Торрефикация - Torrefaction

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

Торрефикация из биомасса, например, дерево или зерно, представляет собой мягкую форму пиролиз при температурах обычно от 200 до 320 ° C. Торрефикация изменяет свойства биомассы, обеспечивая лучшее качество топлива для сгорания и газификация Приложения. Торрефикация производит относительно сухой продукт, что снижает или устраняет его потенциал для органических разложение. Торрефикация в сочетании с уплотнением создает энергоемкий носитель топлива от 20 до 21ГДж за тонну низкая теплотворная способность (LHV).[1] Торрефикация заставляет материал подвергаться Реакции Майяра.

Биомасса может быть важным источником энергии.[2] Однако существует большое разнообразие потенциальных источников биомассы, каждый со своими уникальными характеристиками. Чтобы создать эффективные цепочки преобразования биомассы в энергию, торрефикация биомассы в сочетании с уплотнением (гранулирование или же брикетирование ), является многообещающим шагом к преодолению логистический проблемы в развитии крупномасштабных устойчивая энергия решения, облегчая 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 термохимический обработка биомассы при температуре от 200 до 320 ° C (от 392 до 608 ° F). Проводится при атмосферном давлении и при отсутствии кислород, т.е. без воздуха. В процессе торрефикации вода, содержащаяся в биомассе, а также лишние летучие вещества высвобождаются, а биополимеры (целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин ) частично разлагаются с выделением различных типов летучих веществ.[3]Конечный продукт - оставшийся твердый, сухой, почерневший материал.[4] что упоминается как торрефицированная биомасса или же биоуголь.

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 быть использована в качестве нагревающего топлива для процесса торрефикации. После торрефикации биомасса может быть уплотнена, обычно в брикеты или гранулы с использованием обычного уплотнительного оборудования, для увеличения ее массы и плотности энергии, а также для улучшения ее гидрофобности. характеристики. 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, и газификаторы широко использовались во время Второй мировой войны.[5]

Добавленная стоимость торрефицированной биомассы

Торрефицированная и уплотненная биомасса имеет ряд преимуществ на разных рынках, что делает ее конкурентоспособным вариантом по сравнению с обычной биомассой. древесные гранулы.

Более высокая плотность энергии:

Плотность энергии 18–20 ГДж / м³ - по сравнению с 26-33 гигаджоулей на тонну теплосодержания природных антрацитовый уголь - может быть достигнута в сочетании с уплотнением (гранулирование или брикетирование) по сравнению со значениями 10–11 ГДж / м³ для сырой биомассы, что приводит к снижению транспортных расходов 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: целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Вместе они называются лигноцеллюлоза. Торрефикация в первую очередь вытесняет влагу и функциональные группы, богатые кислородом и водородом, из этих структур, создавая подобные обугленные структуры во всех трех случаях. Таким образом, 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 имеет гидрофобный свойства, то есть отталкивают воду, и в сочетании с уплотнением делают 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.[6] Это приводит к более эффективному совместное увольнение в существующих угольные электростанции или же газификация с увлеченным потоком для производства химикатов и транспортного топлива.

Рынки торрефицированной биомассы

Торрефицированная биомасса имеет добавленную стоимость для разных рынков. Биомасса в целом представляет собой недорогой путь с низким уровнем риска для снижения выбросов CO.2-выбросы.[нужна цитата ] 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 газ (СНГ).[нужна цитата ]

Масштабное совместное сжигание на угольных электростанциях:

  • Торрефицированная биомасса снижает затраты на транспортировку;
  • Торрефицированная биомасса обеспечивает более высокие показатели совместного сжигания;
  • Товар может быть доставлен в диапазоне LHV (20–25 ГДж / т) и по размерам (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 низкую теплотворную способность более 25 ГДж / т.

Жилое / децентрализованное отопление:

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

Преобразование биомассы в жидкости:

  • Торрефицированная биомасса снижает затраты на транспортировку.
  • 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 древесины для деталей гитары, чем традиционная сушка в печи или воздушная сушка, в том числе Yamaha, Martin, Gibson и luthier. Дана Буржуа.[7][8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Остин, Анна (20 апреля 2010 г.). «Французская торрефикационная фирма нацелена на Северную Америку». Энергия биомассы и тепло. Получено 29 февраля, 2012.
  2. ^ Джонсон, Робин (2007). «Торрефикация - более теплое решение для более холодного климата». Всемирный фонд охраны природы и дикой природы. Получено 30 сентября, 2013.
  3. ^ Bates, R.B .; Гонием, А.Ф. (2012). «Торрефикация биомассы: моделирование кинетики выделения летучих и твердых продуктов» (PDF). Биоресурсные технологии. 124: 460–469. Дои:10.1016 / j.biortech.2012.07.018. HDL:1721.1/103941. PMID  23026268.
  4. ^ «Торрефакция: будущее энергетики». Голландская ассоциация торрефикации (DTA). Архивировано из оригинал 9 ноября 2018 г.. Получено 29 февраля, 2012.
  5. ^ «Торрефикация - новый процесс в биомассе и биотопливе». Новая энергия и топливо. 19 ноября 2008 г.. Получено 29 февраля, 2012.
  6. ^ Thanapal, S.S .; Chen, W .; Annamalai, K .; Carlin, N .; Энсли, Р.Дж .; Ранджан, Д. (2014). «Торрефикация древесной биомассы диоксидом углерода». Энергия и топливо. 28 (2): 1147–1157. Дои:10.1021 / ef4022625.
  7. ^ Прайс, Хью. «ВСЁ О… ИСПЫТАНИИ». Guitar.com. Получено 13 июля 2019.
  8. ^ Администратор. "MARTIN ™ - Журнал акустических гитар | C.F. Martin & Co". www.martinguitar.com. Получено 2015-10-06.

дальнейшее чтение

  • «Торрефицированный древесный порошок для пропана»; "О нас". Саммерхилл Биомасса Системс, Инк.. Получено 29 февраля, 2012.
  • Zwart, R.W.R .; «Контроль качества торрефикации на основе требований логистики и конечного пользователя», отчет ECN, ECN-L - 11-107
  • Verhoeff, F .; Adell, A .; Boersma, A.R .; Pels, J.R .; Lensselink, J .; Киль, J.H.A .; Schukken, H .; «TorTech: торрефикация как ключевая технология для производства (твердого) топлива из биомассы и отходов», отчет ECN, ECN-E - 11-039
  • Bergman, P.C.A .; Киль, J.H.A., 2005, «Торрефикация для повышения качества биомассы», отчет ECN, ECN-RX — 05-180
  • Bergman, P.C.A .; Boersma, A.R .; Zwart, R.W.R .; Киль, Дж.Х.А., 2005, «Разработка торрефикации для совместного сжигания биомассы на существующих угольных электростанциях», отчет ECN ECN-C — 05-013
  • Бергман, P.C.A., 2005, «Комбинированное торрефикация и гранулирование - лучший процесс», Отчет ECN, ECN-C — 05-073
  • Bergman, P.C.A .; Boersma, A.R .; Киль, J.H.A .; Prins, M.J .; Птасинский, К.Дж .; Янссен, Ф.Г.Г.Дж., 2005, «Торрефицированная биомасса для газификации биомассы с увлеченным потоком», Отчет ECN ECN-C — 05-026.