Prof. Dr. CSŐKE BARNABÁS egyetemi tanár, intézetigazgató Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet

Átírás

1 XX. Nemzetközi zi KöztisztasK ztisztasági Szakmai Fórum és s Kiáll llítás Szombathely, május m Másodlagos tüzelt zelőanyag előáll llítás, nemesítés és s pirolízis technológia Prof. Dr. CSŐKE BARNABÁS egyetemi tanár, intézetigazgató Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet

2 Tartalom ) A vegyesen begyűjtött MBH kezelésének kezdete, üzemi méretű kísérleti alapvizsgálatok ) MBH fejlesztése, üzemi méretű kísérletek másodtüzelőanyag minőségjavítására szelektívaprítással, komposzt-frakció hasznosítása ) Komplex energetikai hasznosítást megalapozó üzemi méretű kísérleti vizsgálatok

3 Szilárd települési hulladék HULLADÉK SZELEKTÍV GYŰJTÉSE MARADÉK MBH Eléget geté CSOMAGOLÓ ANYAGOK ELŐSZORTÍROZÁS VÁLOGATÓMŰBEN termékek: kvázi fajtatiszta papír-, műanyag-, fém- és üvegfrakciók BIOLÓGIAILAG LEBONTHATÓ Komposztálás Lerakás

4 TSZH várható mennyiség ( ) begyűjtés 6 000, , ,0 [ezer t] 3 000,0 Szelektíven Vegyesen 2 000, ,0 0, Szelektíven 656,5 677,6 699,8 732,0 765,5 790,2 825,0 850,6 876,6 892,9 909,1 Vegyesen 3 938, , , , , , , , , , ,9 A szelektív gyűjtés gyors fejlődésének ellenére 2016-ra a teljes mennyiség csupán 16%-a kerül szelektíven begyűjtésre 1) (909 Sok et) a jelentős lerakandó érték marad hulladék a vegyesen gyűjtött! TSZH-ban Forrás: István Zso

5 elepülési szilárd hulladék Anyagában hasznosítás: Termikus hasznosítás: Lerakás: Hulladékképződés: 4950 et Házi komposztálás: 160 et Vegyes gyűjtés: 3836 et 3112 et Veszteség: 122 et Elkülönített gyűjtés: 954 et (19,3%) Égetés: 420 et MBH: 304 et Biológiai Kezelés: 407 et Szelektív gyűjtésből anyagában haszn.-ra: 547 et +105 et +76 et 1) Még mindig sok a lerakandó hulladék! Lerakás: 3293 et (67%) 2) Mi a termékek sorsa? Égetésre alkalmas: 79 et

6 OM-KMFP-pályázat Vertikál Zrt. Köztisztasági Egyesülés Profikomp Kft ) A kommunális hulladékok komplex kezelési rendszerének kidolgozása a szerves hulladékok biológiai ártalmatlanításával (MBH üzemi méretű alapvizsgálatok).

7 Mechanikai-biol biológiai kísérleti k stabilizálás Aprítás Biostabilizálás Szitálás Mágneses szeparálás Nedvesség, CO 2 Komposztstabilát (biostabilát) Fe

8 Fűtőérték felsőhatár TOC (total organic carbon = teljes szerves szén) Oxigén-fogyasztás (AT 4 ) Fűtőérték Gázképződés alsóhatár (GB 21 ) Nedvességtartalom TOC eluat kj/kg s száraz anyag 18 % M M 5 mg/g száraz anyag és a tüzelőanyaggal szemben Nl/gkJ/kg száraz anyag s száraz anyag ~ % mg/l

