Black Liquor Gasifier/Gas Turbine Cogeneration

Abstract

The kraft process dominates pulp and paper production worldwide. Black liquor, a mixture of lignin and inorganic chemicals, is generated in this process as fiber is extracted from wood. At most kraft mills today, black liquor is burned in Tomlinson boilers to produce steam for on-site heat and power and to recover the inorganic chemicals for reuse in the process. Globally, the black liquor generation rate is about 85,000 MWfuel (or 0.5 million tonnes of dry solids per day), with nearly 50 percent of this in North America. The majority of presently installed Tomlinson boilers will reach the end of their useful lives during the next 5 to 20 years. As a replacement for Tomlinson-based cogeneration, black liquor-gasifier/gas turbine cogeneration promises higher electrical efficiency, with prospective environmental, safety, and capital cost benefits for kraft mills. Several companies are pursuing commercialization of black liquor gasification for gas turbine applications. This paper presents results of detailed performance modeling of gasifier/gas turbine cogeneration systems using different black liquor gasifiers modeled on proposed commercial designs.

Refractory for Black Liquor Gasifiers

“…In addition, most of the interior surface of the gasifier vessel is exposed to molten salt (Na 2 CO 3 and Na 2 S) flowing to the outlet of the reactor in a reducing environment. The use of oxygen in place of air provides the possibility of substantially higher gasification temperature, up to 1400 C o [15]. In Alumino-silicate refractories, the alkali penetrates into the brick structure, reacts with the brick components and results in the formation of expansive phases containing varied combinations of alkali, alumina, and silica.…”

Análisis Termodinámico de un Sistema de Cogeneración con Gasificación del Licor Negro

“…Otro factor de relevancia es el tiempo de vida útil de esas calderas, alrededor de 30 a 35 años. Debido a esos hechos, existe una motivación creciente para una eventual sustitución de las calderas de recuperación por procesos alternativos, entre los cuales se destaca la gasificación de licor negro, por las siguientes razones: posibilidad de reducción en la carga de los evaporadores (debido a que se utiliza una concentración menor del licor negro); menor costo de inversión comparado con la caldera de recuperación (Consonni et al, 1998); menor riesgo de explosión y corrosión, debido a la ausencia de tuberías; reducción en la emisión de los gases; y mayor potencia producida.…”

“…Varios estudios (Ihrén, 1994;Näsholm y Westermark, 1997;Larson et al, 2000y Larson et al, 2003 fueron realizados sobre esos sistemas alternativos de generación de energía. Consonni et al (1998), realizaron un estudio comparativo entre el sistema convencional de generación y tres ciclos BLGCC (Black Liquor Gasifier Combined Cycle). Estudios recientes, como los de Burciaga (2006), Dahlquist y Jones (2006), Nong et al (2006), Lindblom y Landalv (2006), Consonni et al (2004) y McKeough (2004, muestran que la tecnología de gasificación de licor negro se consolida cada vez más, para, en un futuro próximo, tornarse una alternativa viable para el procesamiento del licor negro excedente, evitando los actuales embotellamientos existentes en el sector de recuperación de las industrias de papel y celulosa.…”

Opportunities to improve energy efficiency and reduce greenhouse gas emissions in the US pulp and paper industry

“…The costs and savings are based on a comparison of the following articles:Consonni, et al July, 1998. Larson, et al, 1998b.…”