SE526738C2 - Prosess för produktion av syntesgas i kombination med bibehållande av energibalansen i en massafabrik - Google Patents

Description

35 526 738 P1730 2 sedan i ett flerelïekts indunstningssystem, till en torrhet av 65-85 % och kallas svartlut.

Detta mellanproduktsflöde i en kraftmassafabrik utgör den viktigaste energibäraren och ger den största andelen av den energi som erfordras i kraftrnassaprocessen, som är en stor förbrukare av elektrisk kraft och värme.

I en krafimassafabrik utgör teknikens ståndpunkt för återvinning av energi och kemikalier från svartlut att föra densamma till en sodapanna, en så kallad Tomlinson- panna, i vilken de oorganiska kokkemikalierna återvinns som en smälta vid botten av kokaren, och dras av för äterföring till processen, och det organiska materialet förbränns och värmen återvinns som användbar energi genom framställning av ånga.

Idag existerande teknologi - sodapannetelniologi' Systemet för återvimring av kemikalier och energi i en lrrafimassafabrik enligt teknikens ståndpunkt beskrivs ytterligare med hänvisning till Fig. 2. Tjockleken på flödena i demia figur, liksom i Fig. 3-6, indikerar relativa energikvantiteter som är bundna i flödena i de olika processerna.

Massaved (19) förs in i fabriken och befrias från bark innan den hugges till vedflis för i vidare behandling. Barkflödet (20) matas till en biomassaeldad ångpanna (30). I fabriksprocessen (28) omvandlas vedflisen till massa (om fabriken endast producerar massa är det en så. kallad icke-integrerad fabrik) eller till papper (om fabriken är en kombinerad massa- och pappersfabrik, en sä kallad integrerad fabrik) (22). Icke massadelama av veden bildar tillsammans med kokkernikaliema en tunn svartlut som koncentreras i en indunstningsanläggning till en torrhalt av 65 - 85 % och kallas svartlut (23) och förs sedan till sodapannan (29). I sodaparman (29) separeras kokkemikalierna och återförs sedan till massafabriken i form av så kallad grönlut (24), samtidigt som energin i svartluten konverteras till ånga (25). Icke återvinningsbar energi av låg temperatur lmnar systemet via sodapannans skorsten (31).

I syfte att skapa balans mellan behov och tillförsel av energi i fabriksprocessen, förs ånga till processen via flödet (27). Den erfordrade energin kommer från sodapannan (29), i flödet (25), och från ångpannan (30), i flödet (26). En extra mängd biomassa, utöver den som förs därtill i form av bark (20) från veden (19), behöver föras till ångpannan (3 0) för att bibehålla energin i hela systemet i balans. Detta flöde visas som flödet (21). Det totala behovet av biomassabaserat råmaterialflöde som förs till fabriken i form av ved för massafiarnställning och biomassa för energibildande, är därför I I I 00000 I O OI GOOD IC 0 0 I 0 0 0 OI II 20 25 30 m to o\ -4 04 co Pl730 l> summan av flödena (19), (20) och (21). Om fabriken inte är integrerad är barken (20) ofta tillräcklig för att fylla upp energibalansen.

Teknolog' för att ersätta sodapannan Under de senaste 25 åren har ett flertal utvecklingsprojekt pågått för att förbättra energiåtervinningen i krañmassaprocessen, genom att gå fiån befintlig teknologi baserad på sodapanna till ett koncept som involverar en trycksatt förgasningsreaktor.

Svartlutsflödet oxideras eller förgasas således endast delvis till en brännbar gas, istället för att förbrärmas helt. Ett sådant koncept beskrivs t.ex. i publikationen av Berglin et al, 2” Biennal Johan Gullichsen Colloquim, Helsingfors, Finland, Sept 9-10, 1999, och en föredragen utföringsform som beskriver konfigurationen för förgasningsrealttorn beskrivs i US Patent Nr. 4,808,264. Dessa två dokument inkluderas som referens.

Systemet hänförs vanligen till som ett BLGCC-system, en förkortning för Black Liquor Gasification Combined Cycle (svenska: kombinerad svartlutsförgasningscykel).

BLGCC-systemet kombinerar den trycksatta förgasningen med eldandet av den brännbara gasen i en gasturbin, vilken i sin tur kombineras med en spillvärmekokare och en ångturbin som tillsammans innefattas i en så kallad kombicykel (CC).

Inkluderandet av ett BLGCC-system i en massafabrik ökar det totala energiutbytet med ungefär 10 procentenheter, på samma gång som utbytet som konverteras till elektrisk krafi nästan dubbleras jämfört med prestationen hos en modem sodapanna.

Systemet för återvinning av kemikalier och energi i en fabrik som inkluderar ett BLGCC-system, beskrivs ytterligare med hänvisning till Fig. 3.

Massaved (19) förs in i fabriken och befiias fiån bark innan den hugges till vedflis för vidare bearbetning. Barken förs till en biomassaeldad ángpanna (3 0). I fabriksprocessen (28) konverteras vedflisen till massa och papper (22). Icke massadelarna av veden bildar tillsammans med kokkemikalierna en tunn svartlut som koncentreras till en torrhalt av 65 - 85 % och som kallas svartlut, och förs sedan till en indunstningsanlåggning och förs sedan till BLGCC-systemet (32). Förgasningsprocessen i BLGCC-systemet separerar och återför kokkemikaliema till fabriksprocessen (28) i form av så kallad grönlut (24). I BLGCC-processen separeras svavletí gasen ut och förs tillbaka till fabriksprocessen i flödet (35) innan den rena gasen förs till gasturbínen. Den heta avgasen från gasturbínen används för att producera överhettad högtrycksånga som förs till en ångturbin före det att det kylda avgasflödet släpps ut i atmosfären, via flödet (36). 20 526 738 Pl730 Den totala produktionen av energi i en fabrik som innefattar ett BLGCC-system är, såsom nämnts ovan, nästan dubbelt så hög som den i en motsvarande lösning med sodapanna enligt Fig. 2, och det BLGCC-baserade konceptet kommer att vara en nettoexportör av energi. Energi exporteras i flödet (34). På grund av den högre energiproduktionen ges en lägre ångtillförsel från BLGCC-systemet och tillbaka till fabriken i flödet (25) jämfört med fallet med sodapanna. Fabrikens (28) energibehov (27) är dock detsamma som för en fabrik som är kombinerad med en sodapanna (29) och därför måste ångproduktionen i flödet (26) från ångpannan (30) ökas med motsvarande mängd. Ytterligare biomassa måste därför föras till ångpannan (30) i flödet (33).

Det totala behovet av biomassabaserat råmaterial i form av ved för massafiamställning och biomassa för energiframstållning för en fabrik som har ett BLGCC-system, är därför summan av flödena (19), (20), (21) och (33), där de tre första flödena är identiska med fallet avseende en fabrik som är kombinerad med en sodapanna.

Teknologi för metanolproduktion, enligt teknikens ståndpunkt DE-Al-1517207 beskriver en process för metanolproduktion genom svartlutsförgas- ning.

Kommersiell metanolproduktion baseras på. syntesgas som producerats genom förgas- ning av tjockolja, kol och naturgas.

Konvertering av förnyelsebara rårnaterial såsom biomassor av lignocellulosa, till metanol, har undersökts i ett stort antal studier sedan tidigt l980~tal. Fig. l visar en anläggning för produktion av metanol från biomassa, innefattande följande steg: _ Torlcning och hantering (1) av biomassarårnaterial, separering av lufi för att producera ren syrgas (2), trycksatt förgasning med syre för att producera en syntesgas (3), kylning av syntesgas (4), rening av syntesgas (5), konditionering av syntesgas (6), metanol- syntes (7). Alla uppråknade processteg är väletablerade, förutom konverterandet av biomassa genom förgasning med syre, vilket endast har testats i pilotskala och under korta perioder.

Konverterandet av biomassa till metanol kan utföras enligt två huvudprinciper, varvid den första kan betecknas som en metanol enbart-väg, koncept A, och den andra som en metanol plus biprodukt-väg, koncept B. l0 20 .25 30 35 en ha Ch ~q w co P1730 Koncept A illustreras med de sju processteg som visas i Fig. l. Konverteringseffekten från biomassa till metanol är, med hänvisning till studierna ovan, omkring 50 % och kan nå ytterligare några procentenheter högre genom vidare optimering.

Trycksatt förgasning av fast biomassa (3) har några utmanande aspekter som kräver ytterligare utveckling för att kommersiell status skall uppnås, och som kan visa sig utgöra allvarliga hinder för genomförandet av totalkonceptet.

Införandet av biomassa under tryck (9) kräver ett speciellt matarsystem som arbetar med en trycksättande gas (17) som måste vara så kompatibel som möjligt avseende metanolsyntesen (7) nedströms, för att minimera storleken av utblödningsflödet (16) fiån metanolsyntesslingan (7).

Förgasning av fast biomassa utförs vanligen i en reaktor av typen fluidiserad bädd med huggen biomassa med karakteristisk medelstorlek av 5-50 mm. (Reaktorer med fast bädd är vanligen begränsade till endast 5 MWth/enhet på grund av värmeöverföring.) Reaktorer med bundet flöde (engelska: entrained flow) kräver ett jämnt transporterbart råmaterialflöde medan biomassor generellt inte kan transporteras pneumatiskt eller pumpas. Skruvmaming är normalt en föredragen transportrnetod som kan användas i fluidiserade bäddar som använder en gas som är skyddande och intertiserande och som hindrar hett material och gas fiän reaktom fiån att komma in i transportmekanismen och orsaka igensättning.

Biomassor har generellt lågt askinnehåll (av omkring 1 vikts-%) och då askan irmehåller tillräckligt med alkalimetaller kan det förorsaka hopgytuing av bäddmaterial som kan leda till igensättning av reaktom eller leda till avsättningsproblem. Sandmaterialet i den fluidiserade bädden måste därför ersättas. Förlust av bäddmaterial uppkommer också genom attrition (partikelerosion) och elutriation (förlust av fina partikelfraktioner via cyklongasflödet). Förbrukade bäddmaterial kan behöva deponeras på säkert sätt eftersom de kan innehålla utlakningsbara, farliga komponenter.

På grund av den ovan beskrivna risken för hopgyttring av bäddmaterialet begränsas reaktortemperaturen till omkring 900 °C, vilket är en måttlig temperatur som ofia resulterar i bildandet av oönskade tjär-biprodukter. De bildade tjäroma genomgår sekundär krackning som ger metan och olefiner, vilka generellt inte är stabila vid 900 °C utan produceras genom radikalkraclcning av tj Så länge som tjärkomponenter 20 25 526 738 P173O finns i gasen kommer de att åtföljas av en mängd metan som är avsevärt högre än jämviktsnivån.

Förgasningsreaktionema i förgasningsanordningen (3) ger således metan och andra högre kolväten i syntesrågasen (1 1). Metan utgör en stor andel av energiinnehållet i sagda rågas och i koncept A behöver metanen konverteras till syntesgas och vidare till metanol. Konverterandet är ett känt processteg (6) men betyder att ytterligare processteg måste läggas till, vilket leder till en mera komplex konfiguration av koncept A.

Förhållandet mellan de båda syntesgasmolekylema kolmonoxid och väte behöver justeras för att minimera metanolproduktionen. Detta åstadkoms också i gaskondi- tioneringssteget (6) och inverkar negativt på metankonversionen till syntesgas.

Konditioneringssteget (6) erfordrar en matargas (13) med lågt koldioxidinnehåll, för att förse metanolsyntesen (7) med en optimal gaskomposition för maximalt metanolutbyte.

Bildandet av högre kolväten behöver minimeras eller också behöver en metod för deras eliminerande eller infângande inkluderas i fabrikskonceptet.

Här skulle en alternativ väg, koncept B, överkomma de ovan uppräknade svårighetema med koncept A. Koncept B kan beskrivas som en metanol-och-biprodukt-väg som förenklar processkonfigurationen.

Metanol-och-biprodirlct-vägen kan beskrivas med användning av Fíg. 1, med följande ändringar jämfört med koncept A. Gaskonditioneringssteget (6) utesluts, vilket innebär att ingen konvertering av metan till syntesgas utförs och företrädesvis ingen justering av förhållandet mellan kolmonoxid och väte. Till följd av detta ökar behovet av utblödning av gas (16) från metanolsyntesslingan (7).

Konverterandet av biomassa till metanol i koncept B är ungefär 25 % och det totala energiutbytet av metanol plus utblödd gas är ungefär 60 %. Detta betyder att utbytet av metanol har sjunkit till ungefär hälften jämfört med koncept A men att det totala utbytet av produkter, metanol och energirik gas, har ökat.

Med ett vätskeforrnigt råmaterial såsom svartlut kan trycksättrringssteget för ßrgas- ningens råmaterialflöde utföras av en enkel pump istället för ett komplext system av magasinsslussar som behövs för matningssystem för fasta bränslen i processer och 20 30 526 738* Pl730 system enligt teknikens ståndpunkt för produktion av t.ex. metanol. Förgasnings- systemets brärmarsystem kan också förenklas då det matas med en pumpbar vätska istället för ett fast råmaterial.

Beroende på råmaterialflödets egenskaper kan principen för förgasningsreaktom också ändras för optimering av konverterandet av bränsle till syntesgas. Till följd av detta minskar metankoncentrationen drastiskt till en nivå som kan accepteras utan vidare behandling, såsom tidigare beskrivits för koncept A.

Bildandet av högre kolväten undertrycks också på grund av de för-bildande av syntesgas gynnsamma förhållandena i fallet med svartlutsförgasare.

Det âr väl känt fi-ån många system för metanolproduktion i vilka râmaterialflödet är en svavelrik fraktion av tjockolja eller kol, att gasreningssteget måste vara av avancerad typ för att skydda den känsliga metanolkatalysatom i metanolreaktorn från förgiftning och nedbrytning. Syntesgasen fiån förgasningssteget för svartlut innehåller svavelkom- ponenter i form av vätesulfid och karbonylsulfid och den innehåller också koldioxid, spår av högre kolväten och eventuella andra spår som kan vara skadliga för metanolsyntessteget. Det finns tillgänglig och kommersiellt testad teknologi som är lämplig för att tillmötesgå de höga kvalitetskraven för metanolsyntesgas. Sådana gasreningsprocesser bildar biproduktflöden som är väl lämpade att integreras i fabriksprocessen med potential att förhöja utbytet av och utförandet av krafirriassaprocessen. En sådan integrationsfördel beskrivs i EP-Bl-0903436.

KORTFATTAD REDOGÖRELSE AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning syftar till att skapa en ny kombination av processer som kan producera syntesgas från bränslen erhållna fiån biomassa, på ett enklare och mera energieffektivt sätt än vad teknologin enligt teknikens ståndpunkt har potential att göra.

Företrädesvís kan biomassabränslena utgöras av olika typer av låg kvalitet, såsom skogsavfall, avfallsbaserade bränslen, bark eller liknande.

För att överkomma de problem som finns idag i teknologin för att bilda metanol av biomassa enligt teknikens ståndpunkt, behövs processutveckling enligt det som _ beskrivits ovan. Ett alternativt sätt att överkomma sådana problem skulle vara att göra en ändring i råmaterialflödet så att förgasningssteget för biomassa skulle ge en gas som är mera lämplig för metanolproduktion. Kraftmassaprocessen erbjuder enligt denna aspekt en unik kombination av särdrag, då den optimeras för att ge en maximal mängd 20 25 30 35 526 738 Pl730 vedfibrer för pappersmassaproduktion på samma gång som den producerar ett biomassabaserat, energirikt flöde i vätskeforrn, så kallad svartlut.

Kombinationen av krafcmassaprocessens särdrag med dess mellanprodukt, flöde av energirik svartlut, de speciella kraven på syntesgas vid metanolprodiilrtion och närvaron av en stor biomassaeldad panna på fabriksområdet, ger stor potential för bevarande av energi vilket tillåter metanol att produceras från biomassa på ett exceptionellt energieffektivt sätt. Kombinationen resulterar på samma gång i annan positiv synergi för fabriksprocessen, med potential för ökat massautbyte från loaflmassaprocessen.

Svartlutsförgasningen utförs, liksom syntesstegen enligt den uppfinningsenliga processen, under trycksatta förhållanden. Svartlutsförgasningen utföres lämpligen vid ett tryck runt eller över 20 - 25 bar, eftersom ett lägre tryck resulterar i exergiförlust av återvinningsbar värme som utvecklas i förgasningsreaktorn. Å andra sidan begränsar tekniska förhållanden den övre gränsen för trycket. Syntessteget, såsom t.ex. metanol- syntes, utföres företrädesvis i intervallet från omkring 60 bar upp till omkring 80 bar.

Processen enligt föreliggande uppfinning ger en lösning till de ovan nämnda problemen genom att erbjuda en process för framställning av massa och papper, återvinning av kokkemikalier, förbränning av biomassa och generering av värme och elektrisk energi innefattande en massa- och pappersfabrik, varvid den del av processen som utgörs av återvinning av kokkemikalier justeras från förbränning till förgasning för att bilda syntesgas; och varvid biomassa tillsätts i en mängd som är tillräcklig för att kompensera för minskningen i bildning av värme och elektricitet till ñljd av bildningen av syntes- gas.

Processen enligt föreliggande uppfinning är speciellt fördelaktig för produktion av syntesgas, företrädesvis för vidare bearbetning till produkter såsom metanol, DME, vätgas eller andra värdefulla kemikalier och/eller fordonsbränslen. Uppfinningen avser lämpligen och speciellt konverterandet av biomassabaserade råmaterial av lägre kvalitet.

Processinrättningen som är relaterad till uppfinningen bör lämpligen vara fysiskt lokaliserad nära en krafimassainrätming som producerar kemisk massa för pappers- tillverkning.

I dagens existerande integrerade massafabriker finns det ett underskott i energi i form av värme och elektricitet och den erfordrade extraenergin som köps till fabriken är ofia V bark, olja eller naturgas för eldande i panna, och elektrisk kraft från elnätet. Med 25 30 :og H/X 738 P1730 processen enligt föreliggande uppfinning kommer energiunderskottet att öka på grund av avdragandet av ett nytt energirikt produktflöde från systemet. Underskottet av elektrisk energi och värme kommer att tillgodoses genom att ytterligare biomassabaserat energimaterial matas till systemet. Med denna kombination av processer kan energi- källor av lägre kvalitetsklass, såsom skogsavfall, uppgraderas till energiprodukter av hög kvalitetsklass, såsom metanol, DME eller väte, genom effektivt bevarande av energi, företrädesvis inom systemet.

Processen enligt föreliggande uppfinning innefattar företrädesvis produktion av syntes- gas för vidare bearbetning till metanol, DME, väte eller andra värdefulla kemikalier, fi-ån biomassabaserade material.

Enligt en föredragen utföringsform härrför sig processen enligt föreliggande uppfinning till en process i vilken sagda syntesgas konverteras till metanol, innefattande kombina- tioner av följande processer, av vilka den andra processen enligt nedan inte är direkt involverad: - En första process för att konvertera ved och producera massa med användning av kokkemikalier som innehåller natrium och svavelbaserade salter och också för samproduktion av ett biomassabaserat, energirikt flöde som innehåller förbrukade kokkemikalier; - En andra process för att konvertera energin i sagda flöde till användbar energi för den första processen och för att återföra sagda kokkemikalier till den första processen; - En tredje process för att konvertera energin i sagda flöde till metanol och. användbar energi för den första processen och återföra sagda förbrukade kokkemikalier till den första processen; - En fiärde process för att konvertera biomassabaserat material till värme och elektrisk energi; - En femte process för att konvertera biomassabaserat material till elektrisk energi; IOÜI IC II I n i i I O O' c I 0 OIIO OI IIOO OO O c u 0 0 I 00 I I I O O I O O O I I CO Il IC CCI I 15 20 25 30 35 m n.) C\ w. w ca Pl730 IO varvid, i en originalkonfigiiration som innefattar den första, andra och fjärde processen, energin som erfordras för att genomföra sagda originalkonfiguration delvis förs till konfigurationen från den andra processen, i vilken sagda energirika flöde från den första processen konverteras till värme och elektrisk energi och delvis genom konverterande av sagda biomassabaserade material som förs till den fjärde processen, i vilken sagda material konverteras till värme och elektrisk energi för sagda originalkonfigiiratiori, varvid, då den andra processen ersätts med den tredje processen för att skapa en altemativ konfiguration, varigenom energi i sagda förbrukade kokkemikalier från den första processen därför konverteras till metanol och dras av från sagda altemativa konfiguration, ytterligare biomassabaserad energi förs till sagda altemativa konfiguration efter att ha konverterats till värme och elektrisk energi i den fiärde processen och till elektrisk energi i den femte processen, så att det totala behovet av värme och elektrisk energi för sagda altemativa konfiguration tillgodoses på samma nivå som i sagda originalkonfiguration.

