Торрефикация

Торрефикация биомассы , например, древесины или зерна , является мягкой формой пиролиза при температурах, как правило, от 200 до 320 °C. Торрефикация изменяет свойства биомассы, чтобы обеспечить лучшее качество топлива для сжигания и газификации . Торрефикация производит относительно сухой продукт, что снижает или устраняет его потенциал для органического разложения . Торрефикация в сочетании с уплотнением создает энергоемкий топливный носитель с  более низкой теплотворной способностью (LHV) от 20 до 21 ГДж /т . ^[1] Торрефикация заставляет материал подвергаться реакциям Майяра . Торрефицированная биомасса может использоваться в качестве энергоносителя или в качестве сырья, используемого в производстве биотоплива и химикатов. ^[2]

Биомасса может быть важным источником энергии. ^[3] Однако существует большое разнообразие потенциальных источников биомассы, каждый из которых обладает своими уникальными характеристиками. Для создания эффективных цепочек превращения биомассы в энергию торрефикация биомассы в сочетании с уплотнением ( гранулированием или брикетированием ) является многообещающим шагом на пути к преодолению логистических проблем при разработке крупномасштабных устойчивых энергетических решений, упрощая их транспортировку и хранение. Пеллеты или брикеты имеют более высокую плотность, содержат меньше влаги и более стабильны при хранении, чем биомасса, из которой они получены.

Торрефикация — это термохимическая обработка биомассы при температуре от 200 до 320 °C (от 392 до 608 °F). Она осуществляется при атмосферном давлении и в отсутствие кислорода . В процессе торрефикации вода, содержащаяся в биомассе, а также избыточные летучие вещества высвобождаются, а биополимеры ( целлюлоза , гемицеллюлоза и лигнин ) частично разлагаются, выделяя различные типы летучих веществ. ^[4] Конечным продуктом является оставшийся твердый, сухой, почерневший материал ^[5], который называют торрефицированной биомассой или биоуглем .

В ходе процесса биомасса обычно теряет 20% своей массы (сухое вещество) и 10% своей теплотворной способности без заметного изменения объема. Эту энергию (летучие вещества) можно использовать в качестве топлива для процесса торрефикации. После торрефикации биомассу можно уплотнить, обычно в брикеты или гранулы, используя обычное оборудование для уплотнения, чтобы увеличить ее массу и плотность энергии, а также улучшить ее гидрофобные свойства. Конечный продукт может отталкивать воду и, таким образом, может храниться во влажном воздухе или под дождем без заметного изменения влажности или теплотворной способности, в отличие от исходной биомассы.

История торрефикации восходит к началу XIX века, а газификаторы широко применялись во время Второй мировой войны. ^[6]

Торрефицированная и уплотненная биомасса имеет ряд преимуществ на различных рынках, что делает ее конкурентоспособным вариантом по сравнению с обычными древесными гранулами из биомассы .

Плотность энергии 18–20 ГДж /м3 ^— по сравнению с 26–33 гигаджоулями на тонну теплосодержания природного антрацитового угля — может быть достигнута при сочетании с уплотнением (гранулированием или брикетированием) по сравнению со значениями 10–11 ГДж/м3 ^для сырой биомассы, что приводит к снижению транспортных расходов на 40–50%. Важно отметить, что гранулирование или брикетирование в первую очередь увеличивает плотность энергии. Торрефикация сама по себе обычно снижает плотность энергии, хотя она упрощает переработку материала в гранулы или брикеты.

Торрефицированная биомасса может быть произведена из широкого спектра исходного сырья биомассы, которое дает схожие свойства продукта. Большая часть древесной и травянистой биомассы состоит из трех основных полимерных структур: целлюлозы , гемицеллюлозы и лигнина . Вместе они называются лигноцеллюлозой . Торрефикация в первую очередь выводит влагу и богатые кислородом и водородом функциональные группы из этих структур, производя схожие уголькообразные структуры во всех трех случаях. Поэтому большинство видов топлива из биомассы, независимо от происхождения, дают торрефицированные продукты со схожими свойствами — за исключением свойств золы, которые в значительной степени отражают исходное содержание золы и состав топлива.

Торрефицированная биомасса обладает гидрофобными свойствами, т.е. отталкивает воду, и в сочетании с уплотнением делает возможным ее хранение на открытом воздухе.

