SPRACOVANIE DREVA A ODPADOVEJ BIOMASY PYROLZOU Emlia HRONCOV

SPRACOVANIE DREVA A ODPADOVEJ BIOMASY PYROLÝZOU Emília HRONCOVÁ Juraj LADOMERSKÝ Technical University in Zvolen Faculty of Ecology and Environmental Sciences Department of Environmental Engineering T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen Matej Bel University Banská Bystrica Faculty of Natural Sciences Department of Environmental Management Tajovského 40, 960 53 emilia. hroncova@gmail. com jladomersky@yahoo. co. uk

Cieľom predloženého príspevku je poukázať na potrebu dodržiavania emisných limitov pri spracovaní dreva a odpadovej biomasy pyrolýzou.

Pri termických spôsoboch zhodnocovania organických surovín, vždy dochádza k chemickým zmenám pôvodného zloženia. Pyrolýza • olej • tuhý zvyšok • plyn Splynovanie • syntézny plyn využíva energeticky • priamo spaľovaním • po čistení a preprave plynovým potrubím na mieste určenia Spaľovanie termická-oxidácia s celým komplexom dejov a reakcií

Princíp retorty plyny plášť retorty drevo priamy ohrev nepriamy ohrev buď / alebo spaľovanie plynov

Principiálne možnosti využitia tepla pri výrobe dreveného uhlia Systém s vnútorným ohrevom PLYN DECHT DREVENÉ UHLIE PALIVO VZDUCH Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP a priamym vstupom spalín do reaktora Systém s vonkajším ohrevom PALIVO Systém ohrevu s čiastočnou recirkuláciou PP VZDUCH PLYN DECHT DREVENÉ UHLIE C a nepriamym vstupom spalín do reaktora C PLYN PALIVO PLYN DECHT DREVENÉ UHLIE

Podľa teploty môžeme pyrolýzu rozdeliť > 800°C vysokoteplotná pyrolýza 400 – 800°C stredneteplotnú pyrolýzu 250 – 400°C nízkoteplotná pyrolýza 180 – 250 °C torifikácia

Zmeny v organickej hmote do 150°C sušenie, tvorba vodnej pary odparujú sa veľmi ľahko PL 150 - 250 °C uvoľňuje sa zo zložiek organickej hmoty chemicky viazaná voda a veľmi slabo viazané bočné reťazce 250 - 500 °C odštiepenie bočných reťazcov z vysokomol. látok rozkladajú sa zložky organickej hmoty a prechádzajú do plynnej fázy (pyrolýzny plyn), kvapalnej olejovitej fázy a zlúčenín charakteru dechtov (pyrolýzny olej) tuhého uhlíkatého zvyšku (pyrolýzny koks) 500 – 800 °C 800 – 1200 °C nad 1200°C z kvapalnej aj tuhej frakcie vznikajú jednoduché plynné látky, prevažne H 2, CO a CH 4 (splynovanie) ďalšie štiepenie uhľovodíkov, čo už vedie k nižšej výhrevnosti pyrolýzneho plynu, ale vyšším výťažkom tavia sa anorganické zložky O a môže vznikať troska.

Zaniknutá história výroby dreveného uhlia na Strednom Slovensku (Konečná, Bakošová 2011) Súčasné milierstvo v Nemecku ako projekt rozvoja vidieka Bad Kohlgrub

Tradičné výroby dreveného uhlia

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov EL pre výrobu dreveného uhlia EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja v spaľovacom motore

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 1 Emisie sú vzťahované na referenčné podmienky: • teplota 273 K (0°C), • tlak 101, 3 k. Pa, • suchý plyn, • obsah kyslíka v spalinách 11%obj. , (s výnimkou pre spaľovanie odpadového oleja, kde je obsah kyslíka, 3%obj. ). Emisné limity pre oxid uhoľnatý (a) 50 mg. mn-3 ako priemerná denná hodnota; (b) 100 mg. mn-3 ako priemerná hodinová hodnota; (c) 150 mg. mn-3 najmenej 95 % všetkých hodnôt určených ako 10 minútové priemerné hodnoty v intervale 24 hodín.

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov Tab. 1 Priemerné hodinové hodnoty Znečisťujúca látka Prchavé organické látky vyjadrené ako celkový organický uhlík c [mg. mn-3] 20 Tuhé znečisťujúce látky 30 HCl 30 HF 2 SO 2 300 Dioxíny (vzorkované 6 -8 h) 0, 1 ng. m-3 Poznámka: Nie je dovolené zrieďovať spaliny, aby sa neprekračovali EL. 2

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov 3 Pre kovy, vrátane kovu vo forme plynu alebo pary, sú určené tieto EL (vzorkovanie medzi 0, 5 až 8 h): • Cd, Tl (ako súčet koncentrácií) 0, 05 mg. mn-3 • Hg 0, 05 mg. mn-3 • Sb, As, Cr, Co, Cu, Pb, Mn, Ni, Sn, (ako súčet koncentrácií) 0, 5 mg. mn-3 Emisie zápachu z procesu nesmú byť detegovateľné mimo hraníc, kde sa proces realizuje. S výnimkou 5 minútového štartu zariadenia zo studeného stavu nesmie byť viditeľný dym.