Enligt en annan utföringsfonn motsvarar den energi som dras av från sagda alternativa konfiguration i fonn av metanol, åtminstone 60 % av den energi som finns i sagda ytterligare biomassa som förs till sagda alternativa konfiguration för att kompensera för avdraget av metanol.

Enligt ännu en utföringsform avlägsnas lämpligen svavelkomponenter såsom sulfid och andra svavelkomponenter, från syntes gasen, företrädesvis till en koncentration under omkring 0,1 ppm, och återföres till fabriksprocessen i ett starkt koncentrerat flöde.

I en annan utföringsform kan istället den kemikalie som produceras från den tredje processen vara DME (dimetyleter), som produceras i en process som är mycket metanolsyntesen men med en annan katalysator och endast något annorlunda process- förhållanden. I sådant fall motsvarar energin som dras av fi-ån sagda alternativa kon- figuration i form av DME-produktion, lämpligen åtminstone 60 % av den energi som finns i sagda ytterligare biomassa som förs till sagda altemativa konfiguration för att kompensera för avdraget av sagda DME.

Som ett alternativ kan kemikalien som produceras i den tredje processen också vara väte av hög renhet, istället ñr metanol eller DME. I detta fall motsvarar energin som dras av från sagda altemativa konfiguration i form av väteproduktion, lämpligen åtminstone 60 % av energin som finns i sagda ytterligare biomassa som förs till sagda altemativa konfiguration för att kompensera för avdraget av sagda väte. 20 30 en w Ch ~a w ce Pl730 Lämpligen kan den femte processen för att konvertera biomassabaserat material till elektrisk energi, vara lokaliserad på en från sagda alternativa konfiguration avlägsen plats, varvid sagda elektriska energi förs till den altemativa konfigurationen via ett elektriskt distributionsnät.

Processen enligt föreliggande uppfinning kan appliceras på vilken som helst massa- och pappersprocess, men utförs företrädesvis i samband med produktion av massa och papper enligt kraftmassaprocessen.

Uppfinningen förkortas BLGSF, vilket står för Black Liquor Gasification with synthetic fiiels generation (svenska: svartlutsförgasning med framställning av syntetiskt bränsle).

KORTFATTAD BESKRIVNING AV FIGURERNA Föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas genom exempel, med hänvisning till de bilagda figurema, utan att på något sätt begränsa uppfinningen därtill, varvid: F ig. 1 i ett schema illustrerar teknologi enligt teknikens ståndpunkt, för konvertering av biomassa till metanol.

Fig. 2 i ett flödesschema illustrerar massa- och pappersteknologi enligt teknikens ståndpunkt.

Fig. 3 i ett flödesschema illustrerar en massa- och pappersfabrik som inkluderar BLGCC-teknologi för konvertering av svartlut.

Fig. 4 i ett flödesschema illustrerar en massa- och pappersfabrik som inkluderar BLGSF-teknik för konvertering av svartlut.

Fig. 5 i ett flödesschema illustrerar energiflöde omkring en massa- och pappersfabrik enligt teknikens ståndpunkt.

Fig. 6 i ett flödesschema illustrerar energiflödet omkring en massa- och pappersfabrik som är integrerad med metanolproduktion fifån fömyelsebara källor. 20 25 30 (fl F\) O\ “\J »Ni CXD Pl730 ll DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Teknologin enligt teknikens ståndpunkt för att konvertera biomassa till metanol visas, såsom redan diskuterats under bakgrunden till uppfinningen, i Fig. 1; dagens teknologi för konvertering av svartlut visas i Fig. 2 och BLGCC-teknologin för konvertering av svartlut visas i Fig. 3.

Systemet för återvinning av kemikalier och energi, kombinerat med metanolproduktion, beskrivs med hänvisning till F ig. 4. Processen 38 för metanolprodulction är identisk med F ig. 1, med uteslutande av torksteget för råmaterialflödet enligt Fig. l.

Massaved 19 förs in i fabriken och befrias från bark innan den hugges till vedflis för vidare behandling. Barken matas till en biomassaeldad ángpanna 30. I fabriksprocessen 28 omvandlas vedflisen till massa och papper 22. Icke-massadelarna av veden bildar tillsammans med kokkemikalierna en tunn svartlut som koncentreras i en indunstnings- anläggning som sedan förs till BLGSF-systemet 38. Förgasníngsprocessen i BLGSF- systemet 3 separerar och återför de använda kokkemikaliema i form av så kallad grönlut 24 till fabriksprocessen 28. Processen 38 för metanolprodulcüon häver ånga och kraft för att producera metanolprodukten, flödet 15. Konverteringseffektiviteten för syntesgas till metanol är hög, vilket resulterar i att mindre värme kan återföras till fabriks- processen i flödet 25 i jämförelse med konfigurationen enligt teknikens ståndpunkt, Fig. 2, i vilken en sodapanna 29 utnyttjas för värmeåtervinning.