Вся биологическая активность останавливается, что снижает риск возникновения пожара и предотвращает биологическое разложение, например гниение.

Торрефикация биомассы приводит к улучшению ее измельчаемости. ^[7] Это приводит к более эффективному совместному сжиганию на существующих угольных электростанциях или газификации с вовлеченным потоком для производства химикатов и транспортного топлива.

Торрефицированная биомасса имеет добавленную стоимость для различных рынков. Биомасса в целом обеспечивает недорогой и малорисковый путь к снижению выбросов CO2. _[ ^{требуется цитата ]} Когда требуются большие объемы, торрефикация может сделать биомассу из удаленных источников конкурентоспособной по цене, поскольку более плотный материал легче хранить и транспортировать.

Древесный порошок:

• Порошок торрефицированной древесины можно измельчить в мелкий порошок, который при сжатии имитирует сжиженный нефтяной газ (СНГ). ^{[ необходима цитата ]}

Крупномасштабное совместное сжигание на угольных электростанциях:

• Торрефицированная биомасса обеспечивает снижение затрат на обработку;
• Торрефицированная биомасса обеспечивает более высокую скорость совместного сжигания;
• Продукт может поставляться в диапазоне теплотворной способности (20–25  ГДж /тонну) и размеров (брикеты, пеллеты).
• Совместное сжигание торрефицированной биомассы с углем приводит к сокращению чистых выбросов электростанций.

Производство стали:

• Волокнистую биомассу очень трудно использовать в печах;
• Для замены инжекционного угля биомасса должна иметь теплотворную способность более 25 ГДж/тонну.

Жилое/децентрализованное отопление:

• Относительно высокий процент транспорта на колесах в цепочке поставок делает биомассу дорогой. Увеличение объемной плотности энергии действительно снижает затраты;
• Ограниченное пространство для хранения увеличивает потребность в увеличении объемной плотности;
• Содержание влаги важно, так как влага приводит к появлению дыма и запаха.

Биомасса в жидкости:

• Торрефицированная биомасса обеспечивает снижение затрат на обработку.
• Торрефицированная биомасса служит «чистым» сырьем для производства транспортного топлива ( процесс Фишера-Тропша ), что позволяет экономить производственные затраты.

Различные применения:

• Некоторые производители гитар использовали торрефикацию для получения более стабильной по размерам древесины для деталей гитары, чем традиционная сушка в печи или сушка на воздухе, включая Yamaha, Martin, Gibson и мастера по изготовлению гитарных инструментов Дану Буржуа . ^{[8] [9]}

• Пиролиз
• Термически модифицированная древесина
• Карбонизация
• Miscanthus giganteus § Проблемы транспортировки и сжигания (содержит подробное описание худших качеств сжигания биомассы по сравнению с углем, а также положительных эффектов торрефикации.)

• «Торрефицированный древесный порошок в пропан»; «О нас». Summerhill Biomass Systems, Inc. Получено 29 февраля 2012 г.
• Цварт, RWR; «Контроль качества торрефикации на основе логистических и конечных требований пользователя», отчет ECN, ECN-L–11-107
• Верховев, Ф.; Аделл, А.; Боерсма, Арканзас; Пельс, младший; Ленселинк, Дж.; Киль, JHA; Шуккен, Х.; «TorTech: Торрефикация как ключевая технология производства (твердого) топлива из биомассы и отходов», отчет ECN, ECN-E–11-039
• Бергман, PCA; Киль, JHA, 2005, «Торрефикация для улучшения биомассы», отчет ECN, ECN-RX–05-180
• Бергман, PCA; Боерсма, AR; Цварт, RWR; Киль, JHA, 2005, «Разработка торрефикации для совместного сжигания биомассы на существующих угольных электростанциях», отчет ECN, ECN-C–05-013
• Бергман, PCA, 2005, «Комбинированная торрефикация и грануляция – ТОР-процесс», отчет ECN, ECN-C–05-073
• Бергман, PCA; Боерсма, Арканзас; Киль, JHA; Принс, МЮ; Птасински, К.Дж.; Янссен, FGGJ, 2005, «Высушенная биомасса для газификации биомассы с увлечением потока», Отчет ECN, ECN-C–05-026.