Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen

Translated title of the contribution: Characteristics and utilization of ashes from biomass gasification

Jussi Ranta

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Kivihiilen paineistetun kaasutuksen tuhka voidaan usein käyttää samaan tapaan kuin polton tuhkat, lähinnä sementin ja betonin, erilaisten harkkojen tai tekosoran valmistuksessa ja maanrakennuksessa. Kivihiilen kaasutustuhkien käyttöä helpottaa polton tuhkien hyötykäytön infrastruktuuri. Jos kivihiilen kanssa kaasutetaan biopolttoainetta, tuhkan tekninen laatu heikkenee. Suurilla biopolttoainemäärillä voivat tietyt betoni- ja sementtiteollisuuden normiarvot kivihiilen lentotuhkan käytölle jäädä saavuttamatta. Biopolttoaineen tuhkien ensisijaiseksi käyttömuodoksi esitetään palauttamista metsään tai peltoon. Pitemmällä aikavälillä tuhkan palautuksen uskotaan olevan hyödyllisempää ja taloudellisempaa kuin läjittäminen. Palautettavien tuhkien täytyy olla kemiallisesti haitattomia ja fysikaalisesti helposti käsiteltäviä. Uusien biopolttoaineiden ja uusien prosessien, mm. biopolttoaineen kaasutuksen, tuhkien käytöstä on vähän kokemusta. Jos biopolttoaineen joukossa käytetään fossiilista polttoainetta ja tavoitteena on tuhkan lannoitekäyttö, fossiilisen komponentin tuhka voi heikentää tuhkan lannoiteteknistä käyttöä. Paineistetussa leijukerroskaasutuksessa syntyy runsaasti reagoimatonta polttoainehiiltä sisältävää kuumasuodatinpölyä, jonka hiilipitoisuuden alentaminen poltto- tai kaasutusreaktoreissa voi olla hankalaa, sillä jäännöshiilen reaktiivisuus voi olla alentunut. Hapetuksen lisäksi tuhkan laatua voidaan parantaa luokittelemalla, agglomeroimalla sekä termisellä tai kemiallisella käsittelyllä, jolloin huonolaatuinenkin tuhka voidaan saada maanparannus- tai lannoituskäyttöön sopivaksi. Uusien biomassatyyppien tuhkien laatu on ravinteiden osalta usein metsäbiomassan tuhkia heikompi ja niiden hyödyntäminen siten hankalampaa. Jos tuhkat varastoidaan tai läjitetään, ne tulisi kostuttaa vapaan kalkin sammuttamiseksi ja sitoutumisreaktioiden käynnistämiseksi. Tuhka-aumat tulisi suojata sadevedeltä ravinteiden liukenemisen estämiseksi. Tutkitut näytteet olivat pääasiassa tuotekaasusta 400 - 500 °C:ssa kerättyjä kuumasuodatinpölyjä. Näytteille tehtiin perusominaisuuksien mittaus sekä reaktiivisuusmittauksia ilmassa ja kaasutuskaasussa, huokosrakennetutkimuksia nestetypen lämpötilassa ja uutto- ja paistotutkimuksia hiukkas- ja tervakäyttäytymisen selvittämiseksi. Lopuksi tehtiin kokeita pölyvirtausreaktorilla tuhkan hapettamiseksi. Pölyssä oli runsaasti reagoimatonta hiiltä, johon oli adsorboitunut mm. tervamaisia komponentteja. Pölyhiilen ominaispinta-ala oli korkea ja reaktiivisuus kaasutuksessa ja hapetuksessa oli ominainen käytetylle raaka-aineelle. Erityisesti oljen ja turpeen kaasutuksessa pölyn hiili oli inertisoitunutta alkuperäisen polttoaineen hiileen verrattuna ja sen palauttaminen reaktoriin voi siten olla ongelmallista. Inertisoituminen voi johtua tuhkien kemiallisesta luonteesta ja hiilen kapseloitumisesta tuhkaan. Jos palamattoman osuutta ei voi alentaa itse kaasuttimessa, pöly on palamattomien ja epäpuhtauksien suuren määrän takia hapetettava erillisessä reaktorissa ennen hyötykäyttöä tai läjittämistä. Pölyvirtausreaktorissa pölyn hapetus onnistui poltossa hyvin, mutta kaasutuksessa odotettua heikommin. Hapetettu ja agglomeroitu tuhka voidaan käyttää polton tuhkan tavoin.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages73
ISBN (Print)951-38-5101-X
Publication statusPublished - 1997
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

NameVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
PublisherVTT
No.1826
ISSN (Print)1235-0605
ISSN (Electronic)1455-0865

Fingerprint

gasification
biomass
Olla

Keywords

  • gasification
  • combustion products
  • biomass
  • biofuels
  • ashes

Cite this

Ranta, J. (1997). Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1826
Ranta, Jussi. / Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 73 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1826).
@book{93b3240bd54d4570acb759fbf5298ed3,
title = "Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hy{\"o}dynt{\"a}minen",
abstract = "Kivihiilen paineistetun kaasutuksen tuhka voidaan usein k{\"a}ytt{\"a}{\"a} samaan tapaan kuin polton tuhkat, l{\"a}hinn{\"a} sementin ja betonin, erilaisten harkkojen tai tekosoran valmistuksessa ja maanrakennuksessa. Kivihiilen kaasutustuhkien k{\"a}ytt{\"o}{\"a} helpottaa polton tuhkien hy{\"o}tyk{\"a}yt{\"o}n infrastruktuuri. Jos kivihiilen kanssa kaasutetaan biopolttoainetta, tuhkan tekninen laatu heikkenee. Suurilla biopolttoainem{\"a}{\"a}rill{\"a} voivat tietyt betoni- ja sementtiteollisuuden normiarvot kivihiilen lentotuhkan k{\"a}yt{\"o}lle j{\"a}{\"a}d{\"a} saavuttamatta. Biopolttoaineen tuhkien ensisijaiseksi k{\"a}ytt{\"o}muodoksi esitet{\"a}{\"a}n palauttamista mets{\"a}{\"a}n tai peltoon. Pitemm{\"a}ll{\"a} aikav{\"a}lill{\"a} tuhkan palautuksen uskotaan olevan hy{\"o}dyllisemp{\"a}{\"a} ja taloudellisempaa kuin l{\"a}jitt{\"a}minen. Palautettavien tuhkien t{\"a}ytyy olla kemiallisesti haitattomia ja fysikaalisesti helposti k{\"a}sitelt{\"a}vi{\"a}. Uusien biopolttoaineiden ja uusien prosessien, mm. biopolttoaineen kaasutuksen, tuhkien k{\"a}yt{\"o}st{\"a} on v{\"a}h{\"a}n kokemusta. Jos biopolttoaineen joukossa k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n fossiilista polttoainetta ja tavoitteena on tuhkan lannoitek{\"a}ytt{\"o}, fossiilisen komponentin tuhka voi heikent{\"a}{\"a} tuhkan lannoiteteknist{\"a} k{\"a}ytt{\"o}{\"a}. Paineistetussa leijukerroskaasutuksessa syntyy runsaasti reagoimatonta polttoainehiilt{\"a} sis{\"a}lt{\"a}v{\"a}{\"a} kuumasuodatinp{\"o}ly{\"a}, jonka hiilipitoisuuden alentaminen poltto- tai kaasutusreaktoreissa voi olla hankalaa, sill{\"a} j{\"a}{\"a}nn{\"o}shiilen reaktiivisuus voi olla alentunut. Hapetuksen lis{\"a}ksi