I denna studie utreds hur bränngas kan produceras via indirekt förgasning av biomassa i sambandmed en befintlig panna i syfte att ersätta el och olja vid olika förbrukare på ett massa- ochpappersbruk.Ett av de största problemen västvärlden måste lösa detta århundrade är energiförsörjningen. Medallt hårdare krav på utsläpp av koldioxid och andra föroreningar blir förnybara bränslen allt merintressanta. Biomassa och framförallt trä kommer att vara en av Sveriges viktigaste resurser iframtiden. För att undvika långa transporter av fast biomassa bör resursen förädlas innan denanvänds för energiomvandling. Förgasning och framför allt indirekt förgasning är en erkändtermokemiskt effektiv omvandlingsmetod där slutprodukten till exempel kan bli bränngas, syntetisknaturgas, biodrivmedel som dimetyleter (Biodiesel), etanol och mycket annat. Fördelarna medindirekt förgasning är många bl.a. låg investeringskostnad om panninfrastruktur redan finns,produktgas med högt värmevärde och låg drifttemperatur. Nackdelen med indirekt förgasning är atten betydande andel tjära produceras vilket ställer höga krav på nedströms reningsteknik.Inom massa- och pappersindustrin går utvecklingen mot att integrera processer som elproduktionoch bränsleproduktion. Detta görs för att minska beroendet av externa producenter av både el ochbränslen, samt för att minska kostnader och öppna nya marknader. En potentiell ersättning av el ocholja med biomassa skulle kunna vara både ekonomiskt och miljömässigt fördelaktigt.I detta examensarbete har två koncept tagits fram dels för en förgasningsreaktor och dels förerforderlig nedströms gasrening. Anläggningen är dimensionerad för att kunna integreras i Skoghallskartongbruk. Där används stora volymer olja till förbränning i mesaugnen (ca 100 GWh per år) och elanvänds i IR-torkar (ca 13 GWh per år). Ersättning av olja och el med biomassa skulle kunna varabåde ekonomiskt och miljömässigt fördelaktigt.Syftet med studien är ta fram ett förslag som ska minska Stora Enso, Skoghalls kartongbruks olje- ochelberoende. Målet är att designa ett förgasningsreaktorkoncept och reningskoncept baserat på:litteratur, mass- och energibalanser samt fluiddynamiska modeller. Detta görs för att utreda hur oljatill mesaugnen respektive el till IR-torkar kan ersättas. Designen skall även innefatta förslag pågasrening och distributionssystem. Målet är även att presentera en översiktlig ekonomisk kalkyl förkoncepten.Ett förgasningskoncept har utretts där en CFB-reaktor bedömts vara lämpligast att kombinera medbefintlig pann-infrastuktur. Modellerad energibalans visar att ca 23 kg bäddmaterial behövs per kgbränsle. Reaktorn är utformad som ett murat rör med höjden 5 m och bredden 1,1 m i diameter.Gasreningskonceptet består av två flöden till olika användare IR-tork och mesaugn. Gasflödet till IRtorkenrenas i en eller flera skrubbers och flödet till mesaugnen renas i en termisk krackningsreaktor.Gasverkningsgraden samt total verkningsgrad för gasflöde till IR-tork är 68 % respektive 85 % och förmesaugnen 58 % respektive 83 %. Uppskattad återbetalningstid för IR-tork- och mesaugnsystemet ärca 1,9 respektive 7,3 år.

Karlstads Energi AB är ett medborgarägt företag som levererar värme och el till Karlstad med omnejd. Sedan uppförandet av det nya kraftvärmeverket Heden 3 har kraftvärmeverket Heden 2 fått förändrade driftförhållanden och körs numera ofta på låga laster under pannans drifttid vilket har resulterat i ökade NOx-utsläpp. Som energiproducent omfattas Karlstads Energi av kväveoxidavgiften och det finns en önskan om att öka marginalen för att nå miljökraven. Då NOx-utsläppen främst beror på för stort O2-överskott i pannan finns det möjlighet att ersätta en del av förbränningsluften med recirkulerade rökgaser för att minska tillgänglig O2. För att fortsätta vara relevanta på energimarknaden har Karlstads Energi ett behov av att utveckla nya tjänster och produkter. Samproduktion av syntesgas kan vara aktuellt som värdeskapande process när samhället rör sig mot en bioekonomi och det finns anledning att utvärdera hur det skulle komma att påverka förbränningsprocessen. Förbränningsprocessen inklusive rådande NOx-reducerande åtgärder i Heden 2 har modellerats i CHEMCAD. Baserat på modellen har rökgasrecirkulation samt effekterna av att samproducera syntesgas implementerats. I fallet med syntesgas ersätts en del av bränslet med förgasningskoks och värme tas ut från den externa bäddcirkulationen för att driva syntesgasreaktorn. Modellen inkluderar reaktionskinetik för NOx-bildning och -reduktion samt intern och extern bäddcirkulation. Rökgasrecirkulation fungerar som NOx-reducerande åtgärd vid drift med låg last. Beroende på bränslesammansättning kan NO-bildning minska med upp till 10% och NO-utsläpp med upp till 67%. Optimal andel recirkulerade rökgaser är 20% när flis förbränns respektive 15% vid samförbränning av förgasningskoks. Temperaturen i pannan sjunker något med ökande flöde av recirkulerade rökgaser och överstiger aldrig 800°C vilket riskerar att skapa en ineffektiv NOx-reduktion med selektiv ickekatalytisk reduktion (SNCR). Samförbränning av förgasningskoks ökar den totala effektutvecklingen med ca 1,5 MW jämfört med då endast flis förbränns och värmeuttaget från cyklonen som driver den nya syntesgasreaktorn har försumbar inverkan på bäddmaterialets temperatur. Slutsatser som dras är att rökgasrecirkulation fungerar som NOx-reducerande åtgärd vid låg last. Samproduktion av syntesgas har en NOx-hämmande effekt och kan ge ett minskat bränslebehov för att möta energibehovet.