Pyrolyse

 

 

Principeschema


Principe- en installatiebeschrijving

Binnen de waterzuivering wordt pyrolyse toegepast als behandelingstechniek voor verwerking van ontwaterd slib, niet op waterige stromen. Pyrolyse is een thermisch proces dat organisch materiaal ontleedt in afwezigheid van zuurstof. Deze techniek is in dit opzicht verschillend van verbranden waarbij zuurstof gebruikt wordt. Dit staat toegelicht in bijgevoegde figuur. Vergassen vormt een tussenvorm:

 

Bij het pyrolyseproces komen vluchtige stoffen vrij bij werkingstemperaturen tussen 150 en 900°C. De gassen die vrijkomen kunnen op hun beurt als brandstof dienen om het pyrolyseproces in stand te houden zonder inbreng van een grote hoeveelheid extra energie.

Pyrolyse kan uitgevoerd worden in een reactor. In bv. een wervelbedreactor wordt de afvalstroom gescheiden in 2 stappen als gevolg van verschillende zuurstofconcentraties in de 2 zones in de reactor. Het ‘bed gedeelte’ bestaat uit een zand massa waar de droging, pyrolyse en vergassing plaatsvindt. Dit gedeelte werkt onder zuurstof arme condities om organische deeltjes in het afval om te zetten naar gasvorm.

In het ‘vrije gedeelte’ van de reactor voorziet een secundaire toevoeging van lucht de verdere verbranding. Dit gedeelte wordt zo gedimensioneerd dat tenminste 2s aan gasverblijftijd gegarandeerd wordt bij een temperatuur van 825/850°C of hoger.  De energie van het afgas kan gerecupereerd worden in een warmterecuperatie eenheid.  Het afgas wordt gereinigd met behulp van een injectie van reactief gehydrateerde kalk, mogelijk gecombineerd met  actieve kool voor de immobilisatie van zware metalen en dioxinen. De reactieproducten en deeltjes worden vervolgens afgefilterd over een hoog efficiënt keramische vezel filter. Het gereinigde gas wordt vervolgens in de atmosfeer geblazen.

Andere types van reactoren en pyrolysetechnieken zijn:

  • vacuüm pyrolyse;
  • snelle pyrolyse;
  • flash pyrolyse;
  • ablatieve pyrolyse;
  • bellen wervelbed reactor;
  • draaiende kegel reactor;
  • circulerend wervelbed reactor.

Specifieke voor- en nadelen

Onder de voordelen wordt gerekend dat toxische componenten en pathogenen door het gebruik van hoge temperaturen worden afgebroken. Het watervolume vermindert ook door de hoge werkingstemperatuur. Door de geproduceerde gassen te gaan gebruiken als brandstof wordt de externe toevoer van brandstof beperkt.

Het pyrolyseproces is een complex proces die hoge operationele-  en investeringskosten vereist. Bijkomend is vaak een luchtzuiveringsinstallatie nodig waarin de afgassen van de pyrolyse installatie verder worden behandeld. De geproduceerde assen bevatten een hoog gehalte aan zware metalen, afhankelijk van de concentraties in de te verwerken stroom. Deze assen worden als gevaarlijk afval beschouwd en dienen ook zo afgevoerd.

Toepassing

Pyrolyse kan toegepast worden bij afvalstromen met een hoge calorische waarde, hoge concentraties en bij stromen waar de verwerking door de aanwezigheid van mengsels te complex wordt. De techniek kan ook gebruikt worden bij conversie van afvalstoffen in nuttige processtromen.

Voorbeelden van toepassing zijn:

  • slibhoeveelheid verminderen na fysico-chemisch waterzuivering;
  • complexe oliehoudende stromen afbreken;
  • biomassa verwerken voor de productie van bio-olie.

Belangrijk hierbij is de homogeniteit van de afval-/biomassastromen.

Randvoorwaarden

De mate van efficiëntie van de techniek is grotendeels afhankelijk van de samenstelling van de afvalstroom en de mate waarin de organische fractie kan afgebroken en omgezet worden in gasvorm. Dit heeft een invloed op temperatuur, druk en andere instellingen van de gebruikte reactor.

De techniek is in principe eerder geschikt voor behandeling van een breed gamma aan organische afvalstoffen waaronder:

  • plantaardig afval;
  • houtafval;
  • slib;
  • afvalolie;
  • verontreinigde grond;
  • kunststofafval.

Werkingsgraad

De werkingsgraad is zeer afhankelijk van de te verwerken afvalsamenstelling en de bijhorende temperatuur-, druk- en andere instellingen. De CZV en TOC-gehaltes van de ingaande waterfractie, en gemeten in de afgassen, kunnen tot 80 % verminderd worden bij een verbrandingstemperatuur van 1000°C, en tot 99% bij een verbrandingstemperatuur van 1220°C bij een gasverblijftijd van 4,5 s.  Componenten zoals stikstof, zwavel en chloriden zullen zich eerder in de gassen bevinden terwijl de zware metalen worden opgeconcentreerd in de assen.

Hulpstoffen

Er worden doorgaans geen chemische additieven gedoseerd. Wel is steunbrandstof (gas/olie) vereist.

Milieu-aspecten

Er komen gassen vloeistoffen en assen vrij welke potentieel milieugevaarlijk kunnen zijn. Er is wel een noodzaak aan steunbrandstoffen, al dan niet geproduceerd tijdens het pyrolyseproces.

Kosten

Voor een pyrolyse installatie, gebruikt voor omzetten van gedroogd RWZI slib in bio-olie, met een capaciteit van 2 t/u zijn volgende kosten berekend:

  • Investeringskost installatie: € 1 000 000
  • Investeringskost bijhorende rookgasreiniger: € 250 000
  • Investeringskost infrastructuur: € 200 000
  • Operationele kost per jaar (7000 u/jaar operationeel): € 961 000

Van de operationele kosten dient wel de winst op verkoop van geproduceerde warmte, energie en bio-olie afgetrokken. Deze bedraagt in het rekenvoorbeeld (anno 2005), en uitgaande dat de inname van biomassa betaald wordt, in totaal een 1,8 M€ bij aanname dat de inname van de biomassa bekostigd wordt door de firma welke de biomassa afvoert. 

Opmerkingen

Geen

Complexiteit

Het proces is zeer complex. Door de hoge temperaturen worden de polymeren in verschillende kleinere moleculen opgesplitst.

Automatiseringsgraad

Er zijn geen gegevens beschikbaar rond automatisering.

Referenties

  • Chiang et al., Journal of Air and Waste  Management Association, 50, 73, 2000
  • Khiari B. et al., Desalination 167, 39 – 47, 2004
  • Koch et al., Science and Techn. Bd., 46, 1996
  • Marias F. et al., AIChe. J., 47 (6), 1438 – 1460, 2001
  • Otero M. et al., Biomass Bioenergy, 22, 319 – 329, 2002
  • PyNe - The Biomass Pyrolysis Network , www.pyne.co.uk
  • Siemons, R.V., Eindrapport “Pyrolyse in Groningen”, xxxx
  • Thomé-Kozmiensky K. J., Pyrolyse von äbfallen, 1985
  • VITO, technische fiche pyrolyse AFSS
  • VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2009

Versie : februari 2010

Producten en diensten: