Puupohjainen Bio-SNG kaasutusteknologian kehitysnäkymiä. Gasumin kaasurahaston seminaari / Bankin auditorio / ti tutkija Ilkka Hannula VTT

Transkriptio

1 Puupohjainen Bio-SNG kaasutusteknologian kehitysnäkymiä Gasumin kaasurahaston seminaari / Bankin auditorio / ti tutkija Ilkka Hannula VTT

2 2 Lämpötila C Paine 1-20 bar CO, H 2, CH 4, CO 2, H 2 O, N 2, C x H y Typpiyhdisteet Hapetin + höyry KATALYYSI C CO, CO2, H2, H2O N2, H2, H2O H 2 CO PUHDAS KAASU CH 4 H 2 O CO 2

3 3 Kaasutukseen perustuva tuotantoreitti Lähde: Spath and Dayton, 2003, NREL/TP

4 4 Kaasutusteknologia 1-30 bar 30 bar bar NEW AND INNOVATIVE TECHNOLOGY EXISTING & EFFICIENT BUT EXPENSIVE TECHNOLOGY FT-DIESEL FT-GASOLINE FORMALDEHYDE FUEL-FLEXIBLE FLUIDISED-BED GASIFICATION STEAM/OXYGEN PRESSURISED GAS CLEANING TAR & METHANE REFORMING FILTRATION DIRTY SHIFT ULTRA CLEANUP ETHANOL METHANOL SNG ACETIC ACID DME MTG, MTO HYDROGEN FUEL Kaasutusteknologiaa tarjoavat mm. Andritz-Carbona, Foster Wheeler ja Valmet joilla useita projekteja myös ulkomailla. HEAVIER ALCOHOLS

5 5 Tuotantokustannusarvioita 200 MW tuotetta, 0.12 annuiteetti, biomassa 18 /MWh, sähkö 50 /MWh, KL 30 h/a Kaupallinen teknologia Ei tuotantotukea Ei CO 2 etuja Ei verohuojennuksia Ennen veroja, jalostusmarg. 13$/bbl, 1 =1.33$ (2010)

6 6 Tutkimus & kehitys

7 7

8 8 KUUMASUODATUS Kuumasuodatuksen t&k-toiminta keskittynyt suodattimen tukkeutumisilmiön tutkimiseen. Kokeellinen osuus penkkikokoluokan paineistetulla kuumasuodatuslaitteistolla (ALMA). Tärkeimmät tutkitut muuttujat: Suodatuslämpötila ja paine Hiukkas- ja tervapitoisuudet Erilaisten sorbenttien ja lisäaineiden käyttö Kaasutus Suodatetun kaasun reformointi T = 850 C T = 550 C T = 950 C Kaasutus Kuumasuodatus Kuumasuodatus Suodatetun kaasun reformointi T = 850 C T = 850 C T = 850 C

9 9 Tervojen ja keveiden hiilivetyjen reformointi VTT:n kehittämä teknologia perustuu vaiheistettuun reformointiin ja noen hallintaan Voidaan käyttää useiden toimittajien katalyyttejä Täydellinen tervojen ja C 2 -hiilivetyjen konversio CH 4 konversio riippuvainen lämpötilasta, katalyyttityypistä ja reaktoritilavuudesta Conversion, % Catalyst A - Tar Catalyst A CH T, ºC Catalyst B and C - Tar Catalyst C CH4 Catalyst B CH4 N.Kaisalo & P.Simell, Vetaani-project: laboratory results CH4 conversion, %

10 10 BTL-reformeri Lämpötila 950 C CH4 konv. 95 % Poistokaasu KAASUTUS KAASUN PUHDISTUS MeOH, FT, JALOSTUS Metsätähde Polttoneste Tuhka SNG-reformeri Lämpötila 950 C --> 850 C CH4 konv. 95 % --> 35% Metsätähde KAASUTUS KAASUN PUHDISTUS METANOINTI KOMPRIMOINTI Metaani Tuhka

11 11 Epäsuora kaasutus 800 o C CH4 95% / Suodatus 550 o C Epäsuora kaasutus 800 o C CH4 95% / Suodatus 800 o C Epäsuora kaasutus 800 o C CH4 30% / Suodatus 800 o C

12 12 Paineistettu happikaasutus >150 MW biomassaa Teollinen integrointi Matalapaineinen epäsuora kaasutus <150 MW biomassaa Yhdyskuntaintegrointi Kuumasuodatus & Katalyyttinen reformointi Synteettisen polttonesteet, kemikaalit + lämpö - MeOH, DME, - FTL, MTG - MTO SNG, H 2 + lämpö

13 13 Biomassa + Power to Gas

14 14 Power to Gas Sähkö ELECTROLYYSI Vety Hiili SYNTEESI Hiilivetypolttoaineet

15 15 Power to Gas CO2 Sähkö H 2 ELECTROLYYSI RWGS CO + H 2 SYNTEESI Hiilivetypolttoaine CO2 Sähkö H 2 SNG/MTG ELECTROLYYSI SYNTEESI CO2 Tässä esityksessä laskettu prosessi Sähkö CO + H 2 ELECTROLYYSI SYNTEESI Hiilivetypolttoaine

16 16 Taustaoletukset Biojalostamo Kokoluokka 200 MW (tehollinen lämpöarvo) lopputuotetta Referenssilaitos: 300 MWbiom = 400 M Referenssisynteesi: 200 MWtuotetta = 70 M Kustannusskaalauseksponentti 0,7 Huipunkäyttöaika 7889 h/a (90 %) Kiinteäoksidi elektrolyyseri Tavoiteiät Kennosto h Järjestelmä h Hyötysuhde sähköstä vedyksi = 85% Investointikustannusarvio Kennosto 500 /kw Järjestelmä 750 /kw Elektrolyysilaitos rakennetaan moduuleista, ts. ei skaalaetuja (kustannusskaalauseksponentti = 1) Biomass /MWh 18 CO2 /tonne 30 Electricity /MWh 50 Heat /MWh 0 Oxygen /tonne 0 Run time h/a 7889 Biorefinery O&M (fraction of TCI) % 4 % Synthesis O&M (fraction of TCI) % 4 % Electrolysis O&M (fraction of TCI) % 2 % Project lifetime a 20 Rate (annuity) % 10 % Annuity factor 0.12 Annual product output MWh/a Cost scaling factor for biorefinery 0.7

17 17

18 18 Power to Gas SNG tulee kannattavammaksi kuin Bio-SNG, elektrolyyttisen vedyn hinnan laskiessa alle 60 /MWh = Sähköenergian vuosikeskiarvohinnan laskiessa alle 20 /MWh

19 19 Sähköenergian hinta vuosittaisen käyttöajan funktiona siten, että elektrolyyttisen vedyn tuotantokustannus = 60 /MWh, ts. P2G kannattavampaa kuin BTL

20 20 Yhteenveto Prosessi synteettisen maakaasun (SNG) tuottamiseen metsätähteistä demonstroitu esikaupallisessa kokoluokassa Merkittävimmät prosessitekniset parannuspotentiaalit Suodatuslämpötilan nosto Selektiivinen tervojen ja hiilivetyjen reformointi Hapeton synteesikaasun tuotto Power to Gas SNG:tä voidaan tuottaa: Bio-SNG, P2G tai hybridiprosesseilla Biomassaintegroinnilla on mahdollista tehdä P2G:stä kannattavampaa, mutta ei kannattavampaa kuin pelkkään biomassaan perustuva prosessi.

21 21 Kiitos mielenkiinnosta! LinkedIn: ihannulaprofile