Konvertering från gasol till biosyntesgas

Transkript

1 Konvertering från gasol till biosyntesgas vid Volvo Lastvagnar i Umeå Anna Persson Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik vid Umeå Universitets Tekniska högskola. (löpnr. som tilldelas)

2 SAMMANFATTNING Volvo Lastvagnar i Umeå har som mål att bli koldioxidneutrala. I dag används gasol, som är en fossil gasblandning, i torkprocessen i måleriet. Gasolen står för ungefär 10 % av den totala energiförbrukningen vid fabriken. Syftet med detta arbete är att studera om lokalt framställd biosyntesgas kan ersätta gasolen. Det som är aktuellt är framförallt konvertering av fabrikens två större gasolugnar som används till uppvärmning av luft och destruering av lösningsmedel samt en destruktionsanläggning, så kallad RTO-enhet (regenerativ termisk oxidering), för lösningsmedel. Volvo Lastvagnar, Umeå Energi och Umeå Universitet jobbar med ett samarbetsprojekt där idén är att biosyntesgas ska produceras inne på Volvos industriområde och användas i fabriken. Torrefiering är en metod för förbehandling av biomassa som ett forskarlag vid Umeå Universitet håller på att vidareutveckla. Det torrefierade materialet är sprött, torrt och hydrofobiskt och kan lätt malas till ett fint pulver. Planen är sedan att förgasa detta pulver till en, i princip, tjärfri biosyntesgas. Umeå Universitet bidrar med kunskapen, Umeå Energi ska driva anläggningen och Volvo Lastvagnar ska använda gasen. Biosyntesgasen har ett lågt värmevärde, det undre värmevärdet är endast 8-12 MJ/Nm 3, detta kan jämföras med värmevärdet för gasolen som är 93 MJ/Nm 3. Det låga värmevärdet ställer till med problem vid förbränning. En viktig förutsättning med detta projekt är att inte reningsgraden vad gäller destruktion av lösningsmedel får sjunka. Inte heller produktionen av hytter får påverkas negativt. Tekniken som ska användas i detta projekt ligger i forskningsfronten, det finns ingen likadan anläggning på något annat ställe i världen. Litteraturstudier har gjorts, där framförallt många forskningsrapporter har studerats. För att kunna bedöma vilka risker och problem som kan uppstå på grund av bland annat beläggning och korrosion i utrustningen behövs en gasanalys. Då ingen gas finns tillgänglig att göra analys på genomfördes beräkningar med dataprogrammet FactSage för att få fram vilka föreningar gasen innehåller. För att veta om den utrustning som behövs finns tillgänglig på marknaden har en kravspecifikation och en marknadsundersökning genomförts. Detta skedde genom att skicka ut en intresseförfrågan till tillverkare och leverantörer samt e-post- och telefonkontakt med några återförsäljare. Även en förbrukningsanalys för gasolen har gjorts för att veta vilken storlek på förgasaren som är nödvändig. Utifrån de gränsvärden som har tagits fram och de gasanalyser som har gjorts framgår det tydligt att gasen behöver renas. Genom att rena gasen från koldioxid kan gasens värmevärde höjas något, men produktionen blir då dyrare. Genom att katalysera biosyntesgas kan en gas som kallas DME fås fram. DME har många liknande fysikaliska egenskaper som gasol och kan distribueras på liknande sätt. DME har ett undre värmevärde på 54 MJ/Nm 3. Ökade tillverkningskostnader är den största nackdelen med DME. För att kunna förbränna biosyntesgaserna i ugnarna måste brännarna bytas ut, även nya rörledningar och ventiler behövs. Brännarna kan endast bytas för de större ugnarna. Det finns ett fåtal företag som är intresserad av projektet och har utrustning som de tror fungerar. Gasolen behöver finnas kvar som backup. I RTO-enheten kan biosyntesgasen användas genom att injicera gasen i luftströmmen innan enheten. Gasolbrännarna ska finnas kvar som säkerhet. Många av de tekniska problem med utrustningen som kan uppstå vid byte till biosyntesgas kan undvikas genom att byta till DME istället. I sådant fall kan befintliga brännare troligtvis användas, med justering och byte av vissa delar. Effektbehovet av gas har beräknats till ungefär 2,5 MW, utifrån de tillverkningsnivåer som var aktuella oktober Den förbrukningsanalys som har gjorts är väldigt osäker, eftersom data inte har funnits för någon längre period. 2 (63)

3 Use of biosynthesis gas for LPG substitute at Volvo Trucks Umea ABSTRACT Volvo Trucks in Umea has a vision of a CO 2 - neutral factory. Today, they use LPG (Liquefied Petroleum Gas) in the drying process of the painting. LPG accounts for about 10 % of the energy consumption at the factory. In the factory, the biosynthesis gas will be applied at two large gas ovens, which are used to heating the drying-air and for destruction of dissolvent. The gas will also be applied at the RTO unit (Regenerative Thermal Oxidizer), which is used for destruction of dissolvent. The purpose of this degree project is to study the possibility to replace LPG with local produced biosynthesis gas. A collaboration work between Volvo Trucks in Umea, Umea University and Umeå Energi has gone on for a couple of years. The researchers at the University contribute with their knowledge, Umeå Energi will build and drift the plant and Volvo Trucks use the gas. Torrefaction is a pretreatment method for biomass that is further developed by a research team at the university. The belief is that gasification of this torrefied biomass can give a tar free biosynthesis gas. The biosynthesis gas will have a lower heating value of about 8-12 MJ/Nm 3. LPG has a lower heating value of 93 MJ/Nm 3. Difficulties can arise with combustion in the burners, because of the low heating value of the gas. One important aspect of this project is to maintain the destruction efficiency of the units. The project is also not allowed to affect the production of cabins in a negative way. The pretreatment and gasification technology that will be used in this project lies in the research front. The plant will be the first in the world with this technology. Literature studies have been done, including many research papers. A gas analysis was necessary in order to gather knowledge of the impurities of the gas, and if they can cause problems in the units at the factory. The gasification plant has not been built yet and no gas is obtainable; therefore calculations with a thermo chemical computer program, FactSage, were done. A specification of requirements has been carried out and a market research has been done to identify if all necessary equipments are commercial available. To get knowledge of the necessary size of the gasification plant, a consumption analysis for the factory has been done. Limit values for impurities has been developed and a comparison with the calculated levels of impurities implicate that the biosynthesis gas has to be cleaned to meet the minimum requirements. CO 2 removal can be included in the process, thereby the lower heat value can rise but this brings an increased cost. By catalyzing biosynthesis gas, the gas fuel DME is produced. DME and LPG are similar in many physical properties and DME can be distributed in the same way as LPG. The lower heating value of DME is 54 MJ/Nm 3. Catalyzing to DME imply rise of manufactory costs. There are a few companies who are interested in the project and who has potential equipments. To use the biosynthesis gas in the process, a change of the burners in the ovens are necessary. The factory also needs new distribution pipes and valves. It is necessary to keep the LPG as a back-up solution. The biosynthesis gas will not be used in the RTO-burners but is instead injected to the polluted air in front of the RTO unit. Also in this unit LPG will be used as a back-up solution for high reliability. With DME instead of biosynthesis gas, many of the technical problems are solved. For example, the existing burners can presumably be used, maybe with a change of the gas train. The power requirement has been calculated to 2,5 MW for the production levels of October Unfortunately the consumption analysis is vague, because shortage of data. 3 (63)

4 FÖRORD Detta är ett examensarbete utfört inom Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik vid Umeå Universitet och omfattar 30 högskolepoäng. Arbetet har utförts på uppdrag av Volvo Lastvagnar i Umeå. Jag vill rikta ett stort tack till min handledare på Volvo Lastvagnar, Tommy Hedlund, för all hjälp jag har fått. Jag vill även tacka andra anställda vid Volvo som har varit behjälpliga. Jag vill tacka Anders Persson, ID-Inventing Development HB i Lund, för alla frågor som har fått mig att tänka till och alla tips som han har bidragit med. Jag vill även skicka ett tack till framförallt Martin Nordwaeger och Ingemar Olofsson, men även andra forskare vid ETPC-enheten (ETPC - Energy Technology and Thermal Process Chemistry) vid Umeå Universitet som har ställt upp och besvarat alla mina frågor oavsett tidpunkt. Slutligen vill jag tacka min handledare vid Umeå Universitet, Åke Fransson, för all hjälp med min rapport. Trevlig läsning! Umeå december Anna Persson 4 (63)

5 INNEHÅLLSFÖRTECKNING 1 INLEDNING Bakgrund Teknikfronten idag Syfte METOD Litteraturstudier Analys Kravspecifikation och utrustning Marknadsundersökning Avgränsningar ALLMÄNT OM TORKNING OCH DESTRUKTION AV LÖSNINGSMEDEL Torkning av färger och lacker Destruktion av lösningsmedel ANLÄGGNINGSBESKRIVNING Allmänt Elektrodopplackering och ED-ugnen Kittning och kittugn Lackering GASFAKTA Energigasers egenskaper Gasol Biosyntesgas Föroreningar och gasrening Rening av syntesgas DME BRÄNNARE (63)

6 6.1 Brännare för industriprocesser Värmeåtervinning i brännare Brännare för gas med lågt värmevärde RESULTAT Gasanalys Förbrukningsanalys UTRUSTNING Kravspecifikation ED- och kittugn Lackering DME ENERGIGASPRISER Gasolpriser DISKUSSION Gasanalys och rening Utrustning DME Förbrukningsanalys Energigaspriser Alternativa lösningar Fortsatt arbete SLUTSATS REFERENSER...61 BILAGA 1 Gasol BILAGA 2 Gasdata BILAGA 3 Sammanställning flöden BILAGA 4 Brännarleverantörer BILAGA 5 Kolfilter

7 1 INLEDNING 1.1 Bakgrund Volvo Lastvagnar i Umeå har som mål att fordonsfabriken ska bli koldioxidneutral. Mycket har gjorts i fabriken under de senaste åren, bland annat har fjärrvärme installerats och värmeåtervinning utförts i stor skala. Ett nytt måleri har byggts som är världens renaste vad gäller utsläpp av lösningsmedel, men idag används gasol i torkprocessen i måleriet. Gasol är en fossil gasblandning som till största delen består av propan eller butan. Gasolanvändningen står för ungefär 10 % av den totala energiförbrukningen vid fabriken. För att ta ytterligare ett steg mot en koldioxidneutral fabrik har Umeå universitet, Umeå Energi och Volvo Lastvagnar i Umeå tecknat ett samarbetsavtal där tanken är att lokalt producerad, miljövänlig biosyntesgas ska ersätta gasol. Många produkter för fordonslackering innehåller organiska lösningsmedel som avger flyktiga organiska ämnen, så kallade VOC (Volatile Organic Compounds). Effektiva reningsmetoder som bryter ned kolväten till koldioxid och vatten är viktiga eftersom utsläpp av flyktiga organiska ämnen ökar halten av marknära ozon och medför hälsorisker och skador på miljön [1]. Fabriken har två större gasolugnar vars uppgift är att destruera den luft som innehåller lösningsmedel och även värma upp luft för torkning. En destruktionsanläggning, så kallad RTO (regenerativ termisk oxidering), för lösningsmedel där gasol används i dagsläget är installerad i nya måleriet. Det finns även en mindre ugn för uppvärmning av destruktionsluft. Gasol är en i princip helt ren gas medan rå biosyntesgas innehåller många olika föroreningar och vid konvertering till biosyntesgas finns risken att problem på grund av korrosion och avlagringar på exempelvis ytor till värmeväxlare kan uppstå. Den metod som biosyntesgasen ska produceras med är under utveckling och det finns därför ingen specifikation över gasen. Det är ett nytt område där få tidigare studier har gjorts. Gasolen har ett effektivt värmevärde på ungefär 93 MJ/Nm 3 gas 1. Syntesgasen som planeras att ersätta gasolen har ett beräknat effektivt värmevärde på 8-12 MJ/Nm 3 gas. 1.2 Teknikfronten idag Omfattande forskning pågår idag för att på ett bra sätt förgasa biomassa till syntesgas. Sverige ligger långt framme i den utvecklingen bland annat vid Umeå Universitet pågår forskning inom området. Vid ETPC-enheten (ETPC - Energy Technology and Thermal Process Chemistry) vid Umeå Universitet pågår forskning kring förädling av biomassa och förgasning. Den förädlingsmetod som de i dagsläget arbetar med kallas torrefiering. Råvaran är biomassa som utgörs av skogsindustrins restprodukter. Det torrefierade materialet ska sedan förgasas i en flödesreaktor. Den biosyntesgas som det är planerat att Volvo Lastvagnars anläggning ska använda ska produceras me d hjälp av denna teknik. Umeå Energi ska producera den miljövänliga gasen och Volvo Lastvagnar ska använda den. Det finns planer på att bygga en förgasningsanläggning för produktion av biosyntesgas inne på industriområdet. Förbränning av gas med ett så lågt värmevärde som denna biosyntesgas beräknas ha är ovanligt. Det förekommer teknikutveckling av utrustning för gas med lågt värmevärde, men den har oftast ett högre värmevärde än den gas som ska tillverkas här. Ett problem som förväntas lösas med detta arbete är att hitta en brännare som klarar av att använda den gas som ska produceras vid fabriken. 1 Normalkubikmeter, Nm 3, är en standardenhet som anges för 1 m 3 gas vid normaltillstånd, det vill säga 0 C och 1,01325 bar. 7 (63)