EL z pyrolýzy ako súčasti spaľovne odpadov Fugitívne a neočakávané emisie, napr. : • Tuhé znečisťujúce látky a zápach počas nakladania so surovinou, popolčekom a škvarou. • Fugitívne emisie z tesnení, dverí a potrubí. • Straty prchavých organických látok počas skladovania, plnenia a vyprázdňovania nádrží s rozpúšťadlami a i. 4

1 EL pre výrobu dreveného uhlia EL pre nové zariadenia, podmienky platnosti EL: • štandardné stavové podmienky, vlhký plyn v prepočte na referenčný kyslík 17 %. EL pre nové zariadenia pre výrobu dreveného uhlia Projektovaná kapacita výroby dreveného uhlia [kg. d-1] < 1 000 ≥ 1 000 EL [mg. m-3] TZL 50 50 CO 800 TZL – tuhé znečisťujúce látky TOC – organické látky vyjadrené ako celkový organický uhlík TOC 100 50

EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja 1 § 19 ods. (2) vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z. z. špecifické požiadavky tejto časti sa neuplatňujú na zariadenia na splyňovanie a pyrolýzu O, ak plyny získané takýmto tepelným spracovaním O sú vyčistené do takej miery, že pred spaľovaním už nie sú ODPADOM a zodpovedajú požiadavkám na kvalitu palív podľa príslušnej vyhlášky o kvalite palív k zákonu o ovzduší, a pri spaľovaní nemôžu spôsobovať vyššie a iné emisie, ako sú ustanovené emisné limity a technické požiadavky pre spaľovanie zemného plynu.

EL z pyrolýzy biomasy s následným spaľovaním pyrolýzneho plynu a oleja 2 V opačnom prípade, ak sa pyrolýzne plyny nečistia, ale spaľujú v zariadení na spaľovanie palív, potom sa na daný prípad môžeme pozerať ako na spaľovanie daného paliva. Teda EL sa uplatňujú ako pre spaľovanie biomasy (tab. 3).

Tab. 3 EL pre spaľovanie biomasy Štandardné stavové podmienky, suchý plyn, O 2 ref: 11 % objemu Podmienky platnosti EL EL pre ďalšie ZL sa neustanovujú a neuplatňujú sa ani všeobecne platné EL. Pritom však treba využiť dostupné opatrenia s ohľadom na primeranosť nákladov na obmedzenie ich emisií. Pre špecifické technológie na nepriamy procesný ohrev, ako sú pekárenské cyklotermické pece, téglikové taviace pece a ohrevy taviacich vaní, kde konštrukčné riešenie zariadenia umožňuje iba obmedzene ovplyvniť vznik emisií, správny orgán môže určiť miernejšie EL individuálne. Na spaľovacie zariadenie, ktoré je podľa povolenia alebo dokumentácie používané výlučne na núdzovú prevádzku, ak je jeho prevádzka ≤ 240 h/rok, sa EL neuplatňujú. Emisie z takéhoto zariadenia musia zodpovedať technickej požiadavke. MTP [MW] Emisný limit [mg/m 3] od do TZL SO 2 NOx CO TOC Spaľovacie s vydaným povolením do 31. decembra 2010 ≥ 0, 3 ≤ 7 150, 2501) 650 850 50, 1001) >7 150 650 250 50 Spaľovacie zariadenia s vydaným povolením od 1. januára 2011 do 31. decembra 2013 ≥ 0, 3 < 1 150 350 400 50 ≥ 1 < 5 150 350 20 2 ≥ 5 < 10 50 350 150, 250 ) 20 ≥ 10 50 350 150 20 Spaľovacie zariadenia s vydaným povolením od 1. januára 2014 ≥ 0, 3 < 1 150 350 400 50 ≥ 1 < 5 150 350 20 2 ≥ 5 < 10 50 350 150, 250 ) 20 ≥ 10 20 350 150 20 1) Platí pre zariadenia s vydaným povolením do 31. augusta 2009. 2) Platí pre spaľovanie slamy.

EL pre spaľovanie pyrolýzneho plynu a pyrolýzneho oleja 1 v spaľovacom motore Ak pyrolýzny plyn a pyrolýzny olej vyrobených z odpadov sú vyčistené do takej miery, že zodpovedajú požiadavkám na palivá a pri ich spaľovaní v spaľovacom motore nevznikajú významnejšie emisie ako zo spaľovania palív, môžeme hovoriť o konci odpadu a na tieto prípady sa vzťahujú EL pre spaľovacie motory podľa vyhlášky MŽP SR č. 410/2012 Z. z. sú uvedené v tab. 4.

