26.08.2011 | 08:08
Autor:
Kategorie:
Štítky:

Termochemický rozklad rostlinné hmoty

Rostlinná hmota (biomasa) je důležitý obnovitelný zdroj energie i chemických látek. Proto se hledají optimální technologie jejího využití. Nejméně efektivní je přeměna na teplo spalováním. Z hlediska perspektivy má větší význam termochemické zpracování, tj. pyrolýza, respektive zplyňování.

Biomasa rostlinného původu je tvořena hlavně celulózou, hemicelulózou a ligninem s různým obsahem vody a těkavých složek. Základní procesy termického zpracování biomasy jsou spalování a termochemický rozklad (pyrolýza, resp. zplyňování).
Spalování rostlinné biomasy za účelem výroby tepla je z hlediska využití jejího potenciálu málo eknomické, i když se v současnosti využívá nejvíce. Nadějnější budounost má pyrolýza. Podmínkou je ale další zdokonalení technologie.

Rozklad bez kyslíku
Pyrolýza je proces, při kterém se v inertní atmosféře (bez kyslíku) vlivem tepla štěpí vazby ve velkých organických molekulách a vznikají molekuly menší. Pyrolýza je také prvním stupněm hoření. Je to proces silně endotermický, sestávající z velkého množství chemických reakcí a zároveň poskytující velké množství produktů. Podle podmínek procesu ji lze ještě rozdělit na rychlou pyrolýzu, zplyňování a karbonizaci.
Produkty pyrolýzy rostlinné biomasy jsou pyrolýzní (procesní) plyn (obsahuje hlavně metan, vodík, oxid uhelnatý, oxid uhličitý a vodní páru), dehty (bioolej) a pyrolýzním koks. Jaký je podíl jednotlivých složek, závisí na mnoha faktorech: především na složení a původu biomasy, její vlhkosti, velikosti částic použitých na pyrolýzu, inertním plynu, teplotě v horké zóně reaktoru, době zdržení plynů v reaktoru, rychlosti ochlazení plynů odcházejících z reaktoru a na použitém katalyzátoru.
Při zplyňování je hlavním produktem buď plyn použitelný přímo na spalování (CH4, CO, H), nebo syntézní plyn (CO a H v požadovaném poměru). Zplyňováním se potlačuje vznik koksu a minimalizuje se podíl dehtů. Teplo potřebné na rozklad biomasy se získává z externího zdroje, nebo přídavkem kyslíku (vzduchu) a spálením části biomasy přímo ve zplynovacím reaktoru.

Produkty pyrolýzy
– Pyrolýzní koks
Tepelná pyrolýza dřevní biomasy s cílem získání dřevěného uhlí (koks) je technologie stará několik tisíc let. Používá se dodnes v malém měřítku na výrobu dřevěného uhlí, aktivního uhlí a speciálních adsorbentů s velmi vysokým specifickým povrchem (filtry plynových masek, adsorpce organických látek z vodných roztoků, adsorpce VOC ze vzduchu, léčivo apod.).
– Dehty (bioolej)
Dehty vznikající při pyrolýze, často nazývané biooleje (bio-oil), tvoří komplexní směs kyslíkatých derivátů různých alifatických a aromatických uhlovodíků, vody a částic koksu.
Vzhledem k obsahu vody a přítomnosti kyslíkatých sloučenin je jejich výhřevnost přibližně na 50 % výhřevnosti klasických motorových paliv.
Z dehtů se dají různými separačními způsoby získat mnohé cenné látky (např. glykoaldehydy, levoglukosan apod.). Spálením lze získat buď zdroj energie na ohřev pyrolýzního reaktoru, nebo vyrobit ve spalovací turbíně, resp. motoru elektřinu. Neupravený bioolej je většinou nemísitelný s klasickými motorovými palivy.

– Procesní plyn Pokud se použije na zplyňování čistý kyslík s vodní párou, získá se plyn s výhřevností asi 10 až 18 MJ/Nm3, při použití vzduchu je plyn silně zředěný dusíkem (asi 50 % objemu) a oxidem uhličitým (asi 10 % objemu), takže jeho výhřevnost je jen 4–7 MJ/Nm3. Výhody kyslíku jsou zřejmé, problém je levný a energeticky nenáročný zdroj kyslíku.
Z procesního plynu se musí odstranit částice, dehty a voda a jeho další použití (a čištění) závisí na tom, co je cílovým produktem zpracování biomasy:
– Použije se jako palivo pro externí zdroj tepla přímo při procesu pyrolýzy.
– Spaluje se jako palivo v motoru nebo turbíně pro výrobu elektrické energie.
– Po vyčištění a úpravě se použije jako syntézní plyn pro vyrobu metanolu, nebo pro Fischer-Tropshovy syntézu: Směs oxidu uhelnatého a vodíku za přítomnosti kobaltových katalyzátorů a při teplotách 180 až 250 °C a tlaku 2 až 4 MPa reaguje za vzniku směsi kapalných uhlovodíků různé délky řetězce, které mohou být alternativou konvenčních pohonných hmot získávaných z ropy.

Logistika zpracování 

V současnosti existují tři varianty provozů na termické zpracování rostlinné biomasy:
1. Malá lokální jednotka: Hlavním produktem je procesní plyn, který se pak použije na výrobu elektřiny v plynovém motoru nebo turbíně. Dehty a koks jsou zdrojem tepla pro proces pyrolýzy. Náklady na dopravu biomasy jsou nízké, neboť se získává z okolí (např. rychlerostoucí dřeviny).
2. Velká centrální jednotka: Cílový produkt jsou dehty a buď jejich zpracování na čisté sloučeniny, nebo jejich konverze s procesním plynem na syntézní plyn a následná Fischer-Tropschovou syntéza, případně výroba metanolu. Náklady na dopravu biomasy jsou sice větší, ale investiční a provozní náklady továrny na chemické zpracování dehtů a procesního plynu jsou nižší než při stavbě několika malých závodů.
3. Kombinované jednotky: V lokální jednotce dochází k pyrolýze a následně k výrobě elektrické energie. Vznikající dehty se pak zpracují centrálně ve zpracovatelském závodě. Snižují se investiční a provozní náklady na výrobu paliv z dehtů a také dopravní náklady (objem dehtů je nižší, než objem biomasy).
(Zdroj: Gašparovič, L., Jelemenský, Ľ., Markos, J., STU, Bratislava) 

 

Klíčové informace

– Rostlinná biomasa je významný obnovitelný zdroj energie, ale i cenných sloučenin.
– V současnosti se u nás využívá hlavně pro výrobu tepla spalováním, což je neefektivní.
– Efektivnější je termochemický rozklad pyrolýzou, respektive zplyňováním
.

 

Jiří Trnavský

Napsat komentář

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.

deník / newsletter

Odesláním souhlasíte se zpracováním osobních údajů za účelem zasílání obchodních sdělení.
Copyright © 2022 Profi Press s.r.o.
crossmenuchevron-down