bioenergian uusia käyttömahdollisuuksia · pdf filebioenergian uusia...
Post on 09-Feb-2018
237 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BIOENERGIAN UUSIA KYTTMAHDOLLISUUKSIA
BIOMASSA METALLURGISESSA TEOLLISUUDESSA
Bioreducer loppuseminaari
Oulu 19.9.2013
Hannu Suopajrvi
Prosessimetallurgian laboratorio,
Oulun yliopisto
Tausta
Bioreducer-hanke
Pelkistimet metallurgisissa prosesseissa
Raaka-aineselvitykset
Biomassan termokemiallinen konversio
Biopelkistimien ominaisuudet
Biopelkistimien kytttutkimukset
Biopelkistimien kytn vaikutusten arviointi
Yhteenveto ja pohdinta
Lhteit
Sislt
Tausta
Tersteollisuudessa syntyy noin 57% fossiilisista CO2 pstist
maailmanlaajuisesti
Ruukki Suomessa 45 Mt CO2 (noin 67% CO2 pstist,
metallinjalostusteollisuus yhteens noin 10%)
Raakaraudan tuotannossa tarvitaan yli 400 kg hiilt yhden
raakarautatonnin tuottamiseen 1.5 tCO2/t raakarauta
Otettaessa huomioon koko elinkaari (tonni terst +
sivutuotehyvitykset), syntyy noin 2 tCO2/t terst
Pitkll aikavlill fossiiliset pelkistimet ehtyvt, hinta nousee?
Energia- ja ilmastopoliittiset tavoitteet Vhhiilinen Eurooppa
ULCOS Eurooppalainen konsortio, jonka
tarkoituksena pienent tersteollisuuden CO2 pstj 50 % tmn hetken teknologioihin verrattuna
Tutkimuskohteet: Masuunin huippukaasun kierrtys HIsarna (suorasulatus) Ulcored (paranneltu suorapelkistys) Ulcowin (elektrolyysi)
Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS) mukana (kallis ratkaisu)
Maakaasun kytt pelkistimen VoestAlpine rakentaa
suorapelkistysraudan (DRI) tuotantolaitoksen Texasiin, USA:han
Tausta
Vaihtoehtoisten raaka-aineiden saatavuuden arviointi
Suomessa ja ominaisuudet metallurgisen kytn
kannalta
Termokemiallisten konversioteknologioiden arviointi
biopelkistimien tuotannossa (kiintet, nestemiset ja
kaasumaiset pelkistimet)
Biomassan kytn vaikutusten arviointi integroidun
terstehtaan nkkulmasta (massa- ja energiataseiden
arviointi)
Biomassan kytn kestvyyden arviointi raudan- ja
terksenvalmistuksessa
Bioreducer-hankkeen tavoitteet
EAKR-hanke
Projektiin osallistuneet yritykset ja yhteist Gasek Oy, Lassila & Tikanoja Oyj, Mustavaaran Kaivos Oy,
Naturpolis Oy, Pohjois-Pohjanmaan liitto, Pohjolan Voima
Oy, Rautaruukki Oyj, Sievin biohake Oy, Suomen bioshk Oy,
Taivalkosken kunta.
Projektiin osallistuneet tutkimuslaitokset (johtoryhm) Henrik Saxen, Lmp- ja virtaustekniikka, bo Akademi, Olli
Dahl, Puhtaat teknologiat-tutkimusryhm, Aalto yliopisto,
Puunjalostustekniikan laitos
Projektin kesto 9/2010 4/2013
Tekes-rahoitus (EAKR) 200 000, kokonaisrahoitus 246 000
Vastuullinen johtaja T.Fabritius, ptutkija H. Suopajrvi
Bioreducer-hanke
Materiaalit ja metodit
Pelkistimet metallurgisissa prosesseissa Kirjallisuusselvitys Raportti WP 0
Vaihtoehtoiset raaka-aineet pelkistimiksi Kirjallisuusselvitys saatavuuksista ja ominaisuuksista sek
laboratoriokokeita Raportit WP 2.1 ja WP 2.2
Konversioteknologiat biomassan jalostamisessa pelkistimiksi Kirjallisuusselvitys Raportti WP 3
Hiiltmn integrointi terstehtaan ympristn ja erilaisten pelkistimen injektointi masuuniin Laskennalliset tarkastelut Raportit WP 4.1 ja WP 4.2
Pelkistimien tuotantokustannukset Laskennalliset tarkastelut Raportit WP 4.1 ja WP 5
Pelkistimien tuotannon ympristvaikutukset Laskennalliset tarkastelut Raportti WP 5
7
PELKISTIMET METALLURGISISSA PROSESSEISSA
WP0 Pelkistimet metallurgisissa prosesseissa
8
Terksen tuotanto (Ruukki) Raakaraudan tuotanto
Koksi 350-400 kg/trr ljy 60-100 kg/trr
Ruostumattoman terksen tuotanto (Outokumpu) Ferrokromin tuotanto
Koksi 500 kg/tFeCr
Valokaariuuni (romun sulatus) Koksi 10-15kg/tters
Kromiittipelletin sintraus Koksi/koksiply 60-90kg/tsintteri
Nikkelishkuuni (Boliden) Kuonan pelkistys
Koksi 25 kg/tkuona
Tulevaisuuden pyrometallurgiset laitokset (Mustavaaran Kaivos) Hiili tai kaasupelkistys?
MASUUNI
UPPOKAARIUUNI
Pelkistimet metallurgisissa prosesseissa-WP0
VALOKAARIUUNI
Pelkistinten ominaisuudet-WP0
Koksi Trkein pelkistin masuunissa ja
uppokaariuunissa Huokoista, mekaanisesti kestv Keskikoko 4060 mm masuunissa Phkinkoksi uppokaariuunissa Optimointia tuhkan, rikin, jne. suhteen (useita
kivihiililaatuja) ljy
Injektoidaan muutamissa masuuneissa maailmalla
Korkea C- ja H-pitoisuus Pulverisoitu kivihiili
Erityyppisi (haihtuvapitoisuus, tuhka) Eniten kytetty injektoitu pelkistin masuunissa
Maakaasu Suurin osa metaania Energianlhde ja pelkistin
10
Ainesosa, % Koksi Pulverisoitu kivhiili Erikoisraskas
polttoljy
C 88 80.6 87
H 0.35 4.35 10.45
O 0.5 5.35 ND
N 0.4 1.65 ND
S 0.6 0.45 2.01
Tuhka 9.63 10.89 0.02
CaO tuhkassa 2.37 1.49 ND
SiO2 tuhkassa 56.25 57.15 ND
Likimrinen analyysi m-% Alkuaineanalyysi m-% (daf) HHV
Haihtuvat
(daf)
Kiinte hiili
(daf)
Tuhka
(db) C H N S O MJ/kg
Kivihiili 1 38.7 61.3 15.7 74.7 5.0 1.4 1.0 17.9 25.6
Kivihiili 2 27.7 72.3 9.5 86.4 4.9 2.1 0.6 6.0 31.6
Kivihiili 3 18.5 81.5 10.3 89.8 2.0 2.0 0.5 3.5 32.0
Tuhka-analyysi (db) Pulverisoitu kivihiili 1 Pulverisoitu kivihiili 2
SiO2 46.00 50.14
Al2O3 25.19 26.73
Fe2O3 14.61 9.03
TiO2 1.24 1.33
P2O5 1.64 1.55
CaO 4.12 3.91
MnO 0.14 0.09
MgO 1.69 1.53
SOx 1.20 0.78
Na2O 0.21 0.41
K2O 1.22 1.04
BaO ND ND
SrO ND ND
NiO ND ND
V2O5 ND ND
Puuhiilell voitaisiin korvata hiilt
useissa kohteissa integroidussa
terstehtaassa
