Februari 2004
ECN-RX--04-014
DUURZAAM SYNTHESEGAS UIT BIOMASSA
ECN presentaties gehouden op de workshop “Duurzaam Synthesegas” gehouden op 10 februari 2004 bij Novem H.J. Veringa H. Boerrigter
Revisies A B Opgesteld door: Goedgekeurd/vrijgegeven door: H. Boerrigter ECN Biomassa
Geverifieerd door: H.J. Veringa R. van Ree
Verantwoording De overheadsheets in dit rapport zijn gepresenteerd tijdens de Workshop “Duurzaam Synthesegas” die op 10 februari 2004 werd georganiseerd bij Novem in het kader van een bijeenkomst van het Transitiepad “Met Energie naar Duurzaam Produceren” (MEK II). Aanwezig waren vertegenwoordigers van Novem, het Ministerie van Economische Zaken, Energiebedrijven en verschillende industrieën. De presentaties zijn inhoudelijk gebaseerd op het rapport: Uil, H. den; Ree, R. van; Drift, A. van der; Boerrigter, H.: Duurzaam synthesegas: een brug naar een duurzame energieen grondstoffen voorziening, februari 2004, rapport ECN-C-04-013.
Trefwoorden Synthesegas, Biomassa, Vergassing, Gasreiniging, Productgas, Biomassa-import, Transportbrandstoffen, Fischer-Tropsch synthese, Circulerend wervelbed (CFB) vergassing, Entrained-flow vergassing, SNG, Transitie.
2
ECN-RX--04-014
INHOUD 1. 2.
DE SYNGAS-ROUTE … VAN DUURZAME PRODUCTIE TOT TOEPASSINGEN (door Prof.dr.ir. H.J. Veringa) BIOMASSAVERGASSING & GASREINIGING (door Dr.ir. Harold Boerrigter)
ECN-RX--04-014
5 19
3
4
ECN-RX--04-014
1.
DE SYNGAS-ROUTE … VAN DUURZAME PRODUCTIE TOT TOEPASSINGEN (door Prof.dr.ir. H.J. Veringa)
De syngas-route… … van duurzame productie tot toepassingen Workshop Duurzaam Synthesegas in de Energietransitie, Utrecht, 10 februari 2004
Prof. Dr. Hubert J. Veringa Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) Unit ECN Biomass (1) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Duurzaam syngas Rol in de Energietransitie Transportation sector
BIOSYNGAS Key interme diate for large-scale implementation of biomass in the Dutch economy
204
Natural gas market
39
117
Chemical industry
39
980
13
18
220 90
N2-free and clean biosyngas
Policy driven 2010, 2020 and 2040 market potentials [PJth ]
28 150
1450
Total substitution potential
Assumptions: 2% increase in fossil fuel and raw material use per year 5%, 10% and 30% fossil fuel substitution by biosyngas in 2010, 2020 and 2040
2010
350
55
2020 2040
166
Power/CHP production
huidig gebruik toekomstig belang E-opwekking Transport brandstoffen SNG
(2) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
5
Energie uit biomassa en afval Routes en opties FUELS
INTERMEDIATE PRODUCTS / SECONDARY ENERGY CARRIERS
FINAL PRODUCTS
synthesis gas (CO & H2) hydrogen ( H2)
(photo)biological processes
gasification
synthesis
reforming engine / turbine engine
methanol
biomass & biomass waste & energy crops
engine
FT-liquids*
hydrogasification or digestion
fermentation
engine
ethanol
HydroThermal Upgrading
engine
oil
or flash pyrolysis
fuel cell engine
bio-diesel
extraction
heat & power & mobility
engine / turbine
Substitute Natural Gas
generator combustion + steam cycle or Stirling
engine
electricity
* the Fischer-Tropsch reaction produces straight-chain hydroca rbons
(3) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Toepassingen synthesegas Intermediair product Synthetisch aardgas (SNG) Fischer Tropsch
Methaan
Kool monoxide
Azijnzuur
Olefines Methanol
Alcoholen
Synthese gas
Producten
Transportbrandstoffen
MTBE
Methanol
Aromaten Raffinage Waterstof
Ammoniak
Elektriciteit
(4) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
6
ECN-RX--04-014
Gebruik synthesegas Current world-wide use fossil fuel derived syngas (mainly CO and H ) [PJth /year] 2 Syngas → limited amount of main products→ variety of secondary products (methanol, acetic acid -> synthetic materials; ammonia→ artificial fertiliser; ...) Carbon monoxide (CO) • Acetic acid • Phosgene • Others
Syngas • • • •
Huidig
Hydrogen (H2 )
Methanol FT-synth. Hydro-form. Others
684 484
• • • •
50
12
Ammonia Oil refining Hydrogenation Others
1218
3250 1400
4650
Total use fossil derived syngas: appr. 5880 PJth /year (2% total primaryenergy consumption) About 16% (950 PJth) by coal/oil gasification, 84% from natural gas
Future potential alternative syngas applications Syngas -> (intermediates ->) base chemicals, transportation fuels, SNG, power production Base chemicals
Toekomstig
Transportation fuels
• Aromatics (benzene, toluene, xylene) • Olefins (ethylene, propylene, butadiene)
Substitute Natural Gas (SNG) production
• • • • • •
Methanol Gasoline (MTG process) Dimethylether (DME) Fischer-Tropsch (FT) diesel Mixture of alcohols H2 → fuel cells Advanced power production (BIG/CCs)
(5) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Potentieel Vraag biosyngas & Beschikbaarheid biomassa Sector
2010
2020
2040
Gassector
90
220
980
Transportsector
13(*2)
39(*2)
204(*2)
Chemische sector
18
39
117
E-sector
28
55
166
Totaal
150-160
350-400
1450-1650
Biomassastroom
Beschikbaarheid voor energiedoeleinden in 1999
Beschikbaarheid voor energiedoeleinden in 2020
kt n.b.
PJ th
PJ th
3
0
6 (in Ned.)
Biomassa bijproducten
2025
18,4
43
Biomassa afvalstromen
8282
57,6
72
Import uit EU
1918
28,8
incl.
-
-
-
Teelt
Import uit rest van de wereld
Biosyngas potentieel (op grond van (DE)-doelstellingen) [PJ th verme den primaire energie]
Beschikbaarheid van biomassa voor Nederlandse energievoorziening vergeleken met voorspelde potentiële beschikbaarheid voor 2020 (scenario-studie)
(6) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
7
Buggenum / Demkolec Entrained flow vergasser in Nederland
(7) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Buggenum / Demkolec
(8) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
8
ECN-RX--04-014
Kosten elektriciteitsopwekking 0.25
netto 16.9 €ct/kWh
kosten asafvoer en hulpstoffen
0.20
0.15
kosten conversie-eenheid (afschrijving, bedrijven, onderhoud)
netto 10.9 €ct/kWh
netto 6.4 €ct/kWh
0.10
verkleinen en drogen brandstof (excl. E- en Qverbruik) netto 3.0 €ct/kWh
logistiek brandstof (in/uitladen, transport, opslag)
0.05 opbrengsten brandstof (vóór transport) 0.00
optie 4: grote schaal bijstoken kolencentrale
optie 3: grote BVSTEG
-0.05
optie 2: kleine WKK bijstook aardgas-STEG
netto warmteopbrengst (4 euro/GJ) optie 1: kleine WKK met gasmotor
kosten netto geleverde elektriciteit [euro/kWh]
Verschillende opties & schaalgrootte
(9) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Systeem syngasproductie Grootschalig uit geïmporteerde biomassa A
D
Gasreiniging & conditionering
Synthesegas op specificatie
B Vergassing
C Voorbehandeling
E biomassateelt & verzameling
A = biomassaverzamelpunt en tussenopslag; B = wegtransport naar haven; C = tussenopslag en overlag; D = zeetransport;
biomassa-omzetting & synthesegasproductie
E = overslag en tussenopslag.
Biomassa-import uit de Baltische landen; Productschaal: 8.000 MWgas in Rotterdam (10) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
9
Routes syngasproductie Drie verschillende productie-opties Synthesegas productiekosten [€/GJgas ]
14 12 10 8 6
CFB + EF
4
hout + EF olie + EF
2
Sy nt he se ga s
Ve rg as si ng
rs la g Vo or be ha nd el in g
ve O
Ze et ra ns po rt
La nd tra ns po rt
Bi om as sa
0
Biomassaprijs: 4 €/GJ
(11) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Kosten syngasproductie Effect van overall systeemrendement gassen Synthesegas productiekosten [€/GJgas]
14 12 10 8 6
55% 4
70% 85%
2
Biomassaprijs: 4 €/GJ
si as rg Ve
Sy nt he se ga s
ng
g Vo
or
be
ha
nd
el
in
O ve rs la g
rt po ns ra et Ze
La nd tra ns po rt
Bi
om
as
sa
0
(12) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
10
ECN-RX--04-014
Opslag van brandstoffen Energiedichtheid volumetrische opslag efficiency [MJ/m3]
100.000
diesel methanol benzine lng
10.000
cryogenic vessels
metaal hydriden
biomassa nanotubes ? composiet drukvaten monolytic pressure vessels 1.000
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
gravimetrische opslag efficiency [MJ/kg] (13) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Fischer-Tropsch
(14) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
11
Fischer-Tropsch Shell plant in Bintulu (Maleisië)
(15) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Fischer-Tropsch Gecombineerde FT productie & WKK
December 2001 Wereldprimeur ECN “FT-diesel uit Power & biomassa”
Biomass
Heat
‘green’ Diesel Gasification
Gas clean-up
Fischer-Tropsch Synthesis
CC
(16) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
12
ECN-RX--04-014
Fischer-Tropsch synthese Chemie & reactoren Reactie : Procescondities: Katalysatoren : Reactoren :
2 H2 + CO → (-CH2-) + H2O 5-40 bar, 225-365°C ijzer en kobalt vast-bed en slurrie
(17) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Perspectieven Groene Diesel Kostenopbouw van de prijs-aan-de-pomp Opbouw diesel verkoopprijs [€/L]
1.2
110 ct 94 ct
0.9
82 ct
82 ct
BTW Belastingen Vaste kosten Productiekosten 69 ct
Verwachte productiekosten groene (FT) diesel: 12 €/GJ
0.6
0.3
0.0 fossiel
biomassa
40%
70%
100%
Percentage accijnsvrijstelling
Prijs ruwe olie: ~25 $/bbl
(18) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
13
Perspectieven Groene Diesel Slecht en Goed vooruitzichten
•
Productiekosten van duurzame brandstoffen zijn hoger dan voor vergelijkbare fossiele brandstoffen: - vanwege hoge biomassaprijzen
•
Deze situatie kan veranderen door: - accijnsvrijstelling voor duurzame brandstoffen - stimulerende maatregelen (vgl. groene elektriciteit) - CO2 heffingen voor fossiele brandstoffen
(19) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
SNG productie Biomassavergassing & hydrovergassing Water
Wind
Sun
Electricity production Charcoal H2 -rich gasification residue gas
Natural gas
Water electrolysis
Hydrogen H
Biomass
Gasification
SNG NG
Hydrogasification
SNG
H2-net
NG-net
Present situation
End user Transition situation
Future situation
(20) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
14
ECN-RX--04-014
SNG productie Biomassavergassing & hydrovergassing Heat / steam
Indirect gasification
O2 / steam Biomass
Oxygen-blown gasification
Pre-treatment
Hydrogen
Gas cleanup
Methanation
