej fázy, C vyhorieva tlenie

12 Hlavné reakcie pri splyňovaní biomasy R5 reakcia para-uhlík R3 Boudouardova reakcia R7 vodný prešmyk R6 metanácia R1 a R2 prebiehajú pri vyhorievaní uhlíka exotermické reakcie, predstavujú hlavný zdroj tepla R3 endotermická reakcia pri vyšších teplotách, pri dostatočnom prísune O2 prakticky neprebieha

13 Pyrolýza Proces, pri ktorom sa v inertnej atmosfére (bez kyslíka) vplyvom tepla štiepia väzby v organických molekulách a vznikajú molekuly menšie. Je to prvým stupňom pri horení. Je to dej silne endotermický, pozostávajúci z veľkého množstva chemických reakcií, a zároveň poskytujúci veľké množstvo produktov. Chemické reakcie: 1. primárne (štiepne reakcie) štiepia sa väzby C-C, C-H, C-O 2. vznikajúce nízkomolekulové produkty môžu navzájom reagovať kondenzačné reakcie, alkylácie, cyklizácie, vznik aromátov, vznik kondenzovaných aromátov až koksu Produkty: 1. pyrolýzny plyn (CH4, H2, CO, CO2, vodná para) 2. dechty (bio olej) 3. pyrolýzny koks

14 Typy pyrolýzy Typ pyrolýzy Splyňovanie Podmienky procesu Vysoká teplota Dlhá zdržná doba Podiel (%) plynu dechtov koksu 85% 5% 10% Rýchla pyrolýza Stredné teploty (500 o C) 13% 75% 12% Veľmi krátka zdržná doba Karbonizácia Nízke teploty 35% 30% 35%

15 Splyňovanie Produktom splyňovania (pyrolýzy) je syntézny plyn (ďalej aj syngas ), ktorého hlavnými (spáliteľnými) zložkami sú oxid uhoľnatý (CO), vodík (H2), metán (CH4) a vyššie uhľovodíky. Vedľajšími (nespáliteľnými) zložkami sú oxid uhličitý (CO2), dusík (N2) a vodná para (H2O). Typické zloženie syngasu je uvedené v nižšie uvedenej tabuľke: ZLOŽKA ZLOŽENIE (% obj.) oxid uhoľnatý (CO) vodík (H2) oxid uhličitý (CO2) metán (CH4) cca 2 dusík (N2) Vyčistený syngas je hodnotným ekologickým plynným palivom s výhrevnosťou okolo 5 MJ/m3, ktoré je možné využiť na výrobu elektrickej energie, tepla a iných produktov.

16 Ďakujem za pozornosť!