Puupohjainen Bio-SNG –kaasutusteknologian kehitysnäkymiä

Gasumin kaasurahaston seminaari / Bankin auditorio / ti 10.12.2013tutkija Ilkka HannulaVTT

211.12.2013

CO, H2,CH4, CO2,H2O, N2,CxHy

Lämpötila 700 - 900 °CPaine 1-20 bar

Hapetin+ höyry

Typpi-yhdisteet

KATALYYSI500-950 °C

CO, CO2,H2, H2O

N2, H2,H2O

PUHDAS KAASUCO

CO2

H2

H2OCH4

PUHDAS KAASUCO

CO2

H2

H2OCH4

311.12.2013

Kaasutukseen perustuva tuotantoreitti

Lähde: Spath and Dayton, 2003, NREL/TP-510-34929

411.12.2013

Kaasutusteknologia

GAS CLEANING• TAR & METHANE

REFORMING• FILTRATION• DIRTY SHIFT

FT-DIESEL

ULTRACLEANUP

SNG

FUEL-FLEXIBLEFLUIDISED-BEDGASIFICATION

• STEAM/OXYGEN• PRESSURISED

FT-GASOLINE

METHANOL

HYDROGEN

NEW AND INNOVATIVE TECHNOLOGY EXISTING & EFFICIENTBUT EXPENSIVETECHNOLOGY

HEAVIERALCOHOLS

ETHANOL

FORMALDEHYDE

ACETIC ACID

DME

MTG, MTO

FUEL

1 - 30 bar 30 bar 30 - 200 bar

Kaasutusteknologiaa tarjoavat mm.Andritz-Carbona, Foster Wheeler jaValmet joilla useita projekteja myösulkomailla.

511.12.2013

Bensiini@150$/bbl

Bensiini@100$/bbl

Ennen veroja,jalostusmarg.

13$/bbl,1€=1.33$ (2010)

• Kaupallinen teknologia• Ei tuotantotukea• Ei CO2 etuja• Ei verohuojennuksia

Tuotantokustannusarvioita200 MW tuotetta, 0.12 annuiteetti, biomassa 18 €/MWh,

sähkö 50 €/MWh, KL 30 €/MWh@5500 h/a

611.12.2013

Tutkimus & kehitys

711.12.2013

811.12.2013

Kaasutus Kuuma-suodatus

Suodatetun kaasunreformointi

T = 850 °C

T = 550 °C

T = 950 °C

Kaasutus Kuuma-suodatus

Suodatetun kaasunreformointi

T = 850 °C T = 850 °C T = 850 °C

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

911.12.2013

-20

0

20

40

60

80

100

0102030405060708090

100

760 810 860 910

CH4

conv

ersi

on,%

Conv

ersi

on,%

T, ºC

Catalyst A- Tar

Catalyst A – CH4

Catalyst B and C - Tar

Catalyst C – CH4

Catalyst B – CH4

Tervojen ja keveiden hiilivetyjen reformointiVTT:n kehittämä teknologia perustuu vaiheistettuun reformointiin ja noen hallintaanVoidaan käyttää useiden toimittajien katalyyttejäTäydellinen tervojen ja C2-hiilivetyjen konversioCH4 konversio riippuvainen lämpötilasta, katalyyttityypistä ja reaktoritilavuudesta

N.Kaisalo & P.Simell, Vetaani-project:laboratory results 2012

1011.12.2013

KAASUTUS MeOH, FT, …KAASUNPUHDISTUS JALOSTUS

Metsä-tähde

Poltto-neste

Poisto-kaasu

Tuhka

KAASUTUS METANOINTIKAASUNPUHDISTUS KOMPRIMOINTI

Metsä-tähde

Metaani

Tuhka

”BTL-reformeri”Lämpötila 950 °CCH4 konv. 95 %

”SNG-reformeri ”Lämpötila 950 °C --> 850 °C

CH4 konv. 95 % --> 35%

1111.12.2013

Epäsuora kaasutus 800oCCH4 95% / Suodatus 550oC

Epäsuora kaasutus 800oCCH4 95% / Suodatus 800oC

Epäsuora kaasutus 800oCCH4 30% / Suodatus 800oC

1211.12.2013

Paineistettuhappikaasutus

>150 MW biomassaaTeollinen integrointi

Matalapaineinenepäsuora kaasutus

<150 MW biomassaaYhdyskuntaintegrointi

Kuuma-suodatus

&Katalyyttinenreformointi

Synteettisenpolttonesteet,

kemikaalit + lämpö- MeOH, DME,- FTL, MTG- MTO

SNG, H2 + lämpö

1311.12.2013

Biomassa + Power to Gas

1411.12.2013

Power to Gas

SYNTEESI Hiilivety-polttoaineet

Vety

Hiili

ELECTROLYYSISähkö

1511.12.2013

Power to Gas

ELECTROLYYSI RWGSSähkö H2

CO2

SYNTEESICO + H2 Hiilivety-

polttoaine

ELECTROLYYSI SYNTEESISähkö H2 SNG/MTG

ELECTROLYYSI SYNTEESISähkö CO + H2

CO2

Hiilivety-polttoaine

CO2

Tässä esityksessälaskettu prosessi

1611.12.2013

TaustaoletuksetBiojalostamo• 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 40 000 h• Järjestelmä 80 000 h

• Hyötysuhde sähköstä vedyksi = 85%• Investointikustannusarvio

• Kennosto 500 €/kW• Järjestelmä 750 €/kW

• Elektrolyysilaitos rakennetaan moduuleista, ts. eiskaalaetuja (kustannusskaalauseksponentti = 1)

Biomass €/MWh 18CO2 €/tonne 30Electricity €/MWh 50Heat €/MWh 0Oxygen €/tonne 0Run time h/a 7889Biorefinery O&M (fraction of TCI) % 4 %Synthesis O&M (fraction of TCI) % 4 %Electrolysis O&M (fraction of TCI) % 2 %Project lifetime a 20Rate (annuity) % 10 %Annuity factor 0.12Annual product output MWh/a 1577880Cost scaling factor for biorefinery 0.7

1711.12.2013

1811.12.2013

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

1911.12.2013

Sähköenergian hinta vuosittaisen käyttöajan funktiona siten, että elektrolyyttisenvedyn tuotantokustannus = 60 €/MWh, ts. P2G kannattavampaa kuin BTL

2011.12.2013

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 pelkkäänbiomassaan perustuva prosessi.

2111.12.2013

Kiitos mielenkiinnosta!

LinkedIn: ihannulaprofiletwitter: @ilkkahannula