1. Procesbeschrijving
1.1. Inleiding
Onder pyrolyse wordt het thermisch ontleden van organisch materiaal in afwezigheid van zuurstof verstaan. Figuur 1 situeert pyrolyse ten opzichte van vergassing en verbranding, in functie van de luchttoevoer:
Figuur 1. Overzicht van de verschillende vormen van thermische conversie.
Pyrolyse wordt eerder beschouwd als een voorbehandeling in plaats van een verwerkingstechniek. De uitvoering van pyrolyse als voorbehandeling biedt onder meer volgende voordelen (EIPPCB, 2006):
- het afval wordt omgezet in meer homogene fracties, wat de verdere verwerking vergemakkelijkt. Het homogene karakter laat bijvoorbeeld een beter controleerbare verbranding toe. Eventueel kunnen de fracties nog gezuiverd worden;
- pyrolyse wordt uitgevoerd bij relatief lage temperaturen, in een reducerende atmosfeer. Hierdoor concentreren de meeste metalen in niet-geoxideerde vorm in de cokes. Dit laat toe om ze in relatief zuivere vorm gedeeltelijk uit de cokes te verwijderen, voor deze verdere verwerking ondergaan;
- de procescondities zijn zodanig dat uit de aanwezige chloor weinig dioxines gevormd worden. Chloride kan door wassing uit de cokes verwijderd worden;
- De mogelijkheid om ook de organische fractie als materiaal terug te winnen, bv. in de vorm van methanol;
- een verhoogde elektriciteitsproductie gebruik makend van gas(turbines) in plaats van stoomturbines;
- lagere productie van rookgassen.
Pyrolyse is in principe geschikt voor de voorbehandeling van een breed gamma aan organische afvalstoffen, waaronder gemengd kunststofafval, plantaardig afval, houtafval, banden, afvalolie, zuiveringsslib, shredder afval, verontreinigde grond.
1.2. Werkingsprincipe
Het pyrolyseproces kan in volgende processtappen worden opgedeeld:
- toevoer van het afval, na verkleining;
- warmtetoevoer, de overdracht van warmte kan op verschillende manieren gebeuren:
- partiële verbranding (met een ondermaat lucht) van het toegevoerde afval;
- directe verwarming door toevoer van inerte gassen met een hoge temperatuur;
- indirecte verwarming door warmtetoevoer via verwarmingspijpen of de wanden van de installatie.
- ontleding: de organische verbindingen in de input ontbinden door de energietoevoer in componenten met lagere molecuulmassa;
- scheiding ontledingsproducten: bij verhoogde temperatuur bestaan de ontledingsproducten uit vaste stoffen (cokes) en gassen. De gasfase kan door koeling gescheiden worden in een condenseerbare fractie (oliën, water) en een niet condenseerbare fractie (gas). De scheidingsprocessen kunnen vervangen of aangevuld worden door verdere thermische verwerking, zoals bijvoorbeeld kraken.
In de praktijk wordt pyrolyse uitgevoerd bij temperaturen tussen 450 en 750°C. Bij deze temperaturen ontleden hogere koolwaterstoffen tot componenten met lagere molecuulmassa. Hierbij ontstaan verschillende fracties:
- Gas: bestaande uit een condenseerbare (water en oliën) en een niet condenseerbare fractie;
- Pyrolysecokes.
Diverse pyrolysetechnieken zijn beschikbaar, voor batchgewijze of continue verwerking. Bij een enkelvoudig pyrolyseproces worden de cokes off-site gevaloriseerd. De gassen worden op de locatie gebruikt, bijvoorbeeld voor verwarming van de pyrolysereactor en/of elektriciteitsproductie. In een geïntegreerde installatie worden ook de cokes op de locatie verwerkt (door middel van recuperatie, vergassing of verbranding).
Door in te spelen op de verblijftijd en de warmtetoevoer kan de opbrengst van sommige fracties bevorderd worden. Bij trage pyrolyse worden vooral cokes gevormd, bij hoge warmtetoevoer en korte verblijftijden stijgt de opbrengst aan oliën en gassen.
|
Technologie |
Verblijftijd |
Verwarmings-snelheid |
Temperatuur (°C) |
Eindproduct |
|---|---|---|---|---|
|
Carbonisatie |
Uren-dagen |
Zeer laag |
300 – 500 |
Cokes |
|
Hoge druk-carbonisatie |
15 min. – 2 uur |
Medium |
450 |
Cokes |
|
Normale pyrolyse |
Uren |
Laag |
400 - 600 |
Cokes, vloeistoffen, gas |
|
Vacuüm pyrolyse |
2 – 30 sec. |
Medium |
350 - 450 |
Vloeistoffen |
|
Flash pyrolyse |
0,1 – 2 sec. |
Hoog |
400 - 650 |
Vloeistoffen |
1.3. Energierecuperatie
Aan een pyrolysereactor dient warmte toegevoegd te worden. Energie kan teruggewonnen worden door verbranding van de eindproducten. Het energetisch rendement hangt sterk af van de techniek. Technieken die streven naar maximale materiaalrecuperatie worden over het algemeen gekenmerkt door een laag energetisch rendement.
2. Milieuaspecten en energie
Afvalwater ontstaat enkel bij eventuele wassing van de cokes en gaswassing van de gasfractie.
Luchtemissies ontstaan enkel bij verbranding van de pyrolyseproducten. Het rookgasdebiet van pyrolyse + verbranding ligt lager dan het debiet van onmiddellijke verbranding. Voor de verbranding van de gasfractie kan een low NOx-brander gebruikt worden, waardoor lagere stikstofemissies mogelijk zijn dan bij klassieke verbranding van vaste afval.
Uit de cokes kunnen metalen en inerten afgescheiden worden. Het aandeel hiervan hangt af van de inputsamenstelling. De eindbestemming (hergebruik of storten) hangt af van de concentratie aan verontreinigingen, bijvoorbeeld van zware metalen.
3. Kosten
De investering in een installatie voor pyrolyse van huishoudelijk afval en verbranding van de eindproducten ligt gelijk of hoger dan de investering in een roosteroven met identieke verwerkingscapaciteit. Het verschil bedraagt, afhankelijk van de complexiteit van het pyrolyseproces, een factor 1,0 – 1,5.
4. Referenties
- EEA, 2013. Fact Sheet – Incineration of hazardous waste (draft). European Environment Agency.
- EIPPCB, 2006. Best Available Techniques Reference Document on Waste Incineration. European IPPC Bureau.
- Pyrolysis & gasification of waste: a worldwide business review, Juniper Consultancy Services, ISBN 0-9534305-8-8, 2000