Puun kaasutus-Ulla Lassi 1209-08.pdf

Puuperäisten biomassojen kaasutus- Esimerkkinä Sievin kaasutin

Ulf-Peter Granö, Ulla Lassi, Yrjö Muilu, Hannu Snellman, Toivo Kuokkanen

Uudet energiaratkaisut Pohjanmaalla –seminaari12.9.2008

HIGHBIO - INTERREG NORD 2008 - 2011

Korkeasti jalostettuja bioenergiatuotteita kaasutuksen kautta

Bioenergiaraaka-aineet (metsäbiomassa ja maatalous)

Suorapoltto

- Polttopuu- Hake - Pelletit

Lämmitys / Polttaminen

Jäähdytys Lämpö/höyry

Sähkö

Ajoneuvokäyttö

Terminen käsittely (lämpö) Biokemiallinen käsittely

Kaasutus

Puuhiili Synteesikaasu (puukaasu)

Pyrolyysi- öljy

Etanoli Butanoli

Biokaasu Komposti

Alkoholi- fermentointi

Anaerobinen hajoaminen

Aerobinen hajoaminen

Synteettiset raaka- aineet (BTL) Nestemäiset polttoaineet

BTL=Biomass to liquidGTL=Gas to liquid

Kaasumoottori

Puhdistus

BIOENERGIA

Kemialliset tuotteet

Synteettinen polttoaine (GTL) Kemian raaka-

aineet

Pyrolyysi Bakteerit

Ulf-Peter Granö

Pyrolyysi-hiilestys

Suoranesteytys

Fotosynteesi – Palaminen Hiilidioksidin kiertokulku

Fotosynteesi PalaminenHappi Hiilidioksidi

AurinkoenergiaVesi

Hiilidioksidi

Happi

Energia

Vesi

Vihreän kemian periaatteet biomassan kaasutuksessa

Tuotekaasukaasumoottorille, kaasuturbiinille, polttokennoille

Biomassa

ReaktoriBiomassan

kaasutus

Vety (H2 )Metanoli (CH3 OH)

Kemiallisettuotteet

FT polttoaine

(Fischer-Tropsh)FT Diesel

Synteettinenluonnonkaasu

(Bio-SNG)

Ulf-Peter Granö

Jäähdytys ja puhdistus

Lämpö

Biomassan kaasutus osana palamisprosessia

Lähde: Handbook Biomass Gasification, 2006.

Kaasutus koostuu useista kemiallisista prosesseista. Osa niistä on energiaa kuluttavia (endotermisiä, kaavassa vasemmalla) ja osa energiaa tuottavia (eksotermisiä, kaavassa oikealla)

Kaasutuksen kemialliset reaktiot

Myötävirtakaasutin < 1MWth

Myötävirtakaasuttimen periaatekuva


Kaasuttimet

Ristivirtakaasutin Vastavirtakaasutin 1-30MWth


Kaasuttimet

Kiertopetikaasutin 20-120 MWthLeijupetikaasutin 20-500 MWth


Kaasuttimet

1) Kuumakaasu, 2) Jäähdytetty kaasu


Kaasutuksessa keskeiset parametrit

Interreg IVA – Pohjoinen

HighBio -tutkimusprojektin tavoitteena uuden tiedon tuottaminen puun (ja muiden biomassafraktioiden) kaasutukseen liittyen, kaasun hyödyntämistarkastelut ja tiedon levittäminen.

Rahoittajat: EU-Interreg, Länsstyrelsen i Norrbotten,

Suomen kansallinen vastinrahoitus; Lapin Lääninhallitus

Projektiosapuolet: Jyväskylän yliopisto, Kokkolan yliopistokeskus Chydenius (koordinaattori) Centria tutkimus ja kehitys, Ylivieska (ammattikorkeakoulun tutkimusyksikkö)

Oulun yliopisto, Kemian laitos Luleå tekniska universitet (LTU) ETC, Energitekniskt Centrum i Piteå

Kokonaisbudjetti noin 1,6 M€ (3 vuotta)



Renaddrivgas

Kaasutus Kaasun puhdistus

Eriraaka-aineet

CHP-yksikötSähkö + lähilämpö

GTL

Kemian tuotteet

Polttoaine

Sivutuotteet

Ulf-Peter Granö



WP1. Kehitetty kaasutusprosessiD1. ”Entrained flow” kaasuttimen tutkiminen (laboratoriossa) D2. ”Down draft flow” kaasuttimen tutkiminen (laboratoriossa, pilot-mittakaavassa) D3. Biopolttoaineiden syöttö ”paineistetussa ympäristössä”D4. Pesuveden ja syntyvän kondenssiveden koostumuksen tutkiminen

Raaka-aine (biomassa)

Raaka- kaasu

Tuote-kaasu

Kaasutus- reaktori

Kaasun puhdistus

Polttomootto rit

Kaasuturbiinit

Poltto-kennot

= Tutkimusalue

Pesu- jakondenssivesi

PakokaasutPäästöt

Ulf-Peter Granö



Eero Kangasojan puukaasuauto:

•Ajettu yli 120 000 km

•Huippunopeus 120 km/h

•Polttoainekulutus litra ilmakuivaa

haketta/ 1 km

•Polttoainekustannus ostohakkeella 1€/100 km

•Polttoainetankki 200 litraa ->200 km

Sievin kaasutinEK Kaasu, Gasek Oy

Lähde: Bioenergia 3/2007

Yrjö Muilu

Kangasojan CHP -laitteiston kytkentäkaavio (www.nettitv.centria.fi)

Yrjö Muilu

•Polttoaineeksi käy ilmakuiva hake, kosteus alle 45 %

• Kaikki puulajit soveltuvat (mänty, kuusi, koivu, paju, leppä, haapa, pihlaja, paju, kataja? jne.); myös muita ”biomassafraktioita” on kaasutettu hyvin tuloksin

• Polttoaine haketetaan normaaleilla hakkureilla

(homehtumisrajakosteus on maks. 25)

• Tuotekaasu tervatonta

• Tuotekaasu soveltuu joko suoraan poltettavaksi tai CHP -käyttöön

• Rakenne on yksinkertainen ja helppo huollettava

• Ei tulipalovaaraa (jäännös lietettä)

• Käytön aikana laitteistossa alipaine -> ei häkävaaraa

• Seisonnassa ei vuotoja

EK kaasun tekniset ominaisuudet

Yrjö Muilu

WP2. Raaka-aineiden vaikutus kaasutusprosessiin D1. Bioraaka-aineen esikäsittelyD2. Raaka-aineen koostumuksen vaikutus kaasun laatuun D3. Kaasutusprosessin toiminta

Erilaisetraaka-aineet (biomassa)

Kaasutusproses- sin toiminta

Raakakaasun puhdistus

Polttomoot- torit

Kaasuturbiinit

Polttokennot

= Tutkimusalue

PakokaasutPäästöt

Raaka-aineenesikäsittely

Ulf-Peter Granö



Raaka-kaasu

Sivutuotteidenhyötykäyttö

Kaasun- puhdistus

Kemian

raaka-

aineet

= Tutkimusalue

WP3. Kaasutuksen lopputuotteetD1. Tuotekaasun (synteesikaasu) hyödyntäminen uusiksi kemian tuotteiksiD2. Kaasutuksessa muodostuvien sivutuotteiden hyötykäyttö

GTLTekniset polttoaineet Liikenteen polttonesteet

Sivutuotteet

Tuote kaasu

Kemian

tuotteetMuovituotteet

Polttoaine

Ulf-Peter Granö



Synteesikaasun hyödyntämismahdollisuudet (uudet kemian raaka-aineet ja tuotteet)Vaatimukset;

* vähäinen epäpuhtauksien määrä kaasussa* kaasun koostumus, erityisesti H2 /CO –suhde (välillä 0,6-2)* reaktio-olosuhteet (lämpötila, paine, inertit kaasut (alle 2 %), katalyytti)

Synteesikaasun hyödyntämismahdollisuudet (uudet kemian raaka-aineet ja tuotteet)

Hayes & Kolaczkowski, 1997

Ref. www.inano.dk

Reaktioaskeleet synteesikaasun katalyyttisessä reaktiossa

Metanolisynteesi Cu-katalyytin pinnalla:

Fischer-Tropsch synteesi Co- tai Fe-katalyytin pinnalla:

Metaanisynteesi Ni-katalyytin pinnalla:

Tutkimuksen kytkennät muihin projekteihin;* TEKES/BIOREFINE –teknologiaohjelma (LIGFU-projekti)* Suomen Akatemia/Kestävän energian tutkimusohjelma (SUSFUFLEX-projekti)

WP4. Arviointi ja teknistaloudellinen analyysiD1. Biopolttoaineiden termokemiallisen käsittelyn teknistaloudellinen arviointi D2. Aine- ja energiatasetarkastelut liittyen biomassan kaasutukseen

Arviointi



FoUresultat

FoUresult

FoUresultat

FoUresult

USFI

SE

EU

AU

DE

T&K -tulokset

Alueellinen tarve

INFO

materiaali

Semin

aarit

Internet

WP5. Tiedon levittäminenD1. Kansalliset ja kansainväliset tiedonsiirrot; seminaarit, tutkijatapaamiset ja messut, INFO

lehdet InternetiinD2. Projektihallinnointi ja raportointi

Tieto CHP-

yksiköistä

Projektin tuloksetRaportit

rahoittajille



Puukaasun mahdollisuudet

• Onko puukaasu tulevaisuuden liikenteen polttoaine? Voidaan toki käyttää, mutta ei tarkoituksenmukaisin/ensisijainen potentiaalinen käyttökohde

• Onko puukaasu ratkaisu hajautetun energiantuotannossa? Kyllä on, erityisesti pienen kokoluokan energiantuotannossa Suurin potentiaali tällä hetkellä yhdistetty lämmön- ja sähköntuotanto, CHP-yksiköt

• Mikä on puukaasun ”tulevaisuuden visio”?Sivutuotteiden kaasutus (osa ratkaisuna jätehuoltoon)Uudet kemikaalit ja kemian raaka-aineet (mm. liikenteen polttonesteet, vedyn tuotanto ja muovit)

HighBio-Bioenergiaseminaari, KokkolassaAika: Ti 18/11 2008, 12:00-16:00 Paikka: Kokkolan yliopistokeskus Chydenius, Talonpojankatu 2BLähempiä tietoja: [email protected] Puh.: (0)6 82 94 239

HighBion yhteistyökumppanit; Oulun yliopisto, Centria - Ylivieska, Luulajan teknillinen yliopisto (LTU), Energiatekniikan keskus - Piteå (ETC) ja Jyväskylän yliopisto – Kokkolan yliopistokeskus Chydenius

HighBio projektin osat, HighBio projektets delar; WP1 Kehitetty kaasutusprosessi WP1 En utvecklad förgasningsprocess WP2 Raaka-aineiden vaikutus kaasutusprosessiin WP2 Råvarans inverkan på förgasningsprocessen WP3 Kaasutuksen lopputuotteet WP3 Slutprodukter från förgasning WP4 Arviointi ja teknotaloudellinen analyysi WP4 Utvärdering och teknoekonomiska analyser WP5 Tietojen levittäminen WP5 Informationsspridning



mailto:[email protected]

Ulla Lassi Oulun yo/ Kokkolan yliopistokeskus

Chydenius

Ulf-Peter Granö Kokkolan yliopistokeskus

Chydenius

Yrjö Muilu Centria-Ylivieska Hannu Snellman Centria-Ylivieska

Toivo Kuokkanen Oulun yo

Marcus Öhman LTU, Luleå Joakim Lundgren LTU, Luleå

Rikhard Gebart ETC i Piteå Magnus Marklund ETC i Piteå

Kiitokset mielenkiinnostanne!



http://www.ltu.se/polopoly_fs/1.3862!ebe5bb47.jpg

http://www.ltu.se/tfm/avd/d3904/d295/d300/d1141/ohmmar

http://www.ltu.se/tfm/avd/d3904/d295/d300/d1141/1.3960

Puun kaasutus-Ulla Lassi 1209-08.pdf

Documents

Transcript of Puun kaasutus-Ulla Lassi 1209-08.pdf