Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

FLASH-Predicting the FLow behavior of ASH mixtures for production of transport biofuels in the circular economy

Alternativ tittel: Strømningsegenskaper til askeblandinger ved produksjon av biodrivstoff i den sirkulære økonomien

Tildelt: kr 10,0 mill.

Det er et økende behov for biodrivstoff i Norge og i resten av verden. Biodrivstoff kan produseres fra bærekraftige kilder som skog og avfall fra skogbruk, jordbruk, industri og husholdning. Det er viktig å utvikle en effektiv prosess som tar høyde for utfordringene i forbindelse med omdanning av biomasse til biodrivstoff. Første trinn i produksjon av biodrivstoff er gassifisering av biomassen. I dette trinnet varmes biomassen opp til en høy temperatur og omdannes til en syntesegass som består av karbonmonoksid og hydrogen. Denne gassen kan benyttes til produksjon av biodrivstoff. Aske er et biprodukt fra gassifiseringsprosessen. Det er store utfordringer knyttet til asken, og nøkkelen til suksess er å identifisere og løse disse utfordringene. Problemene med aske i gassifiseringsreaktorer varierer avhengig av hvilken type reaktor som benyttes. I noen typer reaktorer er problemet at asken smelter og det dannes agglomerater som ødelegger tilgjengeligheten til reaktoren. I andre typer reaktorer, skal asken smelte og renne ut av reaktoren. Her kan problemet være at asken blir for seig, har dårlige flyteegenskaper og reduserer tilgjengeligheten på den måten. Aske har forskjellige egenskaper avhengig av sammensetningen av biomassen, og i dette prosjektet skal aske fra forskjellige blandinger av biomasse undersøkes. Totalt sett skal FLASH gi et verdifullt bidrag til å forbedre gassifiseringseffektiviteten ved å redusere utfordringene knyttet til aske, og dermed bidra til å fremskynde gjennomføring av biomasse til biodrivstoff via gassifisering. I prosjektet skal det brukes en syntetisk aske som er representativ for forskjellige typer biomasse fra skog og landbruk. Et 3-komponent fasediagram som representerer den kjemiske sammensetningen i aske fra biomasse er brukt for å velge representative askesammensetninger. Ved hjelp av beregninger og simuleringer er det besluttet å bruke tre forskjellige askesammensetninger i det videre arbeidet. Disse askesammensetningene representerer askesammensetningen i henholdsvis hvetehalm, gress og avfall fra skogsdrift. Det er utviklet en beregningsmodell som tar ut bilder fra forsøk foretatt i en fuktingsovn og deretter beregner prøvenes strømningsforhold inne i ovnen. Videre optimaliseres en viskositetsmodell slik at den simulerte prøven stemmer med den eksperimentelle. Denne modellen vil bli verifisert med ytterligere eksperimentelle data. Viskositetsmåling av 3 forskjellige syntetiske askeblandinger ble utført ved Aalto University i Finland. Ytterligere tester med et Anton Paar-viskosimeter er planlagt utført i oktober 2020 ved Montan-University Leoben. De eksperimentelle forsøksseriene vil bli sammenlignet med hverandre og publisert i et høyt rangert tidsskrift. Videre vil disse resultatene bli brukt til å designe et nytt testutstyr og til å anbefale parametere for nye forsøksserier. Det er kjørt tester i en labskala fluidisert gassifiseringsreaktor der problemet med aske er at den kan smelte og danne agglomerater. Forsøkene er kjørt ved forskjellige temperaturer. Trepellets, treflis og gress er brukt som føde til reaktoren. Resultatene så langt viser at ved gitte driftsbetingelser, smelter asken og det dannes agglomerater. Størrelse og mengde agglomerater er avhengig av temperatur og mengde aske. Gress inneholder betydelig mer aske enn tre, og det ble dannet agglomerater ved lavere temperaturer. Under forsøkskjøringene ble trykket og temperaturen i reaktoren observert, og tidspunkt for kritisk mengde av agglomerater kunne bestemmes. Produktgassen fra gassifiseringsforsøkene ble analysert for å studere endringer i gassens sammensetning når andelen av agglomerater øker. I tillegg ble det utført analyser for å studere sammensetningen i asken og agglomeratene. Det er også kjørt forsøk i en kald fluidisert bed for å studere strømningsforholdene med og uten agglomerater. Resultatene viser tydelig at strømningsmønsteret og fluidiseringsbetingelsene endrer seg når det er agglomerater tilstede i reaktoren. De eksperimentelle resultatene er brukt til å verifisere og forbedre en simuleringsmodell som videre er brukt til simulering av en gassifiseringsreaktor. Den forbedrede modellen er brukt til å simulere en oppskalert gassifiseringsreaktor. Simuleringene viser tydelig at med økt mengde agglomerater blir fluidiseringsegenskapene endret og under gitte betingelser blir reaktoren defluidisert. Resultatene indikerer at det er viktig å få en oversikt over effekten av aske i en gassifiseringsprosess. En mikroskala fluidisert bed reaktor laget av glass er konstruert for å kunne visualisere agglomereringsprosessen. Foreløpig er det gjort noen innledende forsøk på denne reaktoren.

The need for advanced biofuels produced from sustainable sources, is stressed on both national and international level. The key to unlocking gasification and downstream catalytic upgrading as a viable route for biomass and waste to biofuels is solving the challenge related to the ash, and this is the main motivation for the project. The project will develop a novel method to determine ash viscosity combined with chemical analysis. Using reference ash materials, the project aims at quantifying the flowability of selected ash samples. In parallel, the project will focus on thermodynamic equilibrium modelling to assess the phase distribution and composition of the ash. The work will consist of establishing a new thermodynamic database for ash reactions for main, minor and trace ash elements followed by parametric studies. The results will be compared with the ash microscope results for further improvements and validation. Combined with viscosity measurements generated by rheology tests and experimental tests performed in a pilot fluidized bed gasifier, a solid basis for ash behaviour prediction will be attained. Experimental study in a pilot fluidized bed (FB) gasifier will be performed with ash coated bed material and different types of bed material, fluidization agents and biomass ash composition will be used to study the ash behaviour and agglomeration in FB gasifiers. Combination of new ash chemistry, a predictive model for ash related problems for biomass mixtures, in-depth experimental studies of the gasification process will give the basis for developing an validate a computational fluid dynamic (CFD) model to predict ash related problems in biomass gasification processes. Altogether, the project will give a valuable contribution to improve the gasification efficiency and accelerate the implementation of biomass to biofuels via gasification by mitigating ash-related challenges.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Aktivitet:

ENERGIX-Stort program energi