Gas conditioning
SNG
Hydrogasification
(21) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
SNG productie opties Productiekosten gasification/methanation hydrogasification
oxygen-blown
indirect
Assumed therm al input [MW] biom ass hydrogen
100
100
Production cost [€/GJ]
8.5
7.8
5.6
8.5 – 8.9
8.5 – 8.9
4.9 – 5.4
Market price
[€/GJ]
50 47
(22) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
15
SNG kwaliteit Versus Nederlands Slochteren gas Property
Unit
SNG
NG
Composition CH4 (incl. C2+) H2 CO2 N2
vol.% vol.% vol.% vol.%
83.0 - 87.7 1.8 - 8.2 8.4 - 8.9 0.5 - 1.8
84.8 0.0 0.9 14.3
Calorific value (LHV)
MJ/kg
38.4 - 39.6
38.0
MJ/Nm3
30.7 - 31.3
31.7
3
43.7 - 44.0
43.5 - 44.4
Wobbe-index
MJ/Nm
(23) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Productie SNG uit biomassa Integraal systeem
Reforming/ synthese
“Groene” transportbrandstoffen/ chemicaliën
O2-bedrijf
Biomassa
ECN Milena bench-scale vergassingsfaciliteit indirect bedrijf
N2 -vrij middencalorisch stook-/syngas
Gasreiniging
Add. gasreiniging
Stookgas
Methanisering incl. “upgrading”
“Groen” aardgas (SNG)
SToom en (STEG)
“Groene” elektriciteit (en warmte)
(24) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
16
ECN-RX--04-014
FT diesel uit biomassa Integraal systeem Biomassa Vergassing O2 & H2O O2 & H2O
Gefluidiseerd bed vergasser
Productgas As Kraken methaan en teer Synthesegas HCl, H2S Gas reiniging Gas conditioneren
CO2
Fischer-Tropsch synthese
FT-diesel
Entrained flow vergasser Gaswassers + guard bedden Water-gas shift + CO2 verwijdering Vast bed/slurrie reactor
(25) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
17
18
ECN-RX--04-014
2.
BIOMASSAVERGASSING & GASREINIGING (door Dr.ir. Harold Boerrigter)
Biomassavergassing & Gasreiniging Workshop Duurzaam Synthesegas in de Energietransitie, Utrecht, 10 februari 2004
Dr. Ir. Harold Boerrigter Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) Unit ECN Biomassa (29) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Inhoud • •
Definities & Specificaties Vergassing - Technologieën - Condities (druk en lucht/zuurstof) - Syngas productie-opties
•
Gasreiniging - Natte gasreiniging - Verwijdering organische componenten
•
Samenvattend
(30) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
19
Definities Verschillende gassen Syngas
- synthesegas, hoofdzakelijk H2 en CO (en CO2, H2O ) - van fossiele oorsprong (kolen, aardgas)
Biosyngas
- chemisch gelijk aan syngas - van biomassa oorsprong = “Duurzaam synthesegas” - uit hoge temperatuur vergassing
Productgas
- gas geproduceerd door vergassing van biomassa - uit lage temperatuur vergassing - bevat H2, CO, (CO2), + CH4, teren, Cx Hy
Biogas
- van vergisting van organisch materiaal - bestaat voornamelijk uit CH4 en CO2
SNG
- synthetisch “groen” aardgas (vnl. CH4)
(31) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Productgas vs. Biosyngas Toepassingen en Relaties BIOMASSA hoge temperatuur vergassing lage temperatuur vergassing
Productgas
Biosyngas
CO, H2, CH4, CxHy
CO, H 2
• • • • • •
FT diesel Methanol Ammoniak Waterstof Chemische industrie (Elektriciteit)
• SNG • Elektriciteit
(32) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
20
ECN-RX--04-014
Specificaties synthesegas Hoofdcomponenten H2 voor raffinaderijen
Ammoniak synthese
Methanol synthese
FT synthese
