Biogasdag på Sötåsens naturbruksgymnasium

Transkript

1 Biogasdag på Sötåsens naturbruksgymnasium Småskalig biogasuppgradering med askfilter Ulf Hävermark, SLU

2 Mål 260 m 3 rötkammare Demonstrera ett fungerande system för uppgradering av biogas till två gaskvalitéer vid Sötåsens biogasanläggning DIN (German standard for gas with a lower methane concentration L-gas ) SS (Swedish standard for biomethane) Reducera svavelvätehalten i biogasen till < 300 ppm med processintern metananrikning <1 ppm med askfilter Utreda hur energibalansen påverkas av processintern metananrikning Utreda totalkostnaden för systemet med uppgradering och tankning

3 Småskalig uppgradering vid Sötåsens Naturbruksskola

4 Variable and capital cost (SEK/kWh) Uppgraderingskostnad biogas - Finns behov av enklare teknik för småskalig uppgradering 0,7 Small scale 0,6 0,5 0,4 0,3 Middle-large scale 0,2 0,1 0 Trend line according to Urban et al 2008 and Blom et al Raw biogas flow (Nm 3 /h)

5 Conc (%) Uppgradering av biogas -Teknikutveckling vid RISE (f.d. JTI) och SLU Askfilter o o o o Träaska för att fixera CO2 och H2S >99 % CH4, <1 ppm H2S Dubbel nytta: Rening av biogas och stabilisering av aska. Askan kan spridas i skogen efter reningssteget Kräver mycket aska lokala förutsättningar styr Tre tillämpningar för askfilter: Småskalig uppgradering till fordonsgaskvalité Polering av uppgraderad gas inför förvätskning av biogas Rening av H2S från deponigas (lägre krav på askan) CH4 CO Time (h)

6 Uppgradering med askfilter Använder kalciumrik aska från förbränning av trädbränslen för att fixera CO 2 och H 2 S i rågasen Bygger på karbonatiseringsprincipen CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O

7 Uppgradering med aska från trädbränslen Dubbel nytta Använder en restström från samhället för att rena biogas från både CO2 och H2S. Uppnår fordonsgaskvalité Systemperspektiv Homogen stabilisering av askan där ph sjunker med ca 3 enheter. Stabilisering krävs för att få sprida aska i skogsmark

8 Andel (%) Resultat från tidigare försök i laboratorieskala Försök 5. Flis 1-stegs-försök CO2-upptag för flisaska: 140 g CO2/kg torr aska CO2-upptag för pelletsaska: 220 g CO2/kg torr aska (efter ombehandling) Upptag skiljer sig mellan askor, g CO2/kg aska CH4 CO2 Att relatera till: Finns studier gjorda på aska från avfallsförbränning där upptaget varit ca 40 g CO2/kg aska Tid (h) Enhet Pelletsaska Flisaska Torrdensitet* kg/l 0,43 0,50 Torrsubstans % 99,5 89,4 Glödförlust 550 C* % av TS -0,5 5,5 Glödförlust 1000 C % av TS 14,2 30,4 SiO 2 % av TS 7,8 7,9 Al 2 O 3 % av TS 1,5 1,2 CaO % av TS 36,0 31,2 Fe 2 O 3 % av TS 2,1 0,6 K 2 O % av TS 10,1 14,1 MgO % av TS 8,5 7,0 MnO % av TS 3,5 1,9 Na 2 O % av TS 0,5 0,3 P 2 O 5 % av TS 3,5 2,8 TiO 2 % av TS 0 0,04 *Egen analys

9 Försöksupplägg Sötåsen Insamling av aska BM-container med skruv Blandning Performance test av filtret Askans beskaffenhet efter försöket

10 Förutsättningarna för försöket Rågasflöde mellan 3 7 m3/h Ca 57 % CH4 och 43 % CO2 rågas vid försökstillfället 848 kg bottenaska, 251 kg flygaska från Väner Energi AB:s värmeverk 25 % vatten