8 1.3 Syfte Syftet med det här examensarbetet är att undersöka möjligheten att ersätta användningen av gasol med biosyntesgas i torkprocessen i måleriet vid Volvo Lastvagnars fabrik i Umeå. Aktuella frågeställningar är dessa: Vilka problem kan uppstå vid byte av gas? Vad innehåller biosyntesgasen för föroreningar och vilka nivåer av olika föreningar är acceptabla i Volvos utrustning? Behöver gasen renas för att kunna användas i fabriken? Vad behövs för att kunna byta ut förbränning med gasol mot biosyntesgas i ugnarna? Finns det brännare som behövs för att använda biosyntesgas med lågt värmevärde tillgängliga på marknaden idag? Kan den befintliga destruktionsanläggningen köras med biosyntesgas? Hur ser gasolförbrukningen ut och hur stort kommer behovet av biosyntesgas vara? Hur stora variationer i förbrukningen förekommer? 8 (63)

9 2 METOD 2.1 Litteraturstudier En omfattande litteraturstudie har gjorts. Källor har varit mestadels böcker, rapporter och internet. Eftersom tekniken som ska användas i detta projekt ligger i forskningsfronten, så har många forskningsrapporter studerats. 2.2 Analys Utrustningen i fabriken är dyr och problem som medför produktionsstop blir kostsamma. Byte av gas får därför inte medföra beläggningar som skadar den befintliga utrustningen eller medför ökat underhåll. Tyvärr finns det ännu inte möjlighet att göra en riktig gasanalys. Torrefierat material som ska användas vid förgasningen finns ännu inte tillgängligt för analys och det finns ingen förgasare i dagsläget. För att bedöma vad gasen innehåller görs litteraturstudier och beräkningar med datorprogrammet FactSage. Gasens fysiska egenskaper, som densitet och värmevärde, har även beräknats. Utförligare beskrivning av metoden för analys av gasinnehållet finns beskrivet i kapitel 7.1 Gasanalys. Material för förbrukningsanalys har hämtats från Volvo Lastvagnars interna loggningar. 2.3 Kravspecifikation och utrustning För att ta fram kravspecifikationer för utrustningen har internt material från Volvo Lastvagnar använts. Det har även förekommit kontakt och diskussioner med tillverkare av befintlig utrustning. 2.4 Marknadsundersökning En marknadsundersökning har genomförts bland annat genom att läsa på hemsidor och genom telefonkontakt med några tillverkare och återförsäljare. En intresseförfrågan har skickats ut till olika företag som säljer brännarutrustning. 2.5 Avgränsningar I arbete t har inte distributionssystem, avgassystem eller värmeväxlare undersökts ingående. Inte heller styr-, regler eller säkerhetssystem har studerats. 9 (63)

10 3 ALLMÄNT OM TORKNING OCH DESTRUKTION AV LÖSNINGSMEDEL 3.1 Torkning av färger och lacker Vätske- och pulverformiga ytbeläggningar behöver torkas eller härdas, detta är ett viktigt moment vid slutbehandlingen av många produkter och målet är att få en jämn härdning där varje yta är härdad och färdig samtidigt. Det konventionella sättet är att torkningen sker i het luft eller rökgas. Detta kallas konvektiv torkning respektive direkttorkning. Konvektiv torkning innebär att varma rökgaser värmeväxlas med torkluften. Vid direkttorkning kommer rökgaserna från förbränningen i direkt kontakt med godset som ska torkas. Processen med direkttorkning har några fördelar, den är enkel och billig, den är lätt och snabb att reglera och den är energieffektiv. Nackdelen är att eventuella föroreningar i rökgasen kommer i kontakt med godset som ska torkas. Värmet kan även tillföras genom strålning, så kallad IR-teknik. Detta är en elektromagnetisk strålning och överförs mellan två material av olika temperatur. Det går att använda tekniken tillsammans med en konvektionsugn, genom att till exempel lägga en IR-sektion innan ugnen, eller använda enbart IR-teknik. Det finns katalytiska gasstrålare med lång våglängd, vanliga gaseldade IR-strålare med våglängder i mittskiktet samt kortvågiga strålare som vanligtvis är elektriska. Olika typer av strålning ger olika temperaturer. 3.2 Destruktion av lösningsmedel Destruktion syftar till att förstöra rester från processer, som lösningsmedel. Som det nämndes i inledningen så innehåller många produkter för fordonslackering organiska lösningsmedel som avger flyktiga organiska ämnen, VOC (Volatile Organic Compounds). VOC består av kolföreningar som reagerar fotokemiskt med NO X och andra kemikalier och bildar marknära ozon [2]. Ozon är ett starkt oxidationsmedel och det är skadligt för hälsan och för växtligheten i för stor dos. Det är viktigt med bra reningsmetoder, som bryter ned kolväten till koldioxid och vatten. Med termisk destruktion (800 C C) förbränns resterna från lackerings- och ytbehandlingsprocesser effektivt till huvudsakligen koldioxid och vatten. De flesta flytande och gasformiga bränslen kan användas som stödbränsle, de måste dock uppfylla vissa grundläggande krav; Att en tillräckligt hög förbränningstemperatur uppnås och att emissionerna från förbränningen av stödbränslet hålls på en rimlig nivå [3]. Det finns flera olika lösningar på marknaden idag som baseras på förbränning. Det finns både i regenerativa och rekuperativa utföranden, liksom med katalytisk förbränning. Rekuperativ förbränning innebär att den förorenade luften förvärms genom värmeväxling med utgående avgaser med en yttre värmeväxlare. Regenerativ förbränning innebär att ingående förbränningsluft värms upp av utgående avgaser i brännaren. Avgaserna värmer ett energilager, förbränningsluften värms sedan genom att den strömmar genom och kyler dessa bäddar. Vid katalytisk förbränning förekommer ingen flamma. Förbränningen sker vid förhållandevis låg temperatur med hjälp av ett katalytiskt material. Det finns lagar och förordningar som reglerar hur stora utsläppen av flyktiga organiska ämnen får vara. Enligt Naturvårdsverkets föreskrifter om begränsning av utsläpp av flyktiga organiska föreningar förorsakade av användning av organiska lösningsmedel i vissa verksamheter och anläggningar [4], gäller följande: (63) 10

