Činnost klastru ENVICRACK v oblasti energetického využití odpadu Pyrolýza jde o progresivní způsob získávání energie, přičemž nemalou výhodou je možnost likvidace mnohých těžko odstranitelných odpadů šetrným způsobem k životnímu prostředí. Takto lze zpracovávat celou řadu organických odpadů, dřevní štěpku, seno, tříděný odpad, staré pneumatiky, nemocniční odpady, koks, kaly atd. Klastr ENVICRACK společně s VŠB TU v Ostravě připravil a uvedl do provozu zcela jedinečnou špičkovou technologii na zpracování odpadů a výrobu tepla a elektrické energie viz schéma na str. 5. Samotnou technologii tvoří vhodné seskupení jednotlivých článků technologického řetězce, jejichž vývoj a výroba proběhla v rámci spolupráce členů klastru ENVICRACK a Energetického centra ENET VŠBTU v Ostravě. Partneři uvedeného projektu, členové klastru ENVICRACK: VŠBTU v Ostravě Ostravská LTS, a.s. Dodávky automatizace, s.r.o. Strojírny Bohdalice, s.r.o. Popis jednotlivých článků řetězce Pyrolýzní technologie začínáme Materiálovou laboratoří, schéma návaznosti celého technologického procesu je v obrázkové příloze. 1. Materiálová laboratoř Provádí analýzu vstupních materiálů před procesem termické desorpce. Dále pak rozbor jednotlivých prvků a elementární analýzu. Druhy termických materiálů: MATERIÁLY VHODNÉ PRO TERMICKÝ PROCES Plasty, termoplasty, eleastomery, kaučuky, pryže; brusné kaly, kaly z ČOV, kontaminované půdy; barvy, rozpouštědla, pryskyřice, ropné zbytky; nebezpečné odpady; směsi vybraných druhů odpadů a jiné tříděné organické materiály. 2. Příprava materiálu Na základě výsledků materiálové laboratoře pro efektivní energetické využití zpracovávaného odpadu vstupujícího do pyrolýzního procesu je potřebné směs organických materiálů správně namíchat, upravit granulaci a přísady. Je to zajištěno dávkovacím zařízením pro jednotku, kde se využívají dvě cesty dávkování materiálu zásobník s mícháním a šnekový dopravník. Materiály, které mají velké zrno a netvoří klenbu, jsou dávkovány ze zásobníku. 3. Pyrolýzní proces Procesem pyrolýzy lze zpracovávat řadu organických materiálů. Produktem pyrolýzy je vždy tuhá fáze na bázi koksu, kapalná fáze rozličného složení (kapalná fáze pyrolýzy starých pneumatik má charakter surové motorové nafty) a plynná fáze, která obsahuje například vodu, oxid uhelnatý, vodík, nezkondenzované kapalné produkty, popř. jednoduché organické látky jako metan. Plyn lze po vyčištění využít pro výrobu energie (tepelné nebo elektrické). Zásadní výhodou tohoto postupu je, že k rozkladu dochází při nedostatku kyslíku a tím je omezena tvorba polychlorovaných dibenzo dioxinů, resp. furanů. Stránka 1 z 5
Z energetického hlediska je proces do jisté míry vyvážený a soběstačný. Tepelnou energii nutno dodat jen pro jeho iniciaci. MOLEKULÁRNÍ DESTRUKCE K přímému energetickému využití lze využít II. stupeň molekulární destruktor. Podstata technického řešení spočívá na faktu, že rozklad organických a nežádoucích látek lze uskutečnit pomocí rozžhaveného koksu, resp. jiného uhlíkatého materiálu za současného katalytického působení oxidů osmé skupiny periodického systému železa, kobaltu a niklu. Současně je využito sorpčních vlastností uhlíku a oxidů výše uvedených kovů pro vazbu škodlivin do stabilních sloučenin. Tyto sloučeniny vystupují z procesu ve formě tekuté strusky, která postupně odtéká a chladne. Vyluhovatelnost vlastních škodlivin ze strusky je nulová, a proto je možné strusku použít jako inertní stavební materiál. Technologické zařízení a jeho části splňují veškeré podmínky náročného a plně automatizovaného provozu. Z těchto důvodů jsou použity velmi kvalitní materiály odolávající nejen vysokým teplotám, mechanickému zatížení, ale i fyzikálně chemickým reakcím probíhajícím v průběhu zplyňování odpadu. Žáruvzdorné materiály, kvalitní technologické zpracování, prvky regulace a automatizace jsou pro danou technologii naprostou nutností. Pyrolýza umožňuje maximalizaci výroby kapalných a plynných produktů, řízené hořákové sekce zajišťují termický rozklad organické suroviny na tři frakce při teplotě cca 650 C. Řízené procesní podmínky, otáčky, atmosféra, teplota a tlak umožňují ovlivňovat poměr i strukturu výstupních produktů. PLYNNÁ FÁZE (Pyrolýzní plyn CO, H 