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

25 5.5.1 Rening av biosyntesgas Enligt Olofsson et al [21] finns tre olika metoder för att rena biosyntesgas. Detta är genom kall gasrening, delvis het rening och het rening, figur 5.4. Kall gasrening utförs vid en temperatur under 200 C och börjar med kylning av gasen, ofta följt av ett hydrolyssteg för COS, våtskrubber för borttagning av tjäror, partiklar och char, svavelrening och sedan återvärmning av gasen. Kall gasrening är den billigaste av dessa metoder, eftersom dyrt värmetåligt material inte behöver användas. Nackdelen är energiförluster, eftersom gasen kyls och sedan återupphettas. Om förgasning med biobränsle sker vid ett lågt tryck kan kall gasrening vara en bra metod att använda, enligt Olofsson et al [21]. Metoden för delvis het rening utförs vid en temperatur på C. Gasen kyls först något för att nå önskad temperatur och passerar sedan genom ett filter för att avlägsna partiklar och char. Här kan någon form av fabriksfilter för hög temperatur, kerami kfilter eller en så kallad mgranularbed användas. Eventuellt kan ett steg för borttagning av tjära sättas in här. Sedan kyls gasen ytterligare en gång för att H 2 S ska renas bort. Olofsson et al [21] anser att vid en förgasning med högt tryck och måttlig temperatur kan denna metod vara lämplig. Tekniken är relativt dyr och vid lägre tryck och hög temperatur finns det bättre alternativ. Het gasrening genomförs vid temperaturer över 550 C och gasen blir först kyld till denna temperatur. Därefter sker svavelrening och ett filtersteg där partiklar och char renas bort i keramikfilter eller med en så kallad granularbed. Därefter kan ett steg för sönderdelning av tjära sättas in (genom delvis förbränning och/eller katalytiskt). Sedan renas gasformiga halogenföreningar (Cl, F), alkalimetaller och spårämnen. Enligt Olofsson et al [21] är denna reningsmetod ofta att föredra vid förgasning. Vid förgasning med högt tryck och medel till höga temperaturer behövs minimalt med justering av temperatur och tryck. Figur 5.4. Bilden visar en jämförelse mellan kall gasrening, delvis het rening och het rening [21]. (63) 25

26 5.5.2 Konvertering till metan Beroende på vad gasen ska användas till är CO mer eller mindre önskvärt. I detta fall skulle ett lägre innehåll av CO och ett högre värmevärde vara önskvärt. Genom en kemisk omvandling kan kolmonoxiden konverteras till metan, som har ett högre värmevärde. Både kväve och vatten kan reagera med CO. Denna process kallas shift respektive methanation och kan förklaras med följande ekvivalenta reaktioner: Reaktion med CO och H 2 till metan och vatten ( shift ) CO + 3H 2 <--> CH 4 + H 2 O Reaktion med CO och H 2 O till metan och koldioxid ( methanation ) 4CO + 2H 2 O <--> CH 4 + 3CO 2 Vid en temperatur på 300 C kan en konvertering på 99 % eller högre uppnås [26]. Denna reaktion är långsam vid reaktionstemperaturen och för att öka hastigheten används en nickelbaserad katalysator. Det är en exoterm reaktion där värmeförlusten kan bli % Uppgradering I alla förgasningsprocesser produceras koldioxid. Med uppgraderingsteknik kan koldioxid tas bort från biosyntesgasen. Genom att koldioxiden tas bort från gasen kan värmevärdet höjas. Det finns olika uppgraderingsmetoder på marknaden och under utveckling. Här presenteras några av de vanligaste. Data från anläggningar, leverantörer och litteratur visar på att kostnaden för att uppgradera biogas ligger på mellan 0,10 och 0,40 kr per kwh [29]. Kostnaden är högre för mindre anläggningar och lägre för större anläggningar. Skillnad i kostnader mellan olika tekniker har inte tagits fram i detta arbete. Absorption med vatten (vattenskrubber) Vattenskrubber är den uppgraderingsteknik som hittills är vanligast i Sverige för att avskilja koldioxid från biogas [29] och den bygger på Henrys lag 3. Gasen renas från koldioxid i en vattenskrubber genom att koldioxiden fysikaliskt löser sig i vattnet under tryck. Även svavelväte, ammoniak och till viss del metan har dessa egenskaper. Metan har lägre löslighet än de andra ämnena. Skillnaden är särskilt stor under högt tryck och låg temperatur. Absorption med vatten kan vara utformat antingen med enkelt genomströmmande vatten eller med recirkulerande vatten. Med regenerering av vatten minskar vattenbehovet, men energibehovet ökar. Processen, som visas översiktligt i figur 5.5, går ut på att trycksatt rågas leds in i botten av en absorptionskolonn där gasen motströms möter vatten som leds in från toppen. I absorptionskolonnen finns fyllkroppar som har till uppgift att öka överföringsytan mellan vatten och gas. Den utgående gasen innehåller nästan ingen koldioxid. Vattnet innehåller även en liten del metan och därför leds vattnet till en så kallad flash-tank där trycket sänks lite för att lösgöra metan, som förs tillbaka till gasen. Efter flash-tanken går vattnet till en desorptionskolonn med fyllkroppar, där ett motströms luftflöde avdriver koldioxiden. Vid en vattenskrubber med recirkulerande vatten 3 Henry lag Henrys lag säger att partialtrycket för ett ämne i gasfas är linjärt mot dess koncentration i en lösning som befinner sig i jämvikt med denna; P A = k A * c A, där P A är partialtrycket för ämnet i gasfasen, c A är koncentrationen av löst gas A, och k A är Henrys konstant som är olika stor för olika gaser. Henrys konstant är dessutom temperaturberoende. Lösligheten minskar vid en ökad temperatur på vattnet. Ju högre värdet är på konstanten, desto större tendens har ett ämne att övergå till gasfas. (63) 26

27 kyls vattnet innan det återförs till absorptionskolonnen. Även svavelväte absorberas av vattnet och desorberas sedan delvis samtidigt som koldioxiden och oxideras till elementärt svavel, där en del kan kvarstå i vattnet. Den uppgraderade gasen är mättad på vatten och behöver därför torkas. Figur 5.5. Absorption med recirkulerande vatten [26] PSA (Pressure Swing Adsorption) PSA tekniken bygger på att koldioxid separeras från metan genom adsorption/desorption på aktivt kol eller zeoliter vid olika trycknivåer. Anläggningen består av fyra kärl som består av absorptionsmaterial. Varje kärl jobbar växelvis i fyra olika faser; adsorption, trycksänkning, desorption och uppbyggande av tryck. Gasen som ska uppgraderas med PSA teknik måste vara torr, för att inte skada absorptionsmaterialet. Tekniken är den näst vanligaste i Sverige vid uppgradering av biogas [29]. Fysisk absorption Fysisk absorption påminner till stor del om absorption med vatten. Även denna teknik bygger på att koldioxid kan absorberas fysiskt av en vätska och sedan regenereras med värme och/eller tryckminskning, enligt Henrys lag. I stället för vatten används en lösning, den vanligaste lösningen går under handelsnamnet Selexol [29]. Selexol tar bort koldioxid, svavelväte, ammoniak ur gasen, men även vatten och klorerande kolväten. Problemet med svavelvätet är att det har högre löslighet än koldioxid och behöver därför betydligt mer energitillförsel vid regenerering. På grund av detta brukar svavelvätet renas i förväg [26]. Selexol kan absorbera tre gånger så mycket koldioxid som vatten, detta medför att anläggningen kan göras mindre. Dock krävs mer energi vid regenereringen än för absorption med vatten [29]. (63) 27

28 Absorption med kemisk reaktion Tekniken fungerar på liknande sätt som fysisk absorption, den består av en absorptionskolonn och regenerering. Skillnaden är att att i absorptionskolonnen används kemikalier för att binda koldioxiden. Regenereringen är energikrävande och sker i en omvänd kemisk reaktion med ånga, där koldioxid återgår i gasfas. Beroende på vilken kemikalie som används tas vatten och svavelväte bort ur gasen till olika stor utsträckning. Men energiåtgången vid regenerering av svavelväte är högre än för koldioxid, så rening av svavelväte brukar ske innan uppgraderingen [26]. Förlusterna av metan är låga, eftersom kemikalierna inte binder till metanet. Nackdelen är hantering samt risk för utsläpp/läckage av kemikalier. Eftersom processen bygger på kemisk reaktion kan uppgraderingen ske vid atmosfärstryck och inga kompressorer behövs [2]. Kolväteföreningar och partiklar kan orsaka problem i absorptionskolonnen [21]. (63) 28

29 5.6 DME DME (dimethylether, CH3OCH3) har fått mycket uppmärksamhet i media som ett alternativt drivmedel med låga partikelutsläpp och som är enkelt att distribuera. DME är en enkel kemisk förening som består av en kort kolkedja, se figur 5.6. Volvo Lastvagnar är med i ett utvecklingsprojekt tillsammans med bland andra Chemrec, där svartlut förgasas och sedan katalyseras till DME [30]. DME är ett rent bränsle som kan produceras från diverse material som naturgas, kol, metan och biomassa. DME från biomassa katalyseras ur syntesgas i två steg. Syntesgasen måste renas innan den kan katalyseras. Den råa syntesgasen kan innehålla för mycket CO och för lite H 2 för DME syntesen. CO-shift reaktor är därför eventuellt nödvändig. Kommersiell produktion av DME framställs av en biprodukt från vanlig högtrycksproduktion av metanol [21]. DME bildas genom en process som består av två steg, där först metanol syntetiseras och sedan torkas med en syrakatalysator. DME kan även produceras direkt från biosyntesgas, det vill säga inte via metanol. Företaget Haldor Topsoe har en DME process där produktionen av metanol och dess syntetisering till DME är integrerade i en process [31]. DME är ett gasformigt bränsle som är närbesläktat med gasol. Då DME och gasol har många liknande fysiska egenskaper kan DME distribueras på samma sätt som gasolen. DME övergår till flytande form vid endast 5 bars tryck och är därför enkelt att frakta och förvara. DME har dock en snabbare förbränningshastighet, lägre självantändningstemperatur och ett lägre värmevärde än gasolen. DME har ungefär 58 % av gasolens Wobbeindex men eftersom densiteten i vätskeform är högre än för gasol kan samma tank för DME rymma 85 % av energimängden mot gasol [21]. Figur 5.6. DME är en enkel kemisk förening med kort kolkedja, vilket ger låga partikelutsläpp [32]. Tabell 5.2. Egenskaper hos DME och gasol [21], [16]. DME Gasol Kokpunkt (K) 249,7 231 Termisk tändpunkt i luft (K) Relativ densitet (mot luft) 1,59 1,55 Undre värmevärde (MJ/ Nm 3 ) 54,3 93,1 Undre värmevärde (MJ/kg) 28,8 46,4 Undre Wobbeindex (MJ/ Nm 3 ) 43,1 74,8 (63) 29

30 6 BRÄNNARE Gasbrännare finns i många olika varianter, de indelas på olika sätt; efter användningsområde, typ av värmeöverföring eller hur gas och förbränningsluft blandas. I detta kapite l beskrivs gasbrännare som används inom industriprocesser och deras uppbyggnad och egenskaper. Enligt Näslund [13] är följande egenskaper viktiga hos moderna gasbrännare: Fullständig förbränning. Flamstabilitet. Låga emissioner av skadliga ämnen som kan uppstå vid förbränning. God reglerbarhet. Anpassning till den aktuella applikationen. Brännare kan indelas i brännare för vatten- och ångpannor och brännare för övriga industriprocesser. Vanliga brännare för vatten- och ångpannor är atmosfärsbrännare, fläktbrännare och kombinationsbrännare [13]. Dessa brännare beskrivs inte närmare i detta arbete. Brännare för industriapplikationer kan delas in i kategorierna högtemperatur- och lågtemperaturprocesser. Till högtemperaturprocesser räknas exempelvis härdning vid 1000 C. Konvektionstorkning av färg räknas som en lågtemperaturprocess. I olika industriprocesser förekommer ofta individuella utformningar. Egenskaper hos flamman beror delvis på hur bränsle och förbränningsluft blandas. Det finns olika alternativ och i fullständigt förblandade flammor blandas all gas och luft innan flamman. För alternativet delvis förblandning blandas gas och primärluft innan flamman och sekundärluft tillförs genom diffusion till flamman. Ytterligare ett alternativ är brännare där ingen förblandning sker innan flamman. Reglerbarheten, förbränningshastigheten och flamtemperaturen ökar när gas och luft blandas väl medan flamlängden och flamstrålningen ökar när det inte är lika bra blandning. Även emissionsbildningen påverkas av sättet att blanda bränsle och luft. Flamformen skiljer mellan de olika typerna och den påverkas genom graden av rotation hos förbränningsluften. Om rotation saknas eller om den är liten fås en lång flamma medan en kraftig rotation ger en kortare och intensivare flamma. Flamform och blandning påverkas också av den hastighet och riktning som gas och luft tillsätts med i brännarmynningen. Gasbrännare kan konstrueras för laminära eller turbulenta flammor. Förblandade flammor är ofta laminära och förekommer ofta i brännare med låga effekter. Den turbulenta flamman är oregelbunden och har ett högre ljud än den laminära. Fördelarna med en turbulent flamma är bland annat att kontaktytan mellan förbränt och oförbränt ökar. Transportegenskaperna blir förbättrade och till följd av det blir den turbulenta flamhastigheten betydligt högre än den laminära. Därmed skapas en högre brännareffekt. De kemiska reaktionerna i förbränningsprocessen är komplicerade och därför används ofta en förenklad beskrivning av reaktionerna. När turbulens ingår ökar strömningens inflytande på förbränningen. De mest detaljerade strömningsberäkningarna görs därför med laminär strömning. Flamstabilitet är viktigt för alla brännare och vid normal drift ska flamman inte riskera att lyfta från brännaren eller slå tillbaka ned i brännaren. Flamlyft uppkommer då utströmningshastigheten blir högre än flamhastigheten och tillbakaslag av flamman sker då omvända förhållanden gäller. Flamstabilitet i laminära och turbulenta flammor uppstår på olika sätt på grund av högre flamhastighet hos den turbulenta flamman. Turbulenta flammor är vanligast i industriprocesser [3] och flamstabilisering i de turbulenta flammorna kan göras på olika sätt. Zoner med strömningsförhållanden och temperaturer som garanterar en stabil förbränning kan skapas genom en flamhållare eller en plötslig expansion. En annan metod är att använda en upphettad brännarsten, denna kan med hjälp av energi till flamman säkerställa flamstabiliteten. Det går även att använda en pilotbrännare för flamstabilisering. (63) 30

31 6.1 Brännare för industriprocesser Diffusionsbrännare Diffusionsbrännare är den enklaste industribrännaren och den används i huvudsak i stora ugnar [13]. Gasen sprutas under högt tryck genom en glaslans in i ugnens stillastående atmosfär, där all förbränningsluft finns. All ny luft tillförs vid ugnsöppningarna och därför är luftrörelserna i ugnen små. Det är gasens rörelsemängd som styr blandningsförloppet. Flamman är lång och lysande och har relativt låg temperatur. Vid processer då flamstrålning är önskvärt kan denna brännare användas Förblandningsbrännare All gas och all förbränningsluft blandas fullständigt före flamman i en förblandningsbrännare. Luft tillförs med hjälp av en fläkt eller en kompressor. Brännaren kan delas upp i två delar, blandningskammare och brännarhuvudet. Gasen tillförs till luften i blandningsanordningen genom en dysa och därefter till en kammare där brännarytan är monterad. Det är viktigt att gas/luftblandningen fördelas jämt över brännarytan för att få en jämn temperatur och låga emissioner. Blandningen passerar därför en flödesfördelare. En förblandningsbrännare har en jämförelsevis liten förbränningszon och förhållandet mellan bränsle och förbränningsluft är lätt att kontrollera. Förbränningsluften kan inte förvärmas nämnvärt. Det finns risk för nedslag och därför är brännarens reglerområde begränsat Dysblandningsbrännare Dysblandningsbrännaren (nozzle-mix) är den vanligaste brännaren i industriprocesser [13]. För den här typen av brännare sker blandningen av gas och luft vid munstycksöppningarna. Ett lägre gas- och lufttryck kan användas och risken för nedslag och flamlyft är liten. Med denna brännartyp kan förvärmd luft användas, eftersom den förvärmda förbränningsluften hålls åtskild från gasen finns ingen risk att gaskontrollerna överhettas. Figur 6.1. Skiss på en dysblandningsbrännare [33]. En effektiv blandning av gas och förbränningsluft krävs för att få en god förbränning. Gasen tillförs i vanliga fall centralt och luften tillförs runt denna. Det eftersträvas att få en stor hastighetsskillnad mellan bränsle och förbränningsluft, detta sker genom att gasen tillsätts genom många små öppningar och den får då en hög hastighet. Det finns många olika tekniska lösningar för blandning av gas och luft i brännarna på marknaden. Det finns tre huvudprinciper; parallella strömmar av gas och luft, roterande luftflöde runt gasen och korsblandning vilket innebär att gasen injiceras radiellt i luftströmmen. Flamformen påverkas kraftigt av hur gas och luft blandas och utformningen på tunnel eller brännarsten. Flertalet av de brännare som beskrivs i följande text är dysblandningsbrännare som anpassats efter olika ändamål [3] Höghastighetsbrännare Hos höghastighetsbrännare, eller tunnelbrännare som den också kallas, har avgaserna som strömmar ut ur höghastighetsbrännaren en mycket hög hastighet, > 100 m/s, det är därifrån brännaren har fått sitt namn. Ett högt tryck på gas och förbränningsluft krävs för att få till så höga hastigheter. Förbränningen sker i ett snävt avgränsat utrymme men en liten utströmningsmynning. Flamman (63) 31

32 stabiliseras av en tunnel av eldfast material, som värms upp under drift till ett glödande tillstånd, detta håller temperaturen på flamman på en hög nivå. Tunneln täcker ofta hela flamman, men ibland syns flamspetsen. Övergången från brännaröppningen till tunneln är vanligtvis en plötslig expansion och där bildas flamstabiliserande recirkulationszoner. Den övre brännareffekten begränsas av att höghastighetsbrännaren är mycket bullrig Strålningsbrännare Strålningsbrännaren är utformad så att mer energi överförs genom infrastrålning än hos andra gasbrännare. Upphettning av brännarytan eftersträvas och detta är en fördel eftersom en fast kropp har högre emissivitet än gas. I en strålningsförbrännare kan förbränningen ske med en vanlig flamma eller med ytförbränning, vilket innebär en osynlig förbränning intill brännarytan och detta är möjligt genom att gas och luft passerar genom ett poröst skikt eller genom hål borrade i en platta. Om hög strålningsverkningsgrad önskas krävs en brännare med låg yteffekt, eftersom strålningsverkningsgraden är högst vid låga yteffekter och vid hög emissionsfaktor. Detta kan medföra att konstruktionen kräver ett stort utrymme Brännare för strålningsrör Vid användning av strålningsrör värms ugnen med hjälp av värmestrålning och strålningsrörets utformning styr hur brännaren är utformad och dess egenskaper. Brännaren är monterad inuti röret och därför behöver inte flamman ha en så hög strålningsandel. Förbränning och strömning är relativt väl kontrollerade i ett strålningsrör och detta ger möjligheter till värmeåtervinning och emissionsminskning Kanalbrännare En kanalbrännare kan användas för värmning av luftströmmar, den placeras i luftströmmen och värmer direkt utan användning av värmeväxlare. Brännaren kan användas för industriell uppvärmning av till exempel torkluft, till luftridåer, för tillsatseldning i kombikraftverk och för att värma avgaserna från gasturbin före avgaspanna. Kanalbrännaren används ofta i processer med låga temperaturer. Figur 6.2. Bilden visar en kanalbrännare från det amerikanska företaget Midco [34]. Figur 6.2 visar en kanalbrännare och denna består av plåtar som är perforerade och bildar en vinkel med spetsen mot luftströmmen. Bränslet tillsätts i mitten och förbränningsluften kommer från luftströmmen. För att erhålla en brännare med låg NO X bildning förblandas gas och luft och för en bra blandning av gas och förbränningsluft krävs en bestämd lufthastighet där 6 m/s ofta nämns som en minimihastighet [13]. Kanalbrännarens effekttäthet anges ofta per längdenhet. Kanalbrännare är moduluppbyggda och flera brännare kan byggas samman och placeras för att täcka upp hela tvärsnittet. (63) 32

