The depletion time for fossil fuels calculated from 2009 is 35 years for oil, 37 years for gas and 107 years for coal. Hence, it has become essential to reduce the dependence on fossil fuels by switching over to renewable resources. This in turn will also help in combating the negative effects on the environment like global warming. Thermochemical processes such as pyrolysis and gasification of biomass are considered the most efficient technology for converting biomass to useful energy carriers. Cortus Energy AB is a Swedish company that has developed a patented gasification technology called WoodRoll ® for gasification of fuels derived from biomass. However, ash in a thermochemical conversion process can cause corrosion, sintering, slag and poisoning of catalysts, which leads to operational problems. In addition, heavy metals such as Zn, Pb and Cd are environmentally problematic. These metals contribute to environmental pollution by contaminating the soil, which in turn can harm humans and the ecosystem via the food chain. The undesired elements should therefore be identified to minimize their impact on the overall thermochemical process and to reduce the emission of these harmful substances. The objective of this master thesis project, on behalf of Cortus Energy AB, was to investigate possible key numbers that can be used to describe and predict how the ash behaves in their patented WoodRoll® process. The key numbers that have been identified are empirically developed based on experience of coal combustion. These key numbers are regularly used for fuel derived from biomass by companies specializing in analyzing, although knowledge about whether they can actually be used on biomass is limited. In order to ensure that the use of these for biomass is correct, they must be experimentally verified in the future. In addition, a theoretical investigation is conducted to study which species can form and in what phase this occurs. The investigation reveals that there are no clear trends for how the inorganic elements behave since contradicting results from different studies have been reported. Formation of species and their phase depends on several parameters such as temperature, heating rate, particle size, volatility, quantity and interaction between the elements in the biomass. The thesis project ends with a mass balance model on selected inorganic elements for wood residues, as well as for bark. The model could be a tool for Cortus Energy AB to identify approximately how much of each element is present in each stream in the WoodRoll® process. The models are verified with analysis results. Inorganic elements that affect the overall process and its equipment have been selected for modelling. The volume percent of H2, CO, CO2 and CH4 in the models agree well with the values obtained by Cortus Energy AB. This shows that the thermodynamic equilibrium calculations performed are reasonable. / De fossila bränslena beräknas vara förbrukade om 35 år för olja, 37 år för gas och 107 år för kol, räknat från år 2009. Användningen av fossila bränslen måste därför minskas genom övergång till förnybara resurser. Detta kommer i sin tur bidra till att motverka de fossila bränslenas negativa effekter på miljön, såsom den globala uppvärmningen. Termokemiska processer, som pyrolys och förgasning av biomassa, anses vara den mest effektiva tekniken för att omvandla biomassa till användbara energibärare. Cortus Energy AB är ett svenskt företag som har utvecklat en patenterad förgasningsteknik kallad WoodRoll ® för förgasning av biomassa. Aska i en termokemisk omvandlingsprocess kan ge upphov till korrosion, sintring, slagg samt förgiftning av katalysatorer vilket leder till operativa problem. Dessutom är tungmetaller såsom Zn, Pb och Cd miljömässigt relevanta. Dessa metaller bidrar till förorening av miljön, vilket i sin tur kan skada människor och ekosystemet via näringskedjan. De oönskade elementen bör därför identifieras för att minimera deras inverkan på den övergripande termokemiska processen och för att reducera utsläppet av dessa ämnen. Syftet med detta examensarbete, på uppdrag av Cortus Energy AB, var att undersöka möjliga nyckeltal som kan användas för att beskriva och förutse hur askan beter sig i deras patenterade WoodRoll® process. De nyckeltal som har undersökts teoretiskt är empiriskt utvecklade utifrån erfarenhet av förbränning av kol. Dessa nyckeltal används regelbundet av analysföretag på bränslen från biomassa trots att kunskapen om huruvida dessa faktiskt kan användas på biomassa är begränsad. För att säkerställa att användningen av dessa nyckeltal för aska från biomassa är korrekt måste de verifieras experimentellt i framtiden. Vidare görs en teoretisk undersökning för att studera vilka föreningar som möjligen kan bildas och i vilken fas detta sker. Denna undersökning visar att det inte finns en tydlig trend för hur de oorganiska elementen beter sig då olika studier har rapporterat motstridiga resultat. Vilka föreningar som bildas och i vilken fas i processen det i så fall sker beror på flera parametrar såsom temperatur, hastighet av uppvärmning, partikelstorlek, volatilitet, mängd samt interaktionen mellan de element som finns i biomassan. Arbetet avslutas med en massbalansmodell på utvalda oorganiska element för grenar och toppar, förkortat GROT, samt för bark. Detta kan bli ett verktyg för Cortus Energy AB för att identifiera ungefär hur mycket av varje element som finns i varje flöde WoodRoll®-processen. Modellen verifieras med analysresultat. Oorganiska element som påverkar processen och dess utrustning har valts för denna modell. Volymprocenten för H2, CO, CO2 and CH4 i modellen stämmer väl överens med de värden som Cortus Energy AB har erhållit. Detta visar att de termodynamiska jämviktsberäkningar är rimliga.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-215931 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Akhand, Victoria |
| Publisher | KTH, Skolan för kemivetenskap (CHE) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.003 seconds