Торрефация
Торрефикация биомассы , например древесины или зерна , представляет собой мягкую форму пиролиза при температурах обычно от 200 до 320 °C. Торрефикация изменяет свойства биомассы, обеспечивая лучшее качество топлива для сжигания и газификации . В результате высушивания получается относительно сухой продукт, что снижает или устраняет вероятность органического разложения . Выжигание в сочетании с уплотнением создает энергоемкий топливный носитель с от 20 до 21 ГДж /тонну . более низкой теплотой сгорания (LHV) [ 1 ] При высыхании материал подвергается реакциям Майяра . Выжженную биомассу можно использовать в качестве энергоносителя или сырья для производства биотоплива и химикатов. [ 2 ]
Биомасса может быть важным источником энергии. [ 3 ] Однако существует большое разнообразие потенциальных источников биомассы, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики. Для создания эффективных цепочек преобразования биомассы в энергию торрефикация биомассы в сочетании с уплотнением ( пеллетированием или брикетированием ) является многообещающим шагом на пути к преодолению логистических проблем при разработке крупномасштабных устойчивых энергетических решений, упрощая ее 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
[ редактировать ]Торрефикация — это термохимическая обработка биомассы при температуре от 200 до 320 ° C (от 392 до 608 ° F). Проводится при атмосферном давлении и в отсутствие кислорода . В процессе торрефикации высвобождается содержащаяся в биомассе вода, а также лишние летучие вещества, а биополимеры ( целлюлоза , гемицеллюлоза и лигнин ) частично разлагаются, выделяя различные виды летучих веществ. [ 4 ] Конечным продуктом является оставшийся твердый, сухой, почерневший материал. [ 5 ] это называется выжженной биомассой или биоуглем .
В ходе процесса биомасса обычно теряет 20% своей массы (сухая масса) и 10% своей теплотворной способности без заметного изменения объема. Эту энергию (летучие вещества) можно использовать в качестве топлива для нагрева в процессе обжига. После торреификации биомассы ее можно уплотнить, обычно в брикеты или гранулы, с использованием обычного оборудования для уплотнения, чтобы увеличить ее массу и энергетическую плотность, а также улучшить ее гидрофобные свойства. Конечный продукт может отталкивать воду и, следовательно, может храниться во влажном воздухе или под дождем без заметного изменения 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. [ 6 ]
Добавленная стоимость выжженной биомассы
[ редактировать ]Торрефицированная и уплотненная биомасса имеет ряд преимуществ на различных рынках, что делает ее конкурентоспособным вариантом по сравнению с обычными древесными гранулами из биомассы .
Более высокая плотность энергии
[ редактировать ]Плотность энергии 18–20 ГДж /м. 3 – по сравнению с теплосодержанием природного антрацитового угля от 26 до 33 гигаджоулей на тонну – может быть достигнуто в сочетании с уплотнением (гранулированием или брикетированием) по сравнению со значениями 10–11 ГДж/м 3 для сырой биомассы, что приводит к снижению транспортных расходов на 40–50%. Важно отметить, что гранулирование или брикетирование в первую очередь увеличивает плотность энергии. Сама по себе выжигание обычно снижает плотность энергии, хотя облегчает переработку материала в пеллеты или брикеты.
Более однородный состав
[ редактировать ]Торрефицированную биомассу можно производить из широкого спектра сырого 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 . В результате высыхания в первую очередь из этих структур выводится влага, а также функциональные группы, богатые кислородом и водородом, в результате чего во всех трех случаях образуются аналогичные обугленные структуры. Таким образом, большинство видов топлива из биомассы, независимо от происхождения, дают торрефицированные продукты со схожими свойствами – за исключением свойств золы, которые во многом отражают зольность и состав исходного топлива.
Гидрофобное поведение
[ редактировать ]Высушенная биомасса обладает гидрофобными свойствами, т.е. отталкивает воду, а в сочетании с уплотнением делает возможным хранение ее в больших количествах на открытом воздухе.
Устранение биологической активности
[ редактировать ]Вся биологическая активность прекращается, что снижает риск возгорания и останавливает биологическое разложение, такое как гниение.
Улучшенная шлифуемость
[ редактировать ]Торрефикация биомассы приводит к улучшению измельчаемости биомассы. [ 7 ] Это приводит к более эффективному совместному сжиганию на существующих угольных электростанциях или газификации с увлечением потоков для производства химикатов и транспортного топлива.
Рынки торрефицированной биомассы
[ редактировать ]Высушенная биомасса имеет добавленную стоимость для различных рынков. Биомасса в целом обеспечивает недорогой и безопасный путь снижения выбросов CO 2 . [ нужна ссылка ] Когда необходимы большие объемы, торрефикация может сделать биомассу из отдаленных источников конкурентоспособной по цене, поскольку более плотный материал легче хранить и транспортировать.
