Cirkulerende fluid-bed forgasningsprocesser til biomasse (OCIFF)

Projektet OCIFF samler en række projekter og aktiviteter, der sigter mod forbedring af processer og metoder til anlæg til forgasning af biomasse - primært halm - i forbindelse med kraftvarme - specielt ved anvendelse af additiver.

Projektbeskrivelse
Udvalgte additiver og bedmaterialer testes med henblik på at finde optimale - eventuelt synergistiske blandingsforhold og mængder samt driftsforhold ved cirkulerende fluid-bed forgasning. Beregningsmodeller afstemmes mod laboratorieeksperimenter, småskala fluid bed og i bedste fald resultater fra pilotskalaforsøg med henblik på at kunne kvantificere og optimerer aske og additiv opførsel under relevante forhold. Projektet består af en beregningsmæssig, en fundamental eksperimentel del og en praktisk del. Laboratorieforsøg med termogravimetrisk udstyr udføres af ReaTech og Institut for Energiteknik, DTU. Med henblik på forudsigelse af smeltning og sintring samt brændselsreaktivitet ved biomasseforgasning udføres ligevægtsberegninger ved anvendelse af ligevægtsprogrammerne 'FACT' og 'HSC-Chemistry', der anvendes af ReaTech. Programmet 'Gaussian' anvendes af Ålborg Universitet Esbjerg bruges til at udvide de aktuelle databaser med termodynamiske data, der er relevante for de katalytiske effekter observeret ved forgasning af biomasse. Koksens fysiske struktur og strukturens afhængighed af omdannelsen samt halmens forbehandling undersøges af ReaTech og Roskilde Universitets Center. Forsøg planlægges på VTT's 'Process Development Unit' (PDU). Kvaliteten af restprodukterne følges med henblik på eventuelt at kunne forøge deres værdi. Udtagne prøver fra anlæggene vil blive analyseret og evalueret. Under projektet 'Grundlæggende Processer i Biomasseforgasning (BIOG)' har ReaTech undersøgt forgasning af halm i cirkulerende fluid bed forgassere (CFBG) med særligt henblik på at eliminere agglomerering og sintringsproblemer og samtidig opretholde høj kulstofomdannelse. Ligevægtsmodellerne HSC-Chemistry og FACT er anvendt til evaluering af additiver og askesammensætninger relevante for CFBG anlæg. Reaktivitets- og askeegenskaber er undersøgt eksperimentelt. Forsøg udført i Finland af VTT-Energy og i Danmark på ReaTech, Risø, DTU (Institut for Energiteknik), GEUS og dk-TEKNIK har sammen med beregninger givet et forøget indblik i problemstillinger relateret til reaktivitet og katalyse, agglomerering og sintring og tungmetal opførsel. Der er i BIOG peget på forskellige muligheder for problemløsninger. Specielt er der i BIOG fundet og peget på additiver med særdeles lovende egenskaber. I det omfang de undersøgte additiver har de ønskede egenskaber, vil de blive lagt planer for afprøvning på større anlæg og kunne indgå i fremtidige forbrændings og forgasning processer
Resultater

Det drejer sig især om (CFBG) cirkulerende fluid bed forgasning (Moilanen 2001), men også om Energitekniks totrinsforgasser. Problemstillingen , der knytter sig til anvendelse af additiver, er endvidere generelt relevant for omdannelse af brændsler i forgasningsanlæg og forbrændingsanlæg. Emnerne er askeegenskaber i relation til aflejringer, agglomerering, sintring, korrosion og erosion, samt i mindre omfang gasrensningsmetoder. Projektet omfatter omfattende teoretisk arbejde og en række forsøg i laboratorieskala. Planen er i store træk fulgt, idet enkelte forsinkelser har skyldtes problemer med instrumenter samt rapporteringsformen, der er søgt gennemført i form af publikationer. I løbet af projektet er aktiviteterne med forgasning i MEK/ET's totrinsforgasser øget (Bentzen 2002) og antallet af FBG+CFBG forsøg reduceret. Der er gennemført additivtilsætning til halm i forbindelse med forgasning i fluid bed og efterfølgende analyse i samarbejde med VTT. Efterfølgende analyser med røntgendiffraktion og SEM (Skanning elektron mikroskopi) samt standardanalyser er foregået efter planen med interessante og lovende resultater til følge. Oprindeligt planlagte forsøg på VTT's PDU (Process Development Unit) med et fosfor-kalcium baseret additiv er dog blevet udskiftet med ekstra forsøg i VTT's AFB, og der er med dette fosfor-kalk baserede additiv i samarbejde med MEK/ET blevet gennemført additivtest på ET's totrinsforgasser, dette med et positivt resultat. Fosforkalkadditivet har tillige uden for projektet (som forventet) vist sig at have positive egenskaber under forbrændingsforhold på Enstedværkets træfyrede overheder. Eksperimenter vedrørende reaktivitet og katalyse er gennemført på Energitekniks makro-TGA. Eksperimenter på ReaTech's PTGA udstyret er gennemført. Dette arbejde har ført til en publiceret artikel (Bario 2001) samt en artikel, der er under udarbejdelse (Bario 2002). Desuden er der gennemført eksperimenter på ReaTech's termiske udstyr 'SDT' (Papadakis 2000) samt arealmålinger af halmkoks (Gunnarsdottir 2000). Ligevægtsberegninger med programmet FACT er gennemført planmæssigt og beregningerne er styrket af eksperimentelle data, der er velegnede til validering. FACT beregningerne og eksperimenter rapporteres i Risnes (2002). Blandt andet er der gennemført in-situ høj-temperatur røntgen diffraktionsmålinger på askesmeltning på den Schweizisk - Norske beamline på Synkrotronen i ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) i Grenoble (Norby 2002, Sørensen 2002, Risnes 2002). Simuleringerne med programmet 'Gaussian' (kvantemekaniske beregninger) er afsluttet og interessante resultater foreligger i form af en delrapport (Stoltze 2000)

Key figures

Periode:
2000 - 2002
Bevillingsår:
2000
Egen finansiering:
2,19 mio.
Støttebeløb:
1,71 mio.
Støtteprocent:
44 %
Projektbudget:
3,90 mio.

Kategori

Oprindelig title
Optimering af cirkulerende fluid-bed forgasningsprocesser til biomasse/halm (OCIFF)
Program
EFP
Fælles overordnet teknologiområde
Bio og affald
Projekttype
Udvikling
Journalnummer
1373/00-0032

Kontakt

Kontakperson
Holst Sørensen, Lasse
Adresse
ReaTech
P.O. Box 30
DK-4000 Roskilde, Denmark
Holst Sørensen, Lasse , 46775932, LHS-ReaTech@Catscience.dk
Øvr. Partnere: Elkraft; Danmarks Tekniske Universitet. Energiteknik; Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse (GEUS); Aalborg Universitet Esbjerg. Kemiteknik; Roskilde Universitetscenter. IMFUFA; Oslo Universitet. Kjemisk Institut (NO); VTT Energy (FI)