Торрефикация биомассы , например, древесины или зерна, представляет собой мягкую форму пиролиза при температурах обычно от 200 до 320 °C. Торрефикация изменяет свойства биомассы, обеспечивая лучшее качество топлива для сжигания и газификации . В результате высушивания получается относительно сухой продукт, что снижает или устраняет вероятность органического разложения . Выжигание в сочетании с уплотнением создает энергоемкий топливный носитель с более низкой теплотой сгорания (LHV) от 20 до 21 ГДж /тонну . [1] В результате высыхания материал подвергается реакциям Майяра . Выжженную биомассу можно использовать в качестве энергоносителя или сырья для производства биотоплива и химикатов. [2]
Биомасса может быть важным источником энергии. [3] Однако существует большое разнообразие потенциальных источников биомассы, каждый из которых имеет свои уникальные характеристики. Для создания эффективных цепочек преобразования биомассы в энергию торрефикация биомассы в сочетании с уплотнением ( пеллетированием или брикетированием ) является многообещающим шагом на пути к преодолению логистических проблем при разработке крупномасштабных устойчивых энергетических решений, упрощая ее 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). Проводится при атмосферном давлении и в отсутствие кислорода . В процессе торрефикации высвобождается содержащаяся в биомассе вода, а также лишние летучие вещества, а биополимеры ( целлюлоза , гемицеллюлоза и лигнин ) частично разлагаются, выделяя различные виды летучих веществ. [4] Конечным продуктом является оставшийся твердый, сухой, почерневший материал [5] , который называется выжженной биомассой или биоуглем .
В ходе процесса биомасса обычно теряет 20% своей массы (сухая масса) и 10% своей теплотворной способности без заметного изменения объема. Эту энергию (летучие вещества) можно использовать в качестве топлива для нагрева в процессе обжига. После торреификации биомассы ее можно уплотнить, обычно в брикеты или гранулы, с использованием обычного оборудования для уплотнения, чтобы увеличить ее массу и энергетическую плотность, а также улучшить ее гидрофобные свойства. Конечный продукт может отталкивать воду и, следовательно, может храниться во влажном воздухе или под дождем без заметного изменения содержания влаги или теплотворной способности, в отличие от исходной биомассы.
История торрефикации восходит к началу 19 века, а газификаторы широко использовались 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 .
Энергетическая плотность 18–20 ГДж /м 3 – по сравнению с 26–33 гигаджоулями на тонну теплосодержания природного антрацитового угля – может быть достигнута в сочетании с уплотнением (пеллетированием или брикетированием) по сравнению со значениями 10–11 ГДж/м. 3 для сырой биомассы, что приводит к снижению транспортных расходов на 40–50%. Важно отметить, что гранулирование или брикетирование в первую очередь увеличивает плотность энергии. Сама по себе выжигание обычно снижает плотность энергии, хотя облегчает переработку материала в гранулы или брикеты.
Торрефицированную биомассу можно производить из широкого спектра сырого сырья биомассы, которое дает аналогичные свойства продукта. Большая часть древесной и травянистой биомассы состоит из трех основных полимерных структур: целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина . Вместе они называются лигноцеллюлозой . В результате высыхания в первую очередь из этих структур выводится влага, а также функциональные группы, богатые кислородом и водородом, в результате чего во всех трех случаях образуются аналогичные обугленные структуры. Таким образом, большинство видов топлива из биомассы, независимо от происхождения, дают торрефицированные продукты со схожими свойствами – за исключением свойств золы, которые во многом отражают зольность и состав исходного топлива.
Высушенная биомасса обладает гидрофобными свойствами, т.е. отталкивает воду, а в сочетании с уплотнением делает возможным хранение ее в больших количествах на открытом воздухе.
Вся биологическая активность прекращается, что снижает риск возгорания и останавливает биологическое разложение, такое как гниение.
Торрефикация биомассы приводит к улучшению измельчаемости биомассы. [7] Это приводит к более эффективному совместному сжиганию на существующих угольных электростанциях или газификации с увлечением потоков для производства химикатов и транспортного топлива.
Высушенная биомасса имеет добавленную стоимость для различных рынков. Биомасса в целом обеспечивает недорогой и безопасный путь снижения выбросов CO 2 . [ нужна цитата ] Когда необходимы большие объемы, торрефикация может сделать биомассу из отдаленных источников конкурентоспособной по цене, поскольку более плотный материал легче хранить и транспортировать.
Древесное порошковое топливо:
Масштабное совместное сжигание на угольных электростанциях:
Производство стали:
Жилое/децентрализованное отопление:
Биомасса в жидкости:
Разное использование: