Spracovanie dreva a odpadovej biomasy pyrolýzou Emília Hroncová Juraj Ladomerský Technical University in Zvolen Faculty of Ecology and Environmental Sciences Department of Environmental Engineering T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen Matej Bel University Banská Bystrica Faculty of Natural Sciences Department of Environmental Management Tajovského 40, 960 53 emilia.hroncova@gmail.com jladomersky@yahoo.co.uk

Cieľom predloženého príspevku je poukázať na potrebu dodržiavania emisných limitov pri spracovaní dreva a odpadovej biomasy pyrolýzou.

termická-oxidácia s celým komplexom dejov a reakcií Pri termických spôsoboch zhodnocovania organických surovín, vždy dochádza k chemickým zmenám pôvodného zloženia. Pyrolýza olej tuhý zvyšok plyn Splynovanie syntézny plyn využíva energeticky priamo spaľovaním po čistení a preprave plynovým potrubím na mieste určenia Spaľovanie termická-oxidácia s celým komplexom dejov a reakcií

Princíp retorty plyny plášť retorty drevo priamy ohrev nepriamy ohrev buď / alebo nepriamy ohrev spaľovanie plynov drevo plyny

Principiálne možnosti využitia tepla pri výrobe dreveného uhlia Systém s vnútorným ohrevom Systém s vonkajším ohrevom PLYN DECHT DREVENÉ UHLIE PALIVO VZDUCH PLYN DECHT DREVENÉ UHLIE PALIVO Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP a priamym vstupom spalín do reaktora Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP PLYN DECHT DREVENÉ UHLIE PALIVO VZDUCH C a nepriamym vstupom spalín do reaktora PLYN DECHT DREVENÉ UHLIE PALIVO VZDUCH C

Podľa teploty môžeme pyrolýzu rozdeliť > 800°C vysokoteplotná pyrolýza 400 – 800°C stredneteplotnú pyrolýzu 250 – 400°C nízkoteplotná pyrolýza 180 – 250 °C torifikácia

Zmeny v organickej hmote do 150°C sušenie, tvorba vodnej pary odparujú sa veľmi ľahko PL 150 - 250 °C uvoľňuje sa zo zložiek organickej hmoty chemicky viazaná voda a veľmi slabo viazané bočné reťazce odštiepenie bočných reťazcov z vysokomol. látok rozkladajú sa zložky organickej hmoty a prechádzajú do plynnej fázy (pyrolýzny plyn), kvapalnej olejovitej fázy a zlúčenín charakteru dechtov (pyrolýzny olej)   tuhého uhlíkatého zvyšku (pyrolýzny koks) 250 - 500 °C 500 – 800 °C z kvapalnej aj tuhej frakcie vznikajú jednoduché plynné látky, prevažne H2, CO a CH4 (splynovanie) 800 – 1200 °C ďalšie štiepenie uhľovodíkov, čo už vedie k nižšej výhrevnosti pyrolýzneho plynu, ale vyšším výťažkom nad 1200°C tavia sa anorganické zložky O a môže vznikať troska.

Zaniknutá história výroby dreveného uhlia na Strednom Slovensku (Konečná, Bakošová 2011) Súčasné milierstvo v Nemecku ako projekt rozvoja vidieka Bad Kohlgrub

Tradičné výroby dreveného uhlia

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov EL pre výrobu dreveného uhlia EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja v spaľovacom motore

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 1 Emisie sú vzťahované na referenčné podmienky: teplota 273 K (0°C), tlak 101,3 kPa, suchý plyn, obsah kyslíka v spalinách 11%obj., (s výnimkou pre spaľovanie odpadového oleja, kde je obsah kyslíka, 3%obj.). Emisné limity pre oxid uhoľnatý (a) 50 mg.mn-3 ako priemerná denná hodnota; (b) 100 mg.mn-3 ako priemerná hodinová hodnota; (c) 150 mg.mn-3 najmenej 95 % všetkých hodnôt určených ako 10 minútové priemerné hodnoty v intervale 24 hodín.

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 2 Tab. 1 Priemerné hodinové hodnoty Znečisťujúca látka c [mg.mn-3] Prchavé organické látky vyjadrené ako celkový organický uhlík 20 Tuhé znečisťujúce látky 30 HCl HF 2 SO2 300 Dioxíny (vzorkované 6-8 h) 0,1 ng.m-3 Poznámka: Nie je dovolené zrieďovať spaliny, aby sa neprekračovali EL.