33 6.1.8 Brännare med flamlös förbränning Brännare med flamlös förbränning brukar ofta kallas FLOX brännare, men det är egentligen namnet för en teknik som det tyska företaget WS Wärmetechnik har utvecklat [35]. Eftersom det inte förekommer någon traditionell flamma kallas tekniken för flamlös förbränning, bränslet oxideras istället i ugnsutrymmet. Figur 6.3 visar en bild över en FLOX brännare samt en brännare med flamma. Fördelarna med tekniken är jämn temperatur och låg NO X bildning, även om förvärmning av förbränningsluften förekommer. För att brännaren ska fungera krävs det att temperaturen överstiger bränslets självantändningstemperatur. Luften tillsätts kring bränsleinloppet direkt i ugnen genom ett flertal dysor. Förbränningsluften har ett högt tryck och en hög hastighet och detta ger hög intern avgasrecirkulation och en låg NO X bildning [13]. Om temperaturen inte är tillräckligt hög i ugnen fungerar brännaren som en vanlig dysblandningsbrännare. Tekniken för flamlös förbränning är under utveckling. Det är en lovande teknik som har många användningsområden och anvädningen av FLOX brännaren ökar stadigt [35]. Figur 6.3. Bilden visar temperaturfältet från en brännare med flamma (övre bilden) och en FLOX brännare (undre bilden) [3]. (63) 33

34 6.1.9 Oxy-fuelbrännare Med oxy-fuelteknik avses förbränning med syrgas som oxidationsmedel helt eller delvis istället för luft. En ökning av syrehalten i förbränningsluften ändrar flammans egenskaper, avgasvolymerna minskar och den adiabatiska flamtemperaturen ökar. Genom syrgasanrikning minskas mängden kväve i förbränningen. För att det inte ska bildas NO X krävs det att ugnen är tät för att inte luft ska läcka in i ugnen. Värmeöverföringen ökar också, både den konvektiva och den som sker via strålning. Tack vare detta kan verkningsgraden höjas. Tekniken kan användas där hög temperatur krävs, till exempel vid smältning. Berikning innebär att syrgas injiceras i luften och på detta sätt ökas förbränningsluftens syrehalt, se figur 6.4. Berikning är det enklaste sättet att använda syre i en förbränningsprocess. Vid lansning blåses ren syrgas in i förbränningszonen, enligt figur 6.5. Syrgasen injiceras i närheten av en luftbrännare eller in i flamman. Figur 6.6 visar en ren oxy-fuelbrännare, vilken använder endast ren syrgas och bränsle. Figur 6.4. I bilden visas hur syrgas berikar förbränningsluften [36]. Figur 6.5. Bilden illustrerar hur syrgas injiceras i förbränningszonen [36]. Figur 6.6.En oxy-fuelbrännare använder endast ren syrgas som oxidationsmedium [36]. (63) 34

35 Katalytisk förbränning Katalytiska brännare passar bäst i processer med låg temperatur. De är inte så vanliga på marknaden och har mest använts i specialtillämpningar, exempel där de återfinns är i strålningsbrännare för torkning och i enstaka villapannor. Förbränningen, eller oxidationen, av gasen i en katalytisk brännare sker vid låg temperatur med hjälp av ett katalytiskt material. Vid förbränningen förekommer ingen flamma, den katalytiska förbränningen kan ske utanför flambarhetsområdet, till skillnad från traditionell förbränning. Det är ofta ädelmetaller eller metalloxider som fungerar som katalytiskt aktivt material [3]. Materialet ska vara högaktivt, temperaturstabilt och förgiftningsresistent. En katalytisk brännare består av ett bärarmaterial och det katalytiskt verksamma skiktet. I vissa brännare har även bärarmaterialet katalytiska egenskaper. Katalytiska brännare byggs ofta kring någon form av porös fiberduk. Gasen kan endast strömma genom fiberduken och möta luften på utsidan av duken, eller i annat fall kan gasen och luften först förblandas och sedan strömma genom duken. Katalysatorns åldras och får då sänkt kapacitet, detta påskyndas av höga temperaturer och av orenheter som binds till det aktiva materialet. Även mekanisk förslitning orsakar åldringen Pilotbrännare Pilotbrännare är en liten brännare vid sidan av huvudbrännaren. Den har oftast en diffusionsflamma och är ofta konstant brinnande. Pilotbrännarens uppgift är att tända huvudbrännaren eller att stabilisera huvudflamman. (63) 35

36 6.2 Värmeåtervinning i brännare I industriugnar med höga temperaturer kan verkningsgraden bli väldigt låg på grund av de höga avgastemperaturerna. För att motverka detta används en metod där ingående förbränningsluft värmeväxlas med utgående avgaser. Värmeväxlingen sker i en yttre värmeväxlare, så kallad rekuperator, eller i brännaren och då talas det om rekuperativa eller regenerativa brännare. Det är avgasernas renhet och strömningsbilden i ugnen som avgör vilken metod som ska användas Rekuperativa brännare Figur 6.7 visar hur en rekuperativ brännare kan vara uppbyggd. Dysan för gas och luft finns i brännarens centrum och inloppet för avgaserna från ugnen in till brännarens värmeväxlare finns i brännarens pereferi. Värmeväxlaren kan utformas på flera olika sätt, med helt släta ytor eller ytförstoringar i form av flänsar och nabbar. Luften tillförs utifrån och den temperatur som luften förvärms till varierar med ugnstemperaturen. Förvärmningstemperaturen varierar dock i vanliga fall mindre än ugnstemperaturen, men det är värmeväxlarens utformning som avgör detta. För att kyla luften innan den når avgaskanalen tillsätts extra luft. Figur 6.7. Schematisk bild av en rekuperativ brännare [3] Regenerativa brännare I regenerativa brännare värmer avgaserna en bädd, ett energilager. Förbränningsluften strömmar sedan genom bädden och värms genom att ta upp värmen från bädden, som i sin tur blir kyld. Det finns både separata generatorer eller generatorer där bäddarna är integrerade i brännarna. Regenerativa brännare arbetar oftast parvis, men det finns även enskilda brännare som klarar båda driftsituationerna genom att dysorna växlar mellan att tillföra förbränningsluft och bortföra avgaser från ugnen. Regenerativa brännare används ofta i processer med de högsta temperaturerna. Exempel på användningsområden är glas- och metallsmältning. Med regenerativa brännare fås högre förvärmning av luften än med rekuperativa brännare och därmed högre verkningsgrad. (63) 36

37 6.3 Brännare för gas med lågt värmevärde Det finns tre allmänt använda metoder vid förbränning av en gas med lite för lågt värmevärde, enligt Suzuki [37]. Den första metoden innebär förvärmning av gas och/eller förbränningsluft genom värmeväxling med avgaserna. Den andra metoden bygger på syrgasberikning av förbränningsluften. I den tredje metoden mixas gasen med lågt värmevärde med en gas med ett högt värmevärde kombinerat med förvärmning av gas och/eller förbränningsluft. Det finns nackdelar med dessa metoder. Den första metoden behöver en värmekälla för uppvärmning och en komplex uppbyggnad av värmeväxlaren. Metod två och tre är inte bara oekonomiska, utan de är inte heller bra ur material - och energibesparings synpunkt. På grund av dessa nackdelar kan det vara en fördel med en ny brännare, som är anpassad för en gas med lågt värmevärde. Om produktgasen har ett lågt värmevärde måste brännaren vara designad för en låg axial hastighet för att säkerställa bra tändning. På detta sätt blir brännarens dimensioner väldigt stora. Imatran et al. [38] menar att genom att förbränna lågvärdesgas, blir volymstillflödet för gasen extremt stort, vilket komplicerar bränsleinmatning i brännaren vid låg hastighet och detta gör att storleken på brännaren ökar. Det kan dessutom bli problem med att installera en stor brännare i en befintlig ugn. (63) 37