tuhkan laatua voidaan parantaa luokittelemalla, agglomeroimalla sek{\"a} termisell{\"a} tai kemiallisella k{\"a}sittelyll{\"a}, jolloin huonolaatuinenkin tuhka voidaan saada maanparannus- tai lannoitusk{\"a}ytt{\"o}{\"o}n sopivaksi. Uusien biomassatyyppien tuhkien laatu on ravinteiden osalta usein mets{\"a}biomassan tuhkia heikompi ja niiden hy{\"o}dynt{\"a}minen siten hankalampaa. Jos tuhkat varastoidaan tai l{\"a}jitet{\"a}{\"a}n, ne tulisi kostuttaa vapaan kalkin sammuttamiseksi ja sitoutumisreaktioiden k{\"a}ynnist{\"a}miseksi. Tuhka-aumat tulisi suojata sadevedelt{\"a} ravinteiden liukenemisen est{\"a}miseksi. Tutkitut n{\"a}ytteet olivat p{\"a}{\"a}asiassa tuotekaasusta 400 - 500 °C:ssa ker{\"a}ttyj{\"a} kuumasuodatinp{\"o}lyj{\"a}. N{\"a}ytteille tehtiin perusominaisuuksien mittaus sek{\"a} reaktiivisuusmittauksia ilmassa ja kaasutuskaasussa, huokosrakennetutkimuksia nestetypen l{\"a}mp{\"o}tilassa ja uutto- ja paistotutkimuksia hiukkas- ja tervak{\"a}ytt{\"a}ytymisen selvitt{\"a}miseksi. Lopuksi tehtiin kokeita p{\"o}lyvirtausreaktorilla tuhkan hapettamiseksi. P{\"o}lyss{\"a} oli runsaasti reagoimatonta hiilt{\"a}, johon oli adsorboitunut mm. tervamaisia komponentteja. P{\"o}lyhiilen ominaispinta-ala oli korkea ja reaktiivisuus kaasutuksessa ja hapetuksessa oli ominainen k{\"a}ytetylle raaka-aineelle. Erityisesti oljen ja turpeen kaasutuksessa p{\"o}lyn hiili oli inertisoitunutta alkuper{\"a}isen polttoaineen hiileen verrattuna ja sen palauttaminen reaktoriin voi siten olla ongelmallista. Inertisoituminen voi johtua tuhkien kemiallisesta luonteesta ja hiilen kapseloitumisesta tuhkaan. Jos palamattoman osuutta ei voi alentaa itse kaasuttimessa, p{\"o}ly on palamattomien ja ep{\"a}puhtauksien suuren m{\"a}{\"a}r{\"a}n takia hapetettava erillisess{\"a} reaktorissa ennen hy{\"o}tyk{\"a}ytt{\"o}{\"a} tai l{\"a}jitt{\"a}mist{\"a}. P{\"o}lyvirtausreaktorissa p{\"o}lyn hapetus onnistui poltossa hyvin, mutta kaasutuksessa odotettua heikommin. Hapetettu ja agglomeroitu tuhka voidaan k{\"a}ytt{\"a}{\"a} polton tuhkan tavoin.",
keywords = "gasification, combustion products, biomass, biofuels, ashes",
author = "Jussi Ranta",
year = "1997",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-5101-X",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1826",
address = "Finland",

