XX. Nemzetközi Köztisztasági Szakmai Fórum és Kiállítás Szombathely, 2010. május 11-13. 13. Másodlagos tüzelőanyag előállítás, nemesítés és pirolízis i technológia Prof. Dr. CSŐKE BARNABÁS egyetemi itanár, intézetigazgató ti tó Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet
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
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
TSZH várható mennyiség (2006-2016) begyűjtés 6 000,0 5 000,0 4 000,0 t] [ezer t 3 000,0 Szelektíven Vegyesen 2 000,0 1 000,0 0,0 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Szelektíven 656,5 677,6 699,8 732,0 765,5 790,2 825,0 850,6 876,6 892,9 909,1 Vegyesen 3 938,5 3 966,4 4 010,2 4 058,0 4 119,9 4 190,6 4 251,3 4 321,1 4 393,8 4 476,4 4 558,9 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
elepülési szilárd hulladék 2010. 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
2002-2003 2003 1) 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.
Mechanikai-biológiai kísérleti stabilizálás Aprítás Nedvesség, Biostabilizálás CO 2 Szitálás Mágneses szeparálás Komposzt- stabilát (biostabilát) Fe
Fűtőérték 6 000 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 11 20 000 Nl/g kj/kg száraz anyag s száraz (GB 21 ) anyag Nedvességtartalom ~ 10 250 % mg/l TOC eluat
Veszteség 25 37 % Háztartásokból származó települési hulladék Fűtőérték: 3,5 6 MJ/kg Nedvességtartalom: 27 30 % Biostabiliozálás dobszita Aprítás kalapácsos malommal biostabilizált anyag >20 mm 100 % <20 mm Komposzt 45 50 % Fémek maradék műanyag 4 5 % durva 1 2 % 44-4848 % 1) Sok a stabilát! Inotára szánt termék 45-50 % 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: 12 13 MJ/kg Nedvességtartalom: 8..10%
Cementgyári minőségi igények Jellemző Szemcseméret Nedvességtartalom* Érték < 20 30 mm légszáraz <15 %, ill <25 % Klór <1, ill< 1,5 % Hg <1 mg/kg Kén Max. 0,5 % Hamu <30 % Fűtőérték* 16 26 MJ/kg, ill 13 16 MJ/kg * Főégőre ill. kalcinátorra
Fűtőérték meghatározására szolgáló Fűtőérték meghatározására szolgáló kísérleti kazán és mérőrendszere
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 41,2 50 150 34,72 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 [% ] [% ]
2004-2007 2) Települési szilárd hulladékok hasznosítása nemzetközi előírásoknak k megfelelő alternatív tüzelőanyag előállításával. GVOP-3.1.1.-2004-05-0460/3.0 Vertikál Zrt. Profikomp Kft. Miskolci Egyetem Nyugat-Magyarországi Egyetem
Nyershulladék durva aprítása CO Víz 2 Biostabilizálása A Szitálás Másodtüzelõanyag kiméletes aprítása < 20...40 mm Biostabilát Szitálás <20 mm Finom A Anaerob lebontás Aerob lebontás A Energianövény termesztés Biogáz Mágneses szeparálás Fémek 20...100 mm > 100 mm I. Tüzelő II.Tüzelõanyag anyagtermék 12 MJ/kg 20 MJ/kg
Feladat: a mechanikai-biológiai stabilizálásból kapott másodtüzelőanyag nemesítése szelektív aprítással ljárások: ) Szelektív aprítás ) Fémek leválasztása: mágneses szeparálás, ramkészülék (alapvizsgálat)
Anyagi komponens Papír Fűtőérték, MJ/kg Szemcseméret, mm 20-50 50-75 75-100 100-200 >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
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 2 200 min -1
100 Tö ömegelos szlás, % 80 60 40 1 Neméghető Éghető 2 1-neméghető 2 - éghető (jelölés: 1- neméghető összesen: egyéb+alumínium+üveg+fémek; 2 - éghető összesen: műanyag+textil+gumi+ kompozit + papír + fa). 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Szemcseméret, mm Éh ő é é h ő lk ók lá Éghető és neméghető alkotók megoszlása a szemcsefrakciókban szelektív aprítás után
ermék Termék Tömeg- Fűtőérték Megoszlás a termékekben, % elnevezése kihozatal % MJ/kg Éghető Nem- Hőtartalom > 100 mm 20-100 mm Nagyfűtőértékű termék Éghető 29 20 50 6 61 20 100 Közepes 26 12 44 19 33 fűtőértékű termék < 20 Maradék 45 6 75 mm 1 6 sszesen 100 10 100 100 100 tabilát szelektív aprításának eredménye
100 Fémek leválasztása áramkészülékkel F(x) FF (v), % 80 60 40 Nemvas-fémek Fe 50...75 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 80 60 Nemvas-fémek Fe 75...100 mm Felsőtermék F (v v), F(X) % 40 Silo 20 ntilátor 0 3 4 5 6 7 8 9 10 v, m/s k(v) [m/s]
Mérőtér Prandtl-cső helye Ventillátor Diffúzor áramkészülék
v könnyű [m/s] v közép [m/s] v nehéz [m/s] Műanyag [75 100 mm] 1,16 4,17 5,18 Papír [75 100 mm] 3,84 5,43 9,82 Kompozit [75 100 mm] 2,59 4,63 6,24 Fa [75 100 mm] Textil [75 100 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
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.
Nyershulladék durva aprítása 100 % CO Víz 2 Biostabilizálása 25...27 % < 20...40 mm 35...45 % Szitálás 30...40 % Biostabilát Anaerob lebontás Másodtüzelõanyag kiméletes aprítása <20 mm Szitálás Finom 15 % 20...30 % Mágneses szeparálás Fémek Aerob lebontás Energianövény termesztés Biogáz 20...100 mm > 100 mm 9...12 % 11...14 % II.Tüzelõanyag 12 MJ/kg I. Tüzelő anyagtermék 20 MJ/kg
Energianád parcella nézete Jó növekedésű parcella Elszíneződött levélzetű parcellarész Ültetvényrész elszíneződött levélzettel folytatásban a kezeletlen
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
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
Biostabilátból biogáz Kísérleti félüzemi méretű berendezés, reaktor-méret: 100 l
l/g ] zam [ml z anyag] s gázhoz es száraz Fajlagos szerve 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 5 10 15 20 25 30 35 Idő [nap] 1. minta 2. minta 3.minta 4. minta Korábbi minta
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
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.
2007-20092009 ) Innovatív, v, fenntartható energetika e termékek és technológiák fejlesztése NKFP-A3-2006-0024 Profikomp Kft. Vertikál Zrt. Szent István Egyetem Miskolci Egyetem Terra Humána
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 <20...30 mm 30...100 mm 20...75 mm > 75...100 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
Anyagi összetétel megállapítása
80 neméghető éghető Nyershulladék Elo oszlás, % 60 40 20 Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető 0 0 100 200 300 400 500
ategória neve Szemcseméret Alkategória Tömegarány,% Biológiai >200 mm Növény 92,7 Kenyér 7,3 Σ 100,0 Növény 73,9 Biológiai 100-200 mm Hús 20,4 Kenyér 5,7 Σ 100,0
EGÁLLAPÍTHATÓ: Az aprításnak ki nem tett nyershulladékban a biológia nyag 20 25 25 %-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 %.
neméghető 80 60 éghető ő Szelektíven aprított hulladék 40 20 Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető 0 0 50 100 150 200 250
Kategóri a neve Szemcseméret Alkategória Tömegarány, % Mágneses 55,9 100-200 Fém mm Nem- 44,1 mágnes Σ 100,0 Mágneses 41,9 50-100 Fém mm Nem- 58,1 mágneses Σ 100,0
Négyhetes kísérleti biostanilizálás hetenkénti mintavétel a prizmából
egfigyelhető: gy A prizmában lévő aprított hulladék szemcsemérete a stabilizálás következtében folyamatosan finomodik. A nyersmintában lévő ő >75 100 mm-es biofrakció már az első hét alatt lebomlott Az 50 75 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.
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 20-100 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
Légáramkészülék. NEHÉZTERMÉK KÖNNYŰTERMÉK
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 96-97 %-át tartalmazza, az éghetőből csak 10 % veszteséget okozva; aprított hulladékból a dobszitával kiszitált >50 mm p frakcióba maradt az éghető 90 %-a;
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
) 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 %).
Légáramkészül ék feladása (RDF I; >100 mm-es frakció) A RDF-I. termék nemesítése légáramkészülékkel Fóliakihozatal. [%] kihozatal. [%] Tömeg- 100 100 Könnyű termék 11 54 (RDF I/A) Nehéz termék 89 46 (RDF I/B)
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
RDF-II termék (MBH-ból 20-100 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
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 % 20-100 mm 1 % 7 % Nemesítés II. 11 % Másod- tüzelőanyag II. Másod- tüzelőanyag I/B iogáz Biostabilát Pelletálás: -síkmatricás pelletáló Fémek 0,5 %
) Másodtűzelőanyag nemesítésének eredménye Az előállított szilárd másodtüzelőanyagok összességében 20..25 % tömegarány képviselnek, amely kíméletesebb aprítással, és a szemcsehatárok kisebb módosításával 25 30 %-ra növelhető. E termékek az éghető szilárd anyag 75 80 %-át hordozzák. E termékek messzemenően kielégítik a kívánatos minőségi igényeket. Nem szabad elfelejtenünk, l hogy a nyershulladék 55.60 %-ából nagyfűtőértékű (22-24 24 MJ/kg) biogázt nyertünk.
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!
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
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
DF-II - pellet RDF-II + <20 mm bioztabilát (50 : 50 %) DF-II + faőrlemény (70 : 30 %) A kísérleti eredmények: Nedvességtartalma 9 10 % legyen. A szemcseméret: < 10 15 mm. A feldolgozó képesség széles határok: 200 600 kg/h között
Pirolízis, cél: kis halogén tartalmú nagy széntartalmú tüzelőanyag (koksz) előállítása Kísérleti körülmények: Kísérleti berendezés: laboratóriumi reaktor 450 850 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.
Háztartási hulladék 100 % Mechanikai elõkezelés >100 mm 15 % Nemesítés - I. - aprítás - légáramkészülék - mágneses szep. - örvényáramú szep. 2...4 % 11...13 % Fémek Inert <40 mm 45...50 % 40-100 mm 35...40 % RDF- IA > 25 MJ/kg RDF- IB 20...2222 MJ/kg 3 A fermentáció MBH CO 2, 15 % 30...35 % CO, víz 4...6 % Gáz Biogáz Pirolízis Biostabilát 5...10 % Pirolízos koksz, RDF- III., >30 Mj/kg 15...17 % Aprítás Pelletálás Nemesítés -II. 15...18 % RDF- II. 15...17 MJ/kg Fémek 2 % Inert 1 %
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 <20...30 mm 30...100 mm 20...75 mm > 75...100 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
Köszönöm a figyelmet fgy!