2, uhlovodíky) Nejcennější složkou pyrolýzní jednotky je pyrolýzní plyn. Nejcennější informací je výhřevnost pyrolýzního plynu a zastoupení jednotlivých složek. Pyrolýzní plyn lze energeticky využít na výrobu tepla a elektrické energie. Teplo je vhodné na vytápění budov a pro ohřev teplé vody, což vede k ušetření nákladů za spotřebu zemního plynu. Plyn lze rovněž využít v plynovém kotli pro vytápění objektů. Pyrolýzní plyn můžeme skladovat v plynojemu stejných parametrů jako plynojem pro zemní plyn. KAPALNÁ FÁZE (pyrolýzní oleje, směs až 2 000 látek) Kapalná fáze je bohatá na celou řadu uhlovodíků. Tato kapalina je vhodnou surovinou pro závody zpracovávající dehtové složky. Rovněž po úpravě může sloužit jako pohonná hmota nebo palivo. Předpokládámeli, že tuto frakci budeme prodávat dehtovým závodům, je nejvhodnější skladování v cisternách. TUHÁ FÁZE (pyrolýzní polokoks) Například u kovonosných odpadů je to hliníkový prášek s uhlíkem z procesu. Stránka 2 z 5
4. Čistící stanice plynu V tomto zařízení dochází ke snížení objemu nečistot v plynných složkách, což umožňuje jejich další zpracování např. v spalovacím motoru (Kogenerace). 5. Směšovací stanice Pro efektivnější energetické využití pyrolýzního plynu je tento po očištění smísen v daném poměru s N 2 a CH 4 za účelem snížení objemu H 2 pod 10% a nastavení definované výhřevnosti plynů. Smícháním uvedených plynů se vytvoří médium vhodné pro pohon spalovacího agregátu s připojeným elektrickým generátorem. 6. Kogenerace Přeměnu kogeneračního plynu na teplo a elektrickou energii zajišťuje kogenerační jednotka. Ta může být postavena pro energetické využití plynu s různou výhřevností. a) Spalovací motor pro plyn s objemem H 2 menším jak 10% a výhřevností cca 20 35 [MJ/kg] b) Spalovací motor pro plyn s objemem H 2 menším jak 10% a výhřevností 9 [MJ/kg] c) Stirlingův motor pro plyn s objemem H 2 do 35 40% Zbytkové teplo může být u všech typů využito 7. Výkonové charakteristiky PŘÍKLAD BILANCE PYROLÝZNÍHO PROCESU VSTUP 1.000 KG DRCENÉHO ODPADU Výstup/hod. PNEUMATIKY PLASTY BIOMASA Pyrolýzní koks [kg] 350 400 250 300 200 300 Pyrolýzní kondenzát [l] 170 250 140 170 190 290 Pyrolýzní plyn [m 3 ] 180 200 140 160 120 140 Teplo [kwt] 850 970 500 570 240 280 Elektrická energie [kwe] 600 680 350 400 160 200 Průměrná výhřevnost [MJ/kg] 38 25 14 Poznámky k bilanci pyrolýzního procesu: Struktura výstupů a energetická bilance procesu závisí na struktuře vstupů a procesních podmínkách. Výstupní teplo je teplo odebírané výměníky ze spalin a kondenzace a kogenerační jednotky. Elektrická energie je zajištěna výstupem očištěného pyrolýzního plynu zpracovaného v kogenerační jednotce. Pro dosažení nejlepších výsledků je vhodný kontinuální, plně automatizovaný provoz s minimální změnou vstupů. Všechny uvedené hodnoty jsou vztaženy k průměrné výhřevnosti, která se liší druhem daného materiálu. 8. Výhody zařízení Účinná forma změny odpadu na surovinu. Energetická nezávislost pyrolýzního zařízení. Možnost využití zbytkového tepla. Řízená pracovní atmosféra (tlak, teplota, plyn). Bez vzniku toxických plynů. Ekologický a bezodpadový proces bez emisí oproti klasickému oxidačnímu spalování. Technologie bez zápachu a negativních vlivů na okolí. Nižší pracovní teplota než ve spalovnách o 50 60 %. Dvakrát vyšší účinnost ve srovnání se spalovnami. Vyšší energetický potenciál než u spalování biomasy. Vysoká výhřevnost termického plynu. Celoroční, plně automatizovaný provoz. Široká rozmanitost vstupů a ovlivnitelná forma výstupů. Zpracovatelnost výstupů a jejich energetická i finanční hodnota. Stránka 3 z 5
Likvidace odpadů, včetně nebezpečných a problémových odpadů. Vysoká bezpečnost nízká hodnota přetlaku i podtlaku částí zařízení. Kontinuální provoz umožňuje snižovat náročnost skladování odpadů i výstupů. Zkušební provoz tohoto energetického celku je v současné době v provozu v Energetickém centru v Ostravě Vítkovicích. Zařízení je projektováno pro kontinuální zpracování odpadu s kapacitou 250 kg/hod. Za klastr ENVICRACK připravil: Ing. Miroslav Tvarůžek 03/2014 Stránka 4 z 5
Schéma technologie energetického využití odpadu podle funkčního celku rozpracovaného v rámci klastru ENVICRACK v pořadí uzlů 1 2 3 4 5 6 Stránka 5 z 5