Drivmedel från skogen via förgasning Stockholm Fluidbäddförgasning Lars Waldheim Alsätravägen 130 12736 SKÄRHOLMEN lars.waldheim@waldheim-consulting.se 1
Vad är en fluidbädd Fluidbäddförgasare Processbetingelser Bubblande Indirekta Cirkulerande Teknikläge Kraftvärme Sameldning Syntesgas och drivmedel Synopsis 2
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 1938-39 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
Gas-partikel-kontaktförhållande 4
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
Karakteristik Förgasartyp Stationär Cirkulerande Suspension fluidbädd fluidbädd Bäddmaterial 0.1-0.5 mm 0.1-0.4 mm inget Bränslestorlek flis flis < 1 mm Gashastighet, m/s 0.5-1,5 4-8 15-25 Drifttemperatur C 800-1 000 800 1 000 1200-1 500 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
Bäddmaterial och aska Small agglomerate Skarpa kanter Begynnande droppform Agglomerat 7
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
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
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 2008 10
Skive Fjernvarme Kalkbaserat bäddmaterial 11
Utveckling elproduktion Skive 30 000 6 MW * 5 000 fullast-timmar 20 000 85 % 80 % 10 000 2010/2011 2011/2012 2012/2013 2013/2014 2014/2015 12
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
Güssing, Österrike 8 MWth, filter, RME -skrubber Gasmotorer 2*1 MWe. Start 2002 i kontinuerlig drift Testbädd för forskning (FT, SNG, SOFC mm.) 14
FICBC Förgasare 15
Biometan: GoBiGas 16
Indirekta förgasare 17
Tidiga CFB-förgasare 1980- och 90-talet 6 förgasare för mesaugnar 1 för cementugn 15 till 35 MWth. Lahti Värö 1990- och 2000-talet 3 indirekt sameldning i kolpannor Samtliga ca 75 MWth 18
IGCC- anläggningar på 1990-talet Syntesgasombyggnad planerades i Värnamo 2004-2010 men avbröts Typhoon (SGT100) Värnamo CFB, 18 bar tryck Drift 1995-2000, 2007 3 600 h drift integrerat med GT Gas turbine Arbre, UK Atmosfärisk förgasning Driftsättning avbröts 2001 pga. kontraktsskäl mm. 19
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* 48 110 MW MW th 2013 th 2016 Huanggang, Chenming, Kina 65 ca MW 40 MW th 2015. 2017 Metsä Fibre, Kina Äänekoski??? 2016-17 87 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 750 800 C / 7 kg/s Lime kiln Burner 20
Vaskiluoto, sameldning med kolpanna Största CFB-förgasaren 140 MWth Ersätter 25-50 % 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
Avfallsförgasning Lahti, Finland Bränsle 160 (2x80) MW 250 000 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
Högtemperatur-Winklerprocessen (HTW) Utvecklad för brunkol men andra bränslen inkl. avfall testade. Syrgas/ånga (luft) Tryck (1 bar), 10-30 bar Temperatur 800-1000 C, men under asksmältpunkten. Sekundär injektion av syre I fribordet används för att reducera tjära och metan Berrenrath, drift 1986-1997 Delström i metanolfabrik 720 ton/d brunkol till 300 ton/d metanol 23
HTW, Kemira, Uleåborg, Finland Source: VTT Kapacitet 720 ton/d 120 MW th torv / 300 ton/d ammoniak Drift 1988-1990. Torvens höga flykthalt och askegenskaper gav vissa problem 24
Värmlandsmetanol Lokalisering i Hagfors Tillståndsprövning och nyemission 12.6 Mkr pågår Investorer och IPO för ett tillskott av 3 500 Mkr planeras 25
ENERKEM, Kanada Enerkem driftsätter en 100 000 ton per år RDF-förgasare för att göra 38 000 m 3 etanol i Edmonton. Första produktion annonserad sep. 2015 26
ENERKEM, Kanada 27
TIGAS/ UPM Stracel/ Bio2G GTI test facility, Des Plaines, Illinois, USA 28
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
Stabil drift förgasare HT filter vid 2 temperaturer Tjärreformering, omsättning 85 % metan 99 % bensen 99.5 % naftalen TIGAS Syngas/bensin 61-65 % (LHV) Validering av katalysatorer, åldring etc. Start-up, integrering med BOP Designdata för industriell skala CO2 <2%, H2S < 1-3 ppm Optimeringsdata 30
Övergripande resultat Drift av det integrerade systemet 20- och 30-dagars-kampanjer 1 000 timmar+ drifttid 31
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
Thermochem Recovery Inc. (TRI), USA Indirekt uppvärmd, ångblåst FB - Svartlutsförgasare i drift 2006-2009? (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
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