LignoBoost Lignin ett alternativit biobränsle...Cykin O lockl f O l ocklr H2,5 O O O H8 H7 H6 H9 ash sampl e O 15 Fuel feed chute Combustion chamber Hot primary cyclone Gas extraction

2/8/2010

1

Anders LarssonSales and Marketing manager,LignoBoost technologyPower business line

Photo

LignoBoost i verkligheten

Panndagarna i Södertälje 2010

© Metso

LignoBoostLignin ett alternativit biobränsle

• Cellulosafabrikens kretslopp och återvinningscykel

• Lignin- Egenskaper

- LignoBoost-anläggningen

- Potential

• Lignin som bränsle- Möjligheter

- Erfarenheter

• Konsekvenser för cellulosafabriken

• Sammanfattning och dagsläge

Metso Power AB, Sweden 2010

2/8/2010

2

© Metso

Cellulosafabrikens kretslopp


LignoBoost Lignin

© Metso

Lignin – en av tre vedkomponenter

Lignininnehåll i olika svartlutar, kg/ton massa

• Tall/Gran 510

• Björk 340

• Eucalyptus 340


2/8/2010

3

© Metso

LigninNaturens eget bindemedel

• Polymer eller makromolekyl

• Högt innehåll av kol;- 60-65% i långfibrig massa (SW)

- 56-60% i kortfibrig massa (HW)

• Huvudsakliga bäraren av energi i veden- HHV ~26 MJ/Kg DS

• Skapar lasten i sodapannan- Gör svartluten brännbar


© Metso

The LignoBoost process

High pH Low pH


2/8/2010

4

© Metso

UtrustningStandard installation

• 2 till 3 VPA skivfilter

• Fällningsutrustning- Lagertank för CO2

• Processpumpar och tankar

• Rörledningar och ventiler

• Värmeväxlare

• Skrubber, vakuumpump ochfläktar

• Transportband


© Metso Metso Power AB, Sweden 2010

ProduktenLigninets egenskaper

C 64 – 66 %O 26 – 27.5 %H 5,7 – 5.8 %N 0,1 %Na 0,1 – 0,3 %S 1 – 3 % (typical 2-2.5 %)

High heating value: 25-26.5 MJ/kgLignin content: 92-98 %

Ligninlager i Bäckhammar

2/8/2010

5


Lignin –användbart som biobränsle?

• Lignin är vedens brännbara komponent

• 70% lignin avskiljning genom fällning med CO2 (1)

• Avskiljning av lignin motsvarande 25% av lutens värmevärde är möjligt med bibehållande av fabrikens ång och energibalanser(2)

1. F. Öhman ””Precipitation and separation of lignin from kraft black liquor”, Chalmers, 2006

2. KAM research programme, 2003

Energiproduktion – ligninets potential i Sverige (1)

• Kraft pulp production 8 Mton/a

• Lignin removal at 25% rate 1 Mton/a 6,5 TWh/a

• Lignin removal at max rate (70%) 2,8 Mton/a 18 TWh/a

• Total heat from black liquors 40 TWh/a

• Estimated global heat from kraft black liquor120 Mton/a 76 TWh/a (2)

1. Finland and Sweden appr. the same figures

2. World kraft pulp production appr. 120 Mton/a, avg. 390 kg lignin/ADt, 25% separation rate

• l

Räcker till 3 miljonerpersonbilar 1500mil/år

© Metso

Lignin ett förnybart biobränsle

• Pulvereldning- Ligninet torkas till >90% t.s.

- Hantering av torrt lignin

• Applikationer- Kraft och barkpannor

- Massabrukets mesaugn

• Tester genomförda vid ETC (Energy Technology Center) i 150 kW pulverbrännare , vid Chalmers i 12MW CFB panna och vid Mönsterås Bruk i en mesaugn


2/8/2010

6


Pulverbränning – försök vid ETC

•Bark&träpulver från Mönsterås bruk

•Lignin från demonstrationsanläggningen i Bäckhammar

•3-4 timmar kontinuerlig förbränning

•Ca 110 kW

T1

T2 T4T3

TW2TW1

TfgGas to analysis system

Water out

Water inBurnerBoiler

5001000

19002800

800

1700

Källa: N. Berglin, P. Tomani -Innventia



Slightly higher temperatures with lignin

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

17 :4 5 :36

18 :14 :24

18 :4 3 :1 2

19 :12 :00

19 : 40 :4 8

2 0 :09 :36

20 :38 :2 4

2 1 :07 :12

21 :36 :0 0

22 :0 4 :48

Time

Tem

pera

ture

deg

_C

T1 T2 T3 T4 Tw1 Tw2 Tfg

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

09:1

0:20

09:1

9:20

09:2

8:20

09:3

7:20

09:4

6:20

09:5

5:20

10:0

4:20

10:1

3:20

10:2

2:20

10:3

1:20

10:4

0:20

10:4

9:20

10:5

8:20

11:0

7:20

11:1

6:20

11:2

5:20

11:3

4:20

11:4

3:20

11:5

2:20

12:0

1:20

12:1

0:20

12:1

9:20

12:2

8:20

12:3

7:20

12:4

6:20

12:5

5:20

13:0

4:20

13:1

3:20

13:2

2:20

13:3

1:20

13:4

0:20

13:4

9:20

13:5

8:20

14:0

7:20

14:1

6:20

Tme

Tem

per

atu

re d

eg_C

T1 T2 T3 T4 Tw1 Tw2 Tfg

Start of pow

der feeding

Bark/wood powder Lignin


2/8/2010

7



Slightly higher CO and NO x for lignin at same O 2

0

2

4

6

8

14:52:48

15:07:12

15:21:36

15:36:00

15:50:24

16:04:48

16:19:12

16:33:36

Time

O2

Vol

%

-100

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

CO

, NO

x (p

pm)

[%] O2 [ppm] CO [ppm] NOx

0

2

4

6

8

20:38 :24

20:52:48

2 1:07:12

21:21 :36

21:36:00

2 1:5 0:24

Time

O2

vol%

-100

100

300

500

700

900

1100

1300

1500

CO

, NO

x (p

pm)

O2 CO NOx

Bark/wood powder Lignin



CFB boiler trial at Chalmers

• 12 MW boiler

• 3 tonnes of lignin during three days

• Co-firing with bark

• Bark pellets as reference fuel

oo

8

9

12

2

3

1

11

H1 O

R e arw all

Fron tw a ll

4

5

10

5

4

66

H2O

H3O

H4

O O O

H4,5O

O O O

O O O

O O OO O O

O O OO

H10

H11 O

H12O O O

H13 O

H5

77

1 617

19

2120

23

23

25

18

22

23

26

24

O

O

O

O

O

1 3

14

abc2

c f1

abc 1

Cy k ut

C yk in

O

loc kl f

Ol oc k lr

H2,5

O O O

H8

H7

H6

H9

ash s ampl e

O 1 5

Fuel feed chute

Combustion chamberHot primary cyclone

Gas extraction probe for emission monitoring


2/8/2010

8


CFB panna, bränslehantering

• Ligninet var enkelt att mata till pannan

• Ligninkakan bröts lätt sönder

• Ingen valvbildning i bränslesilon

• Ingen pluggning i inloppstratten



CFB boiler trial, emissions

0

50

100

150

200

250

300

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Time from start of trial (hours)

SO2, NO (ppm)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

NaCl + KCl (ppm)

SO2

NO

(Na+K)Cl

15 % Lignin in the fuel mixture

12 % 19 % 12 % 6 % 0 % • NOx about 125 ppm

• CO ~10 ppm

• SO2 ~75-100 ppm

• (Na+K)Cl decreased from 15 to 3-5 ppm


2/8/2010

9

© Metso

Fullskaleförsök, mesaugnen i Mönsterås


• Ersätta olja i measugn till 50%

• Provet pågick under 3 dagar i april 2008

• 40 ton lignin förbrukades

• Målet uppnått med råge, under en kort tid eldades 100% lignin

• Svavel absorberas av kalken i mesan

• Långtidseffekter i processen ej klarlagda

© Metso

Lignin ett förnybart biobränsle forts.

• Samförbränning- Kol

- Flis

- Olja

• Ligninet tas direkt från LignoBoostanläggningen 65 – 70% t.s.


2/8/2010

10

© Metso

Samförbräning lignin och kol i Värtan

• Fortum Värme, LignoBoost AB och Bäckhammars bruk med stöd från Energimyndigheten under projektkoordinering av Innventia genomförde 2007 – 2008 försök i PFCB pannan i Värtaverket, Stockholm


Källa: Eva-Katrin Lindman

• PFCB pannan bränner en kolpasta tillsammans med dolomit.

© Metso

Projektet - mål

• Visa ligninets möjligheter som bränsle i en fullstor kommersiell anläggning

• Undersöka och utveckla metoder för hantering, förbränning och utsläppskontroll

• Verifiera proportioner mellan kol:lignin

• Implementera och kommersialisera ett nytt lovande biobränsle



2/8/2010

11

© Metso

Resultat och slutsatser

• 4000 ton lignin brändes i fyra kampanjer under 13 veckor

• 8 veckors kontinuerlig körning med 8 – 15% av tillförd energi i form av lignin

• Med en optimerad utrustning, möjligt blanda in >30% lignin i bränslet

• Inga mätbara förändringar av NOx, CO, HCl emissioner

• Svavel emissionerna ökade vid 15% lignininblandning

• Kan logistikproblemen lösas vill man köra vidare!



© Metso

Samförbränning lignin – olja och lignin – beckolja

• Försök med blandning av lättare oljor och lignin samt lignin och beckolja

• Försök på gång med tunga eldningsoljor

• 45% lignininblandning har uppnåtts i enkla utrustningar

• Försöken går vidare i Lignofuel programmet, ett FoU program under ledning av Innventia med stöd av industrin och Energimyndigheten


Olja med 45% lignin under förbränningsprov

2/8/2010

12

© Metso

Rökgasrening – krav för lignineldning?

• Lignin, förnybart biobränsle

• Svavelinnehållet ställer krav på pannan beroende av inblandningsförhållanden

• Flera tekniker tillgängliga

• Injektion av kalk och/eller kalkslurry

• Rökgasfiltrering i ESP i kombination med påsfilter

• Våtscrubbning med NaOH med eller utan värmeåtervinning

• Svavel – skyddar överhettarna


© Metso

Ligninproduktion idag och i morgonBäckhammar

• Demonstartionsanläggning i Bäckhammar, uppstart 2007

• Nordic Paper Bäckhammarsbruk 175 000 tpa UBKP

• Kapacitet 6 000 – 10 000tpa lignin

• Producerar lignin i demonstration och forskningssyfte

• Ägare Innventia


2/8/2010

13

© Metso

Ligninproduktion idag och i morgonSödra Cell Mörrum

• Statens satsning av 875 milj. Energimyndighetens utlysning kommersialisering av energiteknik mm.

• Södra fått godkännande för stöd till investering i en LignoBoost anläggning om 40.000 tpa

• Projektet avhängigt godkännande hos EU kommissionen

• I produktion 2011!

• Flera projekt på G ute i världen


© Metso

Varför extrahera lignin?Massafabrikens drivkrafter

1. Avlasta sodapannan vilket ger möjlighet till ökad massaproduktion

2. Producera ett biobaserat bränsle som kan ersätta olja i mesaugnen

3. Öka massafabrikens konkurenskraft genom att erbjuda produkter vid sidan av massa och papper


*Möjligt bränna mer t.s./ton svartlut

2/8/2010

14

© Metso

Lignin – en framtidsvisionÄven till annat än bränsle

LIGNIN

BINDERS

DISPERSANTS

ACTIVATED

CARBONS

CARBON

FIBER

PHENOL /

BENZENE


© Metso

LignoBoostLignin kan bli ett viktigt förnybart biobränsle och mer därtill!

• LignoBoost-processen fungerar

• Det går att möta driftsförändringar i cellulosabruket

• Cellulosabruket kan exportera sitt energiöverskott som lignin och öka samtidigt öka sin massaprodktion

• Ligning kan användas som bränsle på flera sätt, enskilt och i samförbränning

• Förändrade utsläpp pga av ligninanvändning kan mötas och hanteras

• Lignin kommer att bli tillgängligt i kommersiella kvantiteter framgent


2/8/2010

15


Documents

LignoBoost Lignin ett alternativit biobränsle...Cykin O lockl f O l ocklr H2,5 O O O H8 H7 H6 H9 ash sampl e O 15 Fuel feed chute Combustion chamber Hot primary cyclone Gas extraction