11 Gränsvärden för punktutsläpp av totalkol 2 är 50 mgc/nm 3 och för diffusa utsläpp 25 % av tillförda lösningsme del. För fordonslackeringsindustrin finns även ett gränsvärden för utsläpp av VOC, gränsvärdena för totala utsläppet av flyktiga organiska ämnen är uttryckta i gram lösningsmedel i förhållande till produktens totala beläggningsyta. Gränsvärdet för det totala utsläppet gäller alla processteg som utförs i samma anläggning. För lackering av nya lastbilshytter med en årsproduktion över 5000 hytter är gränsvärdet för nya anläggningar 55 g/m 2 och för befintliga anläggningar 75 g/m 2. En ny policy från EU, Förslag till Europaparlamentets och rådets direktiv om industriutsläpp [5], anger samma gränsvärden som de som gäller idag. Ytbehandling räknas som miljöfarlig verksamhet, klass B och ansökan om tillstånd prövas av Länsstyrelsen [6]. Tillståndet anger utsläppsgränsvärden för anläggningen, länsstyrelsen kan sätta hårdare krav än vad lagstiftningen kräver. För Volvo Lastvagnars fabrik i Umeå är nuvarande gränsvärde för totalkol 20 mgc/nm 3. För totala utsläpp av organiska lösningsmedel har fabriken ett tillstånd som är på 60 ton totalt per år, vilket innebär under 10 g/m 2. 2 Totalkol, eller totalmängd oförbrända kolväten (THC), är ett annat mått på flyktiga kolväten som mäts med en totalkolvätesanalysator med FID detektion. THC är inte direkt jämförbart med VOC, i THC ingår även lätta kolväten som metan och lätta PAH ämnen som naftalen om dessa ämnen ingår i rökgasen. (63) 11

12 4 ANLÄGGNINGSBESKRIVNING 4.1 Allmänt Volvo Lastvagnar är ett dotterbolag till AB Volvo Group. Volvo Lastvagnars fabrik i Umeå tillverkar lastbilshytter, fabrikens verksamhet omfattar klippning, pressning, bearbetning och sammansättning av plåt och plåtdetaljer, ytbehandling av färdiga hytter och detaljer samt montering av inredning. Efter tillverkning transporteras hytterna vidare till någon av Volvo Lastvagnars slutmonteringsanläggningar i Europa. Detta arbete berör torkprocessen i ytbehandlingsavdelningen. Denna avdelning består av flera steg [7], där det första steget är förbehandling med avfettning i ett alkaliskt bad samt emulsionsavfettning. Vid avfettning beläggs hytten med en emulsion som består av vatten, ett organiskt lösningsmedel och något ytaktivt ämne, på metallen. Därefter följer ett steg med fosfatering, som är en kemisk ytbehandlingsmetod som ger skydd mot korrosion och ett bra underlag för målning. Elektrodopplackering (ED-lackering) i ett vattenbaserat färgbad är nästa steg, vilket även inleder målerioperationen. Efter inbränning i ugn tätas plåtskarvarna med kitt som appliceras med robot. Därefter sker lackering i olika steg. 4.2 Elektrodopplackering och ED-ugnen Elektrodopplackering används som första lackskikt. ED-lackering sker genom att det är en potentialskillnad mellan hytten och badet. Denna lackeringsteknik har flera fördelar, den ger en bra inträngning i trånga spalter, mycket jämn tjocklek på lacken och det är en vattenbaserad process som dessutom har ett högt lackutnyttjande. Men det krävs en hög härdtemperatur, vilket ger hög energiförbrukning [8]. Vid härdning förs karosserna genom en härdugn och lösningsmedel frigörs och blandar sig med luften som används för att torka hytterna, se figur 4.1. ED-ugnen har dels till uppgift att värma luften som ska härda karosserna efter elektrodopplackeringen, men också att destruera de lösningsmedel som torkluften innehåller och som leds till ugnen efter härdningen. ED-ugnen består av en förbränningskammare och en värmeväxlare, se figur 4.2. Destruktionsluften passerar först värmeväxlaren, efter förvärmningen blandas den förorenade luften med gasol och förbränns sedan i en brännare i brännkammaren. Gaserna renas då föroreningarna försvinner genom termisk oxidering. Efter ED-ugnen passerar den renade luften en värmeväxlare som värmer tilluften till härdningsugnen. Efter detta kommer ett steg med ytterligare värmeåtervinning, genom friskluftsuppvärmning. (63) 12

13 Figur 4.1. Bilden visar en principskiss över ED-ugnen, dess värmeväxlare och härdugnen för hytterna. Figur 4.2. Bilder visar hur ED- och kittugnen är uppbyggd. Den ingående luften som ska destrueras kommer in vid baksidan på ugnen och värmeväxlas innan den når munstycket, där den injiceras i brännaren. Gasol kommer in till brännaren genom munstycket [9]. (63) 13

14 4.3 Kittning och kittugn Efter elektrodopplackeringen tätas plåtskarvarna med kitt. Kittet appliceras med robotar och därefter härdas kittet i en ugn. Figur 4.3 visar en skiss över processen. Vid härdningen frigörs lösningsmedel och luften som innehåller lösningsmedlet leds till en efterbränningskammare där kolvätena förbränns. Kittugnen består även den av en förbränningskammare och en värmeväxlare där rökgaserna förvärms till maximalt 520 C, enligt samma princip som i figur 4.2. Den förorenade luften blandas sedan med gasol och förbränns i en brännkammare. Brännartemperaturen är 760 C och den förorenade luften förbränns så att emissionsnivåerna reduceras under de högst tillåtna värdena. Den destruerade luften passerar efter förbränningskammaren en värmeväxlare som värmer luften till härdningsugnen. Kittugnen är designad så att den mesta överskottsvärmen används till att värma härdningsugnen. Den värme som återstår i gaserna efter detta används till att värma upp varmvatten innan gaserna når skorstenen. I processen ingår även en kylzon där hytterna kyls. Figur 4.3. Ritning över kittugn, värmeväxlare och torkning av de kittade hytterna [10]. (63) 14

15 4.4 Lackering Ett nytt grundlacksmåleri togs i drift hösten 2004 [11]. Förutom en ny process används även ett nytt grundlacksmaterial som är anpassat för lackering av plastdetaljer med lägre ugnstemperatur. Det nya måleriet har förbättrats ur miljösynpunkt på många sätt. I grundlacksprocessen används numera ett vattenburet tvåkomponentmaterial med bas och härdare, med en härdningstemperatur på 80 C 100 C. På grund av de låga härdningstemperaturerna kan uppvärmning för härdning ske med fjärrvärmevatten. Genom att byta från uppvärmning med gasolugn till fjärrvärmevatten reduceras gasolförbrukningen. I täcklackprocessen används både vattenbaserade och lösningsmedelbaserade färger. Gaser från sprutboxar som använder lösningsbaserade färger behöver renas. Dessa gaser renas tillsammans med gas från täcklacksprocessens härdugnar genom avskiljning i en enhet benämnd KPR (EcoPure KPR Rotary CarouselConcentrator Modul). KPR består av fläktar, filter och en roterande adsorbator som är huvuddelen av enheten, och där adsorbatorn innehåller zeoliter. Enheten omvandlar stora volymsflöden luft med låg koncentration av föroreningar till låga volymsflöden med hög koncentration av föroreningar. Ett volymsflöde på ungefär Nm 3 /h når enheten och den utgående koncentrerade desorptionsluften är reducerad till Nm 3 /h. I Figur 4.4.visar en sprängskiss över enheten. Processluften kommer in i KPR-enheten och passerar ett filter av aktivt kol. Därefter når den centrifugen med kalla zeolitblock. Lösningsmedlet adsorberas av zeoliterna och ren luft kan avskiljas. Zeolitblocken snurrar runt och värms sedan upp genom värmeväxling med varm luft. Då frigörs lösningsmedlet tillsammans med en mindre mängd luft. Koncentrerad desorptionsluft från KPR-enheten, tillsammans med luft med lösningsmedel från härdugnarna från grundlacksprocessen, renas i en destruktionsanläggning, så kallad RTO (regenerativ termisk oxidering). Efter RTO-enheten delas den renade gasen i två flöden, där ett delflöde går till en liten förbränningsugn, som värmer luften som sedan värmeväxlas i KPR-centrifugen. Delflödet återförs sedan till resten av den renade gasen och värmeåtervinning sker innan den renade gasen når skorstenen. Clean Process Air Hot Desorption Air Solvent-Laden Process Air Granular Activated Carbon (GAC) Rotor Drive Adsorbent Media Solvent-Laden Desorption Air Figur 4.4. Sprängskiss över KPR-enheten [12]. (63) 15