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 3 Pre kovy, vrátane kovu vo forme plynu alebo pary, sú určené tieto EL (vzorkovanie medzi 0,5 až 8 h): Cd, Tl (ako súčet koncentrácií) 0,05 mg.mn-3 Hg 0,05 mg.mn-3 Sb, As, Cr, Co, Cu, Pb, Mn, Ni, Sn, (ako súčet koncentrácií) 0,5 mg.mn-3 Emisie zápachu z procesu nesmú byť detegovateľné mimo hraníc, kde sa proces realizuje. S výnimkou 5 minútového štartu zariadenia zo studeného stavu nesmie byť viditeľný dym.

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 4 Fugitívne a neočakávané emisie, napr.: Tuhé znečisťujúce látky a zápach počas nakladania so surovinou, popolčekom a škvarou. Fugitívne emisie z tesnení, dverí a potrubí. Straty prchavých organických látok počas skladovania, plnenia a vyprázdňovania nádrží s rozpúšťadlami a i.

EL pre výrobu dreveného uhlia 1 EL pre nové zariadenia, podmienky platnosti EL: štandardné stavové podmienky, vlhký plyn v prepočte na referenčný kyslík 17 %. EL pre nové zariadenia pre výrobu dreveného uhlia Projektovaná kapacita výroby dreveného uhlia EL [mg.m-3] [kg.d-1] TZL CO TOC < 1 000 50 800 100 ≥ 1 000 TZL – tuhé znečisťujúce látky TOC – organické látky vyjadrené ako celkový organický uhlík

s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja 1 § 19 ods. (2) vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z.z. špecifické požiadavky tejto časti sa neuplatňujú na zariadenia na splyňovanie a pyrolýzu O, ak plyny získané takýmto tepelným spracovaním O sú vyčistené do takej miery, že pred spaľovaním už nie sú ODPADOM a zodpovedajú požiadavkám na kvalitu palív podľa príslušnej vyhlášky o kvalite palív k zákonu o ovzduší, a pri spaľovaní nemôžu spôsobovať vyššie a iné emisie, ako sú ustanovené emisné limity a technické požiadavky pre spaľovanie zemného plynu.

s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja 2 V opačnom prípade, ak sa pyrolýzne plyny nečistia, ale spaľujú v zariadení na spaľovanie palív, potom sa na daný prípad môžeme pozerať ako na spaľovanie daného paliva. Teda EL sa uplatňujú ako pre spaľovanie biomasy (tab. 3).

Tab. 3 EL pre spaľovanie biomasy Podmienky platnosti EL Štandardné stavové podmienky, suchý plyn, O2ref: 11 % objemu EL pre ďalšie ZL sa neustanovujú a neuplatňujú sa ani všeobecne platné EL. Pritom však treba využiť dostupné opatrenia s ohľadom na primeranosť nákladov na obmedzenie ich emisií. Pre špecifické technológie na nepriamy procesný ohrev, ako sú pekárenské cyklotermické pece, téglikové taviace pece a ohrevy taviacich vaní, kde konštrukčné riešenie zariadenia umožňuje iba obmedzene ovplyvniť vznik emisií, správny orgán môže určiť miernejšie EL individuálne. Na spaľovacie zariadenie, ktoré je podľa povolenia alebo dokumentácie používané výlučne na núdzovú prevádzku, ak je jeho prevádzka ≤ 240 h/rok, sa EL neuplatňujú. Emisie z takéhoto zariadenia musia zodpovedať technickej požiadavke. MTP [MW] Emisný limit [mg/m3] od do TZL SO2 NOx CO TOC Spaľovacie s vydaným povolením do 31. decembra 2010 ≥ 0,3 ≤ 7 150, 2501) - 650 850 50, 1001) >7   150 250 50 Spaľovacie zariadenia s vydaným povolením od 1. januára 2011 do 31. decembra 2013 < 1 350 400 ≥ 1 < 5 20 ≥ 5 < 10 150, 2502) ≥ 10 Spaľovacie zariadenia s vydaným povolením od 1. januára 2014 1) Platí pre zariadenia s vydaným povolením do 31. augusta 2009. 2) Platí pre spaľovanie slamy.

EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja v spaľovacom motore 1 Ak pyrolýzny plyn a pyrolýzny olej vyrobených z odpadov sú vyčistené do takej miery, že zodpovedajú požiadavkám na palivá a pri ich spaľovaní v spaľovacom motore nevznikajú významnejšie emisie ako zo spaľovania palív, môžeme hovoriť o konci odpadu a na tieto prípady sa vzťahujú EL pre spaľovacie motory podľa vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z.z. sú uvedené v tab. 4.