9 Veszteség % Háztartásokból származó települési hulladék Fűtőérték: 3,5 6 MJ/kg Nedvességtartalom: % Biostabiliozálás dobszita Aprítás kalapácsos malommal biostabilizált anyag >20 mm 100 % <20 mm Komposzt % műanyag 1 2 % Fémek 4 5 % Inotára szánt termék 1) Sok a stabilát! % A Polgárdi lerakón folyó üzemi méretű biostabilizálási kísérlet során kapott biostabilizált hulladék feldolgozása VERTIKÁL Rt.- ME Eljárástechnikai Tanszék Prof.Dr.Csőke Barnabás maradék durva % Mintavételi helyek 2) Mi a lesz a másodtüzelőanyag termék sorsa? Fűtőérték: MJ/kg Nedvességtartalom: 8..10%

10 Cementgyári minőségi igények Jellemző Szemcseméret Nedvességtartalom* Érték < mm légszáraz <15 %, ill <25 % Klór <1, ill< 1,5 % Hg <1 mg/kg Kén Max. 0,5 % Hamu <30 % Fűtőérték* MJ/kg, ill MJ/kg * Főégőre ill. kalcinátorra

11 Fűtőérték meghatározására szolgáló kísérleti kazán és mérőrendszere

12 B I O S T A B I L I Z Á L T H U L L A D É K Szemcseméret x, [ mm ] Tömeg eloszlás [% ] Fűtőérték MJ/kg Nedvesség tartalom [% ] Hamutartalom [% ] <50 54,09 6,33 10,59 41, ,72 12,94 6,14 25,7 >150 11,19 20,43 3,33 27,5 Σ 100,00 10,20 8,23 34,3 Σ mért 11,79 32,9 V e g y e s k e m é n y m ű a n y a g Σ mért 36,17 0 3,7 N Y E R S H U L L A D É K Fűtőérték MJ/kg Nedvességtartalom [% ] Hamutartalom [% ]

13 ) Települési szilárd hulladékok hasznosítása nemzetközi előírásoknak megfelelő alternatív tüzelőanyag előállításával. GVOP /3.0 Vertikál Zrt. Profikomp Kft. Miskolci Egyetem Nyugat-Magyarországi Egyetem

14 Nyershulladék durva aprítása CO Víz 2 Biostabilizálása A Szitálás Másodtüzelõanyag kiméletes aprítása < mm Biostabilát Szitálás <20 mm Finom A Anaerob lebontás Aerob lebontás A Energianövény termesztés Biogáz Mágneses szeparálás mm II.Tüzelõanyag 12 MJ/kg Fémek > 100 mm I. Tüzelő anyagtermék 20 MJ/kg

15 Feladat: a mechanikai-biol biológiai stabilizálásb sból l kapott másodtüzelőanyag nemesítése se szelektív v aprítással ljárások: ) Szelektív aprítás ) Fémek leválasztása: mágneses szeparálás, ramkészülék (alapvizsgálat)

16 Anyagi komponens Papír Fűtőérték, MJ/kg Szemcseméret, mm >200 14,4 10,3 17,6 Műanyag 21,5 26,5 Fa 16,2 17,5 17,5 18, 1 Kompozit 23,4 22,4 21,2 Textil 18,2 18,9 20,8 Gumi 33,1 24,6 Egyéb Fűtőérték-vizsgálat 21,8

17 Stabilát szelektív aprítása Doppstadt kalapácsos aprítógéppel a másod-tüzelőanyag frakció minősége javításának az érdekében Kalapácsos törő fő műszaki jellemzői Típus Névleges teljesítmény AK 230 Profi 150 kw min -1

18

19 100 Tömegeloszlás, % Neméghető 2 Éghető 1 - neméghető 2 - éghető (jelölés: 1- neméghető összesen: egyéb+alumínium+üveg+fémek; 2 - éghető összesen: műanyag+textil+gumi+ kompozit + papír + fa) Szemcseméret, mm Éghető és neméghető alkotók megoszlása a szemcsefrakciókban szelektív aprítás után

20 ermék Termék elnevezése Tömegkihozatal % Fűtőérték MJ/kg Megoszlás a termékekben, % Éghető Nem- Éghető Hőtartalom > 100 mm Nagyfűtőértékű termék mm Közepes fűtőértékű termék < 20 mm Maradék sszesen tabilát szelektív aprításának eredménye

21 100 Fémek leválaszt lasztása sa áramkészülékkel F F(x) (v), % Nemvas-fémek Fe mm 20 ladás Silo 0 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 k(v) [m/s] v, m/s Levegő 100 llás agoló Szétválasztó tér Nemvas-fémek Fe mm Felsőtermék F (v), F(X) % 40 Silo 20 ntilátor v, m/s k(v) [m/s]

22 Mérőtér Prandtl-cső helye Ventillátor Diffúzor áramkészülék

23 v könnyű [m/s] v közép [m/s] v nehéz [m/s] Műanyag [ mm] 1,16 4,17 5,18 Papír [ mm] 3,84 5,43 9,82 Kompozit [ mm] 2,59 4,63 6,24 Fa [ mm] Textil [ mm] 3,06 5,31 7,77 15,62 4,48 5,18 5,43 Műanyag [50 75 mm] 1,21 3,27 16,21 Papír [50 75 mm] 2,32 3,27 4,91 Kompozit [50 75 mm] 1,64 3,47 4,17 Textil [50 75 mm] 4,48 5,05 6,24 Fa [50 75 mm] 6,55 9,12 15,14

24 Megállap llapítottuk: az éghető anyagok süllyeds llyedési végsebessv gsebessége ge három tartományra bonthatók k 1-3,51 m/s, 3,5-5,5 m/s és s 5,5-16 m/s; a nemvas-fémek mek süllyeds llyedési sebessége pedig a 6-99 m/s sebességtartom gtartományba esik; ezek alapján n légáramkl ramkészülékkel törtt rténő szétv tválasztáskor skor két k t tiszta fémmentes f éghető terméket és s egy nemvas-fémeket meket is tartalmazó kevert termékhez jutunk; ez utóbbib bbiból l a fémek f örvényáramú szeparálással ssal nyerhetők k ki.

25 CO Víz % Nyershulladék durva aprítása 100 % Biostabilizálása < mm Szitálás Biostabilát Anaerob lebontás Aerob lebontás % Energianövény termesztés % Biogáz Másodtüzelõanyag kiméletes aprítása Szitálás Mágneses szeparálás mm II.Tüzelõanyag 12 MJ/kg % <20 mm 15 % Finom Fémek > 100 mm % % I. Tüzelő anyagtermék 20 MJ/kg

26 Energianád parcella nézete Jó növekedésű parcella Elszíneződött levélzetű parcellarész Ültetvényrész elszíneződött levélzettel folytatásban a kezeletlen

27 Tapasztalatok a tatai kisminta kísérletben: A biostabilát alkalmazásával az energianád ültetvényeken magassági növekedéstöbblet tapasztalható. A faültetvényeken a hatás nem egyértelmű. A növekedés két klón esetében valamivel nagyobb, egy-két klón esetében a levélzet jelentős elszíneződése tapasztalható.

28 atás a csemetékre (Polgárdi) Fontos az a megfigyelés, hogy akác esetében megmaradt egyedek viszonylag megfelelő övekedést mutattak, és hasonló a helyzet a yár esetében is. Alapvetően azt a megállapítást tehetjük vábbá, hogy a biostabilátok a fiatal ltetvényekben nem alkalmazhatók.

29 Biostabilátb tból biogáz Kísérleti félüzemi méretű berendezés, reaktor-méret: 100 l

30 Fajlagos gázhozam [ml/g szerves száraz anyag] Idő [nap] 1. minta 2. minta 3.minta 4. minta Korábbi minta

31 ml/g bemért mintára ml/g szerves száraz anyagra Fajlagos gázmennyiség Zöldhulladék (szervesanyag taratalom 765g/kg száraz anyag) 71,44 104,19 Iszap,apríték keverék (szervesanyag tartalom 675g/kg száraz anyag) 18,02 65,28 Biostabilát (szervesanyag tartalom155g/k g száraz anyag) 0,81 6,34 Bekevert szennyvíziszap (szervesanyag tartalom 679g/kg száraz anyag) 4,59 38,9

32 Megállapítottuk: A biostabilátumnál el lehet érni egy relatíve elfogadható gázhozamot (240 l/kg szerves szárazanyag), de relatíve hosszú idő alatt. Célszerű az intenzívebb gázképződés és nagyobb gázhozam érdekében kevésbé érett biostabilátot anaerob bontásnak kitenni (ld. A-A-A technológia). Az aerob előérlelés és anaerob bontás időtartamai optimális értékét (beleértve a aerob utóbontás) kísérleti úton célszerű meghatározni.

33 ) Innovatív, fenntartható energetika termékek és technológiák fejlesztése NKFP-A Profikomp Kft. Vertikál Zrt. Szent István Egyetem Miskolci Egyetem Terra Humána

34 Háztartási és ipari hilladék Háztartási hulladék Háztartási jellegû ipari hulladék Lom Más ipari hulladék Szelektív gyűjtés Feldolgozás, válogatás Hasznosítás anyagában II. Elektromos energia Gáz, V. I. 3 A fermentáció Biogáz Pirolízis Pirolízos koksz, másod tüzelõanyg III. Tárolás Mechanikai elõkezelés < mm mm mm Pelletálás MBH > mm Mechanikai kezelés Biostabilát Másodtüzelõanyag II. Nemesítés III. Másodtüzelõanyag I. CO 2, víz Fémek Inert Fémek Inert Cementgy IV. Erőmű

35 Anyagi összetétel tel megállap llapítása

36 80 neméghető éghető Nyershulladék Eloszlás, % Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető

37 ategória neve Szemcseméret Alkategória Tömegarány,% Biológiai >200 mm Növény Kenyér 92,7 7,3 Σ 100,0 Növény 73,9 Biológiai mm Hús 20,4 Kenyér 5,7 Σ 100,0

38 EGÁLLAPÍTHATÓ: Az aprításnak ki nem tett nyershulladékban a biológia nyag %-a% a a legdurvább (>100 mm) frakcióban elyezkedik el. Ez nem teszi lehetővé,, hogy a nyershulladékb kbó özvetlenül l szitálással ssal válasszunk v le egy olyan durva akciót, amely kész k tüzelt zelőanyag-termék k vagy annak egy észe, mivel bioanyag-tartalma >20 %.

39 neméghető éghető Szelektíven aprított hulladék 40 Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető

40 Kategóri a neve Fém mm Mágneses Nemmágnes 55,9 44,1 Σ 100,0 Fém mm Mágneses Nemmágneses 41,9 58,1 Σ Alkategória Szemcseméret Tömegarány, % 100,0

41 Négyhetes kísérleti biostanilizálás hetenkénti mintavétel a prizmából

42 egfigyelhető: A prizmában lévő aprított hulladék szemcsemérete a stabilizálás következtében folyamatosan finomodik. A nyersmintában lévő > mm-es biofrakció már az első hét alatt lebomlott Az mm-es ill, 20 50mm-es szitafrakcióban is jelentősen csökkent a bioanyag tartalom a stabilizálás során. A papír tömegaránya a durvább frakcióban a stabilizálás előrehaladásával csökken, ezzel szemben a műanyag és a textilé nő.