16 Luften från härdugnarna och KPR-enheten renas i RTO-enheten, vilket innebär en energieffektiv förbränning och en reningsgrad av VOC på ungefär 99 % vid normala driftsfall. RTO-enheten är en regenerativ förbränning där en integrerad värmeväxling sker i oxidationszonen. Anläggningen är uppbyggd av tre olika sektorer med keramikblock som luften strömmar genom, där spjäll styr åt vilket håll luften strömmar. Två brännkammare med varsin gasolbrännare skiljer de olika sektorerna åt, se Figur 4.5. Det finns tre olika driftfaser. Under den första fasen leds processluften upp genom sektor 1 och därefter strömmare luften genom varma keramikblock. Lösningsmedlet i processluften bränns delvis bort i detta block. Sedan strömmar luften genom brännkammaren, där kvarvarande föroreningar förbränns med hjälp av en gasolbrännare. Luften leds efter brännkammaren ner genom sektor 2, där den varma luften värmer upp de kalla keramikblocken. Under denna fas utförs en rengöringsfas av sektor 1. Efter sektor 2 är luften renad och fortsätter ut från RTO-enheten. En processluftfläkt suger luft från undersidan av sektor 3 och återinjekterar den i brännkammaren via sektor 1, så att de återstående lösningsmedlen kan restoxideras med hjälp av gasolbrännaren. Vid en temperatur över 850 C i brännkammaren stängs brännaren av och luftens eget innehåll av lösningsmedel räcker då till att hålla en önskad temperatur på över 700 C. Vid de andra två driftfaserna leds luften in via sektor 2 och ut genom sektor 3, respektive in via sektor 3 och ut via sektor 1. Figur 4.5. Principflödesschema över RTO-enheten för första driftfasen [12]. (63) 16

17 5 GASFAKTA 5.1 Energigasers egenskaper Sammansättningen hos olika energigaser skiljer sig åt och detta ger skiftande förbränningsegenskaper. Gaserna karakteriseras ofta med hjälp av tre storheter, värmevärde, relativ densitet och Wobbeindex. Värmevärdet, H, hos ett bränsle anger hur stor energimängd som potentiellt finns tillgängligt hos bränslet och anges ofta i MJ/m 3. Det finns två typer av värmevärde, det övre värmevärdet, och det undre värmevärdet. Det övre värmevärdet, även kallat det kalorimetriska värmevärdet, anger energin som frigörs vid förbränning under förutsättning att vattenånga kondenseras. Det undre värmevärdet brukar även kallas det effektiva värmevärdet. Detta värde anger hur mycket energi som kan frigöras som värme vid förbränning då den energi som frigörs då avgasernas vattenånga kondenseras räknas bort. Värmevärdet beräknas som summan av de ingående brännbara gasernas värmevärde med hänsyn till deras andel enligt ekvation 1; H =?x i H i. (1) H i är det övre eller undre värmevärdet, MJ/m 3, och x i är volymandelen av gas i [13]. Normalkubikmeter, Nm 3, är en standardenhet som anges för 1 m 3 gas vid normaltillstånd, det vill säga 0 C och 1,01325 bar. Relativ densitet, d, definieras som kvoten mellan två ämnens densitet. Den relativa densiteten är en dimensionslös kvantitet. För en gas definieras den relativa densiteten som gasens densitet relativt luftens densitet; d =? g /? l. (2) Wobbeindex, W, är ett mått på den energi som tillförs en brännare genom munstycket. Wobbeindex anges ofta i MJ/m 3. Det är ett centralt begrepp inom gastekniken och används för att bedöma olika energigasers brännareffekt. Brännareffekten är proportionell mot Wobbeindex, om W ökar med 5 % ökar även brännareffekten med 5 %. Wobbeindex definieras enligt; W = H d. (3) Gasen kan få både ett undre och övre Wobbeindex, beroende på om det övre eller undre värmevärdet används. Wobbeindex är även ett viktigt inslag vid bedömning av gasers inbördes utbytbarhet. Med gasers utbytbarhet menas att en gas ska kunna ersättas av en ny gas utan att försämra prestanda eller förbränningskarakteristiska. Gasers utbytbarhet är ett av de äldsta forskningsområdena inom gasanvändning [13]. Utbytbarhetsmetoderna berör i första hand atmosfärsbrännare, vilket är en av de första moderna modellerna på gasbrännare. Den används mest i pannor. Den första beräkningsmetoden att bedöma två gasers utbytbarhet var Wobbeindex, som utvecklades av Wobbe i Italien 1926 [13]. Olika utbytbarhetsprinciper har tagits fram sedan dess, arbetena har resulterat i nyckeltal eller diagram för att avgöra utbytbarheten. Förutom brännareffekten har även flamlyft, nedslag och ofullständig förbränning studerats. Utöver dessa förbränningstekniska krav, finns även krav på att värmevärde och relativ densitet ska uppfylla vissa krav. (63) 17

18 5.2 Gasol Gasol är ett svenskt handelsnamn på en gasblandning som till största delen består av propan och butan. Internationellt används beteckningen LPG, Liquefied Petroleum Gas. Gasol är en fossil energibärare. Vid rumstemperatur och atmosfärstryck är gasol gasformig, men vid ett lätt övertryck övergår gasen till vätskefas. Detta gör att den är lätt att förvara i gastuber. Gasolen förvaras alltid i slutna behållare där en del av gasen är i vätskeform och en del i gasform. I Sverige används ofta en gasblandning som består till minst 95 % av propan. Gasol är en mycket ren gas, den innehåller nästan inget svavel och inga tungmetaller eller kväve[14]. Avgaserna är också rena och fria från stoft och sot. Att gasen dessutom är lätt att reglera gör att den är populär inom industrin och i Sverige är det industrin som står för den största gasolanvändningen, ungefär 80 %. Sett till hela världen står hushållen för hälften av gasolanvändningen. Gasol kan framställas på två sätt, dels genom separation av tyngre kolväten från naturgas och dels genom destillation av petroleum. I Sverige kommer ungefär 70 % av gasolen från naturgas[14] där gasol separeras i stora avskiljningsanläggningar. Den gasol som kommer från raffinering av råolja vid så kallad enkel raffinering kan uppgå till 35 kg gasol per ton råolja [15]. Vid raffinering med högt utbyte av bensin kan gasolmängden uppgå till kg gasol per ton råolja. Den gasol som används vid Volvo Lastvagnar i Umeå har ett effektivt värmevärde på 93,1 MJ/Nm 3 [16]. Kemiska och fysikaliska data för gasolen ges i BILAGA Biosyntesgas Det är många som har uppfattningen av biogas och biosyntesgas är samma sak, detta är dock felaktigt. Biogas brukar definieras som gas producerad genom biologiska processer, till biogas hör rötgas och deponigas. Gas framställd från termisk förgasning kallas syntesgas eller syngas. Syntesgas kan framställas från många olika råvaror såsom kol, naturgas och biomassa, den största delen av den gas som produceras i dag kommer från fossila källor. Den totala globala användningen av fossilt framställd syntesgas är ungefär 5800 PJ, vilket motsvarar 2 % av den globala primära energianvändningen, enligt Boerrigter el al, 2004 [17]. Termisk förgasning av biomassa ger en produktgas som brukar kallas biosyntesgas. Vid förgasning omvandlas fasta eller flytande bränslen till brännbara gaser och aska genom ofullständig oxidation, det vill säga förbränning med luftunderskott. Kolföreningar konverteras till bland annat kolmonoxid och vätgas. En förgasare kan använda olika oxidationsmedium, dessa är luft, syrgas, koldioxid, överhettad ånga eller en mix av dessa gaser [18]. Luftfaktorn är kvoten mellan det verkliga behovet och det stökiometriska behovet av luft, eller syre, vid förbränning. När luftfaktorn är ett så är det teoretiskt fullständig förbränning. Luftfaktorn vid förgasning är vanligtvis mellan 0,3 och 0,4. Förgasning resulterar i tre huvudklasser av produkter, en mix av gaser (bl.a. H 2, CO, CO 2, CH 4, N 2 ), tjära och fasta rester. Om förgasaren är luftblåst bildas betydligt mer oönskade föreningar, i form av N 2, eftersom luft består av mycket kväve. Luft har dock fördelen att vara billig. Syrgas ger ett högre värmevärde på gasen. Nackdelen är dock att syrgas är dyrt, om inte syrgas köps in så behövs en dyr syrgasanläggning. Även ånga ger en gas med högre värmevärde, men extra värme kan behövas för att upphetta ångan. Det finns även andra faktorer som påverkar förgasningen och vilka föreningar som bildas, dessa är: tryck, temperatur, upphettningshastighet, turbulens, uppehållstid, storlek på bränslepartiklar, vilken typ av förgasare som används och katalysatorer eller bädd additativ [18]. (63) 18

19 Det finns olika förgasare, de vanligaste typerna av förgasare är fix-bädd förgasare, fluidbäddsförgasare, indirekt förgasare och entrained-flow förgasare (strömningsförgasare). Dessa är uppbyggda på olika sätt och detta påverkar även innehållet i produktgasen. Gasen som bildas vid förgasning har många olika användningsområden, som förbränning, generera värme eller användas till en turbin för elektrisk generering. Gasen används även i stor omfattning i kemisk industri för att tillverka ammoniak/konstgödsel och metanol. Ett användningsområde som är under utveckling är upparbetning till olika drivmedel. Vid förgasning bildas även en hel del oönskade föreningar och beroende på vilket bränsle som används och dess komponenter, samt processförhållanden, varierar innehållet i produktgasen. Exempel på sådana oönskade föreningar är svavel, klor, alkalimetaller, partiklar och tjäror. Dessa ämnen kan bland annat orsaka beläggningar och korrosion, eller vara skadliga för miljön. Biomassans innehåll av dessa ämnen beror bland annat på dess ursprung, markens näringsinnehåll och vilka delar av trädråvaran som nyttjas. Rening av gasen är för det mesta nödvändig för att inte ställa till med problem hos användaren. Mer om detta finns att läsa under kapitel 5.4. Tjäror kan ställa till med stora problem vid förgasning av biomassa. Vid användning av fluidbäddsförgasare, framförallt luftblåst men även ibland vid användning av ånga eller syrgas, har produktgasen betydligt högre innehåll av tjäror än vid förgasning av kol eller torv. Enligt Boerrigter et al [17] skulle förgasning vid en hög temperatur ( 1300 C) med en entrained-flow förgasare sänka tjärbildningen väsentligt i jämförelse med fluidbäddsförgasare. Forskare tror även att rening av gasen kommer att bli ett mycket mindre problem om en entrained-flow förgasare används till att förgasa biomassa vid en temperatur upp mot 1700 C. Detta kräver dock förgasning med ren syrgas och genom att smält aska förs undan [19]. (63) 19

20 5.3.1 Entrained-flow förgasare Entrained-flow förgasare (eller strömningsförgasare) använder vanligtvis bränsle i form av gas, pulver eller slurry. Bränslet mixas sedan med luft, ånga eller syrgas och förgasas i en pulverbrännare. Detta innebär kort uppehållstid, höga temperaturer (ofta 1300 C-1500 C) och små bränslepartiklar (fast eller flytande, ofta ungefär 100 µm). Entrained-flow förgasare arbetar ofta under ett tryck på bar och det är vanligt att syrgas används som oxidationsmedium [20]. Figur 5.1. Bilden visar en entrained-flow förgasare, en så kallad down-flow modell. Bilden kommer från Olofsson et al. [21]. Det finns två olika modeller av entrained-flow förgasare. Figur 5.1 visar en så kallad down-flow modell. Den andra modellen kallas up-flow. I down-flow modellen mixas bränslet med ånga eller syrgas i toppen av förgasaren och förgasas i en turbulent pulverbrännare vid höga temperaturer, över 1200 C och en låg uppehållstid på endast någon enstaka sekund. Vid dessa höga temperaturer produceras en i princip tjärfri syntesgas och smält slagg [21]. Gasen kan kylas inne i reaktorn, därmed produceras ånga som kan användas senare i processen. Vid kolförgasning omvandlas huvuddelen av askan till slagg. I botten av förgasaren finns vatten där slagget droppar ned och förs bort från gasen. Basfunktionen är densamma för up-flow modellen som för down-flow, med några undantag i designen. Bränsle/syrgas mixen tillsätts i ett eller två steg vertikalt från sidan i nedre delen av förgasaren. Produktgasen lämnar förgasaren från toppen. Slagg förs bort från botten av förgasaren. Förgasning med en entrained-flow förgasare är en väl beprövad teknik vid förgasning av kol och tunga oljerester, men det finns ännu ingen sådan förgasare för ren biomassa. När biomassa ska användas som bränsle måste det förbehandlas på något sätt, exempelvis genom att krossa bränslet eller pyrolysera det till gas, men dessa metoder är dyra. Kostnaden har länge varit ett hinder för att använda tekniken. Forskare vid ECN i Holland har kommit på en lösning, och vidareutveckling sker bland annat på ETPC-enheten vid Umeå Universitet. Lösningen är en förbehandling av biomassa med så kallad torrefiering där ett bränsle fås som kan liknas vid ett rostat pulver [22]. En pilotanläggning för torrefiering har precis färdigställts. (63) 20

