Pyrolyysiöljyn tuottaminen kiertoleijukattilaan liitetyllä prosessilla
Vepsäläinen, Harri (2008)
Tiivistelmä
Pyrolyysiöljy on biomassasta nopealla hapettomalla lämpökäsittelyprosessilla saatavaa nestemäistä polttoainetta. Kasvavien uusiutuvan energian käyttötavoitteiden myötä pyrolyysiöljystä on tullut kiinnostava vaihtoehto fossiilisille polttoöljyille. Suurimmat käytön haasteet ovat alhainen lämpöarvo, korkeat kiintoainepitoisuudet ja happamuus fossiilisiin polttoöljyihin verrattuna sekä eri raaka-aineista syntyvät ominaisuuksiltaan erilaiset pyrolyysiöljyt. Pyrolyysiöljyn kaupallinen tuotanto on vasta käynnistymässä eikä sen laadulle ole olemassa standardeja, joten eri valmistajien tuotteet voivat poiketa toisistaan huomattavastikin. Suomessa on Valtion teknillisen tutkimuskeskuksen (VTT) toimesta kehitetty Integrated Thermal Process (ITP)-konsepti, jossa pyrolyysiöljyn tuotantoprosessi on liitetty kiertoleijukattilaprosessiin. Prosessien yhdistämisellä voidaan parantaa kokonaishyötysuhdetta sekä hyödyntää laitosten yhteistä käyttöä ja polttoaineen hankintaa. Pyrolyysiprosessin tarvitsema lämpöenergia otetaan petihiekan välityksellä kattilasta, jossa poltetaan myös prosessissa syntyvät oheistuotteet. Tässä diplomityössä tutkittiin pyrolyysiprosessin vaikutusta voimalaitoksen toimintaan ja luotiin malli voimalaitoksen energiataseessa tapahtuvien muutosten arviointiin. Malli laskee sekä pyrolysaattorin että raaka-aineen käsittelyn vaikutukset voimalaitoksen sähkön- ja lämmöntuotantoon. Lisäksi mallin avulla voidaan arvioida pyrolysaattorin aiheuttama raaka-aineen tarve sekä voimalaitoksen lisäpolttoaineen tarve. Työssä tarkasteltiin myös pyrolyysiöljyn ominaisuuksia ja käyttökohteita, sekä tarvittavia muutoksia olemassa olevaan voimalaitokseen. Lisäksi arvioitiin tuotannon kannattavuutta. Mallia sovellettiin esimerkkivoimalaitokseen, jossa on harkittu pyrolyysiöljyn tuotannon aloittamista. Laskelmien perusteella pyrolyysiöljyn tuotannolla on sähkön- ja lämmöntuotantoa alentava sekä polttoaineen tarvetta korottava vaikutus. Pyrolyysiprosessin lisääminen nostaa voimalaitoksen kokonaishyötysuhdetta. Suotuisissa olosuhteissa öljytuotanto ITP-konseptilla näyttäisi olevan taloudellisesti kannattavaa. Pyrolysis oil is a liquid fuel oil produced by rapid thermal processing of biomass in the absence of oxygen. As the usage targets for renewable energy are increasing, pyrolysis oil has become an interesting option for fossil fuel oils. The greatest challenges in the use of pyrolysis oil are a lower heating value, higher solid content and greater acidity compared to fossil fuel oils. Also the variety of pyrolysis oil properties, which are dependent on feed-stock, is a significant challenge. The commercial production of pyrolysis oil is only start-ing. As a result, there are no standards for its quality, leading to considerable variation in pyrolysis oils of different producers. In Finland, the Technical Research Centre of Finland (VTT) has developed an Integrated Thermal Process (ITP), in which the pyrolysis oil pro-duction process is integrated with a circulating fluidised bed boiler. As a result of the inte-gration, higher overall efficiency can be achieved. Also the fuel supply and operation of the processes can be combined. The heat for the pyrolysis process is transferred from the boiler via fluidised bed sand. By-products of the pyrolysis process can be used in the boiler for heat production. In this thesis, the effect of the pyrolysis process on power and heat production was examined, and a model was prepared for the estimation of changes in the energy balance. The model calculates the effects of both pyrolyzer and feedstock treatment on the production of electricity and heat. The model allows estimating the feedstock de-mand of the pyrolyzer and the demand for additional fuel for the boiler. The properties of pyrolysis oil and applications for using it were also researched, as well as the profitability of the production of pyrolysis oil. The model was applied to an example power plant in which the production of pyrolysis oil was studied. The results of the calculations indicate that pyrolysis oil production has a decreasing effect on the production of electricity and heat. In contrast, the fuel demand and the overall efficiency increase. In favourable condi-tions, pyrolysis oil production with the ITP concept seems to be financially viable.