38 7 RESULTAT 7.1 Gasanalys Det är viktigt att få en uppfattning av vad gasen innehåller för att kunna göra en bedömning om den behöver renas och hur mycket. För att få ett underlag på halterna av förångat alkali, klor, svavel och kväve användes programvaran Factsage. Det ger dock inget underlag för bildandet av partiklar och tjäror. Även gasdata som densitet, värmevärde och wobbeindex har beräknats Factsage Metod Factsage 5.2 är en programvara som med hjälp av databaser över tusentals föreningar kan genomföra beräkningar för kemiska reaktioners jämvikter. Beräkningarna sker genom minimering av Gibbs fria energi. Värt att nämna är att resultaten därmed visas i ett jämviktförhållande, vilket inte alltid uppnås i verkligheten på grund av för låga reaktionshastigheter. I entrained-flow förgasare är reaktionshastigheten tillräckligt hög för att jämvikt ska uppnås för gasens huvudkomponenter [27]. Om jämvikt uppnås för övriga bildade komponenter är svårt att avgöra utan experimentella försök. Med hjälp av programvaran har simuleringar över förgasningen utförts. Simuleringar av förgasning av GROT (grenar och toppar) har genomförts. Sammansättningar på dessa finns i tabell 7.1.Beräkningarna bygger på vissa antaganden, förenklingar och approximationer som beskrivs nedan. Den biomassa som senare förgasas ska vara torrifierad. Detta innebär att den bland annat är i princip helt torr och spröd. Då inga studier har gjorts på den torrifierade biomassa som senare ska användas så har antagandet gjorts att biomassan har en fukthalt på endast 2 % och i övrigt inte har ändrat sammansättning. Förgasningen antogs ske i syrgas med en liten andel kväve, 4 %. Syrgasbehovet bestämdes utifrån luftfaktorn, som brukar betecknas med λ. När λ = 1 ett så är det teoretiskt fullständig förbränning. För denna simulering av förgasning varierade luftfaktorn inom ett intervall mellan 0,25 och 0,45. Simuleringar för GROT har gjorts med sex olika förhållanden, vid temperaturerna 700 C, 1200 C och 1600 C och med ett tryck på 1 bar respektive 30 bar för varje temperatur. Tabell 7.1. Bränslesammansättning för GROT som viktprocent av torrsubstans samt omräknat till mol för 100 g. O 2 i tabellen betyder den mängd syre som behövs för att få fullständig förbränning [39]. Vikt-% av TS g/mol mol O 2 behov C 50,6 12,01 4, ,13138 H 5,9 1,008 5, ,43489 O , ,19509 N 0,6 14,01 0, ,02100 S 0, ,07 0, ,00114 Cl 0,04 35,05 0,00112 K 0, ,1 0,00695 Ca 0, ,08 0,01341 Na 0, ,99 0,00179 Si 0, ,09 0,02382 Al 0, ,98 0,00465 Fe 0, ,85 0,00156 Mg 0, ,31 0,00268 P 0, ,97 0,00155 H 2 O 1, ,016 0,10565 O 2 : 4,39332 (63) 38

39 Resultat Utifrån beräknade resultat för 700 C, 1200 C och 1600 C vid ett tryck på 1 bar och 30 bar har maxoch minimivärden för respektive tryck tagits fram för systemkomponenter och föreningar i större halt än 0,1 ppm innehållande alkalimetaller, svavel, klor eller kväve. Tabell 7.2 visar dessa värden angivna i volymsandel (ppm) samt mg/nm 3. Tabell 7.2. Tabellen visar resultat från beräkning på förgasning av GROT, systemkomponenter och föreningar innehållande alkalimetaller, svavel, klor och kväve (> 0,1 ppm). 1 Bar 30 Bar 1 Bar 30 Bar GROT Min Max Min Max Min Max Min Max Systemkomponenter ppm ppm ppm ppm mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 K-gaser 51, , ,9 555 Na-gaser 0, ,03 53,7 0, , S-gaser 69,4 70,4 69,4 76, Cl-gaser 55,1 69,4 2,3 69, ,6 241 N-gaser Föreningar ppm ppm ppm ppm mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 mg/nm 3 KOH 0,05 93,7 0, , , KCl 66, , ,4 388 K 0, , ,1 0, , (KCl) 2 0,04 25,5 0,0001 1,14 0, ,25 7,59 KH 0, ,32 0, ,69 0, ,58 0, ,24 KCN 0,0007 0,03 0, ,28 0,002 0,09 0,0001 0,09 Na 0, , ,9 0, , ,4 NaCl 0,22 25,4 0,007 23,1 0,58 66,2 0,02 60,3 NaOH 0, ,1 0, ,1 0, , ,3 NaH 0, ,72 0, ,13 0, ,78 0, ,21 NaCN 0, ,024 0, ,19 0, ,05 0, ,8 H 2 S COS 5,99 7,98 5,07 9,3 16,1 21,4 13,6 24,2 HS 0,001 14,4 0,0004 2,98 0,001 21,3 0,0005 4,39 SO 2 0, ,22 0, ,83 0, ,33 0, ,16 SO 0, ,01 0, ,76 0, ,3 0, ,16 S 0,0001 0,67 0, ,025 0, ,005 0, ,04 S 2 0, ,26 0, ,011 0, ,74 0, ,03 FeS 0, ,15 0, ,006 0, ,58 0, ,02 HCl 4, ,8 11,9 6,56 76,5 4,49 45,2 N NH 3 0,51 17,9 15, ,39 13,6 11,6 140 HCN 0,14 0,25 0,2 5,17 0,16 0,31 0,24 6,23 (63) 39

40 I figur 7.1 kan utläsas att bildande av gas innehållande natrium inte förändras nämnvärt när syretillgången varieras, inom ett intervall lambda 0,25-0,45. Andelen klor-, svavel- och kaliumgas som bildas sjunker lite vid stigande syretillgång, men skillnaden är inte så stor inom intervallet. Figur 7.2 visar några av de föreningar innehållande klor, svavel och alkalimetaller som huvudsakligen bildas och deras variation med syretillgången. De flesta föreningar är konstanta, men bildandet av KOH ökar när syretillgången ökar, vilket beror på att denna förening innehåller syre. KCl minskar vid ökad syretillgång, detta kan bero på att kaliumet binds till KOH istället för KCl. Figur 7.2 visar även hur bildandet av NH 3 och HCN beror på syretillgång, det går att urskilja en liten minskning av bildande av dessa båda föreningar när syretillgången ökar. Figur 7.1. Grafen illustrerar hur andelen av systemkomponenterna svavel, klor, kalium och natrium varierar med hänsyn till syretillgång, vid temperaturen 1200 C och ett tryck på 30 bar. Figur 7.2. Bilden visar hur föreningar innehållande svavel, klor, kväve och alkalimetaller bildas vid olika syretillgång. Temperatur 1200 C och tryck 30 bar. (63) 40

41 En simulering med en luftfaktor på 0,35 och konstant tryck, där temperaturen varierar mellan 700 C och 1600 C, visar hur förekomsten av olika gaser varierar med temperaturen. Bildande av svavelgas är relativt oförändrat för olika temperaturer vid ett konstant tryck och en konstant luftfaktor, även bildande av klorgas är jämn vid temperaturer över 800 C. Förekomsten av kalium- och natriumgas ökar markant när temperaturen ökar, se figur 7.3. Vid låga temperaturer bildar dessa ämnen fasta föreningar som hamnar i askan. Figur 7.3. Grafen visar hur bildande av systemkomponenterna svavel, klor, kalium och natrium varierar vid olika temperaturer, vid ett tryck på 30 bar och lambda 0,35. (63) 41

42 7.1.2 Gasdata Metod Gasens fysikaliska egenskaper och förbränningsdata har beräknats för dess huvudkomponenter utifrån intervallet som angavs i Tabell 5.1 i kapitel Beräkningar har gjorts för en gassammansättning som ger ett lågt värmevärde, cirka 8 MJ/Nm 3, och för en sammansättning som ger ett relativt högt värmevärde, ungefär 12 MJ/Nm 3. Utifrån dessa båda sammansättningar har 80 % av koldioxiden reducerats bort och nya beräkningar har gjorts. En reducering av 80 % av koldioxiden har valts utifrån samtal med Lars Hedemalm på Aviosol AB [40] som gav detta värde för reducering av koldioxid med en vattenskrubber. Värmevärdet beräknas enligt ekvation 1, den relativa densiteten enligt ekvation 2 och wobbeindex enligt ekvation 3 i kapitel 5.1. Indata som har använts för beräkningarna finns i BILAGA 2. Resultat Biosyntesgasen har ett undre värmevärde på ungefär 8 MJ/Nm 3 12 MJ/Nm 3. Vid beräkning ger detta en relativ densitet på 0,83 0,68 och ett undre wobbeindex på 8,9 MJ/Nm 3 14,1 MJ/Nm 3. Tabell 7.3 visar beräknade värden för en gassammansättning som ger ett relativt högt värmevärde. I BILAGA 2finns tabeller över beräknade värden förde olika gassammansättningarna. Med 80 % reducering av koldioxid fås ett undre värmevärde mellan 10 MJ/Nm 3 och 13 MJ/Nm 3. Den relativa densiteten blir mellan 0,57 och 0,61 och undre wobbeindex varierar mellan 13,6 MJ/Nm 3 och 17,6 MJ/Nm 3. Tabell 7.3. Gasdata för biosyntesgas med ett relativt högt värmevärde. Gaskomponent Metan CH 4 8,00% Volym-% Eten C 2 H 4 0,50% Volym-% Kvävgas N 2 4,00% Volym-% Koldioxid CO 2 15,00% Volym-% Kolmonoxid CO 35,00% Volym-% Vätgas H 2 37,50% Volym-% SUMMA 100% Volym-% Lambda vid förbränning 1 (-) Gasblandningen Densitet 0,882 kg/nm 3 Relativ densitet 0,682 (-) Undre värmevärde 11,66 MJ/Nm 3 Undre värmevärde 3,24 kwh/nm 3 Övre värmevärde 12,74 MJ/Nm 3 Övre värmevärde 3,54 kwh/nm 3 Undre wobbeindex 14,11 MJ/Nm 3 Undre wobbeindex 3,92 kwh/nm 3 Övre wobbeindex 15,42 MJ/Nm 3 Övre wobbeindex 4,28 kwh/nm 3 (63) 42

43 7.2 Förbrukningsanalys Metod Mycket har byggts om vid Volvo Lastvagnars fabrik under de senaste åren. Användningen av gasol för vissa ugnar har minskat tack vare effektiviseringar och byte av uppvärmningsmedium till fjärrvärme. På grund av dessa ändringar kan inte gasolförbrukningen analyseras för någon längre period. De senaste förändringarna var klara i mars 2008, men från och med december 2007 kan en jämförelse göras. Nästa projekt som förhoppningsvis ska genomföras innebär att GL-ugnarna (grundlacksugnarna) ska konverteras till fjärrvärme. Det var därför önskvärt att få fram hur mycket dessa ugnar förbrukar, för att kunna räkna bort detta. Gasolförbrukningen för en månad har jämförts med antalet produktionsdagar och producerade hytter. Loggningar över gasolflödet har tagits fram för tre veckor, vecka 37-39, samt sex vardagar under perioden 21/10 till 3/11. Utifrån detta kan ett medelvärde för effekten samt maximal effekt tas fram. Distributionsrören är överdimensionerade så hack i mätningarna kan förekomma. Resultat Figur 7.4 illustrerar dels hur mycket gasol som förbrukats fram till och med september 2008, dels prognosen för hela år Prognosen för hela 2008 är MWh gasol. I figur 7.5 visas gasolfördelningen mellan de olika ugnarna utifrån den totala gasolförbrukningen. EDugnen och kittugnen har en varsin mätstation. GL-ugnarna har inget separat mätställe, utan loggas gemensamt för RTO-enheten, KPR-enheten och GL-ugnarna. Det finns en relativt bra kunskap om hur förbrukningarna för RTO-enheten och KPR-enheten ser ut och utifrån detta kan GL-ugnarnas förbrukning beräknas. GL-ugnarna står för mellan 16 % och 20 % av den totala gasolförbrukningen. Förhoppningsvis ska dessa ugnar använda fjärrvärme för uppvärmning istället för gasol i framtiden och kan därför räknas bort i analysen. En reducering av årsförbrukninge n med 18 % innebär en förbrukning av MWh för 2008, med avseende på prognosen. Figur 7.4. Grafen visar den prognostiserade gasolförbrukningen för 2008 tillsammans med utfallet för januari till och med september (63) 43

44 Figur 7.5I figuren visas hur gasolfördelningen ser ut mellan de olika förbrukarna för december 2007 till juni I Figur 7.6 går det att se hur förbrukningen varierar utifrån antalet produktionsdagar respektive antalet producerade hytter. Om gasolförbrukningen ska jämföras med dessa data så motsvarar förbrukningen ungefär 60 MWh per produktionsdag för januari till september, men felmarginalen är i vissa fall något över 8 %, eller ± 120 MWh för vissa månader. Sett till antalet hytter är förbrukningen 0,225 MWh för varje tillverkad hytt, felmarginalen är dock större, i vissa fall mer än 12 %. Figur 7.6. Grafen visar sambandet mellan gasolförbrukning och antalet producerade hytter samt produktionsdagar under perioden januari till och med september Figur 7.7 visar gasolflödet i en veckologg, vecka , där det går att urskilja helgen då det inte är någon gasolförbrukning. I figur 7.8 och figur 7.9 visas loggning av gasolflödet i kg/h för ett dygn. Om figur 7.8 och figur 7.9 jämförs går det att se att de varierar ganska mycket i utseende, vilket kan bero på att mätningarna inte alltid stämmer. Detta beror delvis på överdimensionerade rörledningar, vilket medför ojämt flöde. Utifrån loggade data från Volvo Lastvagnar, med 18 % för att räkna bort GL-ugnarna, är effektuttaget i snitt 1,62 MW för ett dygnsmedelvärde. Det maximala momentana värdet under de loggade dygnen var 2,96 MW. Angivna normalflöden till ED-ugnen, kittugnen och RTO-enheten ger en effekt på 2,43 MW. (63) 44

45 Figur 7.7. I bilden visas en loggning över gasolflödet för vecka Enheten är kg/h och loggningarna är från måndag 06,00 till måndag 06,00 vecka 43. Figur 7.8. Grafen visar loggning över gasolflödet (kg/h) för ett dygn, onsdag 22 oktober, 2008 kl 06,00 till 06,00 nästkommande dag. Figur 7.9. Grafen visar loggning över gasolflödet (kg/h) för ett dygn, måndag 3 november, 2008 kl 06,00 till 06,00 nästkommande dag. (63) 45

46 8 UTRUSTNING 8.1 Kravspecifikation För att kunna undersöka om ny utrustning behövs har en kravspecifikation gjorts utifrån de förhållanden som råder vid utrustningen i dagsläget. I BILAGA 3 finns tabeller med sammanställnig av bland annat flöden, effekter, temperaturer och gasanalyser för ED-ugnen, kittugnen och RTOenheten. Efter konvertering ska gasol kunna användas som back-up för samtliga fall. Detta är som säkerhet ifall det till exempel blir brist på biosyntesgas eller att det behövs stöd vid uppstart av ugnen. ED-ugnen Maxeffekten i ugnen är kw. Vid normaldrift är volymsflödet på luften som ska destrueras Nm 3 /h. En temperatur på 670 C ska uppnås i ugnen. En reningsgrad av VOC på 95 % är ett krav. I dagsläget är gasolflödet Nm 3 /h vid normala driftförhållanden. Luften förvärms i ugnen innan brännaren. Kittugnen Maxeffekten i ugnen är kw. Vid normaldrift är volymsflödet på luften som ska destrueras Nm 3 /h. En temperatur på 760 C ska uppnås i ugnen. En reningsgrad av VOC på 97 % är ett krav. I dagsläget är gasolflödet Nm 3 /h vid normala driftförhållanden. Luften förvärms i ugnen innan brännaren. RTO-enheten Vid normaldrift är volymsflödet på luften som ska destrueras Nm 3 /h, men det kan variera mellan Nm 3 /h och Nm 3 /h. En temperatur på 820 C ska uppnås i ugnen. En reningsgrad av VOC på 98 % är ett krav. För RTO-enheten ska inga brännare bytas ut, planen är istället att biosyntesgasen ska injiceras i luftströmmen innan enheten. (63) 46

47 8.2 ED- och kittugn Marknadsundersökning En intresseförfrågan skickades ut till tillverkare och återförsäljare av brännare gällande följande enheter: Brännare, nya kittugnen. Brännare i ED-ugnen, elektrodopplackeringen. Båda dessa ugnar används för att destruera lösningsmedel samt uppvärmning av luft för konvektiv torkning. Intresseförfrågan skickades ut till 13 företag, dessa finns angivna i BILAGA 4 och en skarp förfrågan kan sedan skickas ut till de företag som är intresserade om projektet ska drivas vidare. Personlig kontakt har tagits med de tre företagen Petro Kraft AB [41], TPS [42] och Industri -Teknik Bengt Fridh AB [43] Resultat av marknadsundersökning Det har inte inkommit några svar på intresseförfrågan som skickades ut. Företaget Petro Kraft AB [41] hade ingen färdig produkt inom det aktuella effektområdet och angav inget intresse för att vara delaktig i något utvecklingsarbete. TPS [42] har ännu inte återkommit med något svar. Nicke Johansson på Industri -Teknik Bengt Fridh AB [43] var intresserad av projektet. Han ansåg att allt går att genomföra, det är bara en fråga om hur besvärligt det blir och hur mycket det kostar. Eftersom det är ungefär tio gånger så stor skillnad i värmevärde mellan gasol och biosyntesgas betyder det att ungefär tio gånger så mycket bränsle måste tillföras vid förbränning. Det kommer att krävas att hela rörsystemet och dess ventiler byts ut. Enligt Nicke Johansson [31]behövs antagligen nya brännare i ugnarna. Det bör bytas till brännare som är anpassade för att bränna gas med lågt värmevärde. En sådan brännare kan till exempel innehålla flärpar som ökar omblandningen mellan luft och gas för att få en bättre förbränning. Ett lågt värmevärde och en dålig blandning kan ge ojämn temperaturfördelning och det kan även medföra att inte rätt temperatur uppnås i tid. Antagligen behöver inte ugnarna bytas ut. Enligt Nicke Johansson [43] har deras företag erfarenhet att arbeta med Dürr, som levererat kittugnen och han vet vilken typ av ugn det är och det bör inte vara några problem att byta brännare i den ugnen. Om den gamla ED-ugnen behöver bytas ut eller inte kan de inte veta innan de har studerat ugnen närmare, men han tror inte att det ska behövas.. För att veta hur besvärligt omställningen kommer att bli måste ugnarna och deras brännare studeras närmare. I ugnarna är det varmt överallt och därför bör det inte vara några problem med eventuella föroreningar i gasen. Problem kan uppstå i värmeväxlare där det kan finnas kalla partier, risken för kondensering är stor där. Även där går det att bygga om med ett högkorrosivt material, men det blir dyrt. (63) 47

48 8.3 Lackering RTO-enheten och brännare innan KPR-enheten Sedan lackeringen byggdes om och RTO-enheten installerades är förberedelser gjorda för användning av biosyntesgas. RTO-enheten är tillverkad av företaget Dürr Systems GmbH [44]. Enligt Dürr går det inte att byta brännare som är anpassade efter biosyntesgas eller använda biosyntesgas i de befintliga brännarna. Planen är istället att injicera biosyntesgas i luftströmmen innan denna når enheten, se figur 8.1. Oklarheter har funnits över vilka krav som finns på gasen för att få funktionsgaranti från tillverkaren. Figur 8.1. Figuren visar RTO-enheten, innan förbränningsluften når enheten finns planer för injicering av biosyntesgas [45]. Den lilla förbränningsugnen som ska värma den luft som sedan värmeväxlas i KPR-enheten är svår att konvertera till biosyntesgas eftersom det är en liten ugn och det blir svårt att byta brännare. I dagsläget leds ett delflöde efter RTO-enheten till den lilla förbränningsugnen som värmer luften som värmeväxlas med luft till KPR-enheten och detta delflöde leds sedan tillbaka till huvudflödet. Utifrån en idé från personal på Volvo har ett förslag tagits fram för att ta bort denna förbränningsugn och istället leda ut varm luft ur RTO-enheten. Denna luft ska sedan värma KPR-enheten och därefter ledas tillbaka till RTO-enheten. Figur 8.2 illustrerar detta i en skiss som även visar övriga önskade åtgärder för en CO 2 neutral fabrik. Den överkryssade delen visar dagens lösning. (63) 48

49 LPG Biosynthesisgas Figur 8.2. Bilden illustrerar olika åtgärder för en koldioxidneutral fabrik. Bilden utgår från en bild över förgasningen [22], samt Dürrs skiss över RTO-enheten [45]. (63) 49

50 Joerg Holzer har tillsammans med forskare på Dürr Systems GmbH [44] tagit fram gränsvärden på föroreningar i produktgasen för att kunna använda den i RTO-enheten utan tekniska problem. Gränsvärden enligt Dürr Systems GmbH: Halogener: Klorföreningar upp till en nivå av 3 mg/m 3 kan tillåtas i RTO-enheten. Klor kan ge korrosionsproblem och klorföreningar kan även kondensera i värmeväxlare efter RTOenheten. Floriner är helt förbjudna eftersom de kan förstöra isoleringens keramikfibrer och material i värmeväxlare. Partiklar: Maximalt 1 mg/m 3 på grund av att de blockerar keramikvärmeväxlarna. Tjäror: 0 mg/m 3 men halten beror även på inloppstemperaturen. Tjäror kan orsaka kondensation på keramik-värmeväxlarna vilket måste undvikas. Alkalimetaller: 0 mg/m 3, eftersom dessa angriper fibrer i isolering och värmeväxlare. Svavel: Gränsvärdet för svavelföreningar beror på möjlig kondensation av syra i lågtemperatur-värmeväxlarna efter RTO-enheten. Daggpunkten för syran i avgaserna måste beräknas. Kondensation av svavelsyra i värmeväxlarna efter RTO-enheten kan leda till allvarliga skador. Vissa föreningar har angivna gränsvärden på 0 mg/nm 3, en nivå på exakt 0 mg/m 3 är svårt att uppnå, men så låga nivåer som möjligt är önskvärt. En högre nivå kan medföra att livslängden minskar för värmeväxlarna och keramikfibrerna i isoleringen samt ett ökat behov av underhåll. Den lilla brännaren innan KPR-enheten kan, enligt Joerg Holzer [44], tas bort enligt tidigare presenterat förslag. Dock måste en ny högtemperatur-värmeväxlare installeras i direkt anslutning till RTO-enheten. (63) 50

51 8.4 DME Ett alternativ att göra DME av biosyntesgasen har vuxit fram under projektets gång. Detta ger en ren gas med ett högre värme värde. De fysikaliska egenskaperna har många likheter med gasolen och skulle skapa en större säkerhet i projektet. Det har undersökts om det går att konvertera från gasol till DME utan att byta behöva brännare. Diskussion har förts med Joerg Holzer på Dürr Systems GmbH [44]. Det är Dürr som har levererat den nya Kittugnen och dess tillbehör. Möjligheten att använda befintliga distributionsanordningar har även diskuterats, vilket skulle medföra sänkta kostnader. Joerg Holzer anser att möjligheterna att använda DME som ersättning för gasol är goda. Vid maximal belastning anser han dock att det finns en risk att inte tillräckligt med gas kan tillföras genom framledningssystemet till brännaren, detta eftersom värmevärdet för DME är ungefär 60 % lägre än gasolens värmevärde. För att kunna avgöra om de befintliga brännarna och framledningssystemen kan användas för både DME och gasol måste en detaljerad bedömning göras för varje enskild brännare. För att kunna göra denna bedömning behövs exakt gassammansättningen och tryck för DME gasen. Möjliga lösningar enligt Joerg Holzer [44]: Använda samma framledningssystem och brännare, eventuellt behövs ett högre tryck för DME. Anlägga ett nytt framledningssystem för DME med större diameter, för att använda parallellt med gasolen. Anlägga ett nytt framledningssystem för DME, samt byta brännare. (Ej rekomenderad lösning) Även munstycket i brännaren kan behöva bytas ut för att kunna släppa igenom tillräckligt med gas. Distributionsrören kan av samma skäl behöva bytas men principiellt bör det inte vara några stora problem. (63) 51

52 9 ENERGIGASPRISER 9.1 Gasolpriser Priset på gasol har under första halvan av 2008 legat mellan 0,51 kr/kwh och lite över 0,57 kr/kwh. Det sammanlagda gasolpriset består av pris på gasen, pris för överföring samt skatter (koldioxidskatt). Figur 9.1 visar hur gasolpriset har varierat under januari till och med september kr/kwh 0,58 0,57 0,56 0,55 0,54 0,53 0,52 0,51 0,5 0,49 0, Leveransdatum Figur 9.1. Bilden visar variationer i gasolpris för Volvo Lastvagnar under perioden januari till september 2008 inklusive frakt och den skatt som tillkommer. Eftersom den svenska gasolen till stor del framställs ur naturgas, följer gasolpriset prisutvecklingen för naturgas, vilket i sin tur följer oljepriset. Figur 9.2 visar prisutvecklingen f ör naturgas år 1999 till år Priset på gasol har stigit de senaste åren och en fortsatt prisuppgång i framtiden är ganska troligt. (63) 52

53 Figur 9.2Importpris för naturgas och råolja [46] Priser på biosyntesgas och DME Eftersom det inte finns någon kommersiell tillverkning av biosyntesgas idag som direkt går att jämföra med den gas som planeras att användas vid Volvo så är det svårt att få fram något pris på gasen. Jämförelse har gjorts med ett projekt vid Chemrec i Piteå, som ska tillverka DME genom svartlutsförgasning. Tekniken för förgasning är liknande den som det finns planer på att använda vid Volvo. En teknisk- ekonomisk studie har gjorts (2005) där tillverkning av FT-diesel har jämförts med DMEoch metanolproduktion till drivmedel för svartlutsförgasning (BLGMF = Gasification with Motor FuelProduction) [31]. I denna undersökning har en investeringskostnadsuppskattning gjorts och produktionskostnader beräknats för metanol DME och FT-diesel. Samtliga av dessa drivmedel utgår från biosyntesgas och vidarebehandlas senare med olika processer. En kommersiell anläggning i full skala vid ett massabruk som producerar 2000 ton pappersmassa per dag har stått som modell för undersökningen. Denna skulle ge ton DME per år och ha en totalproduktion av DME på 275 MW. Produktionskostnaden för DME uppgick enligt Ekbom et al. [31] till 10,6 EUR/GJ eller 3,8 EUR /kwh. Med avrundningen att 1 EUR = 10 SEK, blir priset 38 öre/kwh. Dessa priser har beräknats utifrån budgetofferter med skalning, deras egna uppskattningar och direkta prisofferter. Uppskattningen av investeringskostnaden har en noggrannhet på ± 30 % [31]. Priserna baseras på ett medelvärde av energipriser för år Utifrån denna studie går 18 % av investeringskostnaden till DME syntesen. Det vill säga 82 % av kostnaden går till att tillverka och rena syntesgas. Utifrån antagandet att samma förhållande gäller genom hela produktionen uppgår produktionskostnaden för biosyntegas till 87 kr/gj eller 31 öre/kwh. Om DME ska tillverkas kommer detta troligtvis ske på någon annan plats än vid Volvos fabrik, därför tillkommer kostnader för distribution. Biosyntesgasen kan tillverkas vid fabriken och därför kan distributionskostnaden räknas bort. Biogas är befriad från energi- och koldioxidskatt. Med en produktionskostnad på 0,36 /liter och ett försäljningspris på 0,62 /liter blir den beräknade payback-tiden 2,9 år, exklusive inflation [31]. (63) 53

54 Priset på biosyntesgas är beroende av priset på biomassa. Figur 9.3 visar hur energipriserna varierar under I slutet av perioden ökar priset på skogsflis. Variationen på priset för olika trädbränslen visas i figur 9.4 för år Figur 9.3. Grafen visar löpande kommersiella energipriser i Sverige, inklusive skatt [46]. Figur 9.4. Bilden visar det årliga svenska snittpriset för trädbränsle för Uppgiften kommer från svenska energimyndigheten, 2005 [31]. (63) 54

55 10 DISKUSSION Efter de senaste årens debatt om fossila bränslen har det forskats mycket kring hur nya, miljövänliga bränslen kan tas fram och hur de ska användas. Fokus har, i alla fall i media, till stor del legat på transportsektorn, i form av drivmedel. Utifrån litteratursökningar inom området för detta arbete är det uppenbart att forskning och utveckling av tekniksidan inom industrin inte har utförts i lika stor utsträckning. Det som har studerats i detta arbete är framförallt brännarutrustning och förbränning av gas med lågt värmevärde. Det finns många osäkerheter med att ersätta gasol med biosyntesgas, mycket på grund av att det är ny produktionsteknik för gasen och eftersom den har ett så lågt värmevärde blir användningen av gasen inne på fabriken svårare och det kan medföra risker i produktionssäkerhet och ökade kostnader Gasanalys och rening Det finns för tillfället ingen som använder förgasning med biomassa i en entrained-flow förgasare, vilket är den förgasare som troligtvis kommer att användas om det byggs en förgasningsanläggning vid Volvo Lastvagnar. Även tekniken med förgasning av torrefierat material är ny. Detta har medfört att det har varit svårt att få tag på uppgifter om hur mycket föroreningar och partiklar som bildas vid förgasning. Den gasanalys som har gjorts är därför svår att jämföra med teori och med andra metoder. Gasanalys med FactSage visar dock på att gasen kommer att behöva renas. Vid jämförelse mellan beräknade värden och kraven från Dürr går det att se att dessa skiljer väldigt mycket. Även om osäkerheter finns i FactSage beräkningarna så är skillnaden så stor att inte reningsbehovet bör påverkas av detta. Troligtvis behöver även gasen uppgraderas för att få ett högre värmevärde Utrustning ED-ugn och kittugn Det största problemet i det här projektet är det låga värmevärdet på gasen. Brännarna i ED-ugnen och kittugnen måste antagligen bytas ut och även rörsystem och ventiler. Detta kommer antagligen att medföra stora kostnader. Gasol behövs som en backup lösning och detta komplicerar brännarbytet ytterl igare. Det var inget företag som skickade in svar på den förfrågan som skickades ut från Volvo. Om en skarp förfrågan skickas ut kan troligtvis gensvaret bli större. Brännare för gas med lågt värmevärde är dåligt utvecklade hos många tillverkare och en del anpassningar måste genomföras. Få företag är intresserade av att vara delaktiga i projektet, antagligen tycker många företag inte att det är värt att försöka. Genom att ringa till företag så blev det bättre respons. Företaget Industri -Teknik Bengt Fridh AB är intresserade av projektet. Enligt Nicke Johansson [43] finns det brännare att byta till, i alla fall om de anpassas, allt är en fråga om pengar. Brännare som är gjord för lågt värmevärde måstes antagligen användas. Enligt Nicke Johansson [43] behövs det troligtvis brännare med flärpar eller annat som ökar omblandningen för att få bra förbränning. Vid förbränning av gas med lågt värmevärde är det särskilt viktigt med en bra omblandning för att få en jämn temperaturfördelning så att rätt temperatur uppnås i tid. Att en tillräckligt hög temperatur uppnås är viktigt för att förbränna all VOC så att inte verkningsgraden sänks för ugnarna. Genom att mixa biosyntesgas med gasol skulle värmevärdet öka. En sådan lösning skulle troligtvis vara möjlig rent tekniskt men miljövinsten skulle minska och målet med en koldioxidneutral fabrik skulle inte uppnås. Det kan även bli en oekonomisk lösning om gasolpriset ökar. Förvärmning av (63) 55