21 5.3.2 Torrefiering Torrefiering är en termokemisk metod att förbehandla biomassa, med syfte att förändra dess egenskaper för att få ett bättre bränsle till bland annat förbränning och förgasning. Torrefiering sker inom temperaturintervallet 250 C-300 C, under atmosfärstryck och utan tillgång på syre. Vid dessa temperaturer sker en reaktion där biomassan faller sönder och förlorar sin sega och fibriga struktur och den torkas helt. Resultatet är ett sprött material som är hydrofobiskt, det vill säga att det stöter bort vätska. När biomassan faller sönder frigörs en del flyktiga föreningar tillsammans med vattenånga vilket ger en förlust av massa och kemisk energi till gasfasen. Mängden flyktiga föreningar som frigörs beror på temperatur, uppehållstid och vilken biomassa som behandlas. Det torrefierade materialet har högre värmevärde än den obehandlade biomassan på grund av att mer massa än energi försvinner under behandlingen. Ungefär 70 % av vikten och % av energiinnehållet återstår efter torrefieringen [23]. Torrefierad biomassa har högre densitet än den ursprungliga biomassan och eftersom dess energiinnehåll per vikt- och volymenhet är högre fås fördelar vid transport och annan logistik [24]. Det torrefierade materialet kan sedan enkelt malas till ett fint pulver. Det går att göra pellets av materialet, vilket kan underlätta vid bland annat transport Förgasare vid Volvo Lastvagnar Det är ännu inte bestämt vilken typ av förgasare som ska byggas vid Volvo Lastvagnars industriområde, men troligtvis blir det en Entrained-flow förgasare. Biosyntesgasen som ska användas vid Volvos anläggning beräknas att ha ett värmevärde på 8-12 MJ/Nm 3. Tabell 5.1 visar gasens huvudkomponenter. Tabell 5.1. Gasens beräknade innehåll och värmevärde (LHV = undre värmevärdet), material fråningemar Olofsson [25]. Sammansättning Volymprocent LHV 100% (MJ/Nm 3 ) H ,79 CO ,63 CH ,79 C 2 H ,0 CO N H 2 O dry Detta är beräknat värmevärde med ett brett spann, för att inkludera olika sorters förgasare. Gasinnehållet och därmed värmevärdet, kan även ändras beroende på hur förgasaren körs. Ett högt tryck i förgasaren, bar, ger en större andel metan och vissa andra kolföreningar i syntesgasen än om förgasaren körs vid ett lägre tryck [26] men enligt Higman et al. [27] är det bäst ur energisynpunkt att använda lågt tryck vid förgasningen, eftersom trycksättningen kostar energi. (63) 21

22 5.4 Föroreningar och gasrening Svavelföreningar Biobränslen innehåller små mängder svavel jämfört med fossila bränslen. Bark innehåller ändå relativt mycket och det beror till synes på att det exponeras mot omgivande atmosfär och surt regn och annat nedfall. Vid förgasning bildar svavlet i bränslet i första hand H 2 S, ungefär % av svavlet är i den formen, resterande bildar för det mesta COS, CS 2 och S X [27]. H 2 S är giftig och korrosiv, men även skadlig för miljön eftersom den bildar SO 2 vid förbränning Kväveföreningar Kväve tillförs förgasaren på två sätt, dels i form av organiskt kväve i bränslet, men även som termiskt kväve (N 2 ), där beror mängden till stor del på om det är luft eller syrgas som används vid förgasningen. En stor del av kvävet bildar N 2, men det produceras även en del NH 3 och HCN. Det är i första hand det organiska kvävet i bränslet som bildar NH 3 och HCN vid förgasning [27]. Om gasen sedan förbränns reagerar ammoniaken (NH 3 ) lätt och bildar kväveoxid som bidrar till höga NO utsläpp om inte någon reningsteknik används. En metod för att minska utsläppen av NO kan vara att sönderdela ammoniaken i gasen till molekylärt kväve innan förbränning. Mängden gas att ta hand om är betydligt lägre innan förbränning än efter Alkalimetaller Till alkalimetaller hör litium, natrium, kalium, rubidum, cesium och francium. Alkalimetaller som kalium och natrium i biobränslet kan bilda salter som kan leda till korrosion och avlagring på ytorna till värmeväxlare [2]. Se vidare nästa stycke om klorföreningar Klorföreningar Klor förekommer ofta i biomassa, särskilt i halm. Vid förbränning och förgasning frigörs kloret ofta som HCl eller Cl 2. Beroende på vad bränslet annars innehåller i form av alkali och andra metaller, bildar kloret även föreningar som NaCl, KCl, PbCl 4, HgCl 2 och NiCl 2. Figur 5.2. Korrosiva reaktioner på ett metallrör vid typiska förhållanden i en förbränningsugn [2]. Korrosion på grund av klorföreningar kan allvarligt skada pannor och annan utrustning som ett resultat av kemisk interaktion mellan ämnen som HCl och Cl 2 men även vatten, syrgas, metaller, svaveloxid och alkaliföreningar. Både svavel och alkalimetaller hjälper till vid kloridrelaterad korrosion, vilket visas i figur 5.2. Detta kan ske direkt, genom reaktion med gasmolekyler, eller indirekt genom utfällning som ger kemiska reaktioner, vilka bildar korrosiva föreningar. Som exempel kan SO 2 reagera med NaCl eller KCl i gasfas. Därigenom bildas HCl och sulfater med Na respektive K. HCl i sin tur reagerar med metallen och kan bilda till exempel FeCl 2, som sedan reagerar med O 2. Då frigörs kloret som än en gång kan reagera med metallen och så kan reaktionen upprepas [2]. (63) 22

