Торрефицированные пеллеты

Вне всякого сомнения, что для развития пеллетной индустрии потребовалось больше времени, чем ожидалось, но, тем не менее, неоспоримым является тот факт, что торрефицированные древесные пеллеты обладают рядом преимуществ, по сравнению с обычными, белыми гранулами. К ним относятся, более высокая удельную энергоемкость, высокая насыпная плотность, измельчаемость и влагостойкость.

В целом, как предполагалось, стоимость торрефицированных древесных пеллет выше стоимости традиционные древесных гранул, однако результаты проведенного анализа свидетельствуют о том, что использование торрефицированных пеллет может способствовать снижению стоимости для конечных пользователей (электростанций), увеличить прибыль производителей пеллет, а также уменьшить общий углеродный след биотоплива.

Особенности процесса торрефикации

Лигноцеллюлозная биомасса состоит их следующих основных компонентов: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Торрефикация – это процесс «мягкого» пиролиза биомассы, который протекает при температурах 220-300С. При торрефикации, большая часть гемицеллюлозы улетучивается, образуя газ торрефикации. Данный газ состоит из относительно низкомолекулярных, конденсирующихся органических соединений; неконденсирующихся газов (оксид углерода и диоксид углерода) и воды. В состав таких органических веществ входят: уксусная кислота, метанол, молочная кислота, муравьиная кислота, фурфурол и гидроксиацетон.

Сложность утилизации таких концентрированными летучими соединениями привела к серьезным проблемам с безопасностью и поддержанием оперативной устойчивости для разработчиков процесса торрефикации.

Имели место пожары и взрывы, утечки пиролизного масла из трубопроводов, а также часто засорение технологической линии прерывало процесс. Для решения этих проблем, торрефикация должна осуществляться в инертной среде.

Использование больших объемов инертного газа обеспечивает безопасную работу и значительно снижает возможность образования пиролизных масел и засорения систем каналов.

C практической точки зрения, инертный газ используется для передачи тепловой энергии в реактор, разбавления газа торрефикации, по мере его образования, и для выведения органических соединений, которые содержатся в газе торрефикации, из реактора, в очень малой концентрации, для немедленного окисления.

Инертный газ также используется для безопасного охлаждения торрефицированной биомассы на выходе из реактора и для восстановления ее энергии.

Такое решение требует больших объемов инертного газа. Откуда же берется этот инертный газ? Предыдущие технологические подходы не имели встроенного механизма подачи инертного газа, поскольку его покупка или установка оборудования для его производства обходились запредельно дорого. Однако технология каталитического окисления может использоваться для получения необходимого инертного газа в качестве естественного и практически бесплатного побочного продукта всего процесса. Это является ключом к коммерческой торрефикации.

Энергия биомассы в процессе торрефикации

Теплосодержание биомассы или высокая теплотворная способность (ВТС) может быть измерена как на входе, так  и на каждом этапе процесса. Этапы обработки торрефикацией обычно включают измельчение, сушку, прокаливание, охлаждение, дальнейшее измельчение и уплотнение. Во время каждого этапа, кроме торрефикации, ВТС практически не изменяется. Но во время торрефикации ВТС меняется. При испарении гемицеллюлозы образуются органические химические вещества. Эти химические вещества, как описано ранее, содержат непропорционально высокий уровень кислорода, и, поскольку они удаляются как часть газа торрефикации, происходит резкое улучшение молекулярного соотношения углерода, водорода и кислорода в оставшихся твердых веществах. Общий эффект этого преобразования заключается в концентрации приблизительно 90% начального теплосодержания биомассы в оставшихся твердых веществах. Эти изменения можно увидеть в окончательных результатах анализа сырья биомассы, торрефикации газа и твердых частиц.

Высшая теплотворная способность биомассы в основном связана с содержанием в ней углерода. Результатом торрефикации является более высокая концентрация углерода в торрефицированной биомассе - в данном анализе наблюдается увеличение примерно на 9%, по сравнению с необработанным древесным сырьем (с 49,25% до 58,01%). В процессе торрефикации, теплотворная способность сырья преобразуется в три неравные части. Во-первых, при торрефикации выделяется часть тепловой энергии в среду реактора. Во-вторых, газ торрефикации сам по себе содержит относительно небольшую часть высшей теплотворной способности биомассы.

Несмотря даже на низкое качество топлива, в целом, такая масса содержит значительное количество энергии, и ее целесообразно использовать в  технологическом процессе является ключевым для торрефикации в коммерческих целях. В-третьих, торрефицированные твердые вещества характеризуются балансом исходного содержания удельной тепловой энергии.

Рисунок 2 демонстрирует изменения высшей теплотворной способности в процессе торрефикации. Как показано, сырье биомассы имеет показатель высшей теплотворной способности равный 340,54 гигаджоулям в час (ГДж/ч). Реакция торрефикации выделяет 2,72 ГДж/ч тепла, а газ торрефикации содержит 32,87 ГДж/ч химической энергии. Оставшиеся 304,94 ГДж/ч энергии, концентрируются в 12,757 кг/ч торрефицированных твердых веществ с теплотоврной способностью в 23,9 МДж/кг.

Достаточное охлаждение торрефицированных твердых веществ является проблемой безопасности. Сбор тепловой энергии в процессе охлаждения является экономическим вопросом и явным преимуществом. При торрефикации вырабатывается на 63% больше тепловой энергии, чем это требует сам процесс. Высвободившуюся тепловую энергию можно использовать для обеспечения почти 50% энергии, необходимой для сушки сырья, содержащего 50% влаги.

Еще одна проблема безопасности заключается в том, что торрефикационный газ легковоспламеняющийся, но данную проблему можно решить при помощи инертного газа.

Конкурентоспособность  с белыми пеллетами

Торрефицированные древесные гранулы могут быть произведены и доставлены заказчику по более низкой цене, чем белые пеллеты, содержащейся в газе торрефикации. Допущения, использованные для сравнения на рисунках 3 и 4, включают: сырье влажностью 50%, 33 доллара за метрическую тонну; КПД камеры сгорания биомассы для дополнительного тепла составляет 75%, равное относительно штату персонала: и 8000 часов работы в год.

Использование инертного газа во всей системе торрефикации плюс возможность целесообразного использования энергии газа торрефикации имеет первостепенное значение для эффективности торрефикации. Для производителей пеллет торрефикация предоставляет возможность улучшить финансовые показатели при одновременном выпуске продукта более высокого качества. Для конечных пользователей более низкая стоимость доставки плюс преимущества заводского уровня, связанные с использованием биотоплива, аналогичного углю, значительно снижают общую стоимость использования продукта. 

Для конечного потребителя более низкая стоимость доставки в сочетании с промышленным масштабом использования биотоплива, аналогично углю, значительно снижают общую стоимость.

Кроме того, немаловажным будет сокращение углеродного следа биотоплива. Пришло время двигаться вперед к созданию твердого биотоплива нового поколения.

Все новости