56 förbränningsluften sker redan och att förvärma biosyntesgasen skulle inte påverka värmevärdet tillräckligt mycket RTO-enheten Med tillräcklig rening av biosyntesgasen bör det fungera att använda denna gas i RTO-enheten, gasolen kommer att finnas kvar som stödbränsle och det ger en säkrare lösning. Genom att ersätta den lilla förbränningsugnen innan KPR-enheten med en högtemperaturvärmeväxlare kan användningen av gasol reduceras ytterligare. Kostnaden för en sådan värmeväxlare har dock inte undersökts. Denna enhet är dock väldigt känslig för störningar. Om enheten inte kan användas på grund av till exempel underhåll blir det stopp i hela produktionen. Det är även en dyr maskin. Det är därför viktigt att gasen renas ordentligt så att inte underhållsbehovet ökar eller livslängden minskar Distribution Distributionen av biosyntesgasen inne i fabriken har inte undersökts i detta arbete, men slutsatsen att nya distributionsrör kommer att behövas kan ändå dras på grund av att det är så stor skillnad i volymsflöde mellan gasol och biosyntesgas. Ett problem ur säkerhets- och arbetsmiljösynpunkt är den höga halten av kolmonoxid i biosyntesgasen, denna får inte riskera att läcka ut. Skarvar och anslutningar är särskilt känsliga. I detta arbete har inte avgassystem och värmeväxlare studerats något närmare, men avgassystemet och värmeväxlare borde inte behöva bytas ut på grund av byte av gas eftersom det är så pass stora volymsflöden av luft i förhållande till gas, så den procentuella förändringen av det total volymsflödet efter ugnen blir inte så stor DME Detta arbete visar att det är ett bra alternativ att ersätta gasolen med DME. De flesta stora problem som finns med förbränning av biosyntesgas skulle då försvinna. Kostnaden ökar dock för tillverkning av DME och för att denna tillverkning ska vara ett alternativ behöver antagligen en större anläggning byggas än vad som är planerat om endast förgasning ska utföras och fler intressenter behöver vara med i projektet. För en större anläggning behövs en annan placering än på Volvos industriområde. Detta är dock ingen nackdel ur Volvos synvinkel eftersom det skulle minska antalet transporter inne på deras område, då behövs endast transport av den trycksatta DME-gasen och inte biomassa till förgasningsanläggningen. Joerg Holzer på Dürr Systems GmbH [44] anser att det finns goda möjligheter att använda DME som ersättning för gasol, en fördel är att de fysikaliska egenskaperna liknar gasolens, vilket medför att hanteringen blir enklare än vid konvertering till biosyntesgas. Brännare för DME verkar inte vara något problem. Antagligen behöver inte brännarna bytas ut. Vissa anpassningar behöver dock göras. Framledningssystemet och även munstycket kan behöva bytas ut. En noggrann genomgång för varje enskild brännare behövs dock för att veta säkert vad som behöver göras. I dagsläget är de flesta distributionsrör för gasol överdimensionerade, om dessa till viss del skulle kunna användas till DME skulle stora kostnader sparas. Gasolen bör troligtvis finnas kvar som backup och det måste undersökas om DME och gasol i detta fall kan blandas i samma ledningar. Det finns även gasbehållare till gasol som eventuellt skulle kunna användas till DME. En fördel med DME kan vara att det finns möjlighet att konvertera bilar, traktorer och andra fordon inne på fabriken till fordon som kan köras på DME. Det finns även möjlighet att skaffa lastbilar som går på DME för transporter av hytter. Sådana lastbilar finns under utveckling, de första bilarna ska provköras med DME från svartlutsförgasningen vid Chemrec i Piteå [30]. DME är även intressant ur ett bredare perspektiv. Om Volvo Lastvagnar vill satsa på DME-tillverkning för fordonsbränsle även i Umeå, kan detta kombineras med tillverkning av DME för att använda inne på fabriken i Umeå. (63) 56

57 10.4 Förbrukningsanalys Det är svårt att dra några slutsatser över gasolförbrukningen eftersom de data som finns är för en så kort period. Gasolförbrukningen är beroende av antalet produktionsdagar och hur många hytter som tillverkas. Eftersom marknaden inte är stabil för tillfället så är det svårt att säga hur behovet kommer att se ut de närmaste åren. Beräkningar utifrån dygns- och veckologgar är osäkra, eftersom det finns felaktigheter i mätningarna. Beräkningarna visar dock på att effektbehovet under produktionstimmarna är ungefär 2,5 MW för de tillverkningsnivåer som var aktuella oktober månad Energigaspriser Inköpspriset på gasol är för tillfället 0,55 kr/kwh. Gasolpriset följer olje- och naturgaspriset och priset på gasolen kan därför stiga inom närmaste framtiden. Produktionskostnaden för biosyntesgas är enligt Ekbom et al. [31] uppskattad till 0,31 kr/kwh och för DME 0,38 kr/kwh. Priset på biosyntesgas och DME som har tagits fram i deras arbete utgår från en stor, kommersiell anläggning. Dessutom gjordes beräkningarna för svartlut som råvara istället för torrefierad biomassa. Det kommer troligtvis tillkomma utvecklingskostnader för detta projekt och en mindre anläggning kan ge ett dyrare pris per producerad enhet. Osäkerheten kring produktionskostnaden är stor, troligtvis blir priset högre än vad Ekbom et al. [31] har räknat ut. Priset på biosyntesgas och DME kommer att variera utifrån priset på biomassa. Detta pris beror på vilken typ av biomassa som kan användas, efterfrågan på biomassa och produktionskostnaden för biomassan. Förhoppningsvis kan ett billigt biobränsle användas vid förgasning men det är ännu inte testat. Hur mycket det torrefierade materialet kostar är inte klart än. Det skiljer inte så mycket i pris mellan biosyntesgasen och DME. Om denna prisskillnad stämmer blir alternativet med DME betydligt billigare ur Volvos synvinkel, eftersom det behövs färre åtgärder inne på fabriken. Men priset på DME och biosyntesgas bygger på en stor anläggning och skillnaden i pris blir antagligen betydligt större för en mindre anläggning. (63) 57

58 10.6 Alternativa lösningar Det finns ett par alternativa lösningar för att ersätta gasolen som har diskuterats av personal på Volvo Rening med kolfilter Volvo har byggt en ny reningsanläggning med kolfilter för att rena luften som kommer från en avdelning som handmålar detaljer. Luften från produktionen renas genom att passera ett absorptionsfilter av aktivt kol. Det finns tre filter. Luften passerar växelvis två filter och det tredje rengörs under tiden. Rengöringen sker genom att luft strömmar motströms genom filtret och tar upp VOC, luften passerar sedan en katalytisk förbränningsenhet. Förbränningsenheten består av en värmeväxlare, en startvärmare och en katalysator. Vid uppstart används startvärmaren, som drivs av el, för att värma luften innan katalysatorn. När anläggningen väl är startad gör halten av lösningsme del i luften att ingen yttre värmekälla behövs, det blir tillräckligt varmt i katalysatorn ändå. Den renade luften kyls sedan genom att passera värmeväxlaren igen. Den rena luften förs sedan tillbaka till absorptionsfiltret för att ta upp nytt VOC. En skiss över anläggningen finns i BILAGA 5. En liknande anläggning skulle kunna byggas för att rena den luft som i dagsläget renas i ED-ugnen, kittugnen och RTO-enheten. För att värma luften som går till ED- och kittugnen kan en biobränsleeldad ångpanna användas. Ångan kan sedan värmeväxlas med luften. Förutom ångpannan och dess tillbehör behöver distributionsledningar för ångan byggas, samt nya värmeväxlare köpas. Biobränslepannor medför antagligen ökat underhåll. Många ångpannor är olje- eller gaseldade, men det finns även biobränsleeldade ångpannor. För att få en bra verkningsgrad i ångpannan behövs en bra värmeåtervinning. Eventuellt kan en del av fjärrvärmen bytas ut mot kondenserad ånga. En investering i en ångturbin som ger el kan höja verkningsgraden ytterligare, men om detta ska vara lönsamt behövs en relativt stor ångpanna. Hur luften för härdningen ska värmas upp måste undersökas närmare om detta alternativ är intressant. För att få fram energikostnaderna för detta alternativ måsta en prisförfrågan ställas till någon leverantör av en anläggning Biogas Ett annat alternativ är att byta från gasol till biogas. Biogasen kan komma från reningsverk eller en rötningsanläggning. Framställning av biogas genom anaerob nerbrytning ger en gas som är rik på metan. Även i detta fall behövs rening och eventuellt uppgradering av gasen för att nå ett bra värmevärde. Det undre värmevärdet för uppgraderad och renad biogas är ungefär 35 MJ/Nm 3 [47]. Priset på biogas för drivmedel är 9,53 kr/nm 3 [48] inklusive moms. Detta motsvarar 0,74 kr/kwh, exklusive moms. Ett problem med detta alternativ är var råvaran till biogasen ska komma ifrån och vem som ska sköta anläggningen. Troligtvis behöver brännarna bytas ut, eller liknande åtgärder som för DME utöras. Värmevärdet är dock högre än för biosyntesgasen och det borde därför inte vara några stora tekniska problem att använda renad biogas. (63) 58

