Studium využití pevných produktů pyrolýzního procesu v energetice

Marek Jadlovec

Doctoral thesis

Study of Use of Solid Products from Pyrolysis in Power Engineering

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá využitím pevných produktů pyrolýzního procesu, a to jakožto sorbentů zachycujících plynnou rtuť ze spalin fosilních paliv. Využití odpadních produktů je v době energetické krize velmi aktuální téma. V této disertační práci byly propojeny dvě komplexní témata: produkce a vlastnosti pevného produktu pyrolýzy a snižování koncentrací plynné rtuti ve spalinách produkovaných z velkých spalovacích zdrojů na fosilní paliva. Především problematika snižování koncentrací plynné rtuti je v průmyslové praxi vysoce diskutované téma. Z důvodu zavedení nových emisních limitů na úrovní EU mají tato zpřísňující se pravidla nepříjemný finanční a technologický dopad na řadu provozovatelů. Podstatou práce je nabídnout alternativní cestu k výrobě finančně dostupných a dostatečně kvalitních sorbentů, které by bylo možné aplikovat v běžné praxi. Disertační práce byla rozšířena také o výzkum možností využití pevných produktů ze zplyňovacího procesu. Disertační práce je strukturovaná do několika částí, jejichž plynulá návaznost vytváří ucelený postup k naplnění stanovených cílů. První část práce se věnuje teoretickému popisu zplyňovacího a pyrolýzního procesu, systému spalování ve fluidní vrstvě a legislativě v oblasti emisí rtuti s následným popisem produkce rtuti ve spalovacím procesu. Součástí jsou rovněž popisy systému pro stanovení rtuti ve spalinách a technologie pro její eliminaci. Druhá část práce představuje samotnou experimentální a výzkumnou činnost v oblasti zplyňování a pyrolýzy vstupních materiálů. Následuje zhodnocení kvality pevného produktu a jeho následné fyzikální a chemické aktivace. Výzkumná část popisuje také analýzy pro důkladnou charakterizaci sorbentů. Přesně definované sorbenty jsou poté testovány na experimentální trati, která je přímo navázána na fluidní jednotku, v níž jsou spalovány základní paliva. Tyto experimenty probíhají za účelem stanovit adsorpční účinnosti jednotlivých sorbentů, tzn. s jakou účinností dokáží sorbenty snížit koncentraci rtuti ve spalinách. Závěr práce obsahuje interpretaci výsledků, diskuzi a souhrn přínosů pro vědní obor a průmyslovou praxi.

Abstract:

The present dissertation deals with the use of solid products of pyrolysis process as sorbents capturing gaseous mercury from fossil fuel exhaust. The use of waste products is a hot topic in times of energy crisis. In this dissertation, two complex topics were combined: the production and properties of the solid product of pyrolysis and the reduction of mercury gas concentrations in flue gases produced from large fossil fuel combustion sources. In particular, the issue of reducing gaseous mercury concentrations is a highly debated topic in industrial practice. Due to the introduction of new emission limits at EU level, these tightening rules are having an unpleasant financial and technological impact on many operators. The essence of this work is to offer an alternative route to the production of affordable and sufficiently high-quality sorbents that could be applied in routine practice. The dissertation has also been extended to investigate the possibilities of using solid products from the gasification process. The dissertation is structured into several parts, the smooth continuity of which creates a coherent procedure to meet the set objectives. The first part of the thesis is devoted to the theoretical description of the gasification and pyrolysis process, the fluidised bed combustion system and the legislation in the field of mercury emissions, followed by a description of mercury production in the combustion process. Also included are descriptions of the system for the determination of mercury in flue gas and the technology for its elimination. The second part of the thesis presents the actual experimental and research activities in the field of gasification and pyrolysis of feedstock materials. This is followed by an assessment of the quality of the solid product and its subsequent physical and chemical activation. The research part also describes the analyses for a thorough characterization of the sorbents. The well-defined sorbents are then tested on an experimental track that is directly linked to the fluidised bed unit in which the base fuels are burned. These experiments are carried out to determine the adsorption efficiency of the individual sorbents, i.e. how efficiently the sorbents can reduce the mercury concentration in the flue gas. The thesis concludes with an interpretation of the results, a discussion and a summary of the contributions to science and industrial practice.

Keywords

Zplyňovací proces, pyrolýzní proces, fluidní spalování, emise plynné rtuti, adsorpční kapacity, sorbenty

Keywords

Gasification process, pyrolysis process, fluidised bed combustion, mercury emissions, adsorption capacities, sorbents

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 6. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 22. 8. 2023
• Supervisor: Stanislav Honus
• Reader: Jiří Míka, Michal Holubčík, Radomír Štěrba

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Energetické stroje a zařízení