Tab. 4 EL pre spaľovanie v piestových spaľovacích motoroch Podmienky platnosti EL Štandardné stavové podmienky, suchý plyn, O2ref: 5 % objemu Pre zariadenie používané výlučne na núdzovú prevádzku, ak je v prevádzke < 500 h/rok, sa emisné limity neuplatňujú. Všeobecné emisné limity sa neuplatňujú okrem všeobecných emisných limitov pre tuhé anorganické znečisťujúce látky zaradené v 2. skupine, ktoré platia, ak sa emisné limity pre TZL dosahujú odlučovaním. Typy motorov MTP [MW] Emisný limit [mg.m-3] od do TZL NOx CO Formaldehyd1) Vznetové (dieselové) motory ≥ 0,3 < 3 202), 1303) 1 000, 4 0004) 650 60 ≥ 3 < 5 500, 2 0004) ≥ 5 202) 5), 1303) 500, 6006) Zážihové (plynové) motory ≥0,3 < 1 201), 1302) 500, 8007) 650, 1 3003) ≥ 1 202)5), 1303) 2508), 5009) Dvojpalivové motory Plynné palivá 202) 500 Kvapalné palivá 205), 130 600 1) Platí na spaľovanie bioplynu; pre zariadenia povolené do 1. januára 2013 platí od 1. januára 2016. 2) Platí na spaľovanie plynných palív v zriadeniach povolených od 1. januára 2014; pre ZPN z verejnej distribučnej siete a skvapalnené uhľovodíkové plyny sa špecifický emisný limit neuplatňuje. 3) Platí na spaľovanie kvapalných palív povolené do 31. decembra 2013. 4) Platí pre spaľovacie zariadenia s povolením vydaným do 31. augusta 2009. 5) Platí pre zariadenia na spaľovanie kvapalných palív povolené od 1. januára 2014. 6) Platí pre motory s MTP (5 – 20) MW s rýchlosťou otáčok ≤ 1200 rpm spaľujúce ťažký vykurovací olej a kvapalné biopalivá/oleje. 7) Platí pre dvojtaktné motory. 8) Platí pre motory spaľujúce chudobnú zmes paliva. 9) Platí pre motory spaľujúce štandardnú zmes paliva a obohatenú zmes paliva, ktoré sú vybavené katalyzátorom.

RETORTY objem 4 - 12 m3 priemer 2,4 m a výška 2,65 m drevo priemer 8 až 20 cm obsahu vody okolo 25 %

Parametre OP z retorty o objeme 12 m3 s pôvodným systémom spaľovania pyrolýznych plynov (s približným rozpätím hodnôt) Parameter a rozmer Hodnota Prietok plynu za prevádzkových podmienok [m3.h-1] 7200 ± 720 Prietok plynu za norm. podmienok (0 °C, 101,325 kPa) [m3.h-1] 2630 ± 263 Prietok plynu za norm. pod. v prepočte na suchý plyn [m3.h-1] 2440 ± 244 Fiktívna vlhkosť [kg.m-3] 0,05 ± 0,04 Teplota v komíne (v mieste merania emisií) [oC] 530 ± 80 Priemerná polhodinová koncentrácia kyslíka [%] 12 ± 4

VÝVOJ MALEJ RETORTY SO ZNÍŽENÝMI EMISIAMI RETORTA Objem 2 m3 1. fáza ohrev a sušenie (6 h, t = 250-450°C) 2. fáza karbonizácia (4 h, t = 450-600°C)

Koncept hybridnej retorty typu ADAM Fáza I.: Ohrev a sušenie dreva pohľad zo zadnej strany K2 Fáza II.: Vývoj a spaľovanie pyrolýznych plynov K1 K1 K2 pohľad z prednej strany Pôdorys retorty so znázornením prúdenia spalín pod retortou K1 K2 prúdenie spalín v retorte prúdenie pyrolýznych plynov v retorte drevo

ZÁVER Čistenie PP je možné viacerými technikami. Všetky známe techniky znižovania emisií PP s výnimkou popísaného spôsobu by znamenali mnohonásobné prekročenie investičných a prevádzkových nákladov na vlastnú technológiu a preto ich z hľadiska primeranosti nákladov nemôžeme považovať za akceptovateľné pre zdroje tejto kapacity. Pre zabezpečenie minimalizácie emisií TOC sme navrhli dostavbu dopaľovacieho reaktora: Predĺžiť zdržný čas plynov. Okrem toho zmenou smerov prúdenia spalín (zvýšením turbulencie) je potrebné zabezpečiť lepšie vzájomné premiešavanie sa plynov pri dohorievaní. Na základe merania optimalizovať prívod sekundárneho spaľovacieho vzduchu.

Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-0353-11 „Návrh a realizácia pilotnej retorty so zníženými emisiami na výrobu biouhlia pre marginálne zóny a overovacie aplikácie“. ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ Technical University in Zvolen Faculty of Ecology and Environmental Sciences Department of Environmental Engineering T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen Matej Bel University Banská Bystrica Faculty of Natural Sciences Department of Environmental Management Tajovského 40, 960 53 emilia.hroncova@gmail.com jladomersky@yahoo.co.uk