Institutionen för Kemiteknik Lunds Universitet Projektering KET050

Förprojektering av VOCanläggning för McNeil AB Institutionen för Kemiteknik Lunds Universitet Projektering KET050 Christian Fridlund, Philip Granstrand, Henrik Nilsson, Richard Wallin, Alexander Werne Handledare: Christian Hulteberg, Hans Karlsson; Helena Svensson Industrihandledare: Åsa Ahlqvist 2015-05-25

Sammanfattning Rapporten har gjorts på uppdrag av McNeil tillsammans med studenter från Lunds Tekniska Högskola. Målet med rapporten är att föreslå en process för rening av flyktiga organiska föreningar, VOC. Det är i drageringsprocessen av tuggummit, det vill säga den process när olika smakämnen tillsätts som dessa VOC tillkommer processen. En litteraturstudie behandlar fem olika reningsalternativ, biofiltration, adsorption, förbränning, absorption och kondensation. Resultatet av litteraturstudien var att den befintliga processen, adsorption, är den optimala för rening av VOC för McNeil. Den nya processen kommer även innehålla en rotorkoncentrator och regenerering på plats. Innan kolbäddarna kommer all luft passera rotorkoncentratorn vilket kommer medföra att strömmen koncentreras 10 gånger. För att erhålla en optimal process beräknas material och energibalanser för att säkerhetsställa att det inte finns några stora energiförluster. Ekonomiberäkningar för den nya processen visar att den totala investeringskostnaden är på 4,5 miljoner kronor. Driftkostnaden för filterbyten som sparas in vid ny anläggning uppgår till 2,4 miljoner vilket medför en payback tid på 2,2 år. Tillägg efter presentation Det framkom under presentationen på McNeil att en missuppfattning angående storleken på flödet i processen hade skett. Beräkningar i rapporten har utförts på ett flöde som är 21250 m 3 /h men det egentliga flödet uppgår till 42 500 m 3 /h. Detta kan korrigeras enligt två metoder som båda grundar sig i omskalningsprincipen två tredjedelsprincipen. Principen går ut på att skala om den gamla investeringskostnaden med hjälp av skillnaden mellan det gamla flödet och det nya enligt ekvationen nedan. K ny = ( Q 2/3 ny ) Q gammal K gammal Detta kan göras på hela investeringskostnaden då det antas att hela processen kommer påverkas av det nya gasflödet. Investeringskostnaden blir då 7,1 miljoner kronor. Det är även möjligt att anta att inte hela processen kommer påverkas. I dagens process är gashastigheten i kolbäddarna dubbla det rekommenderade, i och med det även det dubbla det som har använts i rapporten. Detta gör att om den nya processen skulle köras med dubbla gashastigheten kommer kolbäddarna förbli i den storlek som ar beräknats fram i rapporten. Detta skulle innebära att kolbäddarna och kondensorn inte påverkas utav ändringen av flödet. I detta fall kommer endast 60 % av investeringskostnaden att påverkas, vilket gör att den nya kostnaden blir 6,05 miljoner kronor. Vidare har det även framkommit att driftkostnaderna kommer att öka då den femte pannan tas i drift. Detta på grund av att kolbäddarna som i dag körs kommer behöva regenereras oftare vilket medför att kostnaden för filterbyten inte kommer förbli 2,4 miljoner kronor per år. Antagandet har gjorts att denna kostnad kommer öka med 25 % och bli 3 miljoner kronor per år.

Innehållsförteckning 1. Introduktion... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte... 2 2. Litteraturrapport... 2 2.1 Befintlig Process... 2 2.1.1 Adsorption... 2 2.2. Alternativa processer... 3 2.2.1 Biofiltration... 3 2.2.2 Adsorption... 5 2.2.3 Förbränning... 7 2.2.4 Absorption... 10 2.2.5 Kondensation... 11 2.3 Beslutsunderlag för val av process... 14 3. Regenereringsalternativ... 15 3.1 Mikrobiell regenerering... 15 3.1.1 För- och nackdelar... 15 3.2 Kemisk och lösningsmedels regenerering... 15 3.2.1 För- och nackdelar... 16 3.3 Termisk regenerering... 16 3.3.1 För- och nackdelar... 16 3.4 Ultraljudsregenerering... 16 3.4.1 För- och nackdelar... 16 3.5 Våtluftsoxidering... 16 3.5.1 För- och nackdelar... 16 3.6 Elektrokemisk regenerering... 17 3.6.1 För- och nackdelar... 17 3.7 Ångregenerering... 17 3.7.1 För- och nackdelar... 17 3.8 Beslutsunderlag för val av regenereringsmetod... 17 4. Processbeskrivning... 18 5. Material- och energibalanser... 20 5.1 Värmeväxlare... 20 5.2 Tryckfall... 20 5.2.1 Kolbädd... 20 5.2.2 Rotorkoncentrator... 21

5.2.3 Rör... 21 5.2.4 Rörkrök... 21 5.3 Luftflöde... 21 5.4 Fläktenergi... 22 5.5 Energibalans... 22 5.5.1 System exklusive regenerering... 22 5.5.2 Regenerering... 22 6. Kostnadsuppskattning och investeringskalkyl... 23 6.1 Kostnadsuppskattning... 23 6.2 Driftkostnad... 24 6.3 Investeringskalkyl... 24 7. Diskussion... 25 8. Slutsats... 27 9. Referenser... 28 10. Nomenklaturlista... 31 Appendix 1 Area... 34 Appendix 2 Tryckfall, luftflöde & Fläktenergi... 36 Appendix 3 Energibalans... 38 Appendix 4 Ekonomi... 40

1. Introduktion McNeil är ett företag beläget i centrala Helsingborg som producerar bland annat Nicorettetuggummi och Treo. Vid produktion av tuggummi uppkommer utsläpp av olika lättflyktiga organiska föreningar (volatile organic compounds, VOC). Dessa tillsätts i drageringsprocessen, det vill säga den process där ett yttre hölje av smakämnen innesluter tuggummikärnan. Exempel på smaker är mint och tuttifrutti. Processen är väldigt effektiv ur energi- och reningssynpunkt men är däremot oekonomisk på grund av att regenerering inte kan utföras på plats idag. McNeil vill utforska möjligheterna till en alternativ process som är mer ekonomisk än den nuvarande vilket är grunden till detta projekt. En litteraturstudie som beskriver olika processer för VOC rening kommer ligga till grund för vilken reningsprocess som förslås för McNeil. Detta förslag kommer även innehålla ekonomi och energiaspekter. 1.1 Bakgrund En lättflyktig organisk gas (VOC) kan definieras på tre sätt. Clean Air Amendment (CAA) menar att en VOC-gas är ett ämne innehållande kol som är delaktig i fotokemiska reaktioner i atmosfären. Föreningar som inte inkluderas är kolmonoxid, koldioxid, kolsyra, metallkarbider, metallkarbonater och ammoniumkarbonater. United States Environmental Protection Agency (US EPA) har en annan definition, här förklaras en VOC-gas som en förening med ett ångtryck >0.1 mm Hg vid normala förhållanden (20ᵒC och 1 atm) [1]. Europeiska unionen (EU) definierar VOC som alla organiska föreningar med en kokpunkt på högst 250ᵒC vid 1 atm och är hälsoskadlig. I denna rapport kommer EUs definition av VOC att användas [2]. Problemet med lättflyktiga organiska gaser är deras medverkan vid bildning av marknära ozon. Ozon är nödvändigt för skydd mot ultraviolett ljus högre upp i atmosfären, men marknära ozon är skadligt för både djur och växter [3]. Med avseende på det nyss nämnda resonemang är det viktigt med gränsvärden och regler för hur stora utsläpp som tillåts. När det kommer till McNeil är det centrala läget i Helsingborg samt utsläpp av luktämnen de primära problemen. Smaksättningen av tuggummin bidrar till utsläpp av VOC-gaser med en kraftig lukt beroende på vald smak, exempelvis mint eller eukalyptus, i tabell 1 visas de VOC som ka släppas ut samt relevanta egenskaper. Dessa starka odörer är störande för boende och företag i närområdet. Detta problem måste behandlas av McNeil för att de ska få behålla sin produktion på befintlig plats [4]. Tabell 1 Löslighet i vatten samt etanol för de olika komponenterna Komponent Menton Mentol Eukalyptol Limonen Löslighet i vatten 25 C (g/l) Svårlösligt 0,69 Svårlösligt 0,46 Svårlösligt 3,50 Svårlösligt 1,38 Kokpunkt ( C) Flampunkt ( C) 207 72 154,25 212 93 156,27 176 49 154,25 176 43 136,24 Kanelaldehyd Svårlösligt 248 120 132,16 Molmassa (g/mol) 1

1.2 Syfte 1,10 Syftet med denna rapport är ta fram en alternativ process som kan rena VOC innehållande luft på ett mer ekonomiskt sätt. Med litteraturstudien som grund kommer den mest optimala processen att väljas. I litteraturstudien kommer metoder för att rena en ström på VOC gaser att undersökas. Reningsvägar som behandlas är biofiltrering, adsorption, förbränning, absorption och kondensation. Målet är att få fram den optimala metoden som kan bli implementerad, metoden är baserad på följande krav: Behålla en stor del av nuvarande design, för att på så sätt undvika stora förändringar i processen. Klara av en koncentration på 500 ppm innan rening Kapabel till en reducering till en koncentration VOC < 5 ppm Klara av ett flöde på 21250 m 3 h Funktionell för starkt varierande koncentration Inget ökat utsläpp av CO 2 inom systemgränsen 2. Litteraturrapport 2.1 Befintlig Process 2.1.1 Adsorption I produktionen av Nicorette tuggummi transporteras tuggummi till pannor för dragering. Drageringsprocessen medför avgaser innehållande smakämnen. Avgaserna består av två gasflöden som varierar mellan 8500 21250 m 3 /h beroende på hur många pannor som körs. Flödena leds till containrar fyllda med aktivt kol för rening. Det aktiva kolet ligger som en bädd med en bäddhöjd på 800 mm, motsvarande 7,5 ton kol per bädd. Gasströmmen skickas in under bädden och får stiga upp igenom kolbädden där adsorptionen av VOC-ämnena sker. Det aktiva kolet är i form av små pellets vilket ger en stor aktiv yta på grund av dess porositet. Containrarna arbetar parallellt där två containrar tar hand om strömmar från två pannor vardera. När kolet är närmar sig sin mättnad med VOC minskar reningskapaciteten av gasströmmen. De två använda containrarna byts ut mot två nya innehållande aktivt kol som genomgått regenerering. Containrarna med det mättade kolet transporteras sedan till Tyskland där det regenereras och en viss mängd byts ut mot nytt kol. I samband med bytet leds gasströmmen rakt ut i luften. Detta medför en ökning i VOC utsläpp under de 15 minuter som bytet pågår. Tiden det tar för det aktiva kolet att bli mättat varierar kraftigt från byte till byte men genomsnittstiden per byte är 45 dagar. I dagsläget körs produktionen med fyra pannor för dragering av tuggummi, men McNeil har som avsikt att lägga till en panna under år 2016. Detta kommer medföra en ökad produktion av tuggummi vilket leder till större gasflöden. Högre gasflöden i befintlig process skulle leda till fler byten av containrar och ökad kostnad per år. I figur 1 visas den befintliga processen. Panna 5 är insatt men det är inte bestämt hur den ska kopplas in. 2

Figur 1 Schematisk bild över rening av VOC-gaser från de olika pannorna I dagens process finns ingen kontinuerlig mätning av koncentrationen i den renade luften, utan den mäts sporadiskt en gång per dag. Då drageringsprocessen inte sker kontinuerligt varierar koncentrationen kraftigt under dagen vilket kan göra mätningen opålitlig. Då koncentrationen av VOC i strömmen ut från containrarna uppgår till 5 ppm ska ett byte ske inom en vecka. Detta gör att koncentrationen kan överstiga 5 ppm under en vecka innan ett byte sker. 2.1.1.1 Kostnader I den befintliga processen finns det två huvudkostnader, filterbyten och energiförbrukning. Kostnaden för filterbytena varierar beroende på antalet byten som måste genomföras, men ett medelvärde över de senaste tre åren är 2,4 miljoner kronor per år. Kostnaden för energiförbrukningen uppgår till 500 000 kr per år. 2.2. Alternativa processer 2.2.1 Biofiltration Processen går ut på att degradera lättflyktiga organiska ämnen till enklare former, så som koldioxid och vatten under produktion av biomassa. Detta görs genom att ett filter bestående av exempelvis torv, jord eller kompost ympas in med lämpliga mikroorganismer. 2.2.1.1 Processbeskrivning I helhet består ett biofiltersystem av en fläkt, en luftfuktare och ett filter, se figur 2 nedan. Fläkten används för att överkomma tryckfallet orsakat av filtret. Gasen måste även vara mättad på vatten innan filtreringen, annars desorberas istället fukt från filtret. Detta skulle resultera i uttorkning av biomaterialet vilket leder till att mikroorganismerna inte kan överleva. För att uppnå korrekt fukthalt används en luftfuktare. 3

Figur 2 Biofiltersystem [5] 2.2.1.2 Rå-gas Eftersom ett biofilter kan avaktiveras vid närvaro av gifter för mikroorganismerna ska alltid ett system för övervakning över gasens beståndsdelar finnas. Substanser blir gifter för ett filter på grund av ämnets kemiska struktur eller för hög koncentration. En allmän uppfattning angående maxkoncentrationen för VOC-gaser vid biofiltrering ligger på 3000 5000 mg/m 3. De allra flesta mikroorganismerna är mesofila vilket innebär att aktiviteten är högst vid måttliga temperaturer. Tanken är att gasen som passerar filtret ska ha en temperatur som korresponderar mot detta, för att uppnå optimala resultat brukar en temperatur mellan 15-40 grader användas [6] [7]. 2.2.1.3 Kontroll av fukthalt Fukthalten är viktig för mikroorganismernas överlevnad och metabolism. En icke optimal fukthalt kan resultera i komprimering av filtret, genomsläppning av orenad gas samt formationer av anaeroba zoner som släpper ut illaluktande föreningar. En fukthalt mellan 40-60 vikt-% är ansedd optimal [7]. 2.2.1.4 Kontroll av ph Vätejonkoncentrationen har stor inverkan på mikroorganismernas aktivitet. Hänsyn kan behöva tas om degradering sker till nya sura komponenter, exempelvis vid oxidation av svavel- och kväveinnehållande föreningar. Beroende på typen av organism i filtret kan förändringen i ph förstöra populationen samt eliminera filtrets degraderingskapacitet. Ett ph där de flesta mikroorganismer uppvisar bäst aktivitet är relativt neutralt, alltså omkring 7-8. Har en degradering skett och på så vis sänkt ph brukar kalk användas för att neutralisera [6] [7]. 2.2.1.5Tryckfall På grund av tryckfallet orsakat av filtret krävs elenergi för motverka tryckskillnaden. Utan en fläkt som blåser igenom gasen så kommer inte gasen kunna ta sig till och igenom filtret. En gradvis kompression av filtret kommer succesivt att öka tryckfallet. Därför är det vanligt att övervaka tryckfallet över filtret för att på så vis upptäcka sprickor eller för att veta när ett filterbyte krävs [6]. 2.2.1.6 För- och nackdelar Otillräcklig fuktning är ett huvudproblem och leder ofta till att systemet fallerar [7]. Problemet kommer vanligast från underdesignade luftfuktare eller en för hög temperaturökning över filtret. En annan synpunkt som är viktig att ta hänsyn till är hur lätt det är att degradera föroreningen och vad det kommer degraderas till. Alla ämnen går inte att degradera med hjälp av mikroorganismer. Det ska även tas i beaktning att många industrier med kopplingar till luftrening inte kör kontinuerligt. Den biologiska aktiviteten lider av allt för många och långa nedstängningsperioder [6]. Biofiltrering har speciellt under det senaste årtiondet utvecklats till ett kostnadseffektivt och miljövänligt alternativ för VOC-rening. Framför allt vid behandling av låga koncentrationer kan biofiltration tillhandahålla betydligt lägre kostnader. Jämfört med andra behandlingsmetoder görs 4

besparingar i form av driftkostnader och dess låga energibehov. Ett lågt energibehov kan komma som ett resultat av att man använder sig av normala förhållanden (tryck, temperatur och ph) inom biologiska metoder. Biofiltrering kräver inte heller några andra tillsatser i form av kemikalier eller bränsle, vilket är en fördel [6] [7]. 2.2.2 Adsorption Metodiken grundar sig i att föroreningar i gasströmmen binder in selektivt med hjälp av intermolekylära krafter till en solid porös bädd (adsorbent). Den mest förekommande adsorbenten för rening av VOC gaser är den som McNeil använder sig av, aktivt kol. Alternativ till aktivt kol kan anses vara zeoliter och polymerer [8, 9, 10, 11]. 2.2.2.1 Processbeskrivning Aktivering av adsorbenten sker oftast genom tillförsel av värme, detta görs för att rena adsorbenten från kontamineringar samt för att öka den effektiva ytan. Det finns flertalet olika processbeskrivningar där den mest förekommande är en fast porös bädd. Principen är att ha en eller flera behållare som är kopplade parallellt med ett inflöde i botten och oftast med en fläkt som drivande kraft. Detta inflöde bestående av viss koncentration VOC-gaser passerar sedan bädden som mättas successivt och utströmmen får på så vis en lägre koncentration VOC-gaser. Processen fungerar på samma sätt för zeoliter, polymerer samt aktivt kol, se figur 3 nedan [12]. Figur 3 Generell adsorption [11] 2.2.2.2 Roterande koncentrator I en roterande koncentrator mättas adsorbenter på en roterande skiva, se figur 4 nedan. Största delen av den roterande skivan har som uppgift att minska mängden föroreningar från gaser, en liten del av skivan används för desorption. För att öka utbytet vid adsorptionen kan kalluft kopplas in efter desorptionsdelen vilket medför att skivan kyls av och sålunda möjliggör högre utbyte. En roterande koncentrator medför att koncentrationerna i avgaserna ökar mellan 10-15 gånger vilket i sin tur leder till att efterföljande hantering av VOC-flöden kan bli upp till 10 gånger mindre. Denna metod är bra då stora gasflöden förekommer med låga koncentrationer av VOC-ämnen. 5

Figur 4 Rotorkoncentrator [11] 2.2.2.3 För- och nackdelar Adsorptionskapacitet indikeras med hjälp av adsorptionsisotermen. Aktivt kol samt polymerer har en linjär adsorptionsisoterm vilket medför att för höga partialtryck ökas kapaciteten proportionellt. Detta leder till att aktivt kol och polymerer är gynnsamma att använda vid höga koncentrationer av VOC-gaser. Zeoliter däremot har en icke-linjär adsorptionsisoterm vilket medför att de är mer gynnsam att använda vid låga koncentrationer. I nedanstående tabell 2 är för- respektive nackdelar för de tre adsorbenterna sammanfattade [13, 11, 10, 9]. 6

Tabell 2 För och nackdelar för olika adsorbenter Adsorbent Fördelar Nackdelar Aktivt kol Hög effektivitet m a p på VOCgaser Simpel och robust Anpassningsbar för diskontinuerliga processer Enkel att underhålla Lätt att placera Blandningar av flera komponenter kan leda till tidig felfunktion Inte lämplig för våta rökgaser (mindre kritiskt för impregnerat aktivt kol) Risk för självantändning i bädden Polymerisationsrisk av omättade kolväten på aktiva kolet (exotermt, orsakar blockeringar) Polymerer Hög adsorptionskapacitet Simpel och robust Anpassningsbar för diskontinuerliga processer Enkel att underhålla Lätt placera Inte sannolikt för katalytiska reaktioner som kan orsaka förbränning Lång livslängd Låg fuktighetskänslighet Zeoliter Hög effektivitet med avseende på VOC-gaser(särskilt låga koncentrationer) Simpel och robust Enkel att underhålla Lätt att placera Blandningar av flera komponenter kan leda till tidig felfunktion Högt initialpris. Blandningar av flera komponenter kan leda till tidig felfunktion 2.2.3 Förbränning Förbränning är en av de vanligaste metoderna för industriell rening av avgaser. Till skillnad från adsorption förbränns de brännbara föreningarna och på så sätt omvandlas de istället för att bli uppsamlade. Förbränningen sker i en termisk- eller katalytisk förbränningsugn. I den katalytiska förbränningsugnen används en katalysator för att öka reaktionshastigheten. Detta medför att förbränningen sker vid en lägre temperatur än vid termisk förbränning. 2.2.3.1 Termisk förbränningsugn När det kommer till termiska förbränningsugnar drivs dem av en kombination av bränslen i en stabiliserad flamma. Förutom gasströmmen som ska renas används dessutom extra bränsle och luft när det behövs. När gasströmmen passerar flamman hettas den upp från dess ingångstemperatur till förbränningstemperatur som ofta är empiriskt bestämd. Förbränningen sker inom detta 7

temperaturintervall och är inte beroende av VOC- koncentrationen. Beroende på hur mycket av VOCgaserna som ska renas bort varierar uppehållstiden som i sin tur påverkar temperaturen. 2.2.3.1.1 Direktförbränning Målet med termiska förbränningsugnar är att höja den VOC innehållande strömmen till en viss temperatur som upprätthålls under reaktionstiden för att garantera en viss destruktion av VOC. Det enklaste sättet att göra detta på är att använda direkt flamförbränning. Vid jämförelse med figur 5 nedan skulle direkt flamförbränning bara bestå av förbränningskammaren. Figur 5 Termisk förbränningsugn. 2.2.3.1.2 Rekuperativ förbränning Rekuperativ förbränning har ökad effektivitet på grund av placeringen av värmeväxlare vid de varma utgående strömmarna. Figur 5 visar rekuperativ förbränning i sin helhet. Bränslebesparingar kan uppnås genom att värma upp den ingående gasströmmen, luftströmmen eller båda med produktströmmen via en värmeväxlare. Värmeväxlarna kan återvinna upp till 70 % av energin i produktströmmen. 2.2.3.1.3 Regenerativ förbränning Det traditionella sättet att spara energi på som är beskrivet i figur 5 kräver mycket bränsle i förbränningsugnen när värmevärdet i produktgasen är för låg för att underhålla den önskade förbränningstemperaturen. Ytterligare besparingar kan göras under dessa förhållanden om enheter med komplett energiöverföring av den utgående strömmen kan användas. Dessa har direktkontakt med värmeväxlare som är gjorda i keramiskt material för att klara höga temperaturer. Hur processen går till är illustrerat nedan i figur 6. Den ingående gasen passerar en varm keramisk bädd som hettar upp gasen till dess förbränningstemperatur. Den heta gasen reagerar sen i förbränningskammaren medan den passerar en till keramisk bädd och på så sätt värmer den till förbränningsugnens utgångstemperatur. Sedan växlas flödena och man matar den ingående strömmen till den varma bädden. Med denna process kan man återvinna upp till 95 % av energin. 8

Figur 6 Regenererbar termisk förbränningsugn 2.2.3.2 Katalytisk förbränning Katalytisk förbränning använder sig av aktivt material (katalysator) som underlättar förbränningsreaktionen. Katalysatorn ökar reaktionshastigheten vilket medför omvandling vid lägre temperatur än i termiska förbränningsugnar. Fortfarande gäller att gasströmmen som ska renas måste hettas till en tillräckligt hög temperatur för att initiera oxidering. Gasströmmen brukar oftast hettas upp med en förvärmare till förbränningsugnen, det vill säga en värmeväxlare som använder den varma produktströmmen. Processen är beskriven i figur 7 nedan.. Det finns flera olika system som används vid katalytisk förbränning, två av dem används oftast vid rening av VOC. Det ena är fastbädd reaktorer, så som monolitkatalysator eller packad bädd reaktor, det andra är fluidiserad bädd reaktorer. Figur 7 Katalytisk förbränning Den uppvärmda strömmen passerar den katalytiska bädden och reaktion uppstår mellan syret och VOC-substanserna längs med ytan på bädden. Katalytisk förbränning kan i princip användas för att rena vilken ström av oxiderbara ämnen som helst, men det finns praktiska hinder så som förorening av katalysatorn. 2.2.3.2.1 Förbränning i fastbädd Katalytiska bäddar använder sig av monoliter eller packad katalysatorer. Monolitkatalysatorer är ett sammanhängande block där katalysatorn sitter. Blocket innehåller kanaler där den VOC innehållande 9

gasen passerar. Denna metod är den mest använda att koppla föroreningarna i VOC strömmen till katalysatorn. I en packad bädd reaktor används katalysatorer i form av pellets som är packade i en bädd som den VOC innehållande strömmen passerar igenom. 2.2.3.2.2 Katalytisk fluidbäddförbränning En andra metod som använder sig av katalysator är katalytisk fluidbäddförbränning. Fluidbäddar har fördelen med väldigt höga massöverföringshastigheter fast tryckfallet är något högre än för monoliter. Generellt brukar man säga att fluidbäddssystem är mer toleranta av partiklar i gasströmmen än fasta- eller monolitiska bäddar. Detta beror på den konstanta nötning av fluidiserande katalysatorpellets som hjälper att ta bort dessa partiklar från katalysatorernas utsida på ett kontinuerligt sätt. 2.2.3.3 För- och nackdelar En nackdel med förbränning jämfört med adsorption är återvinningen av brännbara föreningar vilka kan ha ett högre värde som kemikalier i jämfört med deras värmevärde. En fördel med förbränning är att i stort sett vilken lättflyktig organisk ström som helst kan förbrännas säkert och rent, förutsatt att en korrekt design används. Monolitisk katalysator medför fördelen med nästintill ingen nednötning på grund av termisk expansion/kompression under uppstart/nedstängning, metoden medför också att lågt tryckfall. Då katalysator i form av pellets är det fördelaktigt då stora mängder av svavel eller kisel är närvarande. Nednötningen av katalysator i fluidbäddar är idag en nackdel, men det utvecklas nu katalysatorer som ska stå emot detta [1]. 2.2.4 Absorption Absorption syftar på en process där en gasström ska renas från en eller flera komponenter genom att dessa komponenter absorberas till en vätskeström. Detta sker genom att gasströmmen kommer i kontakt med ett lämpligt lösningsmedel i vilket föroreningen absorberas och därmed renas gasströmmen. Detta sker oftast i en kolonn med bottnar där vätskan får rinna nedåt och gasen får bubblas uppåt, men kan även ske i packade bäddar eller spraytorn [14]. Principen är densamma, det som skiljer är hur lösningsmedlet introduceras till gasströmmen. Lösningsmedlet i denna process är oerhört viktigt då det gäller att rätt komponenter absorberas och att lösligheten är bra så att tillräckligt mycket kan absorberas. Ämnena som ska renas bort från gasströmmen är inte direkt farliga för naturen i den mängden utan det handlar om just odören från dem. I rening av VOC-gaser är det önskat att kunna använda vatten som lösningsmedel då detta skulle innebära att man kan leda ut det i avloppet. 2.2.4.1 Process-specifikationer När det kommer till olika processtyper av absorption har antalet bottnar, tryck temperatur och lösningsmedel stor inverkan på effektiviteten. Oftast är det vatten som används som lösningsmedel. Dock finns det andra lösningsmedel så som en blandning av kisel-olja och vatten eller bara kisel-olja [15]. Antalet bottnar som finns i ett absorptionstorn beror på det ekonomiska perspektivet och önskad renhet. Det är alltid så att ett större antal bottnar ger en högre effektivitet i tornet. Temperaturer i absorptionsprocesser är vanligtvis från -20 till 30 C och tryck runt atmosfärsbetingelser [5]. I figur 8 visas en typisk absorptionsprocess där absorptionen sker i det vänstra tornet och i det högre tornet sker regenereringen av vätskeströmmen. I enlighet med figuren skickas den förorenade gasströmmen in i botten av tornet och lösningsmedlet skickas in i toppen. Gasströmmen bubblas sedan upp genom tornet och lösningsmedlet rinner nedåt genom tornet. På samma sätt sker regenereringen, en gas bubblas upp genom tornet och lösningsmedlet som nu är förorenat värms först upp och skickas sedan upp till tornet där det rinner igenom tornet. På det 10

sättet absorberas föroreningen till gasströmmen och lösningsmedlet kan återigen skickas till absorptionstornet. Vanligt är även att en del av lösningsmedlet kyls i botten av tornet och återförs till botten av tornet. Detta görs för att säkra att lösningsmedlet blir rent nog för att effektiviteten i absorptionen inte ska påverkas. Inom absorption är det viktigt att hålla koll på alla parametrar då avvikelser kan ge en mycket sämre effektivitet. Viktiga parametrar är flödeshastighet, temperatur och tryck [14]. 2.2.4.2 För- och nackdelar Absorption är ett relativt lätt sätt att separera komponenter i gasfas och kan ske kontinuerligt. Till skillnad från aktivt kol behöver inte processen stannas för regenerering utan detta kan ske parallellt med processen enligt figur 8 nedan. Dock kan detta även vara en nackdel då reningen inte sker kontinuerligt. Uppstart utav processen är relativt enkel, men då detta är en jämviktsprocess kan det ta tid innan processen når maximal effektivitet. Figur 8 Adsorptionsprocess [5] Enligt tabell 1 visar det sig att lösligheten i vatten för komponenterna är relativt låg. Detta innebär att det kommer behövas stora mängder vatten för att kunna köra reningen enligt denna process och att köra med ett annat lösningsmedel gör att det blir samma problem som med aktivt kol. Regenerering av vätskeströmmen måste ske och avfall från detta måste tas om hand, detta kan ske med en stripper. 2.2.5 Kondensation Koncentrationen av VOC i en gasström kan reduceras med kondensation vid låga gastemperaturer. Kondensation är möjligt tills det att partialtrycket (koncentrationen) över det organiska ämnet i gasströmmen är reducerad till en koncentration motsvarande det ångtryck av samma ämne vid driftstemperaturen. Kondensation kan delas in i två generella kategorier baserat på vilka driftstemperaturer som används. Konventionella kondensorer arbetar vid temperaturer mellan 4⁰C till 25⁰C och använder ofta vatten som kylmedium. Kryogena kondensorer arbetar ofta vid temperaturer mellan -25⁰C till - 100⁰C. I vissa specifika fall kan dom arbeta vid så låga temperaturer som -200⁰C. De låga temperaturer som är tillgängliga med hjälp av kryogena kondensorer medför effektivare reducering av oönskade ämnen än i konventionella kondensorer. De kondensorer som arbetar vid lägre temperatur medför en mer komplicerad process som även är dyr i drift. 11

Vid kondensation är det oftast ett eller två organiska ämnen i gasströmmen. Detta eftersom ju fler ämnen det är, desto svårare är det att separera dem. Gasströmmar som undergår kondensation har ofta låga mängder partiklar. Om ämnen förekommer som kan ackumuleras på värmeväxlarytan är kondensation inte att föredra [16]. 2.2.5.1 Konventionella system 2.2.5.1.1 Direktkontakt kondensor Direktkontakt kondensorer är de enklaste typerna såsom spraytorn eller vattenejektor, se figur 9 nedan. Figur 9 Till vänster en Spraykondensor och till höger en Ejektorkondensor [16] I de här typerna av kondensation kommer kylmediet i direktkontakt med gasen. Om gasen är löslig i kylmediet, inträffar även absorption, vilket ökar andelen oönskat ämne som kan tas bort. Direktkontaktkondensorer är flexibla och är billiga att driva. Det finns problem med att organiska ämnen blandas i kylmediet, ofta vatten, vilket leder till att vattnet sedan måste renas och bidrar till en ökad kostnad [16]. 12

2.2.5.1.2 Ytkondensor Ytkondensorer är ofta en tubvärmeväxlare. De består av en cirkulär eller oval cylindriskt skal i vilken ångfasen strömmar. Kylmediet flödar genom flera mindre tuber inuti skalet, se figur 10 nedan. När ångfasen kommer i kontakt med den kallare ytan bildas kondens som sedan samlas upp. Icke kondenserad ånga går ut ur värmeväxlaren och kan släppas ut. Ofta används vatten som kylmedium men även luft kan användas. En luftkondensor kan användas om man inte har tillgång till vatten eller om kostnader för vattenhantering blir höga. Eftersom luft har begränsad värmekapacitet måste de här kondensorerna vara betydligt större än de som använder vatten [16]. Figur 10 Skal och tub värmeväxlare [16] 2.2.5.2 Kylsystem Kylsystem uppnår låga temperaturer genom att använda speciella kylmedier och kompressorer. Temperaturer som används ligger mellan -45⁰C och -100⁰C. I kylsystem behövs ett system som bygger på samma principer som en vanlig frys. Kylmedier används som för bort värme och ändrar fas beroende på var i systemet det befinner sig. Nedan i figur 11 visas ett schema över ett kylsystem bestående av en kylenhet samt en enhet där de organiska ämnena kondenseras [16]. Figur 11 Schema över frysningssystem [16] 13

2.2.5.3 Kryogena system Kryogena system för kondensation använder sig av gaser i vätskeform såsom flytande kväve eller flytande koldioxid som kylmedium. De extremt låga temperaturerna som kan uppnås med denna metod ligger mellan -70⁰C och -200⁰C. Vid så låga temperaturer kan ännu lägre koncentrationer av VOC kondenseras och samlas upp än i konventionella kylsystem. Trots sina låga temperaturer är de här systemen väldigt enkla att hantera jämfört med kylsystem ovan. All vätskeformig gas kan enkelt ventileras ut i atmosfären. Det som kryogena system behöver är en anläggning för att ta hand om och förvara de vätskeformiga gaserna, samt ta hand om VOC som har kondenserats och samlats upp. Det finns tre huvudtyper av kryogena system, indirektkontakt med en värmeväxlare, indirektkontaktmed två värmeväxlare och direktkontakt. Kryogena system används oftast då endast en typ av komponent förekommer. För att ha en ekonomisk vinning i reningen bör koncentrationen i den fas som ska renas vara högre än 500ppm [16, 17, 18, 19]. 2.2.5.4 För- och nackdelar Den stora fördelen med kondensation är att man kan återanvända det kondenserade ämnet och på så sätt spara pengar. Det finns flera olika system för kondensation vilket gör det applicerbart på flera olika typer av problem. Såväl storlek på gasflöde som koncentration av orenheter kan varieras. De kondensatorer som arbetar vid låga temperaturer kräver ofta mer komplicerade system som är dyra i drift. En av de stora nackdelarna är att om gasflödet innehåller ämnen som kan ackumuleras på värmeväxlarytan så försämras kondensationen avsevärt. 2.3 Beslutsunderlag för val av process Som visat finns det en mängd olika metoder för att rena gaser från VOC. I valet av metod finns det ett antal punkter som är relevanta, som tidigare nämnts. Behålla en stor del av nuvarande design, för att på så sätt undvika stora förändringar i processen. Klara av en koncentration på 500 ppm innan rening Kapabel till en reducering till en koncentration VOC < 5 ppm Klara av ett flöde på 21250 m 3 h Funktionell för starkt varierande koncentration Inget ökat utsläpp av CO 2 inom systemgränsen Valet av process föll på adsorption med en inkluderad regenerering på plats. Idag finns en adsorptionsenhet och på så vis kommer grunderna i processen att bibehållas medan en fortsatt undersökning på regenerering genomförs. Genom att inte byta ut adsorptionen mot en annan reningsmetod slipper McNeil göra några stora förändringar i nuvarande process och slipper med andra ord lägga en betydande kostnad på ombyggnation av fungerande system. Adsorption fungerar lika bra både satsvis och kontinuerligt, vilket kan vara en fördel gentemot andra tillvägagångssätt. Med hjälp av adsorptionsisotermen för diverse adsorbenter (aktivt kol, zeolit, polymer) kan ett brett spann av olika koncentrationer och flöden täckas. De andra metoderna har fallit bort av varierande orsaker. Maxkoncentration in för biofiltration ligger runt 500 ppm. Detta är säkerligen en framtida lösning, men för McNeil i nuläget känns inte forskning runtomkring en ny VOC-reningsmetod väsentligt. Förbränning uteslöts som ett alternativ eftersom det skulle kräva uppstart och nedstängning av systemet då det inte behöver utföras kontinuerligt. Det skulle fungera att använda sig av sensorer som styr förbränningen men det skulle inte vara energimässigt försvarbart att starta om systemet för 14

varje sats. För att använda sig av förbränning skulle stora ombyggnationer krävas jämfört med dagens reningssteg. Förbränning skulle även medföra ett ökat utsläpp av CO 2 vilket går emot McNeils policy inom området. Vid absorption uppstår problem med rening av lösningsmedel. VOC-gaser samlas upp i ett lösningsmedel som sedan behöver renas, precis som i fallet med att aktivt kol. Absorption har många fördelar och är till viss del likt adsorption, men att byta till denna process skulle kräva en hel del ombyggnationer på plats, vilket talar till fördel för adsorption. Kondensation används ofta då det finns en klar ekonomisk vinst i det återvunna ämnet, vilket det i McNeils fall inte finns. Om ämnen förekommer i strömmen som kan ackumuleras på värmeväxlarytan är denna metod inte att föredra, exempelvis att vatten lägger sig som is. Precis som vid förbränning skulle det inte vara lönsamt att ha denna metod stående hela tiden då det endast sker satsvist utsläpp och därför skulle det behövas speciella sensorer att styra detta. Att använda detta system skulle även det innebära stora ombyggnationer från befintlig process. Vid adsorption mättas adsorbenten och behöver regenereras för att på nytt kunna användas. Detta finns många enkla sätt att göra vilket gör adsorption till en lämplig metod. Idag används aktivt kol som adsorbent men det finns många alternativ som skulle kunna fungera såsom zeoliter eller polymerer. De har inte kunnat studeras närmre på grund av brist av jämviktsdata. 3. Regenereringsalternativ Det finns ett antal metoder som används för regenerering. Nedan kommer sju metoder att presenteras, fokus kommer ligga på utförande, fördelar och nackdelar. 3.1 Mikrobiell regenerering Aktivt kol kan regenereras biologiskt genom att låta mikrobiell population komma i kontakt med det mättade aktiva kolet. Den mikrobiella populationen ska vara kapabel till att bryta ned VOC, det adsorberade ämnet, och på så vis avlägsna det från de aktiva kolet. Ofta används en kolonn som bioreaktor som är försedd med temperatur och ph kontroll. Att hålla rätt temperatur på bioreaktor är vitalt för att inte ta död på den mikrobiella populationen utan istället tillfredsställa den. Detsamma gäller för ph, rätt ph är viktigt för att bakterier ska trivas och frodas. Från bioreaktorn pumpas sedan den mikrobiella populationen genom det mättade aktiva kolet [20]. 3.1.1 För- och nackdelar De stora fördelarna med mikrobiell regenerering är att det aktiva kolet regenereras utan att degraderas samtidigt som det adsorberade ämnet bryts ner av den mikrobiella populationen. Det negativa med metoden jämfört med andra är att man använder sig av en mikrobiell population. Denna process kräver underhåll och noga kontroll på temperatur, tryck och ph även då processen inte är i drift. 3.2 Kemisk och lösningsmedels regenerering Att regenerera aktivt kol med hjälp av lösningsmedel är en metod som har studerats väl i många studier. Metoden baseras på att de adsorberade ämnena löser sig och desorberar till ett lösningsmedel. Genom att välja rätt lösningsmedel där det adsorberade ämnet löser sig i lösningsmedlet samtidigt som det lätt separeras kan kostnaderna för lösningsmedel hållas nere. Normalt används två eller flera container innehållande aktivt kol för att kunna regenerera samtidigt som produktion är igång. Den container som regenereras spolas igenom med valt lösningsmedel. Lösningsmedlet som efter containern är mättad med VOC från det aktiva kolet går sedan till ett separeringssteg där VOC separeras eller koncentreras upp och lösningsmedlet kan recirkuleras [21]. 15