Древесное порошковое топливо:
- Высушенный древесный порошок можно измельчить в мелкий порошок, который при сжатии имитирует сжиженный нефтяной газ (СНГ). [ нужна ссылка ]
Масштабное совместное сжигание на угольных электростанциях:
- Торрефицированная биомасса приводит к снижению затрат на обработку;
- Сожженная биомасса обеспечивает более высокую скорость совместного сжигания;
- Продукция может поставляться в различных вариантах грузоподъемности (20–25 ГДж /тонна) и размеров (брикеты, пеллеты).
- Совместное сжигание торрефицированной биомассы с углем приводит к сокращению чистых выбросов электростанций.
Производство стали:
- Волокнистую биомассу очень сложно использовать в печах;
- Чтобы заменить инжекционный уголь, продукт из биомассы должен иметь теплотворную способность более 25 ГДж/тонну.
Жилое/децентрализованное отопление:
- Относительно высокий процент колесного транспорта 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, поскольку влага приводит к образованию дыма и запаха.
Биомасса в жидкости:
- Торрефицированная биомасса приводит к снижению затрат на обработку.
- Торрефицированная биомасса служит «чистым» сырьем для производства транспортного топлива ( процесс Фишера-Тропша ), что позволяет сэкономить на производственных затратах.
Разное использование:
- Некоторые производители гитар использовали торрефикацию для получения более стабильной по размерам древесины для деталей гитары, чем традиционная сушка в печи или сушка на воздухе, в том числе Yamaha, Martin, Gibson и мастер Дана Буржуа . [ 8 ] [ 9 ]
См. также
[ редактировать ]- Пиролиз
- Термически модифицированная древесина
- Карбонизация
- Miscanthus giganteus § Проблемы транспортировки и сжигания (содержит подробное описание худших свойств горения биомассы по сравнению с углем, а также положительных эффектов выжигания).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Остин, Анна (20 апреля 2010 г.). «Французская фирма по торрефикации нацелена на Северную Америку» . Энергетика и тепловая энергия биомассы . Проверено 29 февраля 2012 г.
- ^ Кукулас, А.А. (2016). «Торрефикация: путь к взаимозаменяемому сырью биомассы?» (PDF) . Конференция по передовому сырью для биоэкономики .
- ^ Джонсон, Робин (2007). «Торрефикация – более теплое решение проблемы холодного климата» . Всемирный фонд охраны природы и дикой природы. Архивировано из оригинала 2 октября 2013 года . Проверено 30 сентября 2013 г.
- ^ Бейтс, РБ; Гонием, А.Ф. (2012). «Торрефикация биомассы: моделирование кинетики выделения летучих и твердых продуктов» (PDF) . Биоресурсные технологии . 124 : 460–469. doi : 10.1016/j.biortech.2012.07.018 . hdl : 1721.1/103941 . ПМИД 23026268 .
- ^ «Торрефикация: будущее энергетики» . Голландская ассоциация по торрефикации (DTA). Архивировано из оригинала 9 ноября 2018 года . Проверено 29 февраля 2012 г.
- ^ «Торрефикация – новый процесс в биомассе и биотопливе» . Новая энергетика и топливо . 19 ноября 2008 года . Проверено 29 февраля 2012 г.
- ^ Танапал, СС; Чен, В.; Аннамалай, К.; Карлин, Н.; Энсли, Р.Дж.; Ранджан, Д. (2014). «Углекислотная торрефация древесной биомассы». Энергетика и топливо . 28 (2): 1147–1157. дои : 10.1021/ef4022625 .
- ^ Прайс, Хью. «ВСЕ О… ТОРРЕФАКЦИИ» . Гитара.com . Проверено 13 июля 2019 г.
- ^ Администратор. «МАРТИН - Журнал акустических гитар | CF Martin & Co» . www.martingguitar.com . Проверено 6 октября 2015 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- «Высушенный древесный порошок в пропан»; "О нас" . Саммерхилл Биомасс Системс, Инк . Проверено 29 февраля 2012 г.
- Зварт, RWR; «Контроль качества торрефикации на основе требований логистики и конечного пользователя», отчет ECN, ECN-L–11-107
- Верховев, Ф.; Аделл, А.; Боерсма, Арканзас; Пельс, младший; Ленселинк, Дж.; Киль, JHA; Шуккен, Х.; «TorTech: Торрефикация как ключевая технология производства (твердого) топлива из биомассы и отходов», отчет ECN, ECN-E–11-039.
- Бергман, PCA; Киль, JHA, 2005 г., «Торрефикация для переработки биомассы», отчет ECN, ECN-RX–05-180.
- Бергман, PCA; Боерсма, Арканзас; Зварт, RWR; Киль, JHA, 2005 г., «Развитие торрефикации для совместного сжигания биомассы на существующих угольных электростанциях», отчет ECN, ECN-C–05-013.
- Бергман, PCA, 2005 г., «Комбинированное обжиг и гранулирование – процесс TOP», отчет ECN, ECN-C–05-073.
- Бергман, PCA; Боерсма, Арканзас; Киль, JHA; Принс, MJ; Птасински, К.Дж.; Янссен, FGGJ, 2005, «Высушенная биомасса для газификации биомассы с увлечением потока», Отчет ECN, ECN-C-05-026.