przemysłowe laboratorium technologii chemicznej...

10
PIROLIZA WĘGLA I BIOMASY Przemysłowe laboratorium technologii chemicznej IB: PIROLIZA WĘGLA I BIO MASY Termin piroliza (połączenie greckich słów πῦρ - ogieo i λύσις – rozkład) oznacza rozkład cząsteczek związku chemicznego pod wpływem podwyższonej temperatury bez obecności tlenu lub innego czynnika utleniającego. Zazwyczaj w czasie procesu pirolizy następuje rozkład złożonych związków chemicznych do związków o mniejszej masie cząsteczkowej. Procesowi pirolizy mogą byd poddawane zarówno materiały organiczne (np. węgiel, biomasa, odpady), jak i nieorganiczne (surowce ceramiczne). Piroliza substancji organicznych prowadzi do otrzymania stałej pozostałości, tzw. karbonizatu i wydzielenia części lotnych w postaci smoły pirolitycznej i gazu pirolitycznego. W skali przemysłowej celem procesu pirolizy materiałów organicznych jest przetwarzanie surowców (węgiel, biomasa) do użytecznych form energii, recykling surowcowy (polimery odpadowe) oraz wytwarzanie półproduktów będących surowcami do dalszego ich wykorzystania. Piroliza surowców ceramicznych w wysokich temperaturach, powoduje ich spiekanie przy jednoczesnym usunięciu wody. Otrzymuje się w ten sposób materiały ceramiczne o dużo niższej gęstości od gęstości surowca. Termochemiczne przetwarzanie surowców pochodzenia organicznego na drodze pirolizy zalicza się do najstarszych przemysłowych procesów termicznych znanych człowiekowi. Sucha destylacja drewna znana jest od ok. 8000 lat. W jej wyniku otrzymywany jest węgiel drzewny, który stanowił podstawowy materiał w procesach metalurgicznych. Smoła dostarczała substancji do impregnacji, izolacji itp. Woda wytlewna znajdowała zastosowanie w balsamowaniu. Obecnie największe znaczenie przemysłowego zastosowania procesów pirolizy węgla i biomasy mają: koksowanie (!proszę przypomnied sobie treśd instrukcji: KOKSOWANIE WĘGLA! http://www.polymer-carbon.ch.pwr.wroc.pl ) i wytlewanie (półkoksowanie). Są to odpowiednio procesy wysokotemperaturowego i niskotemperaturowego odgazowania paliwa. Należy też pamiętad, że piroliza jest nie tylko ważnym przemysłowym procesem przetwarzania węgla i biomasy, ale także jest istotnym etapem innych procesów termochemicznego, spalania i zgazowania. W dalszej części instrukcji uwagę skupiono na procesie niskotemperaturowej pirolizy. 1. Surowce do procesu pirolizy: węgiel i biomasa Naturalne paliwa stałe są ważnymi surowcami dla współczesnego przemysłu chemicznego, a produkty ich przerobu wykorzystuje się m.in. do produkcji farb, lakierów, żywic, farmaceutyków, paliw ciekłych i stałych, węgli aktywnych, chemikaliów. W zależności od zawartości pierwiastka C wyróżnia się pięd podstawowych grup paliw stałych: Drewno Torf Węgiel brunatny Węgiel kamienny Antracyt. Podstawowymi surowcami wykorzystywanymi w procesach pirolizy są węgiel (koksowanie) i biomasa (sucha destylacja, szybka piroliza). Znajomośd struktury chemicznej tych surowców, jak i ich zachowania w trakcie pirolizy jest niezwykle istotna z punktu widzenia zastosowania optymalnych rozwiązao technologicznych (np. rodzaj reaktora/pieca), doboru warunków prowadzenia procesu (temperatura, szybkośd ogrzewania, czas trwania procesu), efektywności procesu, a także jego uciążliwości dla środowiska. Struktura chemiczna biomasy jest wyraźnie różna od struktury chemicznej węgla, co można zapisad w postaci uśrednionego wzoru sumarycznego dla biomasy jako - C 1 H 1,45 O 0,7 , a dla węgla

Upload: vukhue

Post on 01-Mar-2019

219 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

Przemysowe laboratorium technologii chemicznej IB:

PIROLIZA WGLA I BIOMASY Termin piroliza (poczenie greckich sw - ogieo i rozkad) oznacza rozkad

czsteczek zwizku chemicznego pod wpywem podwyszonej temperatury bez obecnoci tlenu lub innego czynnika utleniajcego. Zazwyczaj w czasie procesu pirolizy nastpuje rozkad zoonych zwizkw chemicznych do zwizkw o mniejszej masie czsteczkowej.

Procesowi pirolizy mog byd poddawane zarwno materiay organiczne (np. wgiel, biomasa, odpady), jak i nieorganiczne (surowce ceramiczne). Piroliza substancji organicznych prowadzi do otrzymania staej pozostaoci, tzw. karbonizatu i wydzielenia czci lotnych w postaci smoy pirolitycznej i gazu pirolitycznego. W skali przemysowej celem procesu pirolizy materiaw organicznych jest przetwarzanie surowcw (wgiel, biomasa) do uytecznych form energii, recykling surowcowy (polimery odpadowe) oraz wytwarzanie pproduktw bdcych surowcami do dalszego ich wykorzystania. Piroliza surowcw ceramicznych w wysokich temperaturach, powoduje ich spiekanie przy jednoczesnym usuniciu wody. Otrzymuje si w ten sposb materiay ceramiczne o duo niszej gstoci od gstoci surowca.

Termochemiczne przetwarzanie surowcw pochodzenia organicznego na drodze pirolizy zalicza si do najstarszych przemysowych procesw termicznych znanych czowiekowi. Sucha destylacja drewna znana jest od ok. 8000 lat. W jej wyniku otrzymywany jest wgiel drzewny, ktry stanowi podstawowy materia w procesach metalurgicznych. Smoa dostarczaa substancji do impregnacji, izolacji itp. Woda wytlewna znajdowaa zastosowanie w balsamowaniu.

Obecnie najwiksze znaczenie przemysowego zastosowania procesw pirolizy wgla i biomasy maj: koksowanie (!prosz przypomnied sobie tred instrukcji: KOKSOWANIE WGLA! http://www.polymer-carbon.ch.pwr.wroc.pl) i wytlewanie (pkoksowanie). S to odpowiednio procesy wysokotemperaturowego i niskotemperaturowego odgazowania paliwa. Naley te pamitad, e piroliza jest nie tylko wanym przemysowym procesem przetwarzania wgla i biomasy, ale take jest istotnym etapem innych procesw termochemicznego, spalania i zgazowania.

W dalszej czci instrukcji uwag skupiono na procesie niskotemperaturowej pirolizy.

1. Surowce do procesu pirolizy: wgiel i biomasa Naturalne paliwa stae s wanymi surowcami dla wspczesnego przemysu chemicznego, a

produkty ich przerobu wykorzystuje si m.in. do produkcji farb, lakierw, ywic, farmaceutykw, paliw ciekych i staych, wgli aktywnych, chemikaliw. W zalenoci od zawartoci pierwiastka C wyrnia si pid podstawowych grup paliw staych:

Drewno

Torf

Wgiel brunatny

Wgiel kamienny

Antracyt. Podstawowymi surowcami wykorzystywanymi w procesach pirolizy s wgiel (koksowanie) i

biomasa (sucha destylacja, szybka piroliza). Znajomod struktury chemicznej tych surowcw, jak i ich zachowania w trakcie pirolizy jest niezwykle istotna z punktu widzenia zastosowania optymalnych rozwizao technologicznych (np. rodzaj reaktora/pieca), doboru warunkw prowadzenia procesu (temperatura, szybkod ogrzewania, czas trwania procesu), efektywnoci procesu, a take jego uciliwoci dla rodowiska.

Struktura chemiczna biomasy jest wyranie rna od struktury chemicznej wgla, co mona zapisad w postaci urednionego wzoru sumarycznego dla biomasy jako - C1H1,45O0,7, a dla wgla

http://portalwiedzy.onet.pl/77405,,,,molekula,haslo.htmlhttp://www.polymer-carbon.ch.pwr.wroc.pl/

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

kamiennego jako C1H0,8O0,08 [1]. Tak znaczna rnica w skadzie chemicznym pomidzy obydwoma paliwami skutkuje rnicami w ich waciwociach (Tabela 1).

Tabela 1. Porwnanie skadu i waciwoci uytkowych biomasy, wgla i gazu ziemnego [2].

Soma Drewno Wgiel kamienny Gaz ziemny

Wilgod Wa, % mas. 15 30 12 0 Popi Aa, % mas. 3 1 12 0 Czci lotne Va, % mas. 73 55 25 100 Wartod opaowa, MJ/kg 15 10,5 25 48

Wgiel Ca, % mas. 43 35 59 75 Wodr Ha, % mas. 5,2 4 3,5 24 Chlor Cla, % mas. 0,2 0,1 0,08 0 Azot Na, % mas. 0,41 0,1 1 0,9 Siarka Sa, % mas. 0,13 0,1 0,8 0 Tlen Oa, % mas. 38 43 7,3 0,9

Wgiel Wgiel kamienny jest najwaniejszym staym paliwem kopalnym, zarwno pod wzgldem

jakociowym, jak i ilociowym. Sposb przemysowego wykorzystania wgla kamiennego zaley od jego parametrw uytkowych takich jak: zawartod czci lotnych, spiekalnod i wartod opaowa, ktre decyduj o klasyfikacji wgla. Wgiel kamienny stanowi podstawowy surowiec energetyczny (spalanie) i surowiec do otrzymywania koksu (koksowanie).

Wgiel kamienny jest heterogeniczn ska osadow pochodzenia organicznego, gwnie rolinnego, ktra zawiera 75-92 % mas. pierwiastka wgla (w przeliczeniu na stan suchy, bezpopioowy). Skad i struktura chemiczna wgla zmienia si w miar postpujcego procesu uwglenia. W wglu zasadnicz czd stanowi substancja organiczna, ktrej towarzyszy substancja mineralna i woda.

Podstawowym elementem struktury chemicznej wgla jest szkielet wglowy, do ktrego przyczone s pozostae pierwiastki, przede wszystkim wodr, a take heteroatomy: siarka, azot i tlen. Atomy wgla wystpuj w skondensowanych ukadach wglowodorowych i skondensowanych ukadach heterocyklicznych. Wany element struktury chemicznej wgli stanowi ukady aromatyczne o niskim stopniu kondensacji i ukady alifatyczne. Szkielet wglowy dopeniaj poczenia wgla z heteroatomami tworzc grupy funkcyjne, mostki i rozgazienia. Tlen wystpuje w postaci szeregu grup funkcyjnych, zarwno reaktywnych (-COOH, -OCH3, -C=O, -OH), jak i niereaktywnych (C-O-C, tlen wbudowany w piercieo). Azot z kolei pojawia si w wglu gwnie w ukadach cyklicznych picioczonowych (ugrupowania pirolowe), szczecioczonowych (ugrupowania pirydynowe), a take jako azot biakowy (grupy aminowe). Siarka wystpuje zarwno w poczeniach nieorganicznych (siarczki, siarczany), jak i organicznych (tiole, siarczki, tiofeny). Obecnod heteroatomw i grup funkcyjnych decyduje o rodzaju przemian zachodzcych w trakcie ogrzewania.

Biomasa Biomasa definiowana jest jako substancja organiczna, produkowana z energii sonecznej,

dwutlenku wgla (z atmosfery) i wody w wyniku reakcji fotosyntezy. Biomasa moe byd pochodzenia rolinnego lub zwierzcego, ale moe te powstawad w wyniku tzw. metabolizmu spoecznego.

W odrnieniu od innych organicznych paliw staych biomasa charakteryzuje si nisk zawartoci pierwiastka C, a jednoczenie wysok zawartoci tlenu. Inne heteroatomy, tj. siarka i azot wystpuj w biomasie w maych ilociach i w niewielkim stopniu wpywaj na przebieg procesu pirolizy.

Biomas pochodzenia rolinnego stanowi trzy podstawowe skadniki: celuloza, ktra jako wkniste wglowodany, tworzy zrb ciany komrkowej, hemiceluloza bdca polisacharydem wystpujcym w zdrewniaych tkankach rolinnych i lignina zwikszajca wytrzymaod mechaniczn

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

i chemiczn cian celulozowych. Do pozostaych skadnikw biomasy zalicza si m.in. ywice, woski, biaka i czci mineralne.

2. Piroliza paliw staych - przemiany fizykochemiczne substancji organicznej. Piroliza paliw staych takich jak wgiel, czy biomasa, jako proces termochemicznego rozkadu

substancji organicznej, prowadzi do powstawania staej pozostaoci, smoy, wody rozkadowej i gazu.

Szkielet materiau organicznego w wyniku podwyszania temperatury ulega termicznej dekompozycji z wydzieleniem zwizkw o mniejszej masie czsteczkowej. Termochemiczny rozkad skomplikowanych ukadw chemicznych jakimi s wgiel i biomasa nie da si zapisad w postaci jednej reakcji chemicznej. Najbardziej prawdopodobny jest rwnoczesny przebieg wielu reakcji pierwotnych i rozpad substancji organicznej w rnych jej miejscach. Oprcz tego zachodz wtrne reakcje, ktre znacznie zmieniaj charakter produktw wydzielajcych podczas reakcji pierwotnych. Schemat takiego przebiegu procesu pirolizy przedstawiono na poniszym rysunku:

Reakcje zachodzce w trakcie procesu pirolizy materiau organicznego zaliczane s do reakcji

rodnikowych. Wzrost temperatury powoduje rozpad najmniej trwaych wizao i zwikszanie si iloci wolnych rodnikw, ktre mog reagowad na wiele rnych sposobw. Przebieg tych reakcji zaley od rodzaju i wielkoci czstek surowca, relacji temperaturowo-czasowych, czy te rodzaju i cinienia atmosfery gazowej panujcych w reaktorze [1]. Niezwykle wan rol w przebiegu reakcji pirolizy odgrywaj grupy funkcyjne i obecnod wodoru, ktry stabilizuje wolne rodniki. Uproszczony przebieg reakcji, ktre mog zachodzid podczas pirolizy substancji organicznej przedstawiono poniej [3]:

Rozkad termiczny wizao matrycy organicznej

R : R R + R

Przyczenie wodoru pochodzcego z zewntrznych i wewntrznych rde

R + H R : H

Rozpad rodnika

R + R: H + R

Dysproporcjonowanie wodoru

2R R : H + R-CH=CH2

czenie rodnikw

R + R R : R W trakcie reakcji rozkadu termicznego paliw wydzielaj si substancje zarwno reaktywne, jak i

niereaktywne. Substancje reaktywne mog ulegad wtrnym reakcjom rozkadu, a wysokoczsteczkowe skadniki w reakcjach polimeryzacji, kondensacji i rekombinacji tworz sta pozostaod o rnych waciwociach i strukturze.

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

Szybkod ogrzewania prbek ma decydujcy wpyw zarwno na wydajnod produktw, jak i na przebieg reakcji, a w konsekwencji na rodzaj produktw rozkadu. Im wiksza szybkod ogrzewania prbek i szybsze chodzenie produktw rozkadu, tym mniej reakcji wtrnych zachodzi w czasie rozkadu paliwa.

3. Przemysowe procesy pirolizy Naturalne paliwa stae (wgiel brunatny, wgiel kamienny, biomasa) w najwikszym stopniu

wykorzystuje si w procesach termochemicznego przetwarzania, do ktrych nale:

spalanie proces termochemiczny prowadzony w obecnoci tlenu; podstawowymi produktami procesu s CO2 i H2O;

zgazowanie proces cakowitej przemiany termochemicznej, przeprowadzany w obecnoci tlenu lub powietrza z dodatkiem pary wodnej; produktem jest mieszanina gazw palnych, przede wszystkim CO, H2 i wglowodorw jako potencjalnego paliwa;

piroliza proces termochemiczny prowadzony bez dostpu powietrza, w wyniku ktrego powstaj produkty stae, cieke i gazowe;

upynnianie proces, ktrego celem jest wytwarzanie ciekych paliw z naturalnych paliw staych. Rozrniamy kilka rodzajw pirolizy ze wzgldu na stosowane warunki procesu takie jak

temperatura, szybkod nagrzewania, stopieo rozdrobnienia, czas wygrzewania w temperaturze koocowej, Tabela 2. Moe to byd piroliza konwencjonalna, szybka lub byskawiczna, przy czym ta ostatnia nie ma zastosowania w wikszej skali.

Tabela 2 Gwne parametry dla rnych procesw pirolizy

Warunki procesu Konwencjonalna piroliza Szybka piroliza Byskawiczna piroliza

Temperatura *C+ 300 700 600 1000 800 1000

Szybkod nagrzewania *C/s+ 0,1 1 10 200 1000

Czas przebywania w temperaturze koocowej *s+

600 - 6000 0,5 5

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

Wolna piroliza jest tradycyjnie uywana do produkcji wgla drzewnego. Proces szybkiej pirolizy stosuje si na szerok skal do produkcji paliw, rozpuszczalnikw, chemikaliw i innych produktw pozyskiwanych z biomasy. Szybka piroliza przeprowadzana w umiarkowanej temperaturze jest metod otrzymywania wysokiej jakoci produktw ciekych.

Piroliza wolna W wolnej pirolizie substancja organiczna ogrzewana jest do temperatury ok. 500C z szybkoci

od kilku do kilkudziesiciu stopni na minut. Lotne produkty procesu wydzielaj si stopniowo co powoduje, e skadniki gazw reaguj z innymi skadnikami staej pozostaoci, czy oleju pirolitycznego. Powstae pary s w sposb cigy odprowadzane i formowane do oleju. Proces pirolizy moe trwad kilka minut lub nawet kilkanacie godzin. Poniej przedstawiono wspczesne retorty do wypalania wgla drzewnego (Lipna, Beskid Niski).

Piroliza szybka W ostatnich latach wzroso zainteresowanie szybk piroliz biomasy, poniewa jest ona

najbardziej optymalnym procesem otrzymywania bio-oleju. Najwaniejszymi cechami przemawiajcymi za wykorzystaniem szybkiej pirolizy do produkcji bio-oleju z biomasy s :

krtki czas reakcji,

moliwod szybkiego chodzenia par dajce due wydajnoci produktw pynnych,

moliwod starannego i precyzyjnego doboru warunkw temperaturowych reakcji. Podstawowe waciwoci szybkiej pirolizy to:

bardzo szybkie ogrzewanie (ok. 100/s);

temperatura reakcji 425-500C;

krtki czas procesu;

szybkie schadzanie lotnych produktw do bio-oleju. W wyniku szybkiej pirolizy substancja organiczna rozkada si do par, aerozoli i staej

pozostaoci. Pary i aerozole po ochodzeniu i kondensacji tworz ciemno-brzow ciecz. W zalenoci od rodzaju uytego wsadu, powstaje 60-70% mas. ciekego bio-oleju, 15-25% mas. staej pozostaoci i 10-20% nie skroplonych gazw. Szybkie ogrzewanie i szybkie chodzenie powoduje powstawanie z wysokoczsteczkowych gazw podstawowego produktu: bio-oleju. W wyszej temperaturze gwnym produktem jest gaz. Krtki czas reakcji minimalizuje tworzenie staej pozostaoci. Wytwarzany w szybkiej pirolizie olej stanowi produkt przeznaczony do dalszej przerbki, a staa pozostaod i gazy s zawracane do procesu i wykorzystywane jako paliwo, co przedstawiono na poniszym rysunku.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Charcoal_retorts_cm01.jpg

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

4. Produkty pirolizy W wyniku niskotemperaturowej pirolizy paliw staych otrzymywane s:

staa pozostaod (pkoks, wgiel drzewny),

smoa pirolityczna,

woda rozkadowa,

gaz pirolityczny.

W poniszej tabeli przedstawiono wydajnoci produktw niskotemperaturowej pirolizy wgla kamiennego i biomasy. Rozkad termiczny biomasy skutkuje wydzielaniem znacznie wikszych iloci smoy, wody rozkadowej i gazu, co wynika bezporednio z budowy obu paliw. Dla obu paliw gwnym produktem rozkadu jest pkoks. Tabela 3. Wydajnoci podstawowych produktw pirolizy wgla i biomasy [4]

Pkoks, % Smoa, % Woda rozkadowa, % Gaz, %

Wgiel kamienny 62-88 3-17 3,5-9 4-9

Drewno 35-40 10-24 26-33 14-16

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

Produkty pirolizy wgla Pkoks otrzymywany z wgla kamiennego w procesie niskotemperaturowego odgazowania

(wytlewania) jest materiaem charakteryzujcym si waciwociami porednimi midzy waciwociami wgla i koksu. Pkoks jest produktem powstaym w wyniku odgazowania, dlatego nie zawiera substancji smolistych i z powodzeniem moe byd stosowany jako paliwo bezdymne o wysokiej wartoci opaowej 30-33 MJ/kg. W zalenoci od rodzaju wgla i sposobu jego wytlewania zmieniaj si waciwoci mechaniczne (wytrzymaod) i reakcyjnod pkoksu.

Smoa pirolityczna z wgla kamiennego jest ciemnobrunatn ciecz o ostrym, charakterystycznym zapachu. W odrnieniu od smoy wysokotemperaturowej smoa wytlewna charakteryzuje si znacznie nisz zawartoci wglowodorw aromatycznych. Zawiera wiksze iloci

alkilobenzenw i ich pochodnych hydroksylowych, wglowodorw alifatycznych nasyconych i nienasyconych. Nie wystpuj w niej naftalen i antracen, powstajce w wyszych temperaturach (powyej 550C).

Woda rozkadowa otrzymywana w procesie niskotemperaturowej pirolizy wgla kamiennego zawiera znaczne iloci fenoli, a take zwizki nieorganiczne, np. amoniak, siarkowodr. Ilod wody powstajcej w procesie pirolizy zaley zarwno od surowca, jak i metody pirolizy. Zwykle jej wydajnod waha si w granicach od 3 do 10 % mas.

Skad i waciwoci gazu pirolitycznego otrzymanego na drodze niskotemperaturowej pirolizy wgla kamiennego zale od jakoci surowca, metody pirolizy i temperatury odgazowania. W niszych temperaturach rozkadu wydzielaj si znaczne iloci ditlenku wgla i tlenku wgla, podczas gdy w wyszych temperaturach ronie wydzielanie wodoru i metanu. W zalenoci od skadu rna jest wartod opaowa gazu (7-30 MJ/m3).

Produkty pirolizy biomasy Wgiel drzewny jest sta pozostaoci po procesie pirolizy drewna, tzw. suchej destylacji. Ze

wzgldu na zrnicowane waciwoci tego produktu pirolizy, znalaz on zastosowanie w wielu gaziach przemysu. Stosowany jest w przemyle chemicznym, farmaceutycznym i spoywczym nie tylko z powodu niskiej zawartoci siarki i fosforu, ale rwnie ze wzgldu na jego waciwoci strukturalne i du reaktywnod. Pkoks jest jednym z najlepszych surowcw wykorzystywanym do produkcji wgla aktywnego. Wynika to z faktu, i zachowuje on struktur komrkow pozostaoci rolinnych, ktra dodatkowo moe zostad udoskonalona w procesie aktywacji fizycznej lub chemicznej. Wytwarzanie wgli aktywnych z drewna, porednio poprzez proces pirolizy jest wan gazi tego przemysu. Otrzymuje si materiay o wysokich zdolnociach adsorpcyjnych stosowane np. do klarowania, odbarwiania pynw, filtracji wody, usuwania ladw substancji niepodanych w tym fenoli, acetonu, benzolu. Wrd przykadw zastosowania wgla drzewnego mona wymienid take produkcj miedzi, brzu, niklu, aluminium, manganu, jak rwnie disiarczku wgla, wgliku wapnia, wgliku krzemu i cyjanku sodu.

Najpopularniejszym wykorzystaniem wgla drzewnego lub brykietw wgla drzewnego jest spalanie.

Cieky produkt z procesu pirolizy biomasy (bio-olej) skada si z dwch faz: olejowej oraz wodnej, zawierajcej znaczne iloci zwizkw tlenowych o maej masie czsteczkowej. Bio-olej jest wieloskadnikow mieszanin skadajc si z czsteczek o rnej wielkoci, pochodzcych z depolimeryzacji i fragmentacji trzech kluczowych skadnikw biomasy: celulozy, hemicelulozy oraz

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

ligniny. Skad chemiczny bio-oleju jest bardziej podobny do biomasy ni do olejw ropopochodnych. Waciwoci fizyczne oraz skad elementarny zestawione zosta w poniszej tabeli.

Tabela 4. Typowe waciwoci i skad bio-oleju [5]

Du grup zwizkw zidentyfikowanych w olejach pirolitycznych s: kwasy karboksylowe,

alkohole, fenole, estry, aldehydy, ketony oraz heterocykliczne poczenia tlenowe. Woda w bio-oleju pochodzi gwnie z wilgoci materiau, ale take jest produktem reakcji

dehydratacji zachodzcej podczas pirolizy. Dlatego jej zawartod zmienia si w szerokim zakresie (15-30%), w zalenoci od materiau i warunkw procesu. Faza wodna zawiera niektre zwizki takie jak kwas octowy, fenole, czy hydroksyaceton, z ktrych mog byd pozyskiwane uyteczne chemikalia.

