Improvement of pyrolysis oil quality by scrubbing

Abstract

Diplomityössä tutkittiin kuuman pyrolyysihöyryn puhdistamista haisevista ja kevyistä haihtuvista yhdisteistä. Työn kirjallisuusosassa selvitettiin pyrolyysiöljyn kannattavuutta uusiutuvana energialähteenä. Lisäksi eri pesurityyppejä tarkasteltiin ja ja vertailtiin. Työn kokeellisessa osassa käytettiin kahta erilaista koelaitteistoa. Tuotteen talteenotossa vertailtiin reaktorilämpötilan ja raaka-aineen kosteuden vaikutusta pyrolyysisaantoihin. Komponenttien talteenotossa tutkittiin epästabiilien ja pistävän hajuisten yhdisteiden poistamista kuumasta pyrolyysihöyrystä. Raaka-aineena käytettiin kuusen metsätäh-dehaketta, joka sisältää runsaasti neulasia ja kaarnaa. Kokeet toteutettiin lämpötila-alueella 460 - 520 °C. Koelaitteistot koostuivat kaasun (N2) syöttöjärjestelmään kytketystä kuumasta ja kyl-mästä puolesta. Tuotteen talteenotossa kuuma pyrolyysihöyry jäähdytettiin ja otettiin talteen. Komponenttien talteenotossa tuote kerättiin suodattimelle ja metyleeniklo-ridiloukkuun. Tuotteiden koostumukset analysoitiin kaasukromatokrafilla. Korkeimmat orgaaniset saannot saatiin 480 °C reaktorilämpötilalla ja 8-9 p-% raaka-ainekosteudella. Pyrolyysiveden määrä putosi raaka-aineen kosteutta nostettaessa. Eri reaktorilämpötiloilla ja raaka-ainekosteuksilla ei ollut vaikutusta hiiltosaantoihin. Kaasusaannot (pääosin CO2, CO ja hiilivedyt) olivat noin 10 p-%. Komponenttien talteenotossa suodatin tukkeutui matalissa (< 250 °C) lämpötiloissa. Suodattimelle jäänyt materiaali oli pääosin neulasista ja kaarnasta peräisin olevia uuteaineita (pääosin hartsi- rasvahappoja) ja sokereita. Korkeimmissa lämpötiloissa (> 250 °C) uuteaineet läpäisivät suodattimen paremmin. 250 ja 300 °C:n lämpötiloissa suuri määrä lyhytketjuisia helposti haihtuvia epästabiileja ja haisevia yhdisteitä (ketoneja, furaani- ja furfuraalijohdannaisia jne.) jäi metyleenikloridi- ja metanoliloukkuihin.

In this master's thesis, purification of hot pyrolysis gas from odorous and light volatile compounds was studied. In the literature part, the viability of pyrolysis oil as renewable energy was presented. Furthermore, industrial-scale scrubber types were compared. In the experimental part, two different types of experimental unit were used. The effects of reactor temperatures and raw material moisture contents on the pyrolysis yields were studied in the product recovery unit, while unstable and fetid components were removed from hot pyrolysis gas stream in the component sampling unit. Raw material comprised spruce forest residue, containing relatively high amounts of bark and needles. The ex-periments were conducted at pyrolysis temperatures between 460 and 520 °C. The experimental units consisted of hot and cold parts connected to a gas (N2) feeding system. The reactor was similar in both units. In the product recovery unit, the product was recovered by cooling it down. In the component sampling unit, the product was col-lected on a filter and dichloromethane trap. Product compositions were analysed by gas chromatography. The highest organics yields were recovered at reactor temperature of 480 °C and for raw material moisture content of 8-9 wt-%. The amount of pyrolysis water dropped as the moisture content of raw material was raised. Different pyrolysis temperatures and feed moisture contents did not have any strong influence on char yields. Gas (mainly CO2, CO and hydrocarbons) yield was about 10 wt%. In the component sampling line, the filter clogged at low (< 250 °C) temperatures. The clogging material consisted predominantly of extractives (mainly resin and fatty acids) and sugars, coming from needles and bark. At higher filter temperatures (> 250 °C) ex-tractives become volatile and the filter did not clog rapidly. At filter temperatures of 250 and 300 °C a high amount of short-chained highly volatile unstable and fetid components (ketones, furane and furfural derivatives, etc.) were collected to the dichloromethane and methanol traps.