Prof. Dr. CSŐKE BARNABÁS egyetemi itanár, intézetigazgató Miskolci Egyetem. Intézet

Átírás

1 XX. Nemzetközi Köztisztasági Szakmai Fórum és Kiállítás Szombathely, május Másodlagos tüzelőanyag előállítás, nemesítés és pirolízis i technológia Prof. Dr. CSŐKE BARNABÁS egyetemi itanár, intézetigazgató ti tó 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 ő éj íáá szelektívaprítással, komposzt-frakció hasznosítása ) Komplex energetikai i hasznosítást t megalapozó üzemi méretű kísérleti vizsgálatok

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

4 TSZH várható mennyiség ( ) begyűjtés 6 000, , ,0 t] [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 é 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 i i 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 ) A kommunális hulladékok komplex kezelési rendszerének kidolgozása a szerves hulladékok biológiai ártalmatlanításával (MBH üzemi méretű alapvizsgálatok). OM-KMFP-pályázat Vertikál Zrt. Köztisztasági Egyesülés Profikomp Kft.

7 Mechanikai-biológiai kísérleti stabilizálás Aprítás Nedvesség, Biostabilizálás CO 2 Szitálás Mágneses szeparálás Komposzt- stabilát (biostabilát) Fe

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

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 % Fémek maradék műanyag 4 5 % durva 1 2 % % 1) Sok a stabilát! Inotára szánt termék % Mintavételi helyek 2) Mi a lesz a másodtüzelőanyag termék sorsa? A Polgárdi lerakón folyó üzemi méretű biostabilizálási kísérlet során kapott biostabilizált hulladék feldolgozása VERTIKÁL Rt.- ME Eljárástechnikai Tanszék Prof.Dr.Csőke Barnabás 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 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 Szemcse- Tömeg Fűtő- Nedvesség Hamu- eloszlás érték tartalom [% ] MJ/kg [% ] méret x, [ mm ] tartalom [% ] <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 Nedvességtartalom Hamutartalom [% ] MJ/kg [% ] [% ]

13 ) Települési szilárd hulladékok hasznosítása nemzetközi előírásoknak k 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 Fémek mm > 100 mm I. Tüzelő II.Tüzelõanyag anyagtermék 12 MJ/kg 20 MJ/kg

15 Feladat: a mechanikai-biológiai stabilizálásból kapott másodtüzelőanyag nemesítése szelektív 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 21,22 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 édkéb érdekében Kalapácsos törő fő műszaki jellemzői Típus Névleges teljesítmény AK 230 Profi 150 kw min -1

18

19 100 Tö ömegelos szlás, % Neméghető Éghető 2 1-neméghető 2 - éghető (jelölés: 1- neméghető összesen: egyéb+alumínium+üveg+fémek; 2 - éghető összesen: műanyag+textil+gumi+ kompozit + papír + fa) Szemcseméret, mm Éh ő é é h ő lk ók lá Éghető és neméghető alkotók megoszlása a szemcsefrakciókban szelektív aprítás után

20 ermék Termék Tömeg- Fűtőérték Megoszlás a termékekben, % elnevezése kihozatal % MJ/kg Éghető Nem- Hőtartalom > 100 mm mm Nagyfűtőértékű termék Éghető Közepes fűtőértékű termék < 20 Maradék mm 1 6 sszesen tabilát szelektív aprításának eredménye

21 100 Fémek leválasztása áramkészülékkel F(x) FF (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 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] 4,4848 5,05 6,24 Fa [50 75 mm] 6,55 9,12 15,14

24 Megállapítottuk: az éghető ő anyagok süllyedési éi végsebessége é három tartományra bonthatók 1-3,5 m/s, 3,5-5,5m/s és 5,5-16 m/s; a nemvas-fémek süllyedési sebessége pedig a 6-9 m/s sebességtartományba esik; ezek alapján légáramkészülékkel l történő ő szétválasztáskor két tiszta fémmentes éghető terméket és egy nemvas-fémeket is tartalmazó kevert termékhez jutunk; ez utóbbiból a fémek örvényáramú szeparálással nyerhetők ki.

25 Nyershulladék durva aprítása 100 % CO Víz 2 Biostabilizálása % < mm % Szitálás % Biostabilát Anaerob lebontás Másodtüzelõanyag kiméletes aprítása <20 mm Szitálás Finom 15 % % Mágneses szeparálás Fémek Aerob lebontás Energianövény termesztés Biogáz mm > 100 mm % % II.Tüzelõanyag 12 MJ/kg 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 növekedés-többlet tapasztalható. A fül faültetvényeken a hatás nem egyértelmű. ű A növekedés két klón esetében valamivel nagyobb, egy-két klón esetében a levélzet jl jelentőselszíneződése l ődé tapasztalható. t tó

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

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

30 l/g ] zam [ml z anyag] s gázhoz es száraz Fajlagos szerve Idő [nap] 1. minta 2. minta 3.minta 4. minta Korábbi minta

31 ml/g mintára bemért Fajlagos gázmennyiség g Zöldhulladék (szervesanyag taratalom 765g/kg száraz anyag) Iszap,apríték keverék (szervesanyag tartalom 675g/kg száraz anyag) Biostabilát (szervesanyag tartalom155g/k g száraz anyag) Bekevert szennyvíziszap (szervesanyag tartalom 679g/kg száraz anyag) mintára 71,44 18,02 0,81 4,59 ml/g szerves száraz anyagra 104,19 65,28 6,34 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 A A technológia). Az aerob előérlelés és anaerob bontás időtartamai optimális értékét (beleértve a aerob utóbontás) kísérleti úton célszerű meghatározni.