Puuhiilen tarve voisi olla jopa 400
000 t (injektiotapaus)
Puun tarve tllin 3.1 Mm3/a
Suorien fossiilisten CO2 pstjen
vhennys voisi olla jopa 1.3 Mt
Tll hetkell Ruukilla ljyinjektio Viskositeetin puolesta noin 1520%
kokonaisinjektiomrst voisi olla
kiinte puuhiilt (Salo 2012)
Puuhiilen tarve 32 000 t
Muiden biopelkistimien mahdollisia
kyttmri tarkasteltu raporteissa
Puuhiilt voitaisiin mahdollisesti
kytt Outokummun prosesseissa Kromiittipellettien sintrauksessa
Valokaariuunissa
Uppokaariuunissa
Puuhiilen ja puun arvioidut kyttmrt
Kytt ja korvattu hiililhde Tyypillinen hiilen
kyttmr Korvaus puuhiilell (%) Puuhiilimr (kg/trr)
Koksaamo
(koksautuva kivihiili)
480560 kg/trr
210
9.656 kg/trr
Masuuni-injektio
(pulverisoitu kivihiili)
150200 kg/trr 0100
0200 kg/trr
Masuunin phkinkoksi 45 kg/trr 50100 22.545 kg/trr
Masuunibriketti
(koksaamon sivutuotteet)
1012 kg/trr 0100 012 kg/trr
Sintraus
(koksimurska)
76.5102 kg/trr 50100 38.3102 kg/trr
Esipelkistetyt komposiittipelletit
Ei kytet tll hetkell 1836 kg/trr
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
Koksaamo
56 kg/trr
Kivihiili-injektio
200 kg/trr
ljyinjektio
16 kg/trr
Phkinkoksi
45 kg/trr
Masuunibriketti
12 kg/trr
Esipelkistetyt
komposiittipelletit
35 kg/trr
[Mm
3/a
] ja
[M
tCO
2/a
]
Puumr [Mm3/a] CO2 vhenem [MtCO2/a]
Oletukset o Kostean puun tiheys 850 kg/m3
o Raakaraudan tuotanto 2.0 Mt o Tuorekosteus 50% o Pyrolyysin saanto 30 % kuiva-aineesta
BIOMATERIAPOHJAISET RAAKA-AINESELVITYKSET
JA
BIOMATERIAN TERMOKEMIALLISET PROSESSOINTITAVAT
WP2.1 Biomateriapohjaisten ja vaihtoehtoisten raaka-aineiden ja tuotteiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
WP2.2 Biomateriapohjaisten ja vaihtoehtoisten raaka-aineiden saatavuusselvitys
WP3 Biomaterian prosessointitavat: esiksittelyt, termokemiallinen konversio ja kytt masuunissa
12
Raaka-aineiden saatavuus-WP2.2
Kuori,
mustalipe, ligniini
Sellu- ja
paperi-
teollisuus
Puutuote-teollisuus
Biojalostamo
Sellupuun korjuu
Puutuotteet
Kemian-
teollisuus
Energia-teollisuus
Tukkipuun
korjuu
Energiapuun
hakkuu ja
korjuu
Hake,
sahanpuru,
kuori
Sellu- ja paperituotteet
Shk- ja lmp
Rakennus-
teollisuus
Purkupuu Mntypikiljy
Kemikaalit,
vahat, jne.
Metallinjalostus-
teollisuus
Termokemiallinen
konversio
Hakkuuthteet,
kannot Hakkuuthteet
Biopolttoaine ajoneuvoihin
Puuperinen raaka-aine olisi trkein raaka-aine
biopelkistimien tuotannossa (suuressa mittakaavassa)
Energiakasvit jne. pieness roolissa
Muovit mys yksi vaihtoehto
Primary wood
Primary residues
Secondary residues
Tertiary residues
Raaka-aineiden saatavuus ja ominaisuudet-WP2.2
Kiinteit puuperisi polttoaineita kytettiin energiantuotannossa 31 TWh vuonna 2010
Mustalipe kytettiin 37.8 TWh Raakamntyljy tuotettiin noin
250 000 tonnia Noin 60 000 tonnia
mntypikiljy sivutuotteena Ligniinin erotus mustalipest
14
Hiili Vety Typpi Happi Rikki Tuhka Natrium
Hakkuuthde 51.3 6.1 0.3 40.85 0.02 1.33 NA
Sahanpuru (mnty) 51 5.99 0.08 4
top related