Torefikuoto biokuro gamyba ir jo savybių tyrimai

Abstract

Torefikacija yra perspektyvi biomasės apdirbimo technologija, leidžianti pagerinti biomasės fizikines savybes, kartu sumažinti išlaidas skirtas biomasės smulkinimui. Torefikuota biomasė gali būti panaudojama esamose anglimi kūrenamose elektrinėse, ją santykine dalimi maišant su įprastomis anglimis, taip sumažinant CO2 kiekį išsiskiriantį deginant iškastinį kurą (Kioto protokolas). Šiuo metu trūksta mokslinių tyrimų ir duomenų apie torefikacijos panaudojimą agrokultūrų atliekoms (šiaudams) apdirbti, pagaminant naują energetiškai patrauklų kurą pasižymintį unikaliomis savybėmis. Pagrindinis šio darbo tikslas buvo ištirti ir įvertinti iš skirtingų biomasės rūšių pagaminto torefikuoto kuro savybes ir torefikacijos proceso sąlygas. Tam būtina sąlyga: bandomojo torefikacijos reaktoriaus sukūrimas. Sauso kuro aukštutinė degimo šiluma nustatymo (HHV), anglies, vandenilio, azoto, sieros, chloro, lakiųjų organinių junginių kiekio, peleningumo ir pelenų lydumo, masės išeigos, energijos našumo, energetinio tankumo, reaktoriaus patikimumo lyginant su TGA, lakiųjų organinių junginių sudėties ir hidrofobiškumo testai – tai pagrindiniai parametrai kurie buvo nustatinėjami atliekant šį darbą. Torefikacijos procesas buvo atliekamas azotinėje aplinkoje, prie skirtingų temperatūrų (250 °C, 280 °C, 300 °C), bandinį reaktoriuje išlaikant 30 minučių, plius papildomas išlaikymas 10 minučių naudojant 300 °C. Gauti rezultatai leidžia teigti, kad po torefikacijos proceso medžiaga turi didesnę sausojo kuro aukštutinio šilumingumo reikšmę (HHV), didesnį energetinį tankį, kas leidžia atpiginti transportavimo kaštus, taip pat nustatyta, kad torefikuota medžiaga pasižymi geresnėmis hidrofobiškumo savybėmis, joje sulėtėja biologinio skaidymo procesai, medžiaga tampa lengviau smulkinama. Nustatant, kiekvienos biokuro rūšies torefikacijos proceso energetinį našumą, galima įvertinti kokios sąlygos yra tinkamiausios vykdant torefikuoto biokuro gamybą. Nustatyta, kad po torefikacijos proceso, išsprendžiama viena iš pagrindinių šiaudų panaudojimo energetikoje problemų: mažinamas sieros ir chloro kiekis gaminamame torefikuotame biokure. Torefikuoto biokuro trūkumas yra tas, kad naudojant jį deginimo įrenginiuose išauga jo peleningumas, ypač kai žaliava yra agrokultūrų šiaudai, torefikacija neišsprendžia ir žemos agrokultūrų šiaudų lydymosi temperatūros problemos, ši lydymosi temperatūra beveik nekinta.

Torrefaction is a promising fuel pre-treatment technology for biomass, as it improves the physical characteristics, reduces the energy consumption for grinding, improves the co-firing process due to more stable characteristics of this fuel. However, there is still lack of data on torrefaction of agricultural waste which have more unequal composition. The aim of this work was to create fixed bed reactor for torrefaction process and investigate the dependence of properties of formed torrefied products on various biomass materials and process conditions. HHV, amounts of C, H, N, S, Cl, VOC, ash content and ash melting behavior, mass and energy yields, energy density, reactor reliability comparing with TGA results and composition of VOC analysed with TGA-GC/MS, hydrophobicity test were studied as the main factors for comparison. Torrefaction was carried out in the nitrogen environment at variuos temperatures (250°C, 280°C, 300°C) for 30 min and for 10 min at 300 °C too. HHV of woody and agricultural waste after torefaction was increased as energy density too (which allows cheaper logistics), also was found that torrefied material has better hydrophobic properties, biodegradation slows down, material is easy to grind. Determining energy yield for each type of biofuel, assess to find most suitable conditions for torrefied biofuel production. It was found that torrefaction solves one of the major straw as biofuel problems: it’s large amount of sulfur and chlorine levels. Torrefied biofuel drawback is that, when it is used incinerators, it increases the ash content, especially when the material is agricultural straw, torrefaction not solve straw ash low melting behavior problems, the melting temperature is almost unchanged.