Teollisuuspolttoaineiden korvaamismahdollisuudet kaasutuksen tuotekaasulla
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2010
Department
Major/Subject
Energiatalous ja voimalaitostekniikka
Mcode
Ene-59
Degree programme
Language
fi
Pages
107 [+5]
Series
Abstract
The thesis studies the opportunities of using gasification technology to replace non-renewable fuels in industry. The availability of these non-renewable fuels will get more difficult as the fuel reserves dry out. When shifting towards the use of renewable and local fuels the availability is more secure and the price fluctuations are more predictable. Since the emissions trading is still expanding and the price of the emissions allowance is increasing, it also has an impact on the cost of energy production. Gasification technology allows the use of solid fuels like biomass. The thesis introduces the most common gasifier types. The purpose of this is to clarify which type should be used for different situations. In addition, the thesis discusses the cleaning methods for the product gas regarding commercial fuels as well as industrial by-products. The gasification product gas can be used for energy production and to produce chemicals and biofuels. The gas can be burnt to produce thermal energy or as fuel in different industrial processes. It can be burnt at integrated gasification combined cycle power plants or used for gas engines' fuel for electricity generation. It is also possible to produce biofuels such as diesel oil by using the Fischer-Tropsch synthesis. By using gasification technology it is also possible to produce different chemicals such as synthetic natural gas (SNG) or hydrogen (H<sub>2</sub>), which has been considered the fuel of the future. The thesis examines in more detail industrial processes where gasification product gas could be used to replace non-renewable fuels. Devices that are retrofitted with gasifiers can be, for example, used for industrial furnaces for melting non-ferrous metals, talc dryers or cement kilns. With the clarified processes it is possible to evaluate the potential of using gasification in the Finnish industry. With an example case study the possibility to use gasification product gas to replace heavy oil in a tale factory's spin-flash dryer is studied. With a case study it is possible to achieve realistic cost estimations when determining the profitability of the fuel switch. In the study the mass and energy flow changes when using gasification was calculated and their effect on the total investment were examined. The cost estimations used for the profitability calculations were requested from equipment and fuel suppliers as budget offers. Moreover, the effect of changes in the fuel price was studied. The projects payback period, internal rate of interest and the net present value were used as indicators of profitability.Työ käsittelee kaasutuksen tuomia mahdollisuuksia korvata teollisuudessa käytettäviä uusiutumattomia polttoaineita. Kyseisten uusiutumattomien polttoaineiden saatavuus vaikeutuu varantojen ehtyessä. Uusiutuviin ja paikallisiin polttoaineisiin siirryttäessä on polttoaineen saatavuus varmempaa ja hintavaihtelu ennustettavampaa. Päästökauppa on edelleen laajentumassa ja päästöoikeuden hinnan noustessa on sillä vaikutusta energian tuotantokustannuksiin. Kaasutusteknologia mahdollistaa kiinteiden polttoaineiden käytön teollisuudessa käytettyjen polttoaineiden tavoin. Työssä tarkastellaan kaasutuksen teoriaa sekä esitellään yleisimmät kaasutuslaitteistot. Kaasutustekniikoiden ominaisuuksista on tehty yhteenveto, jonka tarkoituksena on selventää eri kaasutinreaktorityyppien eroja. Kaasun puhdistuksen tarve ja puhdistuskeinot on selvitetty eri käyttötarkoituksien mukaan. Kaasutukseen käytettäviä polttoaineita käsitellään ostopolttoaineiden ja teollisuuden sivutuotteiden osalta. Tuotekaasua voidaan käyttää energiantuotantoon sekä kemikaalien, että biopolttoaineiden valmistukseen. Kaasua voidaan käyttää lämpöenergian tuottamiseen tai prosessien suorapolttoaineena. Sitä voidaan polttaa kaasutuskombilaitoksissa tai käyttää kaasumoottoreiden polttoaineena sähköntuotantoon. Kaasusta voidaan tehdä Fischer-Tropsch -synteesin avulla biopolttoaineita, kuten dieselöljyä. Kaasutuksen avulla voidaan myös valmistaa erilaisia kemikaaleja, kuten synteettistä maakaasua tai tulevaisuuden polttoaineeksi visioitua vetyä. Työssä tarkastellaan mahdollisia teollisuusprosesseja, joissa fossiilisten polttoaineiden korvaaminen tuotekaasulla on mahdollista. Kaasua voidaan käyttää polttoaineena esimerkiksi värimetallien sulatuksessa, talkin kuivauksessa sekä sementtiuuneissa. Selvitettyjen prosessien avulla on tehty yhteenveto Suomen teollisuuden mahdollisuuksista hyödyntää tuotekaasua. Esimerkkikohteessa tarkastellaan raskaan polttoöljyn korvaamista talkkitehtaan kuivausprosessissa. Esimerkkikohteen avulla selvitettiin mahdollisimman realistiset kustannus- ja kannattavuusarviot. Kohteessa laskettiin, kuinka energia- ja massavirrat muuttuvat prosessissa ja miten ne vaikuttavat hankkeen kokonaisinvestointiin. Kannattavuuslaskelmissa käytetyt kustannusarviot pyydettiin laite- ja polttoainetoimittajilta budjettitarjouksina. Saatujen tarjousten perusteella kohteeseen valittiin sopiva kaasutin ja polttoaine. Lisäksi tarkasteltiin polttoaineiden ja hiilidioksiditonnin hintojen muutosten vaikutuksia investoinnin kannattavuuteen. Kannattavuuden mittareina käytettiin hankkeen takaisinmaksuaikaa, sisäistä korkokantaa sekä nettonykyarvoa.Description
Supervisor
Ahtila, PekkaThesis advisor
Moisio, JuhaKeywords
gasification, kaasutus, product gas, tuotekaasu