H2
>98%
75%
71
60
CO
<10-50 ppmv
19
30
CO2
<10-50 ppmv
CO+CO2 <20 ppmv
N2
4-8%
25%
CH4 Inert
N2, Ar, CH4 Balans
Ar, CH4 Zo laag mogelijk
H2/N2
N2, Ar, CH4 Zo laag mogelijk
CO2, N2, Ar, CH4 Zo laag mogelijk
~3
H2/CO
0,6-2
H2/(2*CO+3*CO2) Procesdruk (bar)
1,3-1,4 >50
100-250
50-100
5-40
(33) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Specificaties synthesegas Verontreinigingen Verontreiniging
Verwijderingniveau
H2S + COS + CS2
< 1 ppmV
NH3 + HCN
< 1 ppmV
HCl + HBr + HF (halogeniden)
< 10 ppbV
alkali metalen (natrium en kalium)
< 10 ppbV
deeltjes (stof, roet, as) organische componenten (m.n. teren) - met hetero atomen (klasse2 teren)
nagenoeg compleet beneden het dauwpunt < 1 ppmV
• organische componenten, inclusiefBTX • klasse 2 teren: fenol, pyridine,thiofeen
Verwijderingniveau = economische keuze (34) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
21
Vergassingstechnologieën •
Wervelbed vergassing - circulerend fluïde bed (CFB) - bubbelend fluïde bed (BFB) - indirect of gekoppelde bedden (Güssing, Battelle)
•
Entrained flow vergassing (stofwolkvergassing)
• •
OMEGA proces Carbo-V proces
(35) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Wervelbed vergasser AMER, Värnamo (FWE), Güssing
• CFB, BFB, Indirecte • Temperatuur: 800-900°C • Productgas • Conversie: 92-95% (100%) • Druk: 1-20 bar • Lucht / zuurstof
(36) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
22
ECN-RX--04-014
Entrained flow vergasser Prenflow, Future Energy (Noell), Shell
• Fijne deeltjes • Verslakkend • Temperatuur: 1200-1500°C • Synthesegas • Conversie: >99% • Druk: 20-40 bar • Zuurstof
(37) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
OMEGA proces Oxytec (voorheen 2SV, KSK)
• Getrapte vergassing • Temperatuur:
brandstof(fen) en evt. additieven
drogen
pyrolyse
zuurstof
verbranding vergassing smelt
gas
- gas: 800-1000°C - zone: 1500°C • (bijna) Synthesegas • Verslakkend • Conversie: >99% • Chemische quench • Druk: 1bar • Zuurstof • Additieven noodzakelijk (cokes) • Beperkt opschaalbaar
slakken en metalen (38) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
23
Carbo-V Process CHOREN lucht of zuurstof gas
char
brandstof
“skirt”
partiële oxidatie 1500°
900°
200°
verkleinen char
• Getrapte vergassing • Temperatuur: - gas: 900°C - zone: 1500°C • (bijna) Synthesegas
vergassing
pyrolysetrommel 400-500°
lucht
gas
koeler
char
• Conversie: >99% • Chemische quench • Druk: 1-5 bar • Zuurstof • Beperkt opschaalbaar
slakken
(39) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Vergassingscondities •
Vergassingsdruk - atmosferisch - druk 5-40 bar (20 bar) - biomassavoeding inertiseren met CO2 bij drukvergassing
•
Vergassingsmedium - lucht - zuurstof + stoom (noodzakelijk) - veel stoom voor temperatuurbeheersing (CFB) - wei nig stoom voor onderdrukken roetvorming (EF)
(40) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
24
ECN-RX--04-014
Vergassingscondities Massabalansen reactortype druk oxidatiemiddel
CFB 1 bar lucht
CFB 1 bar zuurstof/ stoom
CFB 20 bar zuurstof/ stoom
EF 1 bar zuurstof
EF 20 bar zuurstof
100 120
100
100
100
100
26 26
20 20 8
46 5
49 5 24
146 6
141 7
148 3
175 3
IN brandstof (aanname: 100%) lucht zuurstof stoom CO2 (a) UIT gas vaste rest
214 6
