Drivmedel från skogen via förgasning Stockholm Fluidbäddförgasning. Lars Waldheim

Transkript

1 Drivmedel från skogen via förgasning Stockholm Fluidbäddförgasning Lars Waldheim Alsätravägen SKÄRHOLMEN 1

2 Vad är en fluidbädd Fluidbäddförgasare Processbetingelser Bubblande Indirekta Cirkulerande Teknikläge Kraftvärme Sameldning Syntesgas och drivmedel Synopsis 2

3 Fluidiserade bäddar Teknik som är historiskt förknippad med förgasningsteknik, alternativa bränslen och även Sverige Bubblande FB uppfanns av Frans Winkler 1921, 1926 kopplades en förgasare till en gasmotor Leunawerke Snabba bäddar uppfanns och användes på 40-talet för FCC-processen. Tekniken användes av Kellog för Synthoil FT process i Sasol på 60-talet CFB utvecklades och patenterades av Lurgi (L. Reh) i samarbete med Stora Kopparberg (S. Flink, P-H Collin m.fl.) på 70-talet och är ursprunget till dagens CFBpannor. 3

4 Gas-partikel-kontaktförhållande 4

5 Förgasningstekniker Fluidyne Xylowatt PPC Pyroforce TERI Nexterra B&W Völund Repotec Kaidi Taylor AMEC-Foster Wheeler Valmet Andritz Andritz TKK EQTEC Enerkem HoST Gas TKK Air Liquide-Lurgi Chemrec Fuel Air INDIRECT DOUBLE BED FB or CFB Ash DOWNDRAFT FIXED BED UPDRAFT FIXED BED FB or CFB P>1 MPa, ENTRAINED FLOW 10 kw 1000 kw 10 MW 100 MW FUEL THERMAL CAPACITY 5

6 Karakteristik Förgasartyp Stationär Cirkulerande Suspension fluidbädd fluidbädd Bäddmaterial mm mm inget Bränslestorlek flis flis < 1 mm Gashastighet, m/s 0.5-1, Drifttemperatur C Temperaturgradient Låg Låg Hög Tjära i gas, g/nm 3 > 10 > 10 <<1 Metan mm. i gasen 4-8 % 4-8 % < 1 % Kolutbränning 95 % 95 % > 95 % 6

7 Bäddmaterial och aska Small agglomerate Skarpa kanter Begynnande droppform Agglomerat 7

8 Processintegreringsvägar Förbehandling Syngasproduktion Gaskonditionering Omvandling Fluidbädd Flis/partiklar mm till cm Katalytisk reformer Termisk reformer Filter Kylning Skrubbning Panna/ugn nn Motor Gasturbin BIOMASSSA Torkning Flashpyrolys char malning~100 μm Långsam pyrolys char malning~100 μm Torrefaction, malning ~ 100 μm Malning ~ 100 μm Suspensionsförgasare (EF) Filter WG skift CO 2 /H 2 S Spårämnen Kylning Kondensat Skrubbning Svavelbindning Fischer- Tropsch Metanol DME Blandalkoholer Vätgas 8

9 Bränslematning Atmosfärisk matning Dosering, tätning (pluggskruv, cellmatare) spärrgas Trycksatt matning Slussning med trycksättningsgas (kul-, spjällventiler) dosering Buffer Storage Elevator Buffer Storage Dosing Screw Screw Screw Dosing Feeder Seal Fuel chute Plug Screw (seal) Screw Repotec Seal air or gas Valmet Andritz Andritz 9

10 Skive Fjernvarme 19.5 (28) MW träpellets, 6 MWe, 11, 5 MW värme Start sep. 2007, motor 1 i drift mars 2008, 2 och 3 hösten

11 Skive Fjernvarme Kalkbaserat bäddmaterial 11

12 Utveckling elproduktion Skive MW * fullast-timmar % 80 % / / / / /

13 Indirekt förgasning (FICFB) Förgasare Bubblande fluidbädd Ångblåst Värms av bäddmaterialcirculation Ingen kväveutspädning Mellanvärdesgas, metanrik gas Förbränningsdel Cirkulerande fluidbädd Luftblåst Återvärmer bäddmaterial Förbränning av tjärolja, filtersot Process Två heta gasströmmar att kyla, rena Tjärhalt 13

14 Güssing, Österrike 8 MWth, filter, RME -skrubber Gasmotorer 2*1 MWe. Start 2002 i kontinuerlig drift Testbädd för forskning (FT, SNG, SOFC mm.) 14

15 FICBC Förgasare 15

16 Biometan: GoBiGas 16

17 Indirekta förgasare 17

18 Tidiga CFB-förgasare och 90-talet 6 förgasare för mesaugnar 1 för cementugn 15 till 35 MWth. Lahti Värö och 2000-talet 3 indirekt sameldning i kolpannor Samtliga ca 75 MWth 18

19 IGCC- anläggningar på 1990-talet Syntesgasombyggnad planerades i Värnamo men avbröts Typhoon (SGT100) Värnamo CFB, 18 bar tryck Drift , h drift integrerat med GT Gas turbine Arbre, UK Atmosfärisk förgasning Driftsättning avbröts 2001 pga. kontraktsskäl mm. 19

20 Wood biomass 22 t/h (58 % MC) Fuel receiving Mesaugnsförgasare idag Hot water and steam from mill 12 MW Belt Dryer Andritz Valmet OKI Metsä- Indonesia Botnia2* MW MW th 2013 th 2016 Huanggang, Chenming, Kina 65 ca MW 40 MW th Metsä Fibre, Kina Äänekoski??? MW, 2017 Fuel to gasifier 11 t/h (15 % MC) Fuel feeding silo Bed material feeding silo Max. evaporation 12 t/h CFB gasifier Nominal heat flow 48 MW C / 7 kg/s Lime kiln Burner 20

21 Vaskiluoto, sameldning med kolpanna Största CFB-förgasaren 140 MWth Ersätter % av kolet beroende på last Tillgänglighet 97 % 2013/14, 99% 2014/15 Instrumentation, electrification and automation Dried biomass Product gas Wet biomass Biomass receiving and pre-handling Large-scale belt dryer CFB gasifier 140 MW fuel Existing PC boiler modifications and new burners 21

22 Avfallsförgasning Lahti, Finland Bränsle 160 (2x80) MW ton SRF / år 50 MWe / 90 MWth. Partiell gasrening Gaspanna 120 bar/540 C Totalinvestering 157 M Waste fuel handling Gasifier and gascooler Gas boiler and APC Old PC boiler Filtrering Avskiljer klor och alkali 22

23 Högtemperatur-Winklerprocessen (HTW) Utvecklad för brunkol men andra bränslen inkl. avfall testade. Syrgas/ånga (luft) Tryck (1 bar), bar Temperatur C, men under asksmältpunkten. Sekundär injektion av syre I fribordet används för att reducera tjära och metan Berrenrath, drift Delström i metanolfabrik 720 ton/d brunkol till 300 ton/d metanol 23

24 HTW, Kemira, Uleåborg, Finland Source: VTT Kapacitet 720 ton/d 120 MW th torv / 300 ton/d ammoniak Drift Torvens höga flykthalt och askegenskaper gav vissa problem 24

25 Värmlandsmetanol Lokalisering i Hagfors Tillståndsprövning och nyemission 12.6 Mkr pågår Investorer och IPO för ett tillskott av Mkr planeras 25

26 ENERKEM, Kanada Enerkem driftsätter en ton per år RDF-förgasare för att göra m 3 etanol i Edmonton. Första produktion annonserad sep

27 ENERKEM, Kanada 27

28 TIGAS/ UPM Stracel/ Bio2G GTI test facility, Des Plaines, Illinois, USA 28

29 TIGAS/ UPM Stracel/ Bio2G GTI 20 ton /d (4 MW) biobränsle (pellets) 20 bar förgasningspilot Gasrening och framställning av 3.7 m 3 bensin/d Andritz förgasning Pall HT filter ( 2st) Topsöe reformering GTI gasrening Topsöe TIGAS-syntes Topsöe bensin UPM FT diesel EON biometan 29

30 Stabil drift förgasare HT filter vid 2 temperaturer Tjärreformering, omsättning 85 % metan 99 % bensen 99.5 % naftalen TIGAS Syngas/bensin % (LHV) Validering av katalysatorer, åldring etc. Start-up, integrering med BOP Designdata för industriell skala CO2 <2%, H2S < 1-3 ppm Optimeringsdata 30

31 Övergripande resultat Drift av det integrerade systemet 20- och 30-dagars-kampanjer timmar+ drifttid 31

32 Slutord Fluidbäddförgasare från liten till stor skala > 100 MW Fluidbäddförgasare har stor bredd i tillämpningsr Bränngas, sameldning Kraftvärme med motorer och gasturbiner Syntesgas Fluidbäddförgasare har låga bränsleförbehandlingskrav Torkning, gememsamt för alla förgasare Hanterar samma biobränslekvalitet som en fluidbäddpanna Tjära och metan både en fördel eller en nackdel Bidrar till värmevärde i bränngas och som biometan Reformerimgsteknik för att reducera tjära och metan finns utvecklad Teknikläge för drivmedel är att uppskalning kan ske om ekonomiska och marknadsmässiga förhållanden finns 32

33 Thermochem Recovery Inc. (TRI), USA Indirekt uppvärmd, ångblåst FB - Svartlutsförgasare i drift ? (Norampac, Trenton, Ont.) - Pilotanläggning 4 t/d inkl. FT synthesis i Durham NC - Fulcrum Sierra Biofuels, Nevada, 500 ton/d avfall till FT, 2017? 33

34 Optimal förgasningstemperatur Ökar Värmevärde gas Lägre Ökar Tjärhalt Minskar Ammoniakhalt Minskar Minskar Minskar Kolutbränning Oorganiskt, förångning (alkali, tungmetaller) Ökar Ökar Minskad risk Sintring (bränsleberoende) Ökad risk Smälta 700 o C 800 o C 900 o C 1000 o C Avfall Agrobränslen Träbränslen Brunkol Stenkol 34