Tab. 4 EL pre spaľovanie v piestových spaľovacích motoroch Podmienky platnosti EL Typy motorov Vznetové (dieselové) motory Štandardné stavové podmienky, suchý plyn, O 2 ref: 5 % objemu Pre zariadenie používané výlučne na núdzovú prevádzku, ak je v prevádzke < 500 h/rok, sa emisné limity neuplatňujú. Všeobecné emisné limity sa neuplatňujú okrem všeobecných emisných limitov pre tuhé anorganické znečisťujúce látky zaradené v 2. skupine, ktoré platia, ak sa emisné limity pre TZL dosahujú odlučovaním. MTP [MW] Emisný limit [mg. m-3] od do TZL NOx CO Formaldehyd 1) ≥ 0, 3 < 3 202), 1303) 1 000, 4 0004) 650 60 ≥ 3 Zážihové (plynové) motory Dvojpalivové motory Plynné palivá Kvapalné palivá ≥ 0, 3 ≥ 5 ≥ 1 ≥ 1 < 5 202), 1303) 500, 2 0004) 202) 5), 1303) 500, 6006) < 1 201), 1302) 202)5), 1303) 202) 205), 130 500, 8007) 2508), 5009) 500 650 60 60 650, 1 3003) 60 60 1) Platí na spaľovanie bioplynu; pre zariadenia povolené do 1. januára 2013 platí od 1. januára 2016. 2) Platí na spaľovanie plynných palív v zriadeniach povolených od 1. januára 2014; pre ZPN z verejnej distribučnej siete a skvapalnené uhľovodíkové plyny sa špecifický emisný limit neuplatňuje. 3) Platí na spaľovanie kvapalných palív povolené do 31. decembra 2013. 4) Platí pre spaľovacie zariadenia s povolením vydaným do 31. augusta 2009. 5) Platí pre zariadenia na spaľovanie kvapalných palív povolené od 1. januára 2014. 6) Platí pre motory s MTP (5 – 20) MW s rýchlosťou otáčok ≤ 1200 rpm spaľujúce ťažký vykurovací olej a kvapalné biopalivá/oleje. 7) Platí pre dvojtaktné motory. 8) Platí pre motory spaľujúce chudobnú zmes paliva. 9) Platí pre motory spaľujúce štandardnú zmes paliva a obohatenú zmes paliva, ktoré sú vybavené katalyzátorom.

RETORTY • objem 4 - 12 m 3 • priemer 2, 4 m a výška 2, 65 m • drevo priemer 8 až 20 cm • obsahu vody okolo 25 %

Parametre OP z retorty o objeme 12 m 3 s pôvodným systémom spaľovania pyrolýznych plynov (s približným rozpätím hodnôt) Parameter a rozmer Prietok plynu za prevádzkových podmienok [m 3. h-1] Hodnota 7200 ± 720 Prietok plynu za norm. podmienok (0 °C, 101, 325 k. Pa) [m 3. h-1] 2630 ± 263 Prietok plynu za norm. pod. v prepočte na suchý plyn [m 3. h-1] 2440 ± 244 Fiktívna vlhkosť [kg. m-3] 0, 05 ± 0, 04 Teplota v komíne (v mieste merania emisií) [o. C] 530 ± 80 Priemerná polhodinová koncentrácia kyslíka [%] 12 ± 4

VÝVOJ MALEJ RETORTY SO ZNÍŽENÝMI EMISIAMI RETORTA • Objem 2 m 3 1. fáza ohrev a sušenie (6 h, t = 250 -450°C) 2. fáza karbonizácia (4 h, t = 450 -600°C)

Koncept hybridnej retorty typu ADAM Fáza I. : Ohrev a sušenie dreva K 1 pohľad zo zadnej strany Fáza II. : Vývoj a spaľovanie pyrolýznych plynov K 1 K 2 pohľad z prednej strany Pôdorys retorty so znázornením prúdenia spalín pod retortou K 2 K 1 K 2

ZÁVER Čistenie PP je možné viacerými technikami. Všetky známe techniky znižovania emisií PP s výnimkou popísaného spôsobu by znamenali mnohonásobné prekročenie investičných a prevádzkových nákladov na vlastnú technológiu a preto ich z hľadiska primeranosti nákladov nemôžeme považovať za akceptovateľné pre zdroje tejto kapacity. Pre zabezpečenie minimalizácie emisií TOC sme navrhli dostavbu dopaľovacieho reaktora: • Predĺžiť zdržný čas plynov. • Okrem toho zmenou smerov prúdenia spalín (zvýšením turbulencie) je potrebné zabezpečiť lepšie vzájomné premiešavanie sa plynov pri dohorievaní. • Na základe merania optimalizovať prívod sekundárneho spaľovacieho vzduchu.

Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-0353 -11 „Návrh a realizácia pilotnej retorty so zníženými emisiami na výrobu biouhlia pre marginálne zóny a overovacie aplikácie“. Technical University in Zvolen Faculty of Ecology and Environmental Sciences Department of Environmental Engineering T. G. Masaryka 24, 960 53 Zvolen Matej Bel University Banská Bystrica Faculty of Natural Sciences Department of Environmental Management Tajovského 40, 960 53 emilia. hroncova@gmail. com jladomersky@yahoo. co. uk