Termiczna gazyfikacja pelet z pofermentu z biogazowni rolniczej i ...

Termiczna gazyfikacja pelet zpofermentu z biogazowni rolniczej iwykorzystanie popiołu donawożeniaSeminarium: Biomasa-Odpady-Energia, IMP PAN, 10 marca 2011dr inż. Ksawery KuligowskiAssoc. Prof. Tjalfe G. PoulsenProf. Robert J. GilkesDr Peter SorensenPomorskie Centrum Badań i TechnologiiŚrodowiska POMCERT, Uniwersytet Gdański,PPNT Gdynia

Spis treści1. Wprowadzenie2. Cel badań3. Wybór materiału i technologii termicznej gazyfikacji4. Metodyka pomiarów5. Skład chemiczny popiołu4. Odcieki z popiołu i z mieszanin gleba-popiół5. Popiół jako nawóz6. Wnioski

WprowadzenieProdukcja zwierzęca: DaniaDania: 24 mln świń rocznie (5 na1 Duńczyka), 2x od 1970’85% wieprzowiny na eksport3 mln ton suchej masyobornika rocznieEnergia: 45 PJ /rok(6% duńskiego zużycia energii)49000 ton fosforu rocznieWiększe fermy wypierająmniejszeNawóz naturalny9 kg dodatkowego P /ha !?Transport na dużeodległości? Kosztowne?Pedersen, P. (2004) Point-source Pig Manure-management Processes in Denmark. The National Committee for Pig Production, Danish Meat and Bacon Council, Publications,http://www.livestocktrail.uiuc.edu/uploads/sowm/papers/p276-284.pdf (Accessed 13 March 2008)Poulsen, T.G., Prapaspongsa, T., Hansen, J.Aa., (2008) Energy and greenhouse gas balances for pig manure using alternative treatment options. In: Proceedings of theISWA/WMRAS World Congress, November 2008, Singapore.

WprowadzenieZanikające zasoby fosforytów?

WprowadzenieProdukcja zwierzęcai nadmiar PBrak zasobówfosforytówEutrofizacjaakwenówPotrzebaźródła fosforu?Potrzeba odnawialnejenergetykiZmiany klimatuPotrzebataniego wapnaZakwaszeniegleby

WprowadzeniePotencjał energetyczny gnojowicyNawożenieTanie ipopularne25 %SpalanieKilka komercyjnychinstalacji, współ-spalanie(UK, USA, NL, AU, DK)>60%GnojowicaMożliwościprzetwarzaniaFermentacjabeztlenowa20 biogazownirolniczych w Danii(znana technologia)45 – 55%TermicznagazyfikacjaGłównie współzgazowanie,testy(USA, DK)

Cel badańProdukcja zwierzęcai nadmiar PEksploatacjafosforytówEutrofizacjaakwenówPotrzebaźródła fosforu1. Skład chemiczny popiołu2. Odcieki z popiołu i z nawożonych gleb3. Popiół jako nawóz w rolnictwiePotrzeba odnawialnejenergetykiZmiany klimatuPotrzebataniego wapnaZakwaszeniegleby

Wybór technologiiParametry procesuParametr:Całkowita masa wsaduPrzepływ paliwaŚrednica peletPopiółKaloryczność peletOdzysk popiołu w cyklonach (I i II)Kaloryczność syngazu (obliczona)Wartość:8.2 t170 kg/h 4mm37.5%11.3 MJ/ kg95%6.6 MJ/Nm 3Zalety technologii:Brak korozji instalacjiBrak agregacji i topnienia popiołuBrak strat makroelementówProces łatwy w kontroli (stabilna tempeatura)Specjalna dla niskokalorycznych paliwCzystszy popiół?

Popiół (spalanie) - IAMetodyka PomiarówMateriałyPopiół (zgazowanie) - GARozdzielanie na frakcjeFrakcjepopiołuUpłynnianiekwasemEkstrakt ZneutralizowanySuszenieWysuszonyekstraktUsuwanie wapnaPopiół bezwapnaPelety z PFOdwodniona, wysuszona i speletyzowana (90% sm) frakcjapofermentacyjna z mieszaniny gnojowicy i odpadów przemysłuspożywczego (4.5:1 masowo) z biogazowni Fangel (Dania)HHV = 11.3 GJ /t,pelet z substratu = 15.2 GJ /t,drewna ~ 18-22 GJ /tHHVHHV sm

