In Situ Flash Pyrolysis of Straw

In-Situ Flash Pyrolysis of Straw Ph.D. dissertation by Niels Bech Submitted: April 2007. Supervisors: Professor Kim Dam-Johansen, Associate Professor Peter Arendt Jensen Erfaringerne med forbrænding af halm opnået gennem et årti har vist, at en proces der kan koncentrere energien på marken, fjerne aske og reducere logistikomkostningerne ville gøre denne alternative energikilde betydelig mere attraktiv. Disse mål kan nås med in situ flash pyrolyse, hvor halm bliver omdannet til bio-olie i marken og koks efterlades på jorden for at forbedre jordstrukturen og tilføre mineraler. Hovedformålene med dette Innovations Ph.d. projekt var at understøtte udviklingen af en reaktor til in situ flash pyrolyse, konstruere et mindre stationært pilotanlæg, karakterisere og teste halm bio-olie som flydende brændstof samt udvikle en forretningsplan for kommercialisering af de opnåede resultater. Yderligere var det ønsket at undersøge flash pyrolyse af halm generelt og udvikle et værktøj, der kunne modellere den udviklede reaktors opførsel. De eksperimentelle resultater udgør den første rapporterede systematiske undersøgelse af halm flash pyrolyse i en ablativ (solid convective) reaktor. Modellering af udbyttedistributionen viste, at den samme metodiske tilgangsvinkel anvendt for træ er anvendelig, hvis der tages højde for den katalytiske effekt af halmens askeindhold. Det blev demonstreret, at dette kunne gøres ved at tilpasse aktiveringsenergien for de to faststof pyrolyse reaktioner i Broido-Shafizadeh modellen. Det blev vist at effekten var en ~ 80 °C lavere reaktionstemperatur, hvilket i kombination med den katalyserede koks og gas dannende reaktion resulterer i et højere udbytte af disse produkter, men også i en øget konverteringshastighed hvorved temperaturen for maksimalt tjæreudbytte sænkes. For de reaktorparametre, der blev undersøgt i laboratoriereaktoren viste modelleringen, at et udbytte af vandfri tjære på over 50 % daf. er muligt hvis centrifugal accelerationen øges til over 3∙104 g eller partikkelstørrelsesfordelingen er monodispers. Udbyttet forventes at kunne øges yderligere hvis større partikler fødes til en reaktor, der er designet til at give tilstrækkelig opholdstid. Dette indikerede at den udviklede reaktor er velegnet til flash pyrolyse af halm uden, at skulle findele råmaterialet først. For de reaktorparametre, der blev undersøgt i laboratoriereaktoren fastslog de eksperimentelle undersøgelser og modelleringen samstemmende at udbyttet af vandfri tjære ikke øges væsentligt ved at hæve centrifugal accelerationen over 104 g. Det højeste udbytte ved denne værdi blev forudsagt til at være 43 % daf. ved en reaktortemperatur på 515 °C. Under disse forhold blev den specifikke reaktorkapacitet estimeret til at være 330 kg m-2 h-1. Det blev fundet at den specifikke reaktorkapacitet var stærkt afhængig af den anvendte centrifugal acceleration, og større værdier end 104 g blev forudsagt til at øge reaktorkapaciteten væsentligt. Den bedste måde at kommercialisere resultaterne opnået i projektforløbet blev identificeret ved brug af strategiske marketingsplanlægningsteknikker kombineret med analyse af udvalgte scenarier. Resultatet var at for de kommende tre år er der ekstraordinært gode forhold for kommercialisering i EU, hovedsagelig på grund af implementeringen af Kyoto Protokollens første fase, men samtidig forventes det, at forholdene på længere sigt i USA og resten af verden vil forbedres.