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

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

35 Anyagi összetétel megállapítása

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

37 ategória neve Szemcseméret Alkategória Tömegarány,% Biológiai >200 mm Növény 92,7 Kenyér 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 legdurvább (>100 mm) frakcióban elyezkedik el. Ez nem teszi lehetővé, hogy a nyershulladékbó özvetlenül szitálással l válasszunk le egy olyan durva akciót, amely kész tüzelőanyag-terméktermék vagy annak egy sze, mivel lbi bioanyag-tartalma t >20 %.

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

40 Kategóri a neve Szemcseméret Alkategória Tömegarány, % Mágneses 55, Fém mm Nem- 44,1 mágnes Σ 100,0 Mágneses 41, Fém mm Nem- 58,1 mágneses Σ 100,0

41 Négyhetes kísérleti biostanilizálás hetenkénti mintavétel a prizmából

42 egfigyelhető: gy A prizmában lévő aprított hulladék szemcsemérete a stabilizálás következtében folyamatosan finomodik. A nyersmintában lévő ő > 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 Fémek Inert mm Nemesítés II. Másod- tüzelőanyag I/B iogáz Biostabilát Másod- tüzelőanyag I/A 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 yga bioanyag %-át tartalmazza, az éghetőből csak 10 % veszteséget okozva; aprított hulladékból a dobszitával kiszitált >50 mm p frakcióba maradt az éghető 90 %-a;

46 MBH Stabilát-prizma bontása, és a stabilát osztályozása dobszitával 20 mm-nél Tömeg- kihozatal [%] rizmázott anyag 100,0 rizma (stabilát) tömegaránya bontáskor 90,7 eszteség 9,3 obszita feladása: 100,0 urva termék, > 20 mm ásodtüzelőanyag) 58,9 inom termék, < 20 mm (biostabilát) 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 I. és II) II.) került az éghető >80 %-a; i ll h h f k i b az is megállapítható, hogy a >100 mm frakcióba (RDF-I) a stabilátban lévő éghető rész >50 %-a került (a nyershulladékra vetítve 40 %).

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

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

50 RDF-II termék (MBH-ból mm rész) éghetetlen és fémes anyagának eltávolítása Termék Tömegkihozatal [%] Éghetetlen 12,7 Mágneses 4,2 Nem mágneses fém 51 5,1 Tiszta RDF-II. 78,0 Feladás 100,00

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

52 ) Másodtűzelőanyag nemesítésének eredménye Az előállított szilárd másodtüzelőanyagok összességében % tömegarány képviselnek, amely kíméletesebb aprítással, és a szemcsehatárok kisebb módosításával %-ra növelhető. E termékek az éghető szilárd anyag %-át hordozzák. E termékek messzemenően kielégítik a kívánatos minőségi igényeket. Nem szabad elfelejtenünk, l hogy a nyershulladék %-ából nagyfűtőértékű ( MJ/kg) biogázt nyertünk.

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

54 Síkmatricás brikettáló berendezés Brikettálandó Adalékanyagok alapanyag tárolása 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 síkmatricás brikettáló berendezés éret-megnevezés rókerekek száma: átmérője Méret 3 db D = 300 mm szélessége: L = 80 mm atrica átmérő: D = 600 mm atrica lyukbőség: φ14 mm ajtómotor teljesítménye 55 kw DF II., lomok fa és papír, p p ulladékának hasznosítása

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

57 Pirolízis, cél: kis halogén tartalmú nagy széntartalmú tüzelőanyag (koksz) előállítása Kísérleti körülmények: Kísérleti berendezés: laboratóriumi 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 - mágneses szep. - örvényáramú szep % % Fémek Inert <40 mm % mm % RDF- IA > 25 MJ/kg RDF- IB MJ/kg 3 A fermentáció MBH CO 2, 15 % % CO, 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 Szelektív gyűjtés Feldolgozás, válogatás Hasznosítás anyagában II. Elektromos energia Olaj j V. I. si Háztartás hulladék Háztartás si jellegû ipari hull ladék Lom Tárolás Más ipa ari hulladé ék Mechanikai elõkezelés < mm mm mm > mm III. Nemesítés Másodtüzelõanyag I. 3 A fermentáció MBH CO 2, víz Biogáz Pirolízis Pirolízos koksz, másod tüzelõanyg III. Pelletálás Mechanikai kezelés Biostabilát Másodtüzelõanyag II. Fémek Inert Fémek Inert Cementgy IV. Erőmű

60 Köszönöm a figyelmet fgy!