Energimagasinet nr 7 2011

Förgasning vid hög temperatur

Cortus AB har utvecklat en ny patenterad förgasningsteknik med namnet WoodRoll®. Den ger hög verkningsgrad, bränsleflexibilitet och en ren energigas utan föroreningar. Energigasen har ett högt värmevärde utan kväve eller tjärrester.

Cortus grundades 2006 av Rolf Ljunggren och sedan dess har Cortus utvecklat flera patent på WoodRoll® förgasningsprocess. Företaget har sedan dess gjort många tester på olika nivåer för att visa på fördelarna med processen:
Testen har gjorts på olika typer av bränslen i två olika steg:
• Labskala på KTH (Kungliga Tekniska Högskolan)
• 150 kW skala där torkprocessen utfördes i Nässjö (AB Torkapparater), pyrolysen i Hofors (AB Torkapparater) och förgasningen i Stockholm (AGA Linde, Lidingö)
Under sommaren 2011 påbörjades även tredje steget, tester på en 500 kW anläggning på AGA Linde, Lidingö. Testerna kommer fortskrida efter årsskiftet då man kommer att integrera förgasaren med en pyrolysreaktor.

Torkning, pyrolys och förgasning
WoodRoll processen är uppdelad i tre steg – torkning, pyrolys och förgasning. Principen bakom är att separera det fasta materialflödet från gasformigt, samt att värma processen indirekt från torkning till kolförgasning. Separationen av fast fas och gas gör det möjligt för processen att bli renare och mer effektiv än andra processer.
Inkommande biomassa kan variera från slam till träflis, eller kombineras och det är finessen med torkningssteget som ger mångsidigheten av processen.
Tjära och andra föroreningar från pyrolyssteget förbränns för uppvärmning av både högtemperatur förgasaren och tork-reaktorn. Kol från pyrolysen mals ner innan den förgasas i en ångmiljö. Fullständig förbränning av kolet åstadkommes i den heta förgasaren. I figur 1 ses ett schema över processen.
1. Inuti torkreaktorn minskas fuktinnehållet i bränslet. Värme genereras i en separat hetgasreaktor.
2. Under pyrolysen av biomassa är det generellt tre komponenter som utvinns; kol, tjära och pyrolysgas. Värme återvinns genom förbränningsgaserna från brännarna (5)
3. Den producerade pyrolysgasen förbränns i hetgasreaktorn och förgasaren
4. Kol mals till småkornigt material innan inträde i förgasningsreaktorn
5. Strålningsbrännare, vilka tänds med pyrolysgas, värmer förgasningsreaktorn
6. Ånga från syngaskylaren införs
7. Syngas är producerad från ånga och kol i en högtemperatursförgasare
8. Syngasen kyls, betingas och komprimeras efter kundens begäran
Förgasning vid hög temperatur
Inuti förgasaren mixas kolet med överhettad ånga och bildar syntesgas. Toppdelen av förgasaren illustreras i figur 2. Ecothal SER-brännarna ses till vänster i figuren, och dessa kommer att förses med pyrolysgas och luft. Kol- och ånginjektorn visas till höger i figuren. Ångan kommer att underlätta koltransporten in till reaktorn. Cortus har testat och designat en ny lösning för injektorn och har ett aktuellt patent på detta under bearbetning.
Kol och ånga blandas inte med avgaserna från förbränningen eller med kvävet från luften eftersom förbränningen av kolet sker inuti reaktorn indirekt. Resultatet är en ren syntetgas fri från kondenserbara föreningar och kväveaggregat.

Väte och kolmonoxid
Syntesgasen består av upp till 85-90 procent väte och kolmonoxid (resten är huvudsakligen CO2) där förhållandet är 3:1. En möjlig användning av gasen är att separera den och producera ren och grön vätgas.
Vätgasproduktionen består av två steg:
1. Syntesen kyls ner innan den separeras till en vätgasström och en kolmonoxidström (tillsammans med andra gaskomponenter). Denna gasseparationsprocess är av industriell standard. För framtiden är membranteknik mest intressant. I en membranseparation passerar molekyler genom ett tunt membran lättare än andra beroende på storlek och symmetri. I detta steg separeras H2 från CO (och CO2).
2. I nästkommande steg passerar CO in i ett vattengasskift där mer H2 bildas. Detta följs upp med gasseparationssteg enligt ovan.
Principen för hela processen syns i figur 3.
Effektiviteten av processen är upp till 95 procent vid konversion av väte. Detta betyder att från 1000 Nm3 syntesgas kan 950 Nm3 vätgas produceras.

Brännare för 1300 ° C
Ecothal burner från Sandvik Värmeteknik (Kanthal) är avancerade rekuperativa brännare designade för uppvärmning i exempelvis värmebehandlingsprocesser. Dessa är utvecklade för hög termisk effektivitet och låg emission. Materialet är värmetåligt och användbart upp till 1300 °C.
Ecothal brännarna har en avancerad förbränningsstyrning som är viktig för att optimera effektiviteten hos brännarna och reducera föroreningar. För mycket luft kommer att reducera den utgående värmen och öka mängden bildad NOx i avgaserna medan för lite luft resulterar i en ofullständig förbränning som bildar CO och CxHx vilka utsöndras i miljön.
Katalytiska omvandlare transformerar den NOx som bildas genom förbränning till N2 och CO2. En illustration av brännarna kan ses i figur 4.
Temperaturer på upp till 1300 °C
En 500 kW förgasare har testats under sommaren 2011. Den kommer under hösten att förflyttas för ytterligare tester och integreras med en pyrolysreaktor. Detta kommer att göras efter årsskiftet 2011/2012.
Några reaktorkrav på 500 kW förgasaren är:
– Kanthal SER brännare (4 brännare, varje med en effekt på 45 kW).
– Processtemperaturen i reaktorn kommer normalt att ligga på 1100 °C men det måste finnas möjligheter att klara temperaturer på upp till 1300°C.
– Vid uppstart kommer gasol att användas för att hantera uppvärmningen av reaktorn upp till 1150 °C.
– Reaktorn måste köras kontinuerligt I en vecka på standardkol (trä som råmaterial).

5 MW Köping anläggning
Cortus AB och Nordkalk AB (ledande producenter av kalkstensprodukter i norra Europa) har skrivit ett tolvårigt kontrakt för syntesgasförsörjning till Nordkalks fabrik i Köping. Cortus förgasningsteknik kommer att reducera energikostnaderna och ha en positiv miljöpåverkan på Nordkalks fabrik. Syntesgasen från Cortus reducerar Nordkalks konsumtion av kol och ersätts med förnyelsebar energi från biomassa.
Avtalet involverar till en början en 5 MW anläggning, med byggstart under 2012. Efter två år är planen att anläggningen ska expandera till 25 MW och därmed bli den dominerande energikällan för Nordkalk i Köping. I förlängningen betyder detta att Cortus kommer att leverera syntesgas till Nordkalk vilket gör att kolutsläppen kommer minska med 70000 ton per år vid full kapacitet.

[ Tillbaka | Till toppen av dokumentet ]