• EF: hogere temperatuur => m eer zuurstof • EF: kleinere deeltjes, pneumatisch voeden => meer CO2 (41) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Vergassingscondities Energiebalansen reactortype druk oxidatiemiddel
CFB 1 bar lucht
CFB 1 bar zuurstof/ stoom
CFB 20 bar zuurstof/ stoom
EF 1 bar zuurstof
EF 20 bar zuurstof
IN brandstof (= 100%) lucht (400°C)
100 3
100 -
100 -
100 -
100 -
-
2
1
77 16 2 8
76 14 2 8
76 13 2 10
stoom (400°C) UIT gas (verbrandingsenergie) warmte (heet gas) energieverlies vaste rest (onvol. conversie)
0.3 77 20 2 1
0.3 75 22 2 1
Rendement (chemisch) ~76%
• EF: hogere temperatuur => m eer warm teverlies • CFB: lagere temperatuur => onvolledige conversie (42) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
25
Vergassingscondities Gassamenstellingen reactortype druk
CFB 1 bar
oxidatiemiddel
lucht
CFB 1 bar zuurstof/ stoom
CFB 20 bar zuurstof/ stoom
EF 1 bar
EF 20 bar
zuurstof
zuurstof
CO H2
21 14
27 32
20 19
53 33
53 27
CO2 CH4
14 5
29 8
40 15
13 0
19 0
N2 + Ar C2Hx
44 2
0 3
0 5
0 0
0 0
C6Hx teer [g/mn3 nat gas]
0.4 8
1 8
1 11
0 0
0 0
H2O [vol% nat gas] LHV
11 7.7
28 12.4
30 14.9
19 10.3
22 9.6
• EF: hoge concentraties H2 + CO • CFB: hoge concentratie CH4 + CxHy + teer (43) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Vergassingscondities Energie in biosyngas reactortype druk oxidatiemiddel
CFB 1 bar lucht
CFB 1 bar zuurstof/ stoom
CO H2
35 20
27 28
CH4
22
C2Hx
12
C6Hx teer
CFB 20 bar zuurstof/ stoom
EF 1 bar zuurstof
EF 20 bar zuurstof
16 14
65 35
70 30
22
35
0
0
12
19
0
0
7
7
12
0
0
4
3
4
0
0
% in H2+CO
55
55
30
100
100
% in CH4+ C2Hy
32
34
54
~
~
(geschikt voor SNG)
(44) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
26
ECN-RX--04-014
Biosyngas productie-opties Vergassingstechnologieën
gasconditionering, katalytische synthese
Biomassa naar
droger met restwarmte
biomassa met 35% vocht
van
Biosyngas (20 bar)
(45) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Biosyngas productie-opties EF vergassing + voorbehandeling
• (1a) = 0.2 mm deeltjes • (1b) = 1 mm deeltjes • (2) = Torrefactie; voorbehandeling bij ~280°C (96%) • (3) = Pyrolyse olie/slurry (85%)
gasconditionering, katalytische synthese
oil/char slurry flash pyrolyse
gasreiniging
optie 3
droger met restwarmte
biomassa met 35% vocht
torrefactie
entrained flow vergassing op druk
optie 2
op druk brengen
malen
optie 1a en 1b
(46) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
27
Biosyngas productie-opties
‘gekraakt’ in EF vergasser
• (5) = productgas wordt katalytisch
optie 4
productgas vergassing
optie 5
+ vast productgas kat. reformer
Productgas zeer geschikt voor opwerking tot SNG
gasreiniging
op druk brengen
droger met restwarmte
biomassa met 35% vocht
‘gekraakt’ inreformer
gasreiniging
entrained flow vergassing op druk
• (4) = productgas wordt thermische
gasconditionering, katalytische syn these
Lage temperatuur fluïde-bed vergassing
(47) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Biosyngas productie-opties
2
3
Carbo-V optie 7 1
2
3
gasconditionering, katalytische synthese
1
op druk brengen
optie 6
gasreiniging
droger met restwarmte
biomassa met 35% vocht
Getrapte vergassers (kleinschalig)
OMEGA
(48) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
28
ECN-RX--04-014
Biosyngas productie-opties Rendementen (netto) rendement*:
productgas vergassing
optie 5
+ vast productgas kat. reformer
