Μελέτη της συνδυασμένης πυρόλυσης και καύσης ανθράκων, βιομάζας και αποβλήτων

Abstract

Thermogravimetric analysis was employed to investigate the potential of the wastes to be used as fuels in combustion plants. Devolatilisation behaviour of RDF is determined by the degradation of three main components and more specifically magazine paper, PVC, LDPE and their interactions. The simulation of the curves is accomplished by using the independent parallel first order reaction model. After having formulated the kinetic model its parameters are estimated by using global optimization methods. The thermal decomposition of MBM is divided into four stages and therefore four independent pseudo-reactions are used to estimate the kinetic constants characterizing its degradation. The study of the pyrolysis behaviour of MBM and lignite mixtures shows that significant interactions take place during blends devolatilisation. The combustion process of the chars derived from the pyrolysis of the single fuels and their blends is divided into three stages. The reactivity of a blend is increased as the share of MBM in the precursor blend increases. The addition of MBM or RDF in the existing fossil fuel power plants results in the reduction of CO₂ and SO₂ release. The capture of these already lowered quantities of gases by two different types of limestone shows that the deactivation of the limestone is attributed to physical alteration of the sorbents due to high temperature and mainly to the sintering of CaO. The varied CO₂ capture capability of the two limestones is depended on the influence that sintering exerts on their structure and their physical characteristics. The sulphation of the sorbent is depended on its morphology and its pore structure. The sulphation of the sorbent particles could be described by three sulphation patterns unreacted core model network model and uniform sulphation model. The contemporary sorption of CO₂ and SO₂ conduces in faster deactivation of limestones. The higher sorption capability of the sorbent which follows the unreacted core pattern is attributed to the separation of the outer CaSO₄ rim of each particle. The increment of pressure under competitive reaction conditions also results to the reduction of sorbents capture efficiency. One of the most important conclusions arise from these tests is concerning the increment of SO₂ capture capability of the sorbents when the sorption is realized under competitive reactions with lowered CO₂ partial pressure.

Η διερεύνηση της ικανότητας των αποβλήτων να αποτελέσουν καύσιμα πραγματοποιείται με εφαρμογή τεχνικών μη-ισοθερμοκρασιακής θερμοσταθμικής ανάλυσης. Η συμπεριφορά κατά την πυρόλυση του καυσίμου στέρεου αποβλήτου αντιπροσωπεύεται από τη μετατροπή τριών συστατικών και συγκεκριμένα του χαρτιού περιοδικού του PVC και του LDPE. Για την κινητική ανάλυση της πυρόλυσης επιλέχθηκε το μοντέλο των ανεξάρτητων παράλληλων αντιδράσεων πρώτης τάξης. Η επίλυση των εξισώσεων πραγματοποιήθηκε με την εφαρμογή μιας μεθόδου ολικής βελτιστοποίησης. Η πυρόλυση του οστεοκρεατάλευρου πραγματοποιείται μέσω τεσσάρων διακριτών σταδίων και για την προσομοίωση της DTG καμπύλης του χρησιμοποιούνται τέσσερις ψευδό-αντιδράσεις. Η εξέταση της πυρόλυσης των μιγμάτων έδειξε ότι υφίστανται ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των δυο συστατικών. Η καύση του εξανθρακώματος και των δύο υλικών καθώς και των μιγμάτων αυτών πραγματοποιείται μέσω τριών σταδίων. Η παρουσία του οστεοκρεατάλευρου στο αρχικό μίγμα επιφέρει αυξημένη τάση για αντίδραση του εξανθρακώματος με το οξυγόνο. Η προσθήκη του οστεοκρεατάλευρου και του καυσίμου στέρεου αποβλήτου στις μονάδες καύσης του άνθρακα επιφέρει μεταξύ άλλων και μείωση των εκλυόμενων ποσοτήτων CO₂ και SO₂. Η διερεύνηση της δέσμευσης των ήδη μειωμένων ποσοτήτων των δυο αυτών αέριων με χρήση δυο διαφορετικών δειγμάτων ασβεστόλιθου έδειξε ότι απώλεια της ικανότητας δέσμευσης έχει αντιστοιχηθεί σε φυσικές μεταβολές του υλικού λόγο της υψηλής θερμοκρασίας και κυρίως στη συσσωμάτωση του CaO. Ο διαφορετικός τρόπος που επιδρά η συσσωμάτωση στις ιδιότητες των δύο υλικών είναι ο λόγος των διαφορετικών προσροφητικών ικανοτήτων τους. Ο τρόπος που πραγματοποιείται η θείωση ενός υλικού εξαρτάται από τη μορφολογία και την πορώδη δομή του και μπορεί να περιγράφει με βάση τρία μοντέλα θείωσης το μοντέλο του μη αντιδράσαντος πυρήνα το μοντέλο του συστήματος των προσβάσιμων πόρων και το μοντέλο της ομογενούς πορώδους δομής. Σε συνθήκες ανταγωνιστικής προσρόφησης συντελείται η ραγδαία απώλεια της ικανότητας δέσμευσης. Το υλικό που ακολουθεί το μοντέλο του μη αντιδράσαντος πυρήνα παρουσιάζει μεγαλύτερη ικανότητα δέσμευσης λόγω της αποκόλλησης του συσσωματωμένου στρώματος του προϊόντος από το σωματίδιο. Αρνητικές είναι και οι επιπτώσεις που έχει η αύξηση της ολικής πίεσης στην ικανότητα δέσμευσης CO₂ από τα προσροφητικά υλικά σε ανταγωνιστικές συνθήκες προσρόφησης. Βασικό επίσης συμπέρασμα που προκύπτει είναι η αύξηση της δέσμευσης SO₂ με την αύξηση της συγκέντρωσης του CO₂.