3.2.1 För- och nackdelar En fördel är att det går fort att regenerera med lösningsmedel eftersom det aktiva kolet inte behöver packas i och ur och inte transporteras. Det aktiva kolet degraderas och förstörs inte av lösningsmedlet vilket annars kan vara en stor kostnad. Det är möjligt att samla upp värdefullt VOC som skulle kunna återanvändas efter rening. En av nackdelarna är att man behöver lösningsmedel vilket idag inte finns på plats i Helsingborg. För att få fram rätt lösningsmedel skulle en utredning angående detta behöva göras. 3.3 Termisk regenerering En konventionell typ av regenerering är termisk regenerering. Värme används för att separera kolet och föroreningar. I stora drag är tillvägagångssättet uppdelat i tre steg, första steget innebär torkning av det aktiva kolet för att få bort all fukt. Efterföljande steg består av förvärmning där föroreningar i det aktiva kolets porer förkolnar, och slutligen en omaktivering vid 700-1000 grader där syftet är att föroreningarna ska övergå i gasfas och lämna kolet. Termisk regenerering ska ske i en syrefri miljö, grundat på att kolat inte ska förbrännas. Detta kan tillämpas genom att innan omaktiveringen tillsätta kvävgas som inert. På så sätt fås luft utan syre och det aktiva kolet hålls intakt [22]. 3.3.1 För- och nackdelar Termisk regenerering renar det aktiva kolet effektivt och majoriteten av komponenter som ska desorberas gör också så. Det finns två nackdelar med termisk regenerering, hög investeringskostnad för multiple-hearth furnace och man erhåller relativt höga kolförluster. Kolförlusterna beror på komplikationer angående den syrefria miljön, en andel syre (15 %) brukar finnas kvar i systemet och kolet förbränns delvis [23]. 3.4 Ultraljudsregenerering Ultraljudsregenerering innebär en användning av ljud utanför det hörbara området (>20 khz), ljudet kommer från en generator och färdas sedan till reningsbadet vilket det aktiva kolet befinner sig i. På grund av den höga intensiteten i energin från ultraljudet skapas en snabb bildning av vakuumbubblor vilka imploderar och generar rengörande tryckstötar i vätskan, kavitation. Regenereringen brukar använda ljud med en frekvens på 20 khz, beroende på olika föroreningar och hur de bundit in [24] [25]. 3.4.1 För- och nackdelar Ultraljudsregenerering är en inte allt för prövad regenereringsmetod, forskning visar på att tester runt olika frekvenser och intensiteter borde genomföras innan en stadgad åsikt angående ultraljud erhålls. För McNeil är ultraljudsregenerering inte applicerbar på grund av forskningsargumentet och det faktum att kolet behöver befinna sig i ett vattenkärl inför varje regenerering [25]. 3.5 Våtluftsoxidering Våtluftsoxidering kan definieras som oxidation av organiska- och oorganiska ämnen i en vattenlösning med hjälp av syre eller luft vid förhöjda temperaturer och tryck. Processen används för att rena slam och vatten från industrier och typiska förhållanden är 180 315 C och 2 till 15 MPa. Under dessa förhållanden blir komplexa organiska föreningar oxiderade till koldioxid, vatten och enklare former som är biologiskt nedbrytbara [26]. 3.5.1 För- och nackdelar Till skillnad från termiska processer producerar våtluftsoxidering inga NO x, SO 2, HCl, furaner eller aska. Effektiviteten av vattenfasoxidation kan förbättras genom användandet av katalysator, vilket är vanligt förekommande. Katalysatorn kan vara antingen homogen- eller heterogen. En nackdel är att stabiliteten av heterogena katalysatorer och återvinningen av homogena katalysatorer inte är 16

optimal. Utveckling av bättre katalysatorer kan göra våtluftsoxidering till ett attraktivt alternativ för att hantera de växande problemen med förorenat slam och vatten [26]. 3.6 Elektrokemisk regenerering Elektrokemisk regenerering av aktivt kol grundar sig i att desorbera molekyler från den aktiva ytan. Detta görs med hjälp av en elektrisk ström i en elektrokemisk cell som återställer kolets adsorptionskapacitet. Elektrokemisk regeneration är ett bra alternativ till termisk regenerering och används ofta i vattenreningsverk. När det aktiva kolet är mättat överförs kolet till en elektrokemisk cell, antingen till anoden eller katoden, där den elektrokemiska regenereringen sker. Det finns olika mekanismer som kan påverka när man passerar en ström igenom en elektrokemisk cell för att uppnå desorption av VOC. Joner som genereras vid elektroderna kan påverka det lokala ph förhållandet i den delade cellen vilket främjar desorption av VOC. Andra mekanismer kan vara att jonerna reagerar med föroreningarna på kolet vilket generar desorption. Regenereringen sker antingen vid katoden eller anoden. Katoden, som är den reducerade elektroden, har enligt studier visat en effektivitet av upp till 85 % vid regenerering av organiska föroreningar så som fenoler. Anoden, som är den oxiderande elektroden, uppnår en lägre effektivitet än hos katoden och hamnar mellan 5-20% under samma förhållanden [27]. 3.6.1 För- och nackdelar Mekanismerna som påverkar den elektrokemiska regenereringen av det aktiva kolet är begränsade till ytan av kolet vilket innebär att en bulkregenerering inte kan uppnås. På grund av massöverföringsbegränsningar mellan anoden och katoden bildas föroreningar vid katoden om inte en stark ström eller längre uppehållstider används. För anoden uppstår inte detta fenomen på grund av den starkt oxiderande anoden. Vid bulkregenerering minskar effektiviteten per cykel då blockering av porer och skador på adsorptions platser uppstår på grund av strömmen. En fördel med elektrokemisk regenerering vid jämförelse med termisk regenerering är den mindre energimängds som krävs, kostnader samt minskade utsläpp [27]. 3.7 Ångregenerering De flesta industrier är välbekanta med ånga och föredrar att använda det, vilket leder till att ångregenerering är ett vanligt förekommande och billigt regenereringsalternativ. Ångregenerering går ut på att ånga körs in i kolbädden, vanligtvis motströms mot flödet som ska renas. Ångan med ett högt värmeinnehåll leder till att föroreningar desorberas från det aktiva kolet och följer med ångan ut från kolbädden. Efter kolbädden leds ångströmen till en kondensor så en vattenblandning innehållande föroreningen erhålls. Denna blandning kan antingen dekanteras, koncentreras upp eller destrueras, vilket beror på föroreningen och på processen som genererat föroreningen [28] [29]. 3.7.1 För- och nackdelar Ångregenerering är en effektiv metod när föroreningarna är olösliga i vatten och själva tekniken i sig är relativt billig. När föroreningarna är lösliga i vatten så som alkoholer, aldehyder och ketoner måste föroreningarna separeras med destillation vilket ökar drift- och underhållskