Gorące tematy: Wolni i Solidarni Smoleńsk Zostań BLOGEREM! RSS Kontakt
Uwaga! Wygląda na to, że Twoja przeglądarka nie obsługuje JavaScript. JavaScript jest wymagany do poprawnego działania serwisu!
21 postów 423 komentarze

Shoovar44

Shoovar44 - И здесь они не имеют зла, они видят зеленые травы. И внимают шелестам по воле божьей, и это счастье для тех людей. (Ks. Welesa 26-III)

Pyroliza biomasy

ZACHOWAJ ARTYKUŁ POLEĆ ZNAJOMYM

Słów kilka o pyrolizie biomasy, jej możliwościach i perspektywach

 

            Pyrolizę można datować wstecz do co najmniej czasów starożytnego Egiptu, gdzie stosowano pyrolizę do produkcji min. smoły do uszczelniania łodzi jak również składników do balsamacji zwłok. Proces pyrolizy został poprawiony od tamtego czasu i jest teraz szeroko używany przy produkcji węgla drzewnego. W latach 1980-tych badacze odkryli, że można zwiększyć ilość pyrolitycznego oleju poprzez zastosowanie szybkiej pyrolizy, gdzie wkład z biomasy jest podgrzewany raptownie a powstające opary są równie gwałtownie schładzane.
W kontraście do paliw kopalnych, użycie biomasy do produkcji energii, dostarcza istotnych środowiskowych przewag. Wzrost roślin wymaga pobierania z atmosfery CO2, który podczas spalania jest uwalniany ponownie, tworząc zbilansowany system. Pyrolityczny rozkład drewna/celulozy produkuje dużą liczbę substancji chemicznych. Niektóre z tych chemikaliów może być użyta jako substytut konwencjonalnych paliw.
Termiczne procesy degradacji można podzielić na gazyfikację, skraplanie/upłynnianie                       ( liquefaction) i pyrolizę. Podczas „upłynniania” również powstają gazy i cząstki stałe. Podczas gazyfikacji powstają: wodór, tlenek węgla, dwutlenek węgla, oraz w wyniku częściowego spalania woda. Gazyfikacja produkuje również węglowodory, zwłaszcza przy zastosowaniu niższych temperatur i specjalnego rodzaju reaktora pyrolitycznego. Pyroliza przekształca masę organiczną w gaz, płyn i węgiel.
Pyroliza jest to proces termo- chemicznej dekompozycji materiału przy braku tlenu, lub gdy znacznie mniej tlenu jest obecne, niż wymagane jest do spalania. Pyroliza jest trudna do dokładnego zdefiniowania, zwłaszcza gdy mówimy o biomasie. Starsze materiały źródłowe, generalnie zrównują pyrolizę z karbonizowaniem (zwęglaniem), gdzie głównym produktem jest węgiel. Dziś, pod terminem pyroliza rozumiemy proces gdzie preferowanym produkterm jest faza płynna.
 
Generalne zmiany zachodzące podczas pyrolizy:
1- ciepło jest przenoszone ze źródła ciepła do środka materiału poddawanego obróbce;
2- zapoczątkowane zostają pierwszorzędowe reakcje pyrolityczne, w tej podwyższonej temperaturze uwalniane zostają substancje lotne i rozpoczyna się zwęglanie;
3- przepływ substancji lotnych w kierunku zimniejszych cząstek materiału, powoduje przenoszeniem ciepła pomiędzy gorącymi substancjami lotnymi i zimniejszym, niespolaryzowanym paliwem;
4- kondensacja substancji lotnych w chłodniejszych partiach materiału, poprzedzona przez kolejną reakcję pyrolityczną, może produkować smołę;
5- auokatalityczne reakcje drugiego rzędu pyrolizy zachodzą symultanicznie wraz z pierwszorzędowymi reakcjami pyrolitycznymi (punkt 2); i
6- dalsza termalna dekompozycja, przekształcanie, reakcje przenoszące gaz i wodę, rekombinacje wolnych rodników i dehydracja, również mogą wystąpić i zależą od profilu procesów technologicznych: czas/temperatura/ciśnienie.
 
Rozaje pyrolizy
 
Proces pyrolizy może być konwencjonalny bądź też szybki, w zależności od warunków które są stosowane. Konwencjonalna pyroliza bywa również zwana powolną. Terminy „wolna pyroliza” i „szybka pyroliza” są poniekąd arbitralne i nie posiadają dokładnych definicji czasu i skal temperaturowych. Wiele pyroliz jest wykonywanych w wartościach które nie są postrzegane jako szybkie bądź wolne, ale są przeprowadzane w szerokim spektrum wartości pomiędzy tymi dwoma skrajnościami.
 
1.     Pyroliza konwencjonalna. Konwencjonalna powolna pyroliza była stosowana przez tysiące lat, głównie do produkcji węgla dzewnego. W powolnej pyrolizie drewna, biomasa podgrzewana jest do 500°C. Obecność substancji lotnych wacha się od 5 minut do 30 minut. Substancje lotne nie są uwalniane gwałtownie, jak to ma miejsce przy szybkiej pyrolizie. Tak więc, cząsteczki w fazie lotnej reagują ze sobą ciągle, podczas gdy węgiel i płyn są formowane. Tempo podgrzewania materiału w konwencjonalnej pyrolizie jest dużo wolniejsze niż te stosowane w szykiej pyrolizie. Materiał może być trzymany w stałej temperaturze lub wolno podgrzewany. Substancje lotne mogą być usuwane na bieżąco, podczas ich powstawania. Kolejnym wariantem jest próżniowa pyroliza, która może być stosowana zarówno przy konwencjonalnej jak i szybkiej pyrolizie.
 
2.     Szybka pyroliza –jest wysokotemperaturowym procesem w który biomasa jest gwałtownie podgrzewana, przy odciętym dostępie tlenu. Dekompozycja biomasy generuje substancje lotne, aerozole i trochę węglo podobnej smoły. Po ochłodzeniu i kondensacji substancji lotnych i aerozoli, powstaje brązowy płyn który możemy nazwać – bio-olej. Szybka pyroliza produkuje 60%–75% bio-oleju, 15%–25% węgla i 10%–20% niekondensowalnych gazów, wszystko zależy od użytego materiału. Nie powstają żadne odpady ani zanieczyszczenia, ponieważ zarówno bio- olej, jaki i węgiel mogą zostać użyte jako paliwo, a gaz jest używany w trakcie procesu. Proces szybkiej pyrolizy wykorzystuje dużo szybsze tempo podgrzewania materiału niż konwencjonalna
 
Podczas procesu pyrolizy obowiązują cztery zasady:
        Po pierwsze, bardzo wysoka temperatura i szybkość podgrzewania masy, co zazwyczaj wymaga mocnego rozdrobnienia biomasy.
        Po drugie, używana jest dokładnie kontrolowana temperatura reakcji, często pomiędzy 425 – 500°C.
        Po trzecie, krótki okres obecności substancji lotnych (zazwyczaj poniżej 2 sekund).
        Po czwarte, pyrolityczne substancje lotne i aerozole są gwałtownie chłodzone by utworzyć bio- olej.
 
Tempo podgrzewania wacha się od 1000 °C na sekundę do 10000 °C na sekundę, przy temperaturach poniżej 650 °C. Gwałtowne podgrzewanie i gwałtowne wygaszanie produkuje średniej wielkości cząsteczki, które kondensują się przed dalszym rozpadem ciężkich molekuł w gazowe produkty. Wysokie tempo podgrzewania minimalizuje powstawanie węgla. W pewnych warunkach możliwe jest uzyskanie produktu bez powstawania węgla. Wielu badaczy próbowało wykorzystać mechanizm kompleksowąej degradacji, poprzez przeprowadzanie pyrolizy w „niezwykłych” warunkach.
 
Czym jest bio- olej?
 
Bio-olej jest ciemno brązowym, organicznym płynem zawierającym wysoką zawartość związków tlenowych. Bio-olej zawiera wiele reaktywnych związków, które wpływają na jego niezwykłe właściowści. Chemicznie, bio-olej jest kompeksową mieszaniną wody, katekoli, kwasu acetonowego, karboksy- aldehydów, iso- eugenolu, kwasu mrówkowego i innych kwasów karboksylowych. Zawiera również inne główne grupy składników, włączając w to hydroksy- aldehydy, hydroksy- ketony, cukry i fenole.
Zaobserwowano w bio-oleju proces tzw. „starzenia” polega on na wzroście lepkości, może także nastąpić separacja faz płynnych. Ta niestabilność jest rezultatem rozkładu w ustabilizowanej mikroemulsji oraz chemicznych reakcji, które wciąż przebiegają w bio- oleju. Jest to analogiczna sytuacja do właściowści i zachowania asfaltów występujących w ropie. Pyrolityczne oleje powstałe z biomasy zawierają aldehydy, ketony i inne związki które reagują poprzez kondensacje aldoli w trakcie przechowywania lub transportu, tworząc większe molekuły. Te reakcje powodują niepożądane zmiany we właściowściach fizycznych. Zwiększa się lepkość i zawartość wody, podczas gdy lotność się zmniejsza.
W kontraście do paliw ropopochodnych, bio- olej zawiera dużą ilość tlenu, zazwyczaj około 45% - 50%.. Zawartość ta zależna jest od rodzaju biomasy użytej do pyrolizy. Tlen ten jest obecny w ponad 300 związkach zidentyfikowanych w oleju. Obecność tlenu jest pierwotnym powodem różnic we właściwościach i zachowaniu, pomiędzy paliwami węglowodorowymi a olejami pyrolitycznymi z biomasy. Pomimo tego, że płyny pyrolityczne nazywane są „bio-olejem”, właściwie są one nie mieszalne z paliwami ropopochodnymi, ze względu na jego wysoką polaryczność i hydrofilną naturę. Jednakże, przy zastosowaniu odpowiednich metod rafinacji, ten problem jest też do przeskoczenia.
 
Zastosowania Bio – oleju
 
Bio- olej może służyć jako substytut oleju opałowego bądź diesla w wielu statycznych aplikacjach, włączając w to: boilery, piece, silniki i turbiny do produkcji prądu.
 
1.     Produkcja ciepła.
 
Wartość opałowa bio-oleju jest niższa niż ta z paliw kopalnych, ze względu na dużą liczbę składników tlenowych i znacznej zawartości wody. Jednkaże, testy spalania ukazały, że oleje powstałe w wyniku szybkiej pyrolizy, mogłyby z powodzeniem zastąpić ciężkie i lekkie oleje opałowe w przemysłowych boilerach (http://www.btgworld.com). Bio-olej jest podobny do lekich olejów opałowych w swojej charakterystyce spalania, jednakże występują pewne różnice w temperaturze zapłonu, lepkości, zawartości energii, stabilności, pH i poziomu emisji. Częściowa kondensacja substancji lotnych powstających podczas pyrolizy, może być użyta do usunięcia części wody, co zwiększa wartość opałową oleju. Ta możliwość nie zosała jeszcze w pełni przedyskutowana i opisana w literaturze.
 
2.     Produkcja prądu oraz transport
 
Użycie bio- oleju wymaga pewnych modyfikacji silnika, głównie ze względu na jego wysoką kwasowość. Najważniejszymi modyfikacjami będą: pompa paliwowa, przewody doprowadzające paliwo (jeśli są gumowe) oraz system wtryskowy. Delikatna modyfikacja, zarówno bio-oleju jaki i silnika diesla, może spowodować, że bio-olej stanie się akceptowalnym substytutem do silników diesla i nie tylko. Dodatek około 20% metanolu (w zależności od jego pH oraz lepkości) do bio-oleju, zmienia jego parametry chemiczne, fizyczne jak i opałowe; podwyższa pH, zmiejsza lepkość bio-oleju i zwiększa jego wartość opałową. Tak „potraktowany” bio-olej może posłużyć do produkcji substytutów benzyny i diesla do transportu. Co ciekawe dodatek metanolu zapobiega „starzeniu” się bio-oleju i jego rozwastwianiu. Praktyka pokazuje także, iż możliwe jest spalanie bio-oleju w turbinach gazowych.
 
3.     Produkcja bio- gazu
 
Biomasa może mieć główną rolę w produkcji „zielonych” węglowodorów, ponieważ jest to jedyne i dostepne na dużą skalę, odnawialne źródło energii. Porównanie pomiędzy użyciem biomasy a płynnym bio-olejem jako materiałem wyjściowym do produkcji bio-gazu, skłania do stwierdzenia, że gazyfikacja bio-oleju jest bardziej opłacalna. Gazyfikacja bio-oleju z czystym tlenem i dalsze przerabianie uzyskanego gazu w procesie Fisher'a-Tropsch'a, może być technicznie i ekonomicznie wykonalne i opłacalne. Produkcja synetycznego gazu o wysokiej wartości opałowej z oleju pyrolityczego, powstałego w wyniku szybkiej pyrolizy był już przedmiotem badań. Przy zastosowaniu odpowiedniej techniki (przy użyciu azotu, jako gazu transportującego), uzyskano następujące wyniki: konwersja bio-oleju do bio-gazu wynosiła 83%, podczas gdy produkcja gazu wynosiła 45 litrów ze 100 gram bio-oleju(!), przy temperaturze 800°C i stałym przepływie azotu 30ml/min. Gaz w swym składzie zawierał: H2, CH4, CO, CO2, C2, C3 i C4-Cn.Skład gazu był następujący: syngaz 16 – 36%, CH4 19 – 27% i C2H4 21 – 31%. Wartość opałowa wachała się pomiędzy 1300 – 1700 Btu/SCF. Więc jak widać jasno, istnieje silny potencjał do produkcji syngazu, metanu, etanu i wysoko kalorycznych gazów z oleju pyrolitycznego uzyskanego z biomasy.
 
4.     Produkcja chemikaliów z bio- oleju, obecne i przyszłe zastosowania
 
Ponad 300 różnych składników zostało zidentyfikowanych w prodktach powstających w wyniku pyrolizy. Duże frakcje kwasu acetonowego, acetonu i hydroksy aldehydu są udokumentowane w wynikach analiz. Pomijając dużą analityczną pracę która została wykonana do tej pory, tylko 40%-50% bio-oleju zostało strukturalnie scharakteryzowane. Wciąż nie została scharakteryzowana i zidentyfikowana grupa ciężkich molekuł. Wśród tej grupy obecne są: kwasy, cukry, alkohole, ketony, aldehydy, fenole i ich pochodne, furany i inne. Fenolowe składniki mogą być obecne w wysokich koncentracjach, aż do 50%. Struktury są zmienne i zależą od czynników takich jak: rodzaj użytej biomasy, tempo przenoszenia ciepła, warunki pyrolityczne oraz dalsze reakcje zachodzące w gorących gazach. Dużą frakcję bio-oleju stanowi frakcja fenolowa, zawierająca relatywnie małą ilość fenolu, eugenolu, krezolu i xylenu, i dużo większą liczbę alkalicznych poli- fenoli. Frakcja ta wykazuje dobre właściwości klejące, stosowana jest min. do produkcji płyt pilśniowych. Płynne alkany z liczbą atomową węgla wachającą się od 7 do 15 (C7–C15), były selektywnie wytwarzane z pochodzących z biomasy węglowodorów, poprzez proces kwasowej dehydrogenacji. Te płynne alkany posiadają odpowiednią masę molekularną, by być użytymi jako komponenty do wytwarzania paliw napędowych.
Obecnie jedynym przemysłowym zastosowaniem bio- oleju, jest wytwarzanie z niego przypraw o zapachy wędzonki. Kilka firm produkuje te przyprawy, poprzez dodanie wody do bio-oleju. Uzyskuje się w ten sposó czerwono zabarwiony produkt, który jest używany by zabarwić i dodać smaku kiełbasom i innym mięsnym przetworom.
 