43 Háztartási hulladék Mechanikai elõkezelés: - aprítás kalapácsos törõvel - dobszita, 50 mm Üzemi méretű kísérleti technológia, 2008 < 50 mm 3 A fermentáció < 20 mm > 50 mm MBH Mechanikai kezelés: dobszita 20 mm és 100 mm CO, víz 2 >100 mm Nemesítés I. - légáramkészülék - mágneses szeparátor - örvényéáramú szeparátor Fémek iogáz Biostabilát Fémek Inert mm Nemesítés II. Másodtüzelőanyag I/A Másodtüzelőanyag I/B Pirolízos ksz, másod zelőanyg III. Pirolízis Másodtüzelőanyag II. Pelletálás: -síkmatricás pelletáló Pellet

44 Légáramkészülék. NEHÉZTERMÉK KÖNNYŰTERMÉK

45 ísérleti eredmények: 1) Mechanikai előkezelés: nyershulladék aprítása és szitálása 50 mm-nél az aprítás mértéke a kívánatosnál nagyobbnak bizonyult: ebből a dobszita 58 %-nyi < 50 mm finomrészt szitált ki; és ezzel 3A fermentációra került <50 mm anyag a bioanyag %-át tartalmazza, az éghetőből csak 10 % veszteséget okozva; aprított hulladékból a dobszitával kiszitált >50 mm frakcióba maradt az éghető 90 %-a;

46 MBH Stabilát-prizma bontása, és a stabilát osztályozása dobszitával 20 mm-nél Tömegkihozatal [%] rizmázott anyag rizma (stabilát) tömegaránya bontáskor eszteség 100,0 90,7 9,3 obszita feladása: urva termék, > 20 mm ásodtüzelőanyag) inom termék, < 20 mm (biostabilát) 100,0 58,9 41,1

47 ) MBH eredménye az MBH során az anyag finomodott: <20 mm rész arány 20 %-al megnőtt; és több mint 10 %-al csökkent a >100-mm rész tömegaránya is. MBH termékéből, azaz a stabilátból a dobszitával kiszitált >20 mm frakcióba (RDF-I. és II.) került az éghető >80 %-a; az is megállapítható, hogy a >100 mm frakcióba (RDF-I) a stabilátban lévő éghető rész >50 %-a került (a nyershulladékra vetítve 40 %).

48 A RDF-I. termék nemesítése légáramkészülékkel Légáramkészül ék feladása (RDF I; >100 mm-es frakció) Könnyű termék (RDF I/A) Nehéz termék (RDF I/B) Tömegkihozatal. [%] Fóliakihozatal. [%]

49 RDF I/B termékből a fémek eltávolítása mágneses és örvényáramú szeparálással Termék Tömegkihozatal [%] Mágneses Nem mágneses fém Tiszta RDF Feladás 2,8 3,7 93,5 100,0

50 RDF-II termék (MBH-ból mm rész) éghetetlen és fémes anyagának eltávolítása Termék Tömegkihozatal [%] Éghetetlen Mágneses Nem mágneses fém Tiszta RDF-II. Feladás 12,7 4,2 5,1 78,0 100,0

51 58 % < 50 mm Háztartási hulladék Mechanikai elõkezelés: 3 A fermentáció iogáz Pirolízos ksz, másod zelőanyg III. - aprítás kalapácsos törõvel - dobszita, 50 mm < 20 mm 16 % Pirolízis MBH Mechanikai kezelés: 2 % Fémek Inert 0,5 % 100 % 42 % > 50 mm 38 % dobszita 20 mm és 100 mm 13,5 % 4 % Biostabilát Másodtüzelőanyag II. CO, víz 2 8,5 % >100 mm mm Nemesítés II. 11 % Kísérleti eredmények Nemesítés I. - légáramkészülék - mágneses szeparátor - örvényéáramú szeparátor 1 % Másodtüzelőanyag I/A Pelletálás: -síkmatricás pelletáló 7 % Fémek 0,5 % Másodtüzelőanyag I/B

52 ) Másodtűzelőanyag nemesítésének nek eredménye Az előáll llított szilárd másodtüzelőanyagok összességében % tömegart megarány képviselnek, amely kíméletesebb k aprítással, és s a szemcsehatárok kisebb módosm dosításával %-ra% növelhető.. E termékek az éghető szilárd anyag %-át% hordozzák. E termékek messzemenően en kielégítik a kívánatos k minőségi igényeket. Nem szabad elfelejtenünk, nk, hogy a nyershulladék %-ából% l nagyfűtőért rtékű ( MJ/kg) biogázt nyertünk. nk.

