Торрефикация - Torrefaction

Торрефикация удаляет влагу и летучие вещества из биомассы, оставляя биоуголь.

Обжарка из биомассы , например, дерева или зерен, является мягкой формой пиролиза при температурах , как правило , от 200 до 320 ° С. Торрефикация изменяет свойства биомассы, обеспечивая лучшее качество топлива для сжигания и газификации . Торрефикация дает относительно сухой продукт, что снижает или устраняет его способность к разложению органических веществ . Торрефикация в сочетании с уплотнением создает энергоемкий топливный носитель с более низкой теплотворной способностью (LHV) на 20–21  ГДж / т . Торрефикация заставляет материал подвергаться реакции Майяра . Торрефицированная биомасса может использоваться как энергоноситель или как сырье для производства биотоплива и химикатов.

Биомасса может быть важным источником энергии. Однако существует большое разнообразие потенциальных источников биомассы, каждый со своими уникальными характеристиками. Для создания эффективных цепочек преобразования биомассы в энергию торрефикация биомассы в сочетании с уплотнением ( гранулирование или брикетирование ) является многообещающим шагом на пути к преодолению логистических проблем при разработке крупномасштабных устойчивых энергетических решений, упрощая транспортировку и хранение. Пеллеты или брикеты имеют более высокую плотность, содержат меньше влаги и более стабильны при хранении, чем биомасса, из которой они получены.

Процесс

Торрефикация - это термохимическая обработка биомассы при температуре от 200 до 320 ° C (от 392 до 608 ° F). Его проводят при атмосферном давлении и в отсутствие кислорода , т.е. без воздуха. Во время процесса торрефикации вода, содержащаяся в биомассе, а также лишние летучие вещества высвобождаются, а биополимеры ( целлюлоза , гемицеллюлоза и лигнин ) частично разлагаются, выделяя различные типы летучих веществ. Конечный продукт оставшееся твердое вещество, сухой, почерневший материал , который упоминается как Поджарен биомассы или био-угля .

Во время процесса биомасса обычно теряет 20% своей массы (на основе сухой кости) и 10% своей теплотворной способности без заметного изменения объема. Эта энергия (летучие вещества) может использоваться в качестве нагревающего топлива для процесса торрефикации. После торрефикации биомасса ее можно уплотнить, обычно в брикеты или гранулы, используя обычное оборудование для уплотнения, чтобы увеличить ее массу и плотность энергии, а также улучшить ее гидрофобные свойства. Конечный продукт может отталкивать воду и, таким образом, может храниться во влажном воздухе или под дождем без заметных изменений содержания влаги или теплотворной способности, в отличие от исходной биомассы.

История торрефикации восходит к началу 19 века, а газификаторы широко использовались во время Второй мировой войны.

Добавленная стоимость торрефицированной биомассы

Торрефицированная и уплотненная биомасса имеет ряд преимуществ на разных рынках, что делает ее конкурентоспособным вариантом по сравнению с обычными древесными гранулами из биомассы .

Более высокая плотность энергии:

Плотность энергии 18-20 ГДж / м³ - по сравнению с 26-33 гигаджоулей на тонну теплосодержания природного антрацитового угля - может быть достигнута в сочетании с уплотнением (гранулирование или брикетирование) по сравнению со значениями 10-11 ГДж / м³ для сырая биомасса, позволяющая снизить транспортные расходы на 40–50%. Важно отметить, что гранулирование или брикетирование в первую очередь увеличивает плотность энергии. Само по себе торрефикация обычно снижает плотность энергии, хотя облегчает превращение материала в окатыши или брикеты.

Более однородный состав:

Торрефицированная биомасса может быть произведена из широкого разнообразия исходного сырья биомассы, которое дает аналогичные свойства продукта. Большая часть древесной и травянистой биомассы состоит из трех основных полимерных структур: целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина . Вместе они называются лигноцеллюлозой . Торрефикация в первую очередь вытесняет влагу и функциональные группы, богатые кислородом и водородом, из этих структур, создавая подобные обугленные структуры во всех трех случаях. Следовательно, из большинства видов топлива из биомассы, независимо от происхождения, образуются торрефицированные продукты с аналогичными свойствами - за исключением свойств золы, которые в значительной степени отражают исходное содержание и состав золы топлива.