}

Ranta, J 1997, Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1826, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen. / Ranta, Jussi.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 73 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1826).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen

AU - Ranta, Jussi

PY - 1997

Y1 - 1997

N2 - Kivihiilen paineistetun kaasutuksen tuhka voidaan usein käyttää samaan tapaan kuin polton tuhkat, lähinnä sementin ja betonin, erilaisten harkkojen tai tekosoran valmistuksessa ja maanrakennuksessa. Kivihiilen kaasutustuhkien käyttöä helpottaa polton tuhkien hyötykäytön infrastruktuuri. Jos kivihiilen kanssa kaasutetaan biopolttoainetta, tuhkan tekninen laatu heikkenee. Suurilla biopolttoainemäärillä voivat tietyt betoni- ja sementtiteollisuuden normiarvot kivihiilen lentotuhkan käytölle jäädä saavuttamatta. Biopolttoaineen tuhkien ensisijaiseksi käyttömuodoksi esitetään palauttamista metsään tai peltoon. Pitemmällä aikavälillä tuhkan palautuksen uskotaan olevan hyödyllisempää ja taloudellisempaa kuin läjittäminen. Palautettavien tuhkien täytyy olla kemiallisesti haitattomia ja fysikaalisesti helposti käsiteltäviä. Uusien biopolttoaineiden ja uusien prosessien, mm. biopolttoaineen kaasutuksen, tuhkien käytöstä on vähän kokemusta. Jos biopolttoaineen joukossa käytetään fossiilista polttoainetta ja tavoitteena on tuhkan lannoitekäyttö, fossiilisen komponentin tuhka voi heikentää tuhkan lannoiteteknistä käyttöä. Paineistetussa leijukerroskaasutuksessa syntyy runsaasti reagoimatonta polttoainehiiltä sisältävää kuumasuodatinpölyä, jonka hiilipitoisuuden alentaminen poltto- tai kaasutusreaktoreissa voi olla hankalaa, sillä jäännöshiilen reaktiivisuus voi olla alentunut. Hapetuksen lisäksi tuhkan laatua voidaan parantaa luokittelemalla, agglomeroimalla sekä termisellä tai kemiallisella käsittelyllä, jolloin huonolaatuinenkin tuhka voidaan saada maanparannus- tai lannoituskäyttöön sopivaksi. Uusien biomassatyyppien tuhkien laatu on ravinteiden osalta usein metsäbiomassan tuhkia heikompi ja niiden hyödyntäminen siten hankalampaa. Jos tuhkat varastoidaan tai läjitetään, ne tulisi kostuttaa vapaan kalkin sammuttamiseksi ja sitoutumisreaktioiden käynnistämiseksi. Tuhka-aumat tulisi suojata sadevedeltä ravinteiden liukenemisen estämiseksi. Tutkitut näytteet olivat pääasiassa tuotekaasusta 400 - 500 °C:ssa kerättyjä kuumasuodatinpölyjä. Näytteille tehtiin perusominaisuuksien mittaus sekä reaktiivisuusmittauksia ilmassa ja kaasutuskaasussa, huokosrakennetutkimuksia nestetypen lämpötilassa ja uutto- ja paistotutkimuksia hiukkas- ja tervakäyttäytymisen selvittämiseksi. Lopuksi tehtiin kokeita pölyvirtausreaktorilla tuhkan hapettamiseksi. Pölyssä oli runsaasti reagoimatonta hiiltä, johon oli adsorboitunut mm. tervamaisia komponentteja. Pölyhiilen ominaispinta-ala oli korkea ja reaktiivisuus kaasutuksessa ja hapetuksessa oli ominainen käytetylle raaka-aineelle. Erityisesti oljen ja turpeen kaasutuksessa pölyn hiili oli inertisoitunutta alkuperäisen polttoaineen hiileen verrattuna ja sen palauttaminen reaktoriin voi siten olla ongelmallista. Inertisoituminen voi johtua tuhkien kemiallisesta luonteesta ja hiilen kapseloitumisesta tuhkaan. Jos palamattoman osuutta ei voi alentaa itse kaasuttimessa, pöly on palamattomien ja epäpuhtauksien suuren määrän takia hapetettava erillisessä reaktorissa ennen hyötykäyttöä tai läjittämistä. Pölyvirtausreaktorissa pölyn hapetus onnistui poltossa hyvin, mutta kaasutuksessa odotettua heikommin. Hapetettu ja agglomeroitu tuhka voidaan käyttää polton tuhkan tavoin.