11

12 Askfiltret Vinschanordning sänker ned locket Den uppgraderade gasen destrueras i fackla

13 Analys av flyg- och bottenaska Flygaska Bottenaska Enhet TS 94,1 99,5 % SiO 2 1,64 29,5 % av TS Al 2 O 3 0,169 6,48 % av TS CaO 17,9 25,3 % av TS Fe 2 O 3 0,543 2,61 % av TS K 2 O 7,33 9,76 % av TS MgO 2,10 4,37 % av TS MnO 2,28 2,19 % av TS Na 2 O 2,36 2,00 % av TS P 2 O 5 0,554 2,70 % av TS TiO 2 0,0768 0,289 % av TS Summa 35,0 85,2 % av TS Glödförlust 1000 C 60,7 11,7 % av TS

14 CO2 UT (%) och Ack. kg CO2 m3/h och kg/h Resultat CH4 0 % CO 2 i uppgraderad gas fram till genombrott Rening av H 2 S 52 g CO 2 /kg aska innan genombrott 38 g CO 2 /kg aska efter genombrott 90 g CO 2 /kg aska sammanlagt Mitten av askbädden nådde nästan 100 C Askfiltret hanterade ett varierande gasflöde väl ,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 CO2 O2 H2S Balans CO2 UT (%) Ack. fixerat kg CO2 Gasflöde IN (m3/h) CO2-flöde ut (m3/h) Fixerad CO2 (kg/h) 0 0,00 Tid

15 GC-resultat Prov tid CH4 vol-% CO2 vol-% CO vol-% O2 vol-% H2 vol-% N2 vol-% H2S vol-ppm H2O vol-% :00 78,9 ± 0,8 <0,1 <0,1 1,7 ± 0,1 <0,1 19,1 ± 0,2 <2 0,4 ± 0,1 2 10:56 97,6 ± 1,0 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 0,9 ± 0,3 <2 1,5 ± 0,1 3 21:38 97,3 ± 1,0 <0,1 <0,1 <0,1 <0,1 1,3 ± 0,3 <2 1,4 ± 0,1 CO2 och H2S ej detekterbart

16 Fukthalt i askan efter försöket Askan var mjuk och lätt att hantera efter försöket. Generellt hade den blivit torrare i mitten jämfört med topp, botten och kanter. Prov # TS% ± stdev 1 yta mitten 53,0 9,6 2 yta kanten 65,5 8,9 3 mitten mitten 83,6 1,6 4 mitten kanten v. fram 84,4 0,5 5 botten kanten v. fram 80,8 0,5 6 botten mitten 79,7 0,5 7 bland aska 74,4 1,5 8 torr FA 98,9 0,1 9 torr BA 98,7 0,0

17 Tömning av askfiltret

18 Askfilterkapacitet (Nm3 CH4/ton aska) Ingående metanhalt påverkar askfilterkapaciteten Metanhalt i biogasen (%) Baserat på ett koldioxidupptag på g CO2/kg aska

19 Perspektiv och askbehov GWh/år 0,25 0,5 1 3 Mjölkkor* Bilar** Askbehov (ton/år) * Endast en höftning. Ofta tillsätt energitätare substrat vilket att mer gas produceras vid samma anläggning. ** Antaget att bilarna drar mellan 5-10 kwh/mil och går ca mil/år

20 Sammanfattning Askfiltret fungerar bra för uppgradering till fordonskvalitet Kvaliteten på askan direkt avgörande för kapaciteten Logistik och hantering av askan är viktiga frågor

21 Vad händer härnäst? Processintern metananrikning ut och titta! Askfilter fler försök med olika askor, blandning och hantering Torkning, odörisering och tankning Logistik

22 Tack för visat intresse! Frågor?

23 Panncontainer Rågas Anrikad gas FACKLA Tryckreducerare: 1 UT Kondensfälla 2: 1 IN och UT Fluid Inventor: 1 IN och UT Utgång för provtagning av anrikad gas 2 UT Flödesmätardator Kondensfälla 1: 1 IN och UT. Utgång för gasanalys och tryck. TinyTag för temperaturmätning. Isolerad. TinyTag Generatorcontainer Slang med rågas Awite TinyTag Askfilter Ingång askfilter via fläns med 1 -sockel IN Reagensrör (Kitagawa) Gasflaska Kondensfälla för gasanlysator. Rågas går in i kanal 1 och uppgraderad gas in i kanal 2 på Awite. Biogas5000 Trevägsventil med anslutningar till Awite, Biogas5000, reagensrör samt kalibreringsgasflaskor.