Wnioski
 
Szybka pyroliza biomasy przy odciętym dopływie tlenu, posiada potencjał by wnieść znaczący wkład w światowe zapotrzebowanie na paliwa płynne i ostatecznie do produkcji „naturalnych” chemikaliów. Jednakże, złożoność i różnorodność materiału czyni trudnym do określenia standardowe parametry procesu. Obecna sytuacja z pyrolizą, przypomina wczesne dni rozwoju przemysłu chemicznego z węgla, lub późniejszy rozwój przemysłu petrochemicznego w początkach jego istnienia. Potrzeba dużej ilości badań i rozwoju procesu pyrolizy. Jakkolwiek, powinno to nastąpić wcześniej, czy później i będzie zależne zarówno od ekonomicznego impulsu jak i od nowych regulacji klimatycznych. Wiedza chemiczna i inżynieryjska w czasach obecnych, jest dużo bardziej rozwinięta, więc techniczne usprawnienia pojawią się znacznie prędzej, gdy ekonomia dyktuje zmiany.
 
 
 
 

KOMENTARZE

  • Ciekawi mnie to pod kątem zastosowania w rolnictwie, na wsi, w leśnictwie
    Jest sporo biomasy do zużytkowania, np chrust, gałęzie. Generalnie chodzi mi o produkcję biogazu, a nie jakichś fenoli. Pracowałem w zakładach chemicznych i te nazwy wręcz przerażają. Straszne trucizny. Widziałem też w Bieszczadach produkcję węgla drzewnego tradycyjnymi metodami.
  • Shoovar
    Brilliant! Ode mnie 5*
  • @Marek Kajdas
    :) Jest tam tego wszystkiego do oporu :). Chciałem przedstawić potencjalne możliwości zastosowania i rozwoju, może zrobiłem to zbyt drobiazgowo. Myślę że punkt 2 i 3 w zastosowaniu bio-oleju, będzie najbliżej kwestii Pana interesującej. Co do możliwości przerobu biomasy to problem tkwi tylko w różnorodności. Niejednorodny skład a co za tym idzie niemożność standaryzcji procedury. Pożadany byłby materiał bogaty w celulozę z małą zawartością ligniny z której powstaje dużo związków aromatycznych, obniżających wartość opałową.
    Ale możliwości są.
    Pozdrawiam
  • @
    Zmieniając pyrolizę na pirolzę, można pobrać i opracować wiele grafik
    wzbogacających przekaz. Za treść *5 !
  • @chuligęsi
    Hehe. Dobre, ale to z greckiego :)
  • @cyborg59
    Po grafikę wzbogacającą przekaz, będe musiał poprosić kolegę Koolart'a. Mam pomysł jak tanim kosztem wybudować sobie taką maszynkę w garażu. dziekuję za *5. Ja i tak nie pisze pod publiczkę ;)
  • @Marek Kajdas
    Rozumiem Pana wstręt. Przez kilka dekad obrzydzano nam chemię. Zaczęło się od kwasu siarkowego. Byliśmy liderem światowym. To nie dobrze oczywiście.:p
    Bez chemii przemysł leży i kwiczy, bez własnej chemii jest podany na tacy.

    Niestety prawda jest taka, że jak się chce kombinować przy paliwach i energii, nie można się na chemię obrażać i na fenole też.
    Procesy powinny być zamknięte, bezpieczne i mozliwie ergonomiczne.
    Przerażać powinna nas hałda, jako obraz niegospodarności i niszczenia środowiska przy okazji.
  • @Marek Kajdas
    http://blogrysunkowy.nowyekran.pl/post/43155,wiatraki-jeszcze-w-temacie#comment_307859
  • 5*
    Już choćby za pracę u podstaw, której brak perspektywiczniebardzo nam szkodzi (wyję dziś o tym do Księżyca u siebie).
    Pozdrawiam
  • @Marek Kajdas
    Iii tam trucizny;). Żebyś Waść wiedział na jakich to "strasznych związkach pierścieniowych" zbudowany jest choćby taki testosteron;)! Poza tym te niektóre fenole są nam potrzebne do syntez organicznych.
    Co nie zmienia faktu, że tym czego potrzebuje "Kowalski" jest niezawodne i tanie żródło energii oraz paliw. I by się chciało temu "Kowalskiemu" dać.
  • @Shoovar44
    "Ja i tak nie pisze pod publiczkę" A powinieneś!!! Bo praca u podstaw leży i kwiczy!!
  • @Torin
    Czy ktoś Ci powiedział, że sam miód płynie z Twej klawiatury?!
  • @Torin
    Dokładnie tak! nie taki diabeł straszny, jak go malują, chciałoby się rzec. Bo np. taka konwencjonalna pyroliza kory wierzby, daje nam dziegdź, w którym też jest chemii od groma i ciut, ciut. Co nie przeszkadza mu być świetnym lekim na różnego rodzaju schorzenia skóry i nie tylko.
  • @bez kropki
    >A powinieneś!!! Bo praca u podstaw leży i kwiczy!!

    :). Masz rację, chyba będe musiał zacząć. Po raz pierwszy moja notka trafia na eksponowane miejsce. mówiąc, że nie piszę pod "publiczkę" miałem na myśli to, iż staram się bardziej pisać pod takich zapaleńców, jak My ;).
    Pozdrawiam
  • @Shoovar44
    "Po raz pierwszy moja notka trafia na eksponowane miejsce" Słusznie trafia! Suwerenność energetyczna to być albo nie być! A ogół o tym nie wie i na tym właśnie polega główne niebezpieczeństwo.
  • @bez kropki
    "Czy ktoś Ci powiedział, że sam miód płynie z Twej klawiatury?!"
    E, tam!:))
    Jak na misia o bardzo małym rozumku przystało, przez niezręczność, klawirkę miodem zalewam czasem.:))
    Nie trzeba się czepiać. Trochę się klei tylko:)))
  • @Shoovar44
    Jestem jestem. Jakąś nie(zbyt)skomplikowaną graficzkę chętnie zrobię. Muszę jednak znać dokładniejsze wytyczne i mieć chwilkę bo od ręki i od razu nie dam rady z częstego braku czasu :).
    Mam nadzieję, że kolega pociągnie temat pyro czy pirolizy bo ciekawy wstęp już jest :).
    Pozdrawiam
  • @koolart
    Witam serdecznie. Cieszę się niezmiernie, że mogę na Ciebie liczyć :). Ja to z grafiką komputerową nie miałem nigdy do czynienia, więc pomyślałem o Tobie. Mogę narysować schemat wraz z opisem co i jak, zeskanować i przesłać na e-maila a Ty jak znajdziesz odrobinę wolnego czasu, napewno stworzysz piękną grafikę.
    Temat będziemy ciągnąć cały czas i nieść ten kaganek ;).
    Pozdrawiam i z góry dziękuję.
  • @Shoovar44
    No to czekam na jakiś odzew na poczcie - na razie na NE.
    Pozdrawiam

OSTATNIE POSTY

więcej

ARCHIWUM POSTÓW

PnWtŚrCzPtSoNd
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930   

ULUBIENI AUTORZY