1. 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, Zvolen
Matej Bel University Banská Bystrica
Faculty of Natural Sciences
Department of Environmental Management
Tajovského 40,

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

3. 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

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

5. 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

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

7. Zmeny v organickej hmote
do 150°C
sušenie, tvorba vodnej pary odparujú sa veľmi ľahko PL °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) °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.

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

9. Tradičné výroby dreveného uhlia

10. 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

11. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov1
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.

12. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov2
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.

13. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov3
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 ,05 mg.mn-3
Sb, As, Cr, Co, Cu, Pb, Mn, Ni, Sn,
(ako súčet koncentrácií) ,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.

14. EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov4
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.

15. EL pre výrobu dreveného uhlia1
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

16. 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.

17. 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).

18. 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 ) Platí pre spaľovanie slamy.

19. EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja v spaľovacom motore1
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.

20. 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, )
650 60
≥ 3
< 5
500, )
≥ 5
202) 5), 1303)
500, 6006)
Zážihové (plynové) motory
≥0,3
< 1
201), 1302)
500, 8007)
650, )
≥ 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.

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

22. 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

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

24. 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

25. 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.

26. 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, Zvolen
Matej Bel University Banská Bystrica
Faculty of Natural Sciences
Department of Environmental Management
Tajovského 40,