Fabrikens 28 energibehov 27 är dock detsamma som för en fabrik som är kombinerad med sodapanna, och därför måste produktionen av ånga 26 fi-ån ångpannan 30 ökas för att kompensera ßr den lägre värrnemängden i flödet 25. Ytterligare biomassa förs därför till ångpannan 30 i flödet 33.

I jämförelse med de två andra presenterade fallenenligt Fig. 2 och 3, kommer en fabrik som är kombinerad med BLGSF att behöva ytterligare generering av elektrisk krafi för att nå samma grad av oberoende av import av bränsle och krafttillförsel från dess omgivningar, som är fallet för avgränsningen av de andra två fallen. Detta åstadkoms genom användning av en biomassamatad förgasningsanläggning som är kombinerad med en så kallad kombicykel som drivs i kondensor-mod 37. Tekniken förkortas vanligen biomassamatad IGCC, vilket står för integrated Qasification Qombined Qycle (svenska: kombicykel med integrerad förgasning) och som används för att maximera effekten avseende elektrisk haft. olio IDOI Cl OI I o I l I CCI I I 0000 0 O OI I Q I O O I ud nu 10 15 20 25 en m CN -J ot co P1730 13 I Fig. 4 matas biomassan som erfordras för det extra bildandet av kraft, till den biomassamatade IGCC-enheten 37, via flödet 39, tillsammans med den utblödda reningsgasen 16 från metanolsyntessteget. Den elektriska kraften matas till processen via flödet 40.

Det totala behovet av biomassabaserat råmaterial, i form av ved för massafrarnställning och biomassa för energibildning för en fabrik som inkluderar ett BLGSF-system, är därför summan av flödena 19, 20, 21, 33 och 39, varvid de tre första flödena är identiska med flödena i en fabrik med sodapanna.

Användningen av energi i de tre presenterade processystemen jämförs i Tabell l nedan, varvid en massa- och pappersfabrik enligt teknikens ståndpunkt, med sodapanna, används som referensnivå. För de andra två processystemen, BLGCC och BLGSF, visar Tabell 1 ändringen i energi som matas till eller tas ut fi-ån de två alternativen, jämfört med referenssystemet enligt teknikens ståndpunkt. reben 1; Jämförelse” ev användbar energi i BLGCC een BLosF-eletem Intag av extra Export av värde- Effekt: biomassa, full energi, MW MW(prod.) MW (flöde 15) Mwünmatad) Massa- och pappersfabrik med - - sodapanna (ref. system) Massa- och pappersfabrik + 51 + 35 0,68 kombinerad med BLGCC (flöde 33) (kraftflöde 34) Massa- och pappersfabrik + 210 + 141 0,67 kombinerad med BLGSF (flöden 33+3 9) (metanol, flöde 15) ') Siffrorna i Tabell 1 baseras på en produktion av 1000 ADT (lufitorra ton pappers- massa per dygn) motsvarande ungefär 1800 tDS/d (ton svartlutstorrsubstans per dygn).

Det givna exemplet producerar metanol från biomassa med en energieffekt av 67 %, vilket är åtminstone 15 procentenheter mer än teknologi enligt teknikens ståndpunkt och samma nivå som den mest energieffektiva metanolteknologin som finns idag, nämligen metanolproduktíon från naturgas. Exemplet baseras på en konventionell ångpanna 30 med måttlig prestanda för konvertering av biomassa till ånga och vidare till elektrisk kraft. Om denna panna istället skulle uppvisa hög prestanda skulle energieffekten närma sig 80 %. I exemplet produceras den ytterligare erfordrade elektriska krafien på samma IIÛI ID I IIII II II I I I II I I I I I I I I I I III IIII I I I I I I I I I II II III I 'III II 10 20 25 30 35 QTI ha Ch ~a f. ce P1730 plats, i en avancerad biomassaeldad IGCC krafienhet 37, för att tillåta jämförelse mellan de tre processystemen på lika bas. Denna kraft skulle lika väl kunna produceras någon annanstans. I så fall kommer den utblödda gasen 16 att användas i ängparman 30 eller i andra energiförbrukare i systemet. Det är också möjligt att producera den erfordrade ytterligare elektriska kraften i en uppförstorad biomassapanna 30 och på så sätt undvara den biomassaeldade IGCC-enheten 37.

För att förtydliga Tabell 1 förklarar Fig. 5 och 6 de totala energiflödena till och fi-än konfigurationen 44 enligt teknikens ståndpunkt respektive den alternativa BLGSF- konfigurationen 45. Den streckade linjen representerar gränslinjen för konfigurationen. I Fig. 5 representerar flödena 19, 20 och 21 tillsammans råmaterialflödet av biomassa till konfigurationen, och flödet 22 representerar produkten. Det kan förekomma import eller export av elektrisk lcrafi till/fián konfigurationen enligt teknikens ståndpunkt, Fig. 5.

Detta utgör inte del av jämförelsen och visas därför inte i figuren eftersom denna endast redovisar ändringarna i energiflöde då man går från teknologi enligt teknikens stånd- punkt till konfigurationen som representerar uppfinningen.

I Fig. 6 är flödena 19, 20, 21 och 22 de samma som i Fig. 5. Då metanol 15 produceras enligt uppfinningen erfordras extra biomassa 33 och 39. Biomassan används för att producera ytterligare värme och elektrisk lcraft i enheterna 30 och 37 , till sådan nivå att den alternativa konfigurationen 45 uppvisar sarnma grad av oberoende av import av bränsle och tillförsel av kraft fi-ån dess omgivningar, som konfigurationen enligt teknikens ståndpunkt enligt Fig. 5. I uträkningsfallet enligt Tabell 1 representerar energin i metanolflödet 15 67 % av energin som förs till konfigurationen i flödena 33 och 39. Med en mera effektiv ângpanna 30 än den som används i det presenterade exemplet, kan energiefïektiviteten närma sig 80 %.

Under det senaste decenniet har utvecklingsarbetet avseende att ersätta sodaparman fokuserats på BLGCC-konceptet. I de flesta föreslagna koncept har luft använts som oxideringsmedel i förgasningsanordningen, vilket resulterar i produktion av en utspädd gas med en hög koncentration av kväve från luften. På senare tid har fokus flyttats mot att istället använda syre, efiersom detta leder till ett antal fördelar.

En fördel med användningen av rent syre är att den producerade gasen har sådana egenskaper att den med rimliga medel kan konverteras till en syntesgas för kemisk syntes. Gasens kvalitet skiljer sig avsevärt från den som normalt produceras i en förgasningsanordning som matas med fast biomassa och som använder syre som 10 20 25 30 35 P1730 IS oxideringsmedel. F örgasning av fast biomassa i fonn av huggna bitar av ved leder till överdrivet bildande av metan och andra högre kolväten, såsom tidigare nämnts i avsnittet som beskriver metanolprodtrlction från biomassa, enligt teknikens ståndpunkt.

Det kan därför anses vara ett slöseri av mellanprodukts processånga av hög kvalitet att bara bränna syntesgasen fiån svartlutsförgasning i en gasturbin istället för att använda den som ett råmaterialflöde av högt värde i en kemisk syntes av t.ex. metanol, DME, vätgas, ammoniak och annat.

Den presenterade utföringsformen bringar således i dagen en plan för uppgradering av råmaterialflöde av biomassa i vilken det energirika svartlutsflödet används som en värdefull resurs för syntesgas av hög kvalitet. Energin som konverteras till metanol och som därför inte används som energikälla i fabriksprocessen ersätts således av energi från ett lågkvalitativt råmaterialflöde av biomassa som matas till en standardmässig ångpanna och en biomassaeldad IGCC-enhet.

Den föredragna utföringsforrnen beskrivs mera ingående med hänvisning till Fig. 4.

Efier avdrag av grönlut 24 från förgasningssteget 3, kyls den obehandlade syntesgasen 11 i gaskylningssteget 4, före ytterligare behandling. Föreliggande uppfinning inkluderar sådan avancerad gasrening i vilken den obehandlade syntesgasen 12 kyls till låga temperaturer, företrädesvis under -40 °C, innan den renas genom tvättning med kyld metanol. Denna typ av behandling har den fördelen att den har förmåga att separera ut oönskade högre kolväten exkluderande metan.

Den föreslagna gasreningsprocessen 5 uppvisar också förmågan att ned till mycket låga nivåer, < 0,1 ppm, avlägsna både svavelväte och karbonylsulfid som båda finns når- varande i gasen från förgasningsanordningen, och att avlägsna koldioxid ned till den erfordrade nivån av 2 - 3 volyms-% i flödet 13. På grund av dess möjlighet att vara mycket selektivt kan reningssteget 5 återföra svavelkomponenterna tillbaka till fabriks- processen i ett starkt koncentrerat flöde 35 och även producera ett flöde som är rikt på koldioxid 41. Koldioxid kan vara användbart i fabriksprocessen 28, såsom visas medelst flödet 43, t.ex. i fabriksprocessens blekeri. Koldioxid kan också ha ett värde som råmaterialflöde för produktionen av ren koldioxid ßr export, emedan Överskotts- kvantiteter 42 släpps ut i atmosfären.

Det svavelinnehållande flödet 35 kan också konverteras till elementärt svavel, t.ex. i en så kallad Claus-process, innan svavlet återförs till fabriksprocessen. Claus-processen 20 Pl730 utgör normalt en del av gasreningssteget 5. Valet av föredragen vägen beror på hur svavel hanteras i massafabriken.

Valet av teknologi för gasreningen 5 påverkar tillförlitligheten hos hela processen, liksom förmågan hos BLGSF-processen att utgöra ett verktyg för optimering av fabriks- processen. Processens låga drifistemperatiir och höga selektivitet vid avlägsnande av svavelkomponenter och koldioxid, utgör viktiga bidrag.

I gaskonditioneringssteget 6 justeras förhållandet mellan kolmonoxid och väte till en molfraktion om 0,5 i flödet l4. Detta görs genom att låta en del av flödet 13 gå genom en så kallad skift-reaktor. I en dylik reaktor reagerar vatten och kolmonoxid till väte och koldioxid över en katalysator, under värmeutveckling. Efter skift-reaktorn behöver den skifiade gasen renas från den producerade koldioxiden innan sagda skifiade flöde kombineras med det icke skiftade flödet till att bilda matarflödet l4 för metanol.