Metodyka PomiarówMetodySkład chemicznypopiołuWymywalnośćpierwiastków z popiołuPopiół jako nawóz wrolnictwieAnaliza frakcyjnaStężeniapierwiastków(ogólne)(FAAS, UV-VIS, ICP-OES, EDXRF)Mineralogia(XRD, SEM, TEM)Rozpuszczalnośćpierwiastków w wodzieOdcieki P glebnawożonych popiołem(dwie gleby)Esktrakcja P i Zn zapomocą H 2 SO 4 (dwiemetody)Kilkustopniowe usuwaniewapna z popiołuPrzetwarzanie popiołudo formy ciekłej i stałej2-letnie testy na poletkubadawczym zjęczmieniem i trawą(Dania)3-mies test szklarniowyna glebie kwaśnej ztrawą (Australia)

Skład chemiczny popiołuPopiół GA30-40% Ca9.1% Na5.4% P3.5% K2.9% FeKalcyt (węglanwapnia) ~ 70 %,Kwarc ~ 15 %,Apatyt ~ 10 %,Inne ~ 5 %1044 mg/kg Zn402 mg/kg Sr255 mg/kg Cu20 mg/kg Ni

Odcieki z popiołuMakroelementy i metale ciężkie w wodnych odciekachEkstrakcja wapna (70 %) octanem soduC-kalcytA-apatytQ-kwarc

Odcieki fosforu z glebPomiarPopiół GAAparatura do pomiaru odcieku P4 stalowe kolumny, 70.5mm figłyRurkiŹródło wodySito 1mmSsanieFiltr 30mmPompa nawadniająceZbiór odcieku do analizy P

Odcieki fosforu z glebPomiarPopiół GAScenariusze nawożeniaNawadnianieGórne 5cm:Wariant 1, 9.2 mm/h:Bez popiołuWariant 2, 9.2 mm/h:Natychmiastowe nawadnianieWariant 3, 2.5 mm/h:Natychmiastowe nawadnianieWariant 3, 9.2 mm/h: Nawadnianie po 5 tyg reakcji popiół-glebaWariant 4, 9.2 mm/h: Nawożenie nawozem mineralnym Na 2 HPO 40.3 kg gleby, 91 mg P /kg ~205 kg P/ha (10xND) ~5.7g popiołu /kg glebyDolne 10 cm:Gleba 1 (referencyjna): Wypłukany, drobny piasek, Field Capacity,Gleba 2 (rolnicza): Piasek o dużej zdolności sorpcyjnej, Field CapacityAnaliza odcieku:P ogólny, P rozpuszczalny, Cl, Frakcja < 30 mm

Odcieki fosforu z glebNawożonych popiołemGA9.2mm/hCase 1 Case 2Case 3 Case 4(1 PV = 0.254 l)Gleba referencyjna (bez pojemności sorpcyjnej)

Odcieki fosforu z glebNawożonych popiołemGA9.2mm/hCase 1 Case 2Case 3 Case 4(1 PV = 0.243 l)Gleba rolnicza (silna pojemność sorpcyjna)

Odcieki fosforu z glebPopiół GANawożonych popiołemGleba referencyjnaGleba rolniczaNo ash (control) 9 mm/hAsh (fresh) 9 mm/hAsh (fresh) 2.5 mm/hAsh (matured) 9 mm/hDSP (fresh) 9mm/h0.35% Trudnopowiedzieć97% 12%

Ash extractdried (ExD)Manurepellets(PEL)Gasifier ash (GA)Incinerator ash (IA)

Popiół jako nawózPopiół jako nawózPrzyrost jęczmienia i pobór P w odpowiedzi na popiół i ekstrakt wglebie neutralnej

Popiół jako nawózPrzyrost trawy i pobór P w odpowiedzi na popiół i popiół bez wapnaw glebie kwaśnejpH gleby

Popiół jako nawózWpływ popiołu na pobór metali ciężkich przez trawę w glebie kwaśnejPopiół GAAsh metals contribution to plantsmetal uptake, %Popiół GA bez wapna

Wnioski1. Popiół ze zgazowania (uziarnienie 20-200 mm w większości) mawysoką zawartość P i K, względnie małą zawartość metaliciężkich a chemiczna forma P to hydroksy- i karboksy- apatyt,2. Odcieki większości pierwiastków z popiołu (np. P

Separator gnojowicySamson-Bimatech: komercyjnie

Instalacja do zgazowaniaSamson-Bimatech: komercyjnie

Dziękuję za uwagęPytania?