AB - Kivihiilen paineistetun kaasutuksen tuhka voidaan usein käyttää samaan tapaan kuin polton tuhkat, lähinnä sementin ja betonin, erilaisten harkkojen tai tekosoran valmistuksessa ja maanrakennuksessa. Kivihiilen kaasutustuhkien käyttöä helpottaa polton tuhkien hyötykäytön infrastruktuuri. Jos kivihiilen kanssa kaasutetaan biopolttoainetta, tuhkan tekninen laatu heikkenee. Suurilla biopolttoainemäärillä voivat tietyt betoni- ja sementtiteollisuuden normiarvot kivihiilen lentotuhkan käytölle jäädä saavuttamatta. Biopolttoaineen tuhkien ensisijaiseksi käyttömuodoksi esitetään palauttamista metsään tai peltoon. Pitemmällä aikavälillä tuhkan palautuksen uskotaan olevan hyödyllisempää ja taloudellisempaa kuin läjittäminen. Palautettavien tuhkien täytyy olla kemiallisesti haitattomia ja fysikaalisesti helposti käsiteltäviä. Uusien biopolttoaineiden ja uusien prosessien, mm. biopolttoaineen kaasutuksen, tuhkien käytöstä on vähän kokemusta. Jos biopolttoaineen joukossa käytetään fossiilista polttoainetta ja tavoitteena on tuhkan lannoitekäyttö, fossiilisen komponentin tuhka voi heikentää tuhkan lannoiteteknistä käyttöä. Paineistetussa leijukerroskaasutuksessa syntyy runsaasti reagoimatonta polttoainehiiltä sisältävää kuumasuodatinpölyä, jonka hiilipitoisuuden alentaminen poltto- tai kaasutusreaktoreissa voi olla hankalaa, sillä jäännöshiilen reaktiivisuus voi olla alentunut. Hapetuksen lisäksi tuhkan laatua voidaan parantaa luokittelemalla, agglomeroimalla sekä termisellä tai kemiallisella käsittelyllä, jolloin huonolaatuinenkin tuhka voidaan saada maanparannus- tai lannoituskäyttöön sopivaksi. Uusien biomassatyyppien tuhkien laatu on ravinteiden osalta usein metsäbiomassan tuhkia heikompi ja niiden hyödyntäminen siten hankalampaa. Jos tuhkat varastoidaan tai läjitetään, ne tulisi kostuttaa vapaan kalkin sammuttamiseksi ja sitoutumisreaktioiden käynnistämiseksi. Tuhka-aumat tulisi suojata sadevedeltä ravinteiden liukenemisen estämiseksi. Tutkitut näytteet olivat pääasiassa tuotekaasusta 400 - 500 °C:ssa kerättyjä kuumasuodatinpölyjä. Näytteille tehtiin perusominaisuuksien mittaus sekä reaktiivisuusmittauksia ilmassa ja kaasutuskaasussa, huokosrakennetutkimuksia nestetypen lämpötilassa ja uutto- ja paistotutkimuksia hiukkas- ja tervakäyttäytymisen selvittämiseksi. Lopuksi tehtiin kokeita pölyvirtausreaktorilla tuhkan hapettamiseksi. Pölyssä oli runsaasti reagoimatonta hiiltä, johon oli adsorboitunut mm. tervamaisia komponentteja. Pölyhiilen ominaispinta-ala oli korkea ja reaktiivisuus kaasutuksessa ja hapetuksessa oli ominainen käytetylle raaka-aineelle. Erityisesti oljen ja turpeen kaasutuksessa pölyn hiili oli inertisoitunutta alkuperäisen polttoaineen hiileen verrattuna ja sen palauttaminen reaktoriin voi siten olla ongelmallista. Inertisoituminen voi johtua tuhkien kemiallisesta luonteesta ja hiilen kapseloitumisesta tuhkaan. Jos palamattoman osuutta ei voi alentaa itse kaasuttimessa, pöly on palamattomien ja epäpuhtauksien suuren määrän takia hapetettava erillisessä reaktorissa ennen hyötykäyttöä tai läjittämistä. Pölyvirtausreaktorissa pölyn hapetus onnistui poltossa hyvin, mutta kaasutuksessa odotettua heikommin. Hapetettu ja agglomeroitu tuhka voidaan käyttää polton tuhkan tavoin.

KW - gasification

KW - combustion products

KW - biomass

KW - biofuels

KW - ashes

M3 - Report

SN - 951-38-5101-X

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Ranta J. Biopolttoaineiden kaasutuksen tuhkien ominaisuudet ja hyödyntäminen. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1997. 73 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1826).