En alternativ väg är att placera gaskonditioneringssteget 6 före gasreníngssteget 5 för att undvika en andra rening av det skifiade flödet, enligt tidigare beskrivning. Den före- dragna utföringsformen år dock att placera gaskonditioneringssteget så som visas i Fig. 4.

Ren syntesgas, anpassad för metanolproduktion, matas i flödet 14 till metanolsyntesen.

Trycket i syntesen behöver vara 60-80 bar för att uppnå optimala förhållanden för metanolbildandet. Enligt föreliggande uppfinning äger förgasningen 3 företrädesvis rum vid ungefär 30 bar och därför utförs företrädesvis ytterligare komprimering före metanolsyntesen 7. F örgasningstrycket kan också väljas att vara högre för att undvika extra kompressionssteg, eller lägre på grund av andra processöverväganden.

Metanolsyntessteget 7 består av en slinga i vilken icke reagerad gas återcirkuleras och blandas med färsk gas från steget 6. Graden av återcirkulering beror på mängden inerta molekyler i inmatningen och i slingan. Inert gas avser sådana gastyper som inte med- verkar i de metanolbíldande reaktionerna. Inerta molekyler är t.ex. kväve och argon och delvis metan. Koldioxid deltar i reaktionerna och dess koncentration behöver också hållas under kontroll genom utblödning av ett delflöde av återcirkulationen. Mindre inert gas i matningen leder till mindre utblödning och därför till ett maximerat metanolutbyte. Kvaliteten på gasen från förgasningssteget spelar därför en viktig roll för åstadkommandet av ett högt utbyte. Metanolflödet 15 är av en kvalitet som betecknas ”toppa ”, vilket generellt betyder omkring 97-98 % renhet och som kan användas som m m C.\ *a m c: P1730 lågt additiv till bensin. Om metanol som är 100 % ren önskas kan en destillationsenhet läggas till för fullständig avlägsning av vatten.

Det skall förstås att även om uppfinningen beskrivits med avseende på dess föredragna utföringsformer, vilka utgör de bästa varianter som idag är kända av uppfinnama, så kan olika ändringar och modifieringar göras, såsom vore uppenbart för en fackman inom teknikområdet, utan att man fi-ångår ramen för uppfinningen såsom den definieras i de bifogade patentkraven.

Claims (6)

l0 20 25 30 35 18 PATENTKRAV

1. Massafabriksprocess (45) för produktion av massa och ett fordonsbränsle (15), innefattande: -en första delprocess (28) för produktion av massa (22), för återvinning av kokkemikalier (24, 35) och också för samproduktion av ett vätskeformigt flöde (23) som innehåller förbrukade kokkemikalier, och -en andra delprocess (3) för förgasning av en huvudsaklig andel av, företrädesvis hela, sagda flöde (23) av förbrukade kokkemikalier och för produktion av en syntesgas (14), som bearbetas till sagda fordonsbränsle (15), k ä n n e t e c k n a d a v att temperaturen i sagda andra delprocess för förgasning överstiger 900 °C, -att trycket i sagda andra delprocess för förgasning överstiger 20 bar, -att fabriken vidare innefattar en delprocess (30) för förbränning av biomassa för att bilda värme (26) för att tillgodose det interna värmeenergibehovet, och -att det finns en annan delprocess (37) för förbränning av biomassa för att bilda elektrisk energi (40) till fabriken, varvid ytterligare biomassa tillsättes (33, 39) i en mängd vars energiinnehåll är tillräckligt för att kompensera för minskningen i bildande av värme och elektricitet till följd av produktionen av syntesgas (14), varvid energiinnehållet i sagda fordonsbränsle (15) motsvarar åtminstone 60 % av energiinnehållet i sagda ytterligare tillsatta biomassa (33, 39).

2. Process enligt krav 1, k änn et e cknad av att fordonsbränslet (15) är dimetyleter (DME).

3. Process enligt krav 1, kännetecknad av att fordonsbränslet (15) är vätgas.

4. Process enligt krav l och 2, k än n e t e c kn a d a v att sagda syntesrågas (11) kyls (4) till under -40 °C innan reningen (S).

5. Process enligt krav 4, k än net e ckn ad av att gasen renas (5) med hjälp av metanol.

6. Process enligt något av kraven 1-5, kännet eckn ad av att svavelkom- ponenter, såsom sulfid och andra svavelkomponenter, avlägsnas fiån 10 526 738 19 syntesgasen (1 l), företrädesvis till en koncentration under omkring 0,1 ppm, och återiörs till fabriksprocessen (28) i ett starkt koncentrerat flöde (35). . Process enligt krav 6, kännetecknad av att koldioxid i gasen (14) avlägsnas i sagda rening (5), till under 3 %. . Process enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a d a v att delprocessen (37) för konvertering av ytterligare biomassabaserat material till elektrisk energi, är placerad på avstånd från sagda massafabrik. . Process enligt något av kraven 1-8, kännet ecknad av att sagda andra delprocess (37 ) för förbränning av ytterligare biomassa (39) är en IGCC-enhet.