23 5.4.5 Partiklar Partiklar bildas vid ofullständig förbränning av kol, olja, biobränslen och drivmedel och kan spridas långt genom luftströmmar. De är skadliga för hälsan genom att bland annat orsaka luftvägssjukdomar. Föroreningar från flygaska och andra fasta partiklar från förbränningsanläggningar och industrier var det första som uppmärksammades och sattes begränsningar på. Partikelutsläpp från kolkraftverk har kontrollerats sedan 1920-talet. Vid förbränning eller förgasning av biobränsle bildas bland annat grova askpartiklar, ultrafina partiklar, sot och askbildande gaser och ångor, men även mekaniskt genererade partiklar genom nötningsslitage. Oorganiska mineraler i bränslet omvandlas till fasta, flytande eller gasformiga sammansättningar och lämnar systemet som bottenaska, flygaska eller ånga. I vilken form de askbildande ämnena slutligen omvandlas till beror på många faktorer, som temperatur, tryck, uppehållstid, partikelstorleken hos bränslet och hur det distribueras, etc. Partikelstorleken varierar mellan 0,001 µm och 100 µm. Flyktigheten hos de askbildande elementen är högre vid förgasning än vid förbränning [2]. Sot definieras som kolhaltiga partiklar producerat från gasformigt bränsle eller lättflyktiga fasta- eller flytande bränslekomponenter från förbränning Tjäror Någon enhetlig beteckning för tjäror är svår att hitta i litteraturen men tjäror kan förklaras som kondenserade organiska föreningar som bildas vid pyrolys och förgasning av fasta ämnen. Typisk tjära består av en blandning av olika tyngre kolväten, som bensen, toulen och fenol och polycykliska aromatiska kolväten (PAHs). Under fortsatt process så kan dessa dela sig till mindre och gasformiga föreningar, som VOCs, eller övergå till sotpartiklar [2]. Beroende på bränsle, processförhållanden (temperatur och gasfaser) och reaktortyp kan tjärinnehållet variera kraftigt. Mängden tjäror som bildas beror till stor del på luftfaktorn vid förgasningen och temperaturen. Men det viktigaste är inte mängden tjäror som bildas, utan daggpunktstemperaturen för just den tjärblandningen [21]. De tyngsta tjärkomponenterna kondenserar vid de högsta temperaturerna. När daggpunkte n för tjäran har reducerats till under den lägst förväntade temperaturen, är beläggningsproblem på grund av kondensering eller tjäraerosoler lösta. Som det nämns tidigare i kapitel 5.3 kan tjäror ställa till med stora problem vid förgasning av biomassa. Nästan tjärfri syntesgas kan endast produceras vid höga temperaturer, eftersom en ökning av temperaturen ger en ökning i produktionen av gasformiga produkter och en minskning av tjäror som bildas [17].Tjäror är inte önskvärda i produktgasen då de kan ställa till med problem genom kondensation, bildande av tjäraerosoler och polymerisering till mer komplexa strukturer. Den tillåtna nivån av tjäror i gasen är helt beroende av vad gasen ska användas till. Char är det fasta materialet som återstår efter att lätta gaser och tjära har drivits bort vid förbränning och förgasning Kolmonoxid Kolmonoxid, även benämnt koloxid, har den kemiska beteckningen CO. Gasen bildas vid ofullständig förbränning av de flesta ämnen. Gasen har en densitet på 1,25 kg/nm 3 och blandas därför lätt med luft [13]. Kolmonoxid reagerar relativt lätt med syret i luften och bildar koldioxid. Kolmonoxid är en färglös och luktfri gas som är giftig vid inandning och extremt brandfarlig. Kolmonoxidens giftighet beror på att den binds till de röda blodkropparnas hemoglobin mycket starkare än syre. Kolmonoxid sprids via luften och inandning av kolmonoxid kan leda till andningssvårigheter, kramper, medvetslöshet och det kan även leda till döden [15]. Inandning av gasen kan ge fosterskador för gravida och utsläpp av kolmonoxid är även en särskilt stor fara för hjärt- och kärlsjuka då syreupptagningsförmågan försämras [28]. (63) 23

24 5.5 Rening av syntesgas Jämfört med kol innehåller biomassa höga halter av alkalimetaller och klorföreningar, som övergår till gasfas vid förgasning. Rening av gasen inkluderar avdamning av gasen i cykloner, vattenskrubbers för att kyla av gasen och för att rena bort kvarvarande stoft, alkalimetaller, NH 3,HCl och för att kondensera de mesta av tjärorna. En våt elektrostatisk stoftavskiljare kan användas för tjäraerosoler och fint stoft. H 2 S och COS fås inte bort med någon av dessa tekniker. Det finns många olika tekniker för avsvavling. Enligt Hagen et.al, 2001 [26] är det två av dessa som är allmänt tillämpade för att avlägsna svavelföreningar från syntesgas tillverkad av biomassa. Båda dessa är relativt enkla absorptionsprocesser. Den ena av processerna använder aktivt kol, där oxideras svavelvätet till elementärt svavel i en katalytisk reaktion. Den andra metoden ger bättre rening och detta behövs vid katalytiska processer. Zinkoxid (ZnO) används för att ta bort spår av svavel, processen sker vid en temperatur på 200 C-350 C. Zinkoxid tar också bort halogenföreningar (Cl, Br, F), men vid höga klorkoncentrationer och hög temperatur kan zinkklorid som bildas förångas och följa med till nästa processteg. Ett andra absorptionssteg, baserat på aktiv aluminiumoxid, kan absorbera de flyktiga kloridföreningarna. Vid förekomst av höga halter av svavelföreningar i syntesgasen, exempelvis syntesgas tillverkad från olja eller naturgas, behövs andra processer för att rena bort svavelföreningar. Clausprocessen är en viktig metod, där H 2 S oxideras till svavel och vatten [2]. Den mesta syntesgasen framställs genom ångreformering av naturgas. Rening av rågas från denna framställningsmetod är en väl beprövad och kommersiellt använd metod [17]. Det vanliga tillvägagångssättet är att först snabbkyla den varma rågasen med vatten och avlägsna fasta partiklar och flyktiga alkalimetaller med till exempel cyklon och/eller filter. Sedan avlägsnas ammoniak (NH 3 ) och halider (HCl, HBr och HF) med en vattentvätt och H 2 S endera genom absorption (som är billigare och därför att föredra vid små mängder H 2 S) eller genom omvandling till elementärt svavel (Claus process) [17]. COS och HCN tas bort i en så kallad guardbed. Om gasen innehåller stora mängder COS och HCN kan det vara ekonomiskt fördelaktigt att installera i ett hydrolyssteg för att omvandla dessa föreningar till H 2 S respektive NH 3, eftersom dessa är lättare att ta bort. Kvarvarande spår av oorganiska föreningar (HCN, COS, HCl, NH 3, etc.) kan tas bort med ett filter av aktivt kol. Figur 5.3 visar en schematisk bild över en vanlig industriell reningsteknik. Figur 5.3. Bilden visar en schematisk bild över en vanlig industriell lösning, baserad på kommersiellt tillgänglig teknik, för att rena syntesgas framställd från naturgas [17]. (63) 24