53 Végtermékek tüzeléstechnikai jellemzői ermék DF I/A DF I/B DF II 20 mm stabilátból iszitált) Nedvesség tartalom * [%] 3,49 7,43 10,52 10,02 Klór [%] 0,248 0,65 0,79 0,20 C [%] 64,5 47,8 40,1 17,2 H [%] 13,08 7,91 6,41 2,59 Égéshő [MJ/kg] 30, 2 23,3 18,0 7,7 Fűtőérték [MJ/kg] 27,4 21, 4 16,3 6, 9 Hamutar talom [%] 11,5 10,5 19,7 - Megjegyzés kéntartalom nem volt mérhető!

54 Síkmatricás brikettáló berendezés Brikettálandó alapanyag tárolása Adalékanyagok tárolása A d a g o l á s Aprítás <d mm 0 Keverés-homogenizálás B r i k e t t á l á s S z i t á l á s d - szitanyílás > d mm Végtermék-granulátum tárolása < d mm Por

55 Polgárdi síkmatrics kmatricás brikettáló berendezés éret-megnevezés rókerekek száma: átmérője szélessége: atrica átmérő: atrica lyukbőség: ajtómotor teljesítménye Méret 3 db D = 300 mm L = 80 mm D = 600 mm φ14 mm 55 kw DF II., lomok fa és papír ulladékának hasznosítása

56 DF-II - pellet RDF-II + <20 mm bioztabilát (50 : %) DF-II + faőrlem rlemény (70 : 30 %) A kísérleti eredmények: Nedvességtartalma 9 10 % legyen. A szemcseméret: < mm. A feldolgozó képesség széles határok: kg/h között

57 Pirolízis, cél: c kis halogén n tartalmú nagy széntartalm ntartalmú tüzelőanyag (koksz) előáll llítása Kísérleti körülmk lmények: Kísérleti berendezés: laboratóriumi riumi reaktor o C, 50 C fokonként növelve Tartózkodási idő 20, 30, 45, 60 min Mintaanyag: RDF I/A RDF I/B RDF II Szemcseméret: < 20 mm Vákuum: 30 Pa Kísérleti eredmények: Optimális paraméterek: 550 o C, és 60 perc tartózkodási idő. Kigázosodási hatásfok: 95 %. A pirolízis fő terméke a jó minőségű koksz, fűtőértéke: RDF I. és RDF-II. termékekből kiindulva >30 MJ/kg. A pirolízis-gáz tekintettel az alacsony kéntartalomra katalitikusan szintézisgázzá alakítható.

58 Háztartási hulladék 100 % Mechanikai elõkezelés >100 mm 15 % Nemesítés - I. - aprítás - légáramkészülék Fémek - mágneses szep. Inert - örvényáramú szep % % <40 mm % mm % RDF- IA > 25 MJ/kg RDF- IB MJ/kg 3 A fermentáció 15 % MBH % CO 2, víz % Gáz Biogáz Pirolízis Biostabilát % Pirolízos koksz, RDF- III., >30 Mj/kg % Aprítás Pelletálás Nemesítés -II % RDF- II MJ/kg Fémek 2 % Inert 1 %

59 Háztartási és ipari hilladék Háztartási hulladék Háztartási jellegû ipari hulladék Lom Más ipari hulladék Szelektív gyűjtés Feldolgozás, válogatás Hasznosítás anyagában II. Elektromos energia Olaj V. I. 3 A fermentáció Biogáz Pirolízis Pirolízos koksz, másod tüzelõanyg III. Tárolás Mechanikai elõkezelés < mm mm mm Pelletálás MBH > mm Mechanikai kezelés Biostabilát Másodtüzelõanyag II. III. Nemesítés Másodtüzelõanyag I. CO 2, víz Fémek Inert Fémek Inert Cementgy IV. Erőmű

60 Köszönöm a figyelmet!