Гидрофобное поведение:

Торрефицированная биомасса обладает гидрофобными свойствами, т. Е. Отталкивает воду, а в сочетании с уплотнением делает возможным хранение в больших объемах на открытом воздухе.

Устранение биологической активности:

Вся биологическая активность прекращается, что снижает риск возгорания и останавливает биологическое разложение, такое как гниение.

Улучшенная шлифуемость:

Торрефикация биомассы приводит к улучшенной измельчаемости биомассы. Это приводит к более эффективному совместному сжиганию на существующих угольных электростанциях или газификации с унесенным потоком для производства химикатов и транспортного топлива.

Рынки торрефицированной биомассы

Торрефицированная биомасса имеет добавленную стоимость для различных рынков. Биомасса в целом представляет собой недорогой путь с низким уровнем риска для снижения выбросов CO 2 . Когда требуются большие объемы, торрефикация может сделать биомассу из удаленных источников конкурентоспособной по цене, поскольку более плотный материал легче хранить и транспортировать.

Топливо древесное порошковое:

  • Торрефицированный древесный порошок можно измельчить до мелкого порошка, который при сжатии имитирует сжиженный нефтяной газ (СНГ).

Масштабное совместное сжигание на угольных электростанциях:

  • Торрефицированная биомасса снижает затраты на транспортировку;
  • Торрефицированная биомасса обеспечивает более высокие показатели совместного сжигания;
  • Продукт может поставляться в диапазоне LHV (20–25  ГДж / т) и размеров (брикет, окатыш).
  • Совместное сжигание торрефицированной биомассы с углем приводит к снижению чистых выбросов электростанций.

Производство стали:

  • Волокнистую биомассу очень сложно использовать в печах;
  • Чтобы заменить закачиваемый уголь, продукт биомассы должен иметь НТС более 25 ГДж / т.

Жилое / децентрализованное отопление:

  • Относительно высокая доля транспорта на колесах в цепочке поставок делает биомассу дорогой. Увеличение объемной плотности энергии снижает затраты;
  • Ограниченное пространство для хранения увеличивает потребность в увеличенной объемной плотности;
  • Содержание влаги важно, так как влага приводит к появлению дыма и запаха.

Преобразование биомассы в жидкости:

  • Торрефицированная биомасса снижает затраты на транспортировку.
  • Торрефицированная биомасса служит «чистым» сырьем для производства транспортного топлива ( процесс Фишера – Тропша ), что позволяет снизить производственные затраты.

Разное использование:

  • Некоторые производители гитар использовали торрефикацию для получения более стабильной древесины для деталей гитары, чем традиционная сушка в печи или воздушная сушка, в том числе Yamaha, Martin, Gibson и luthier Dana Bourgeois .

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

  • «Торрефицированный древесный порошок для пропана»; «О нас» . Саммерхилл Биомасса Системс, Инк . Проверено 29 февраля 2012 года .
  • Зварт, RWR; «Контроль качества торрефикации на основе требований логистики и конечного пользователя», отчет ECN, ECN-L – 11-107
  • Verhoeff, F .; Adell, A .; Boersma, AR; Пелс, младший; Lensselink, J .; Киль, JHA; Schukken, H .; «TorTech: торрефикация как ключевая технология производства (твердого) топлива из биомассы и отходов», отчет ECN, ECN-E – 11-039
  • Бергман, PCA; Киль, JHA, 2005, «Торрефикация для повышения качества биомассы», отчет ECN, ECN-RX – 05-180
  • Бергман, PCA; Boersma, AR; Зварт, RWR; Киль, JHA, 2005, «Разработка торрефикации для совместного сжигания биомассы на существующих угольных электростанциях», отчет ECN, ECN-C – 05-013
  • Бергман, PCA, 2005, «Комбинированное торрефикация и гранулирование - лучший процесс», Отчет ECN, ECN-C – 05-073
  • Бергман, PCA; Boersma, AR; Киль, JHA; Принс, MJ; Птасинский, К.Дж.; Янссен, FGGJ, 2005, «Торрефицированная биомасса для газификации биомассы с увлеченным потоком», Отчет ECN, ECN-C – 05-026.