59 10.7 Fortsatt arbete När torrefierat material finns tillgängligt behöver en ordentlig gasanalys göras genom att skicka materialet till något företag som har en förgasare. En skarp förfrågan bör skickas ut till tillverkare och återförsäljare om det finns intresse av att gå vidare med alternativet biosyntesgas som ersättning för gasolen. Fortsatta diskussioner bör även föras med företaget Industri -Teknik Bengt Fridh AB [43]. Distributionssystem för gasen måste undersökas, detsamma gäller avgassystem och värmeväxlare. En ekonomisk kalkyl över investeringskostnaderna bör göras. (63) 59

60 11 SLUTSATS Vid ett byte av gas från gasol till biosyntesgas kan föreningar innehållande bland annat klor, alkalimetaller och svavel ställa till med stora problem i utrustningen genom exempelvis korrosion. Det är framförallt RTO-enheten och värmeväxlare som är känsligast, på grund av att temperaturen kan sjunka där. Utifrån gasanalysen som har gjorts och uppgifter om gränsvärden från Dürr [44] blir slutsatsen att rening av biosyntesgasen är nödvändig. För att förbränning av biosyntesgasen ska vara möjlig behöver antagligen hela brännarna i ED-ugnen och kittugnen bytas ut. Även rörsystem och ventiler behöver bytas. Gasolen ska finnas kvar som backup. Mindre ugnar kan inte konverteras till biosyntesgas. Den lilla förbränningsugnen innan KPRenheten kan ersättas med en högtemperaturvärmeväxlare, luft ska då ledas direkt från RTO-enheten till denna. RTO-enheten ställer krav på renhet hos gasen, om denna är tillräckligt ren ska det fungera att injicera i förbränningsluften och ha kvar gasolbrännarna som stödförbränning och backup. På grund av otillräckligt underlag är den förbrukningsanalys som har gjorts väldigt osäker. Effektbehovet under produktionstimmarna har beräknats till ungefär 2,5 MW för de tillverkningsnivåer som var aktuella oktober månad En maximal förbrukning på ungefär 3 MW har mätts upp. Gasolförbrukningen är beroende av antalet producerade hytter och framförallt antalet produktionsdagar. Utifrån detta arbete rekommenderas DME som gasolsubstitut istället för biosyntesgas. Många av de tekniska problemen med utrustningen undviks på detta sätt. Problemet där är de ökade kostnaderna vid tillverkning. Antagligen kan befintliga brännare användas, med justering och byte av vissa delar. Även alternativet med rening med kolfilter och en ångpanna för uppvärmning av torkluften kan vara ett bra alternativ för att ersätta gasolen. Detta alternativ har dock inte undersökts närmare i det här arbetet. (63) 60

61 12 REFERENSER 1. U.S. Enviromental protection agency.basic Information, organic gases. Online Zevenhoven Ron och Kilpinen Pia.Control of pollutants in flue gases and fuel gases, 2nd Edition. Espoo, Finland: Helsinki University of Technology, The Nordic Research Programme Solid Fuel Committe, ISBN Svenskt Gasteknikt Center AB. Industriell energigasteknik. Malmö : Svenskt Gasteknikt Center AB, ISBN Naturvårdsverkets författningssamling.naturvårdsverkets föreskrifter om begränsning av utsläpp av flyktiga organiskaföreningar förorsakade av användning av organiska lösningsmedel i vissa verksamheter och anläggningar, NFS ISSN EUROPEISKA GEMENSKAPERNAS KOMMISSION.Förslag till EUROPAPARLAMENTETS OCH RÅDETS DIREKTIV om industriutsläpp (samordnade åtgärder för att förebygga och begränsa föroreningar)(omarbetning), KOM(2007) 844 slutlig Länsstyrelsen Västerbotten. Miljöfarlig verksamhet. Online Metlab Miljö AB, Laboratorium för Miljö- och Energiteknik.ALL ED optimering Ytforum. Ytforum Förlag. Online Dürr.Technical Specification, Ecopaint Oven, Ovens and Cooling Zones. 10. Dürr Systems GmbH. Ritning; New Underbody and Sealer Line Sealer Oven Häggström, Kjell-Arne.VTC Umeå Lösningsmedels balans över nytt grundlacksmåleri METLAB miljö AB, Laboratorium för Miljö- och Energiteknik.ALL Nya måleriet, massbalansmätningar Näslund, Mikael.Energigasteknik. Lund : Svensk Gasföreningens Service AB, ISBN Svenska Gasföreningen. Gasföreningen. Online 17 juni Svenskt Gasteknikt Center AB.Energigaser och Miljö. Malmö : Svenskt Gasteknikt Center AB, ISBN Statoil. Produktblad Gasol Propan (63) 61

62 17. Boerrigter, H. et al.gas Cleaning for Integrated Biomass Gasification (BG and Fischer-Tropsch (FT) Systems, Experimental demonstration of two BG-FT systems ( Proof-of-Principle ) ECN-C Lucas, Carlos.High temperature air/steam gasification of biomass in an updraft fixed bed batch type gasifier. KTH, Materials Science and Engineering, Prins, Mark J. Thermodynamic analysis of biomass gasification and torrefaction.eindhoven : Technische Universiteit Eindhoven, ISBN Van der Drift, A. et al. Entrained flow gasification of biomass.ash behaviour, feeding issues, and system analyses. ECN Biomass, Olofsson, Ingemar, Nordin, Anders ochsöderlind, Ulf.Initila Review and Evaluation of Process Technologies and System Suitable for Cost-Efficient Medium-Scale Gasification for Biomass to Liquid Fuels. u.o.: UmeåUniversitetochMitthögskolan, Nordwaeger, Martin. A small-scale torrefaction pilot plant- development of the control system. Umeå Universitet. Umeå, (Ej publicerat) 23. Zanzi, R. et al. Biomass torrefaction. Department of Chemical Engineering and Technology, Chemical Re actionengineering, Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm, Universidad de Oriente, Santiago de Cuba och Universitat de Barcelona, Barcelona. 24. Bergman, Patrick C.A och Kiel. Jackob H.A. Torrefaction for biomass upgrading. Energy research Centre of the Netherlands (ECN), Unit ECN Biomass. Published at 14th European Biomass Conference & Exhibition, Paris, France, IngemarOlofsson.PhD Student. Umeå Universitet; Tillämpad fysik och elektronik; ETPC - Energy Technology and Thermal Process Chemistry [email protected] 26. Hagen, Martin, et al.report SGC 118. Adding gas from biomass to the gasgrid. u.o.: Swedish Gas Center, ISSN Higman, Christopher. och van der Burgt, Maarten.Gasification. Burlington : Elsevier, ISBN- 13: Kemikalieinspektionens författningssamling. Kemikalieinspektionens föreskrifter med EGharmoniserad bindande klassificering och märkning (Klassificeringslistan), KIFS 2005: ISSN Persson, Margareta.Utvärdering av uppgraderingstekniker för biogas. Rapport SGC 142. Lund : Svenskt Gastekniskt Center, ISSN Chemrec. th%3d/useruploadfiles/chemrec%2520to%2520build%2520dme%2520biofuels%2520plant.pdf+che mrec+volvo&hl=sv&ct=clnk&cd=5&gl=se&client=firefox-a.online (63) 62

63 31. Ekbom, Tomas, Berglin, Niklas och Lödberg, Sara. Black Liquor Gasification with Motor Fuel Production BLGMF II.Stockholm, Volvo Group AB. Kraftfulla vägar till framtiden. Online Burners and controls. MIX.Online INDUSTRI-TEKNIK Bengt Fridh AB. Online Wünning J.G. Flameless Combustion and its Applications. 14th IFRF Members Conference, Noordwijkerhout, Mai, 2004, Online Air Products. Online Suzuki, Tomio.Burner and method for burning low calorific gas.us Patent Issued, Online ImatranVoima Oy, et al. WO/1998/ Method and arrangement for burning gas in a furnace.laineseppo : Helsinki, Bränsleanalys.Katarina Håkansson. PhD Student. UmeåUniversitet; Tillämpad fysik och elektronik; ETPC - Energy Technology and Thermal Process [email protected] 40. LarsHedemalm. Aviosol AB. Box 219, Luleå [email protected] 41. Anders Persson. Petro Kraft AB. Box 52090, GÖTEBORG [email protected] 42. Leif Lindqvist.TPS Termiska Processer AB. Box 624, Nyköping [email protected] 43. Nicke Johansson. Industri -TeknikBengt Fridh AB. Företagsvägen 16, Arlöv Joerg Holzer.Duerr Systems GmbH. Otto-Duerr-Str. 8, Stuttgart, Germany. +49 (0) [email protected] 45. Dürr Systems GmbH. Schema Top Coat Lines 3, 4, 5. Volvo Umea Energiläget 2007: 07_49.pdf?OpenElement 47. Varuinformation biogas. Stockholm Vatten Statoil. Online (63) 63