Gaz pirolityczny Gwnymi skadnikami gazu otrzymanego na drodze pirolizy biomasy s CO2, CO i wglowodory

np. metan, etan. Jest to produkt o niskiej kalorycznoci, rzdu 6-8 MJ/m3.

Waciwoci fizyczne Typowe wartoci

Zawartod wody [%mas] 20-30

pH 2,5

Ciar waciwy *g/cm3] 1,20

Zawartod popiou *%mas+ 0-0,2

Wartod opaowa *MJ/kg+ 16-19

Lepkod w 40 C [cP] 40-100

Staa pozostaod *%mas+ 0,1-0,5

Analiza elementarna [%mas]

C 55-58

H 5,5-7,0

O 35-40

N 0-0,2

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

Poniej przedstawiono schemat bio-rafinerii obrazujcy wielokierunkowe moliwoci

wykorzystania produktw szybkiej pirolizy biomasy i zdjcie instalacji do szybkiej pirolizy biomasy

firmy Dynamotive Energy Systems Corporation, wiatowego lidera w produkcji bio-oleju.

PIROLIZA WGLA I BIOMASY

5. Wykonanie wiczenia

Celem wiczenia jest: przeprowadzenie (1) wolnej pirolizy wgla i biomasy oraz (2) szybkiej pirolizy biomasy w

warunkach laboratoryjnych;

okrelenie wydajnoci produktw pirolizy;

zbadanie waciwoci otrzymanego pkoksu: oznaczenie zawartoci czci lotnych oraz wytrzymaoci mechanicznej metod bbnowania w bbnie Rogi;

opracowanie wynikw badao i przygotowanie sprawozdania

1. Piroliza wgla i biomasy Odwak 5 g prbki wgla/biomasy o uziarnieniu 0,2 mm przenied do rodkowej czci retorty. Nastpnie prbk rozprowadzid rwn warstw za pomoc prta na dugoci ok 15 cm. Reaktor umiecid w piecu, a nastpnie poczyd z odbieralnikiem ciekych produktw pirolizy. Do reaktora podczyd doprowadzenie gazu nonego. Warunki procesu pirolizy:

Temperatura koocowa: 500C

Szybkod ogrzewania prbki: (1) 20C/min, (2) 100C/s.

Gaz nony: Azot; przepyw gazu: 10 dm3/h.

2. Okrelenie wydajnoci produktw pirolizy Naley oznaczyd wydajnod produktw pirolizy badanego wgla i biomasy: pkoksu, smoy,

wody rozkadowej i gazu w stosunku do masy surowca. W tym celu przed procesem koksowania naley zwayd prbk wgla/biomasy, reaktor oraz odbieralnik produktw ciekych. Po zakooczeniu procesu naley zwayd ostudzony reaktor z pkoksem i odbieralnik zawierajcy smo i wod. Nastpnie zawartod odbieralnika przenied ilociowo za pomoc maych porcji ksylenu do poowy objtoci kolby o objtoci 250 cm3. Kolb umiecid w koszu grzewczym, poczyd z chodnic zwrotn i odbieralnikiem i ogrzewad w celu oddestylowania wody. Po zakooczeniu skraplania wody prowadzid destylacj jeszcze przez 10 minut, a po ochodzeniu destylatu odczytad objtod wody w odbieralniku.

Obliczenia wykonad zgodnie z instrukcj stanowiskow.

3.Badanie waciwoci pkoksu Badania waciwoci pkoksu obejmuj oznaczenie zawartoci czci lotnych oraz okrelenie

wytrzymaoci mechanicznej metod bbnowania. Koks (otrzymany od prowadzcego) naley podzielid na dwie czci. Jedn przeznaczyd do okrelenia wytrzymaoci, drug do analizy technicznej.

Analiza techniczna pkoksu Prb koksu rozdrobnid do ziarna poniej 0,2 mm. Nastpnie wykonad oznaczenie zawartoci

wilgoci, popiou i czci lotnych wg normy. (instrukcja stanowiskowa)

Oznaczanie wytrzymaoci mechanicznej (WM) koksu Wytrzymaod mechaniczn koksu okrela si metod bbnowania w bbnie Rogi. Dwa kawaki

otrzymanego koksu (po okoo 2,5-3 g kady) naley poddad trzykrotnemu bbnowaniu przez 5 minut a nastpnie po kadym bbnowaniu odsiad podziarno na sicie o oczkach 1 mm i zwayd otrzymany odsiew. (instrukcja stanowiskowa)