optie 6 1
2
3
Carbo-V
op druk brengen
gasreiniging
op druk brengen
optie 4
optie 7 1
2
3
gasconditionering, katalytische synthese
oil/char slurry flash pyrolyse
gasreiniging
optie 3 droger met restwarmte
biomassa met 35% vocht
torrefactie
63% 1a# ## 71% 1b
entrained flow vergassing op druk
optie 2
op druk brengen
malen
optie 1a en 1b
67% 59% 68% 56%
Excl. elektriciteit productie
71% 69%
OMEGA
(49) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Natte gasreiniging Anorganische verontreinigingen synthesegas uit vergasser
H2S + COS + CS 2 Koeler / waterquench
NH3 + HCN HCl + HBr + HF (halogeniden) Hydrolyse COS + HCN
alkali metalen (natrium en kalium)
Waterwasser
deeltjes (stof, roet, as) Verwijdering H2S
organische componenten (m.n. teren)
schoon synthesegas Politiefilters
stof, roet, as, vluchtige metalen
omzetting COS ⇒ H2S HCN ⇒ NH3 haliden
NH 3, haliden
absorptie van H 2S of omzetting H2S in elementair zwavel
katalysator bescherming
Commercieel bewezen en beschikbare technologieën (50) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
ECN-RX--04-014
29
OLGA proces Verwijdering organische componenten productgas teervrij
strippergas met teren naar vergasser
productgas met teren
strippergas (vergassingslucht)
Alleen relevant voor Productgas!
•
Toepassing van een organische was-olie
•
Teren gerecycled naar de vergasser en afgebroken
•
Technologie nog in ontwikkeling
zware taren naar vergasser
• Specificaties voor FT en SNG synthese worden gehaald • Aangetoond in testen bij ECN (51) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
Samenvattend Duurzaam synthesegas (= biosyngas)
•
Hoge vergassingstemperatuur noodzakelijk voor syngasproductie
• • • • •
Meerdere opties voor productie biosyngas Entrained flow vergassing is sleuteltechnologie Verschillende opties voor “voorbehandeling” SNG via zuurstofgeblazen wervelbedvergassing Gasreiniging (anorganische verontreinigingen) via commerciële technologieën
(52) ECN Biomass – Transitie Workshop “Duurzaam Synthesegas”, Utrecht, 10February 2004
30
ECN-RX--04-014
More information Please contact: Dr. ir. Harold Boerrigter phone +31 224 56 4591 fax +31 224 56 8487 email
[email protected] Visit also:
Publications can be found on: www.ecn.nl/biomass
“Phyllis” - internet database for biomass, coal, and residues: www.phyllis.nl “Thersites” – internet database for tar dewpoint calculations: www.thersites.nl
(53) ECN Biomass
ECN Biomass Mission Contributing Contributingto tothe the implementation implementationof ofbiomass biomass(and (andwaste) waste) in inthe theDutch Dutchand andglobal global(energy) (energy)infrastructure infrastructure by bymeans meansof ofshort-term, short-term, mid-term, mid-term,and andlong-term long-term research, research, technology technologydevelopment, development,and andknowledge knowledge dissemination. dissemination.
ECN Biomass is a business unit of the Energy research Centre of the Netherlands (ECN) (54) ECN Biomass
ECN-RX--04-014
31
ECN Biomass Research Clusters
è Slagging, fouling, co-combustion, co-firing, ash-quality
Combined Heat and Power è gasification, combustion, gas clean-up, prime-movers
Implementation time
Power Generation
Fuels and Products è liquid fuels, gaseous energy carriers, syngas, bio-refinery, co-generation
(55) ECN Biomass
32
ECN-RX--04-014