Slide 1

Procesi termične obdelave
organskih snovi
Filip Kokalj
Puconci, 27.11.2014


Slide 2

Vsebina predstavitve
Uvod
Organski odpadki = snov ali energija?
Kaj pravi zakonodaja?
Teoretične podlage termičnih procesov
Primerjava tehnologij
Zaključek

2


Slide 3

Uvod
Organska snov je lahko namenjena snovni
predelavi ali energijski izrabi
povečanja deleža obnovljivih virov energije
(OVE) v končni rabi energije (v povezavi z
direktivo 2009/28/ES) ima Slovenija
obveznost do leta 2020 doseči najmanj 25%

3


Slide 4

Proizvodnja energije
iz
odpadkov
(1999)
Energy production 1999
45.000
40.000
35.000

25.000
20.000
15.000
10.000

Heat

Electricity

Switzerland

Sweden

Spain

Portugal

Norway*

Netherland

Italy*

Hungary

Great Britain*

Germany

France

Belgium*

0

Denmark

5.000
Austria *

TJ

30.000


Slide 5

Kaj pravi evropska direktive 2008/98/ES o
odpadkih glede odpadnih snovi:
• „odpadek“ pomeni vsako snov ali predmet, ki
ga imetnik zavrže ali namerava ali mora
zavreči
• „biološki odpadki“ pomenijo biorazgradljive
odpadke z vrtov in iz parkov, živilske in
kuhinjske odpadke iz gospodinjstev,
restavracij, gostinskih dejavnosti in trgovin na
drobno ter primerljive odpadke iz obratov za
predelavo hrane;


Slide 6

Hierarhija ravnanja z odpadki skladno s
priporočili evropske direktive 2008/98/ES:
1.Zmanjševanje na izvoru
2.Ponovna uporaba
3.Recikliranje
4.Energijska izraba odpada
5.Odlaganje


Slide 7

Kaj pravi evropska direktive 2000/76/ES o
termičnih procesih:
•
•

•

"odpadki" katere koli trdne ali tekoče odpadke, kot so opredeljeni v členu
1(a) Direktive 75/442/EGS;
"sežigalnica" katero koli nepremično ali premično tehnično enoto in
opremo, namenjeno toplotni obdelavi odpadkov z izkoriščanjem
pridobljene zgorevalne toplote ali brez njega. To vključuje sežig z
oksidacijo odpadkov in druge postopke toplotne obdelave, kot so piroliza,
uplinjanje ali obdelava v plazmi, če se snovi, ki nastanejo pri obdelavi,
naknadno sežgejo.
"naprava za sosežig" katero koli nepremično ali premično napravo, katere
glavni namen je proizvodnja energije ali izdelkov in:
- ki uporablja odpadke kot običajno ali dodatno gorivo; ali
- v kateri se odpadki termično obdelajo z namenom odstranitve.


Slide 8

Skupna teoretična izhodišča in osnove
za pregled tehnologij
 Zakon o ohranitvi mase: kemijski elementi, ki vstopajo v sistem
obdelave, le-tega tudi zapuščajo.
 Zakon o ohranitvi energije: izkoristiti je mogoče le toliko
energije, kot jo odpadki imajo. Vsako pretvarjanje energije je
nepopolno in ima za posledico izgubo energije.
 Kvaliteta in cena obdelave s stališča pridobljenih snovi/energije
in količin (pre)ostanka: končni produkt obdelave so
snov/energija in preostanek, katerih kvaliteta določa njihovo
uporabnost (ceno).


Slide 9

Energetski izkoristek/kvaliteta pretvorbe
Termodinamski pristop (pogled)
Za naš primer predpostavimo da so odpadki sestavljeni iz celuloze (C6H10O5).
Enostavno zgorevanje - eksotermično
C6H10O5 + 6 O2  6 CO2 + 5 H2O(g)

Piroliza - endotermično
C6H10O5  5 CO + 5 H2 + C

Oksidacija (zgorevanje) piroliznega plina - eksotermično
5 CO + 5 H2 + C + 6 O2  6 CO2 + 5 H2O(g)

DH = -2580 KJ/mol
Hi = 15,9 MJ/kg

DH = +437 KJ/mol
Hi = -2,71 MJ/kg

DH = -3017 KJ/mol
Hi = 18,6 MJ/kg


Slide 10

Pregled procesov s stališča
pridobivanja energije:
Sežig:
Piroliza, uplinjanje in termična oksidacija se odvijejo
skupaj v eni komori.

Piroliza in uplinjanje:
Piroliza oziroma uplinjanje, čemur sledi termična
oksidacija, ki se odvija v različnih komorah oziroma
napravah.


Slide 11

Zgorevanje lesa
Faza

Produkti

Končni produkti

Vmesni produkti

Les (zr.suh)

Sušenje

Vodna para
(100 do 150oC)

Uplinjanje

Les (abs.suh)
+ prim. zrak

Gorilni plin
(CO, skupni C, H2)

(100 do 150oC)
Gorenje

+ sek. zrak

Dimni plini

(500 do 1200oC)

Lesno oglje
+ prim. zrak

Dogorevanje

Gorilni plin
(CO)

(600oC)
Pepel

+ sek. zrak

Dimni plini
(800oC)


Slide 12

Shematski pregled glavnih tehnologij:
 Sežig

 Piroliza:

Z y k lo n

A b fa ll

ZW S / NBK
A b h itze k e s s e l

 Uplinjanje:

T u c h filte r
B e s c h ic k u n g

P y ro ly s e K am m er

F lie s s b e ttK ü h le r

R o h g a s zu r
R e in ig u n g

H S R -S c h la c k e n b e h a n d lu n g
R e s ts to ff
R o s td u rc h fa ll

K u p fe re is e n -L e g ie ru n g

G ra n u la t


Slide 13

Piroliza
Termični razpad organskega materiala brez
prisotnosti zraka (kisika)
Temperature: 400-800 °C in endotermne reakcije  potrebno je zunanje ogrevanje
reaktorja

Odpadki



{

Plin (H2, CH4, CO, CO2, C2-C6)
Ostanki po obdelavi plina / dimnega plina
Kapljevina (kondenzat, katran)
Trdni preostanek (oglje, anorganske snovi, kovine)

Piroliza ni nov proces: Mestni plin so včasih pridobivali z obliko piroliznega postopka


Slide 14

Uplinjanje
Delna oksidacija organskih snovi
Večino ogljika iz odpada se pretvori v plin pri uplinjanju z zrakom ali čistim kisikom.
Temperatura: 800 - 1100 °C in ogrevanje reaktorja/komore z eksotermnimi reakcijami,
kot sta C+1/2O2  CO in C +O2 CO2 (nepotrebno zunanje ogrevanje).

Odpadki



{

Plin (CO2, CO, H2, CH4, C2-C6)
Trdni preostanek (kovine, pepel)
Ostanki po obdelavi dimnega plina


Slide 15

Sežig
Popolna oksidacija organskih snovi
Ogljik in vodik iz odpadkov oksidirata z zrakom oziroma kisikom.
Temperatura: več od zakonsko določenih 850 °C oziroma 1100 °C (>1% Cl); eksotermne
reakcije, izkoroščanje sproščene toplote, reakciji popolnega zgorevanja H2+1/2O2  H2O
in C +O2 CO2

Odpadki



{

Produkta popolnega zgorevanja – voda in ogljikov
dioksid
Pepel
Ostanki po čiščenju dimnih plinov


Slide 16

Zakaj sta piroliza in uplinjanje tako
“zanimivi” za obdelavo odpadkov?
+ želja po pridobitvi dragocenih produktov in/ali energije iz odpada,
+ negativni ugled (“image”) sežiga odpadkov,
+ splošno dojemanje pirolize in uplinjanja kot “novih procesov”, ki sta “zeleni”, “visoki” in
“napredni” tehnologiji,
+ manjši (brez) dimnik,
+ piroliza in uplinjanje omogočata izrabo in pridobitev določenih reciklatov iz odpada,
- procesa sta zelo odvisna od sestave odpadkov,
- vrednost in uporabnost posameznega procesa se mora pokazati v razliki med končno ceno
obdelave odpada


Slide 17

Pri termičnem procesu ustvarjene snovi
 Piroliza: katran, oglje, reciklati, (ostanki po čiščenju d.p.)
 Uplinjanje: pepel, reciklati, (ostanki po čiščenju d.p.)
 Sežig: pepel, ostanki po čiščenju d.p.
Tržna zanimivost in cena posamezne snovi je
odvisna od čistosti posamezne snovi (mora
ustrezati posameznim predpisom), njegove
količine in cene transporta.


Slide 18

Zaključek
 Vsi procesi termične obdelave so sposobne skladno z
zakonom obdelati organske snovi (odpadke) – dosegajo
zakonske emisije (predvsem v zrak)
 Termični procesi lahko proizvajajo nove zanimive snovi
 Organska snov, ki ostane po termični obdelavi pomeni
slabšo izrabo energije
 Izjemnega pomena je kvaliteta vhodnega materiala
 Problematika morebitnih onesnaževal, ki se pojavijo med
procesom
 Neposreden prenos ali preslikava tehnoloških/procesnih
rešitev iz drugih okolij je ekološko gledano nesmiselna ali
celo nevarna