Торрефикация биомассы , например, древесины или зерна , является мягкой формой пиролиза при температурах, как правило, от 200 до 320 °C. Торрефикация изменяет свойства биомассы, чтобы обеспечить лучшее качество топлива для сжигания и газификации . Торрефикация производит относительно сухой продукт, что снижает или устраняет его потенциал для органического разложения . Торрефикация в сочетании с уплотнением создает энергоемкий топливный носитель с более низкой теплотворной способностью (LHV) от 20 до 21 ГДж /т . [1] Торрефикация заставляет материал подвергаться реакциям Майяра . Торрефицированная биомасса может использоваться в качестве энергоносителя или в качестве сырья, используемого в производстве биотоплива и химикатов. [2]
Биомасса может быть важным источником энергии. [3] Однако существует большое разнообразие потенциальных источников биомассы, каждый из которых обладает своими уникальными характеристиками. Для создания эффективных цепочек превращения биомассы в энергию торрефикация биомассы в сочетании с уплотнением ( гранулированием или брикетированием ) является многообещающим шагом на пути к преодолению логистических проблем при разработке крупномасштабных устойчивых энергетических решений, упрощая их транспортировку и хранение. Пеллеты или брикеты имеют более высокую плотность, содержат меньше влаги и более стабильны при хранении, чем биомасса, из которой они получены.
Торрефикация — это термохимическая обработка биомассы при температуре от 200 до 320 °C (от 392 до 608 °F). Она осуществляется при атмосферном давлении и в отсутствие кислорода . В процессе торрефикации вода, содержащаяся в биомассе, а также избыточные летучие вещества высвобождаются, а биополимеры ( целлюлоза , гемицеллюлоза и лигнин ) частично разлагаются, выделяя различные типы летучих веществ. [4] Конечным продуктом является оставшийся твердый, сухой, почерневший материал [5], который называют торрефицированной биомассой или биоуглем .
В ходе процесса биомасса обычно теряет 20% своей массы (сухое вещество) и 10% своей теплотворной способности без заметного изменения объема. Эту энергию (летучие вещества) можно использовать в качестве топлива для процесса торрефикации. После торрефикации биомассу можно уплотнить, обычно в брикеты или гранулы, используя обычное оборудование для уплотнения, чтобы увеличить ее массу и плотность энергии, а также улучшить ее гидрофобные свойства. Конечный продукт может отталкивать воду и, таким образом, может храниться во влажном воздухе или под дождем без заметного изменения влажности или теплотворной способности, в отличие от исходной биомассы.
История торрефикации восходит к началу XIX века, а газификаторы широко применялись во время Второй мировой войны. [6]
Торрефицированная и уплотненная биомасса имеет ряд преимуществ на различных рынках, что делает ее конкурентоспособным вариантом по сравнению с обычными древесными гранулами из биомассы .
Плотность энергии 18–20 ГДж /м3 — по сравнению с 26–33 гигаджоулями на тонну теплосодержания природного антрацитового угля — может быть достигнута при сочетании с уплотнением (гранулированием или брикетированием) 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. Торрефикация сама по себе обычно снижает плотность энергии, хотя она упрощает переработку материала в гранулы или брикеты.
Торрефицированная биомасса может быть произведена из широкого спектра исходного сырья биомассы, которое дает схожие свойства продукта. Большая часть древесной и травянистой биомассы состоит из трех основных полимерных структур: целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина . Вместе они называются лигноцеллюлозой . Торрефикация в первую очередь выводит влагу и богатые кислородом и водородом функциональные группы из этих структур, производя схожие уголькообразные структуры во всех трех случаях. Поэтому большинство видов топлива из биомассы, независимо от происхождения, дают торрефицированные продукты со схожими свойствами — за исключением свойств золы, которые в значительной степени отражают исходное содержание золы и состав топлива.
Торрефицированная биомасса обладает гидрофобными свойствами, т.е. отталкивает воду, и в сочетании с уплотнением делает возможным ее хранение на открытом воздухе.
Вся биологическая активность останавливается, что снижает риск возникновения пожара и предотвращает биологическое разложение, например гниение.
Торрефикация биомассы приводит к улучшению ее измельчаемости. [7] Это приводит к более эффективному совместному сжиганию на существующих угольных электростанциях или газификации с вовлеченным потоком для производства химикатов и транспортного топлива.
Торрефицированная биомасса имеет добавленную стоимость для различных рынков. Биомасса в целом обеспечивает недорогой и малорисковый путь к снижению выбросов CO2. [ требуется цитата ] Когда требуются большие объемы, торрефикация может сделать биомассу из удаленных источников конкурентоспособной по цене, поскольку более плотный материал легче хранить и транспортировать.
Древесный порошок:
Крупномасштабное совместное сжигание на угольных электростанциях:
Производство стали:
Жилое/децентрализованное отопление:
Биомасса в жидкости:
Различные применения: