Nestemäisten biopolttoaineiden tuotanto - kaasutustekniikan uusia ratkaisuja

Transkriptio

1 Nestemäisten biopolttoaineiden tuotanto - kaasutustekniikan uusia ratkaisuja Esa Kurkela, Ilkka Hannula, Minna Kurkela FORESTENERGY2020 vuosiseminaari Joensuu,

2 Liikenteen polttoaineiden valmistus kotimaisista metsäraaka-aineista (metsätähteet, kuori, mustalipeä, ligniini) Kaasutus Pyrolyysi Nesteytys HTL Höyrykaasutus CHP-integroitu BTL Happikaasutus, suuret BTL-laitokset NER300, Chemrec Polttokaasu kattiloille ja uuneille Terminen pyrolyysi Polttoöljyn korvaus Kattilat, uunit Katalyyttinen pyrolyysi Mustalipeä, ligniini, kosteat biomassat VTT-pilot + Teollinen Demo Vetykäsittely liikennepolttoaineeksi Kokkola-Case Metsäteollisuuscaset CHP-integraatit Co-feeding jalostamoilla Kaasutus mustalipeän kanssa sellutehdasintegrointi

3 Puupolttoaineiden kestävä energiakäyttö Suomessa Lähde: Jaakko Jokinen, Pöyry Management Consulting Oy. Metsä- ja energiateollisuuden Skenaariot. ForestEnergy2020 vuosiseminaari, Jyväskylä Lisäpotentiaali noin 20 TWh Vastaa 900 ktoe liikenteen biopolttoainetuotantoa (noin 25 % nykykulutuksesta) Sivutuotteena 4 TWh lämpöä (kaukolämpö/teollisuus) Kaasutus-BTL laitoksina 18 kpl 50 ktoe/a Investointi M /laitos Yhteensä noin 3 mrd Laitevientipotentiaali Ruotsi (metsäbiomassa) Eurooppa (agrot) Brasilia (bagassi + eucahake) 12/10/2015 3

4 Dual Bed Steam Gasification Pilot at Bioruukki New low-pressure process for MW input Most suitable applications Hydrogen by PSA SNG or FT diesel with oncethrough synthesis Low-pressure process suitable also to bagasse and other low-density feeds 4

5 Kokkola Biorefinery-projektissa BTL-laitos integroidaan raskaaseen metalli- ja kemianteollisuuteen Waste Heat from Industry cluster Steam loop within the Kokkola steam networks and power island ZnO/ZnS loop integrated to Boliden process => Sulphur as suplhuric acid to the products of Yara Off-Gas to kilns/boiler Forest & agro residues & wastes Drying of Wet biomass Gasification Raw Gas Reforming and cooling Dry sulphur removal Final Gas conditioning Syn gas Once Through FTsynthesis Prosessin merkittävimmät edut NER300-hankkeisiin verrattuna Merkittävästi yksinkertaisempi ja halvempi prosessi Ei happea kaasutukseen, olemassa oleva voimalaitos höyryverkkoineen, sinkkipohjainen rikinpoisto, jossa rikki päätyy tuotteeksi, kerran-läpi synteesi joka ei ole herkkä inerteille (CO 2, N 2 ja CH 4 ), ei shift-reaktoria eikä CO 2 poistoa Korkea kokonaishyötysuhde ja päätuotteen hyötysuhde samaa tasoa kuin suurissa stand-alone laitoksissa (55 % biomassan energiasta FT-dieseltuotteeksi, lämpöä 20 %) BTL-tuotanto voidaan toteuttaa taloudellisesti jo 50 ktoe/a kokoluokassa, jossa useita mahdollisuuksia tehokkaalle lämpöintegraatiolle, investoinnit M /laitos Muita integrointimahdollisuuksia: metsäteollisuus, kaukolämpölaitokset FT-wax to refining 12/10/2015 5

6 Teollisuuteen tai kaukolämmön tuotantoon integroidun liikenteen polttoaineiden valmistus: kehityspolku konseptista teolliseen tuotantoon P3 P0: Konseptikehitys PRECHEM- Kokkolan Biorefinery hanke (2015) P1: Pilotointi Bioruukissa ja soveltuvuusselvitys P2: Teollinen demonstrointi Kokkolassa tai metsäteollisuudessa P3: Teollinen referenssilaitos Kapasiteetti 50 ktoe/a P4: Useita laitoksia toiminnassa vuosina , investoinnit M /laitos : 5 laitosta, yhteensä 250 ktoe/a : 10 laitosta, yhteensä 600 ktoe/a KÄYNNISSÄ P1 P2 6

7 Synteesikaasuprosessin tehostaminen elektrolyyttisesti valmistetulla vedyllä Happikaasutusprosessin H 2 /CO-suhde on liian alhainen useimpiin synteeseihin, siksi tarvitaan Shift-reaktoria Case 1: Shift-konversion korvaaminen CO + H 2 O = CO 2 + H 2 Elektrolyysi H 2

8 Happikaasuprosessin tehostaminen elektrolyyttisesti valmistetulla vedyllä Happikaasutuskonseptissa noin puolet biomassan hiilestä päätyy hiilidioksiksi, joka pestään pois ennen synteesiä Jos myös hiilidioksidi voitaisiin hyödyntää elektrolyysivedyn avulla, kasvaa saanto kolminkertaiseksi Uudessa höyrykaasutusprosessissa lisätehoa noin 30 % CO 2

9 Hybridiprosesseilla sähköbiopolttoaineita Pelkkä biomassan kaasutus 100 MW puuta => 63/67 MW biopolttoainetta Shift-konversion korvaaminen => 97/113 MW polttoainetta Shiftin korvaaminen ja CO 2 :n syntetisointi => 183/223 MW polttoainetta Soveltuu rajallisten biomassavarojen hyödyntämiseen ja/tai halpaan sähköön Suomessa puhdas bio-sng tai bio-metanoli ovat selvästi halvempia nykyisillä hintasuhteilla kuin sähköpolttoaineet hybridit mielenkiintoisia

10 Integrating Production of Fuels and Chemicals from Biomass and Residues to Existing Industries to Improve Competitiveness Several industrial or municipal sites with local CHP integration Transport of intermediate products Large-scale refineries or chemical industries Forest residues and agricultural residues Industrial and municipal wastes Integration to food, forest, chemical or metal industries Methanol Synthetic hydrocarbons Synthetic methane, bio-hydrogen Drop-in transportation fuels Olefins for renewable packaging materials Basic chemicals, fertilisers, aromatics 12/10/

11 Production of aromatics by gasification & FT route Same gasification technology and principles of integration can be used also to produce several base chemicals from biomass residues and wastes Mullistaako suomalaisten oivallus markkinat? "Voidaan korvata raakaöljyn käyttöä muoveissa, polttoaineissa, lääkkeissä ja maaleissa idaan+korvata+raakaoljyn+kayttoa+muoveissa+polttoaineissa+laakkeissa+ja+maalei ssa/a ?b=u_mediuutiset Oil and gas industry announcements: 14 May 2015 VTT has demonstrated that lignocellulosic biomass can be successfully converted into pure benzene, toluene and xylene (BTX) chemicals. The aim of this reach is to enable the use of wood based chemicals to replace crude oil in, for example, plastics, fuels, medicines and plants. Demand has grown rapidly fro chemicals generated from renewable sources, creating a need for alternative, environmentally friendly production routes. Particularly sought after chemicals include pure aromatics, such as the BTX chemicals. 12/10/

12 Bioruukki - New piloting ecosystem at Kiviruukki industrial area in Kivenlahti, Espoo A new piloting ecosystem for process industry scale-up and demonstrations. A former printing plant transformed to world scale R&D centre m 2, room for several pilot units and laboratories. Located close to Otaniemi campus. 12/10/

13 Bioruukki Piloting Centre A unique combination of 4 integrated and complementary technology platforms and competence pools BIOMASS WASTE SIDE STREAMS BIORUUKKI VALUE ADDED PRODUCTS AND RENEWABLE ENERGY Biomass processing Centre VTT s unique infrastructure Solar Energy Centre Thermochemical Conversion Centre VTT s competence and know-how Green Chemistry Centre Joint Aalto-VTT bioeconomy infrastructure (FIRI) 13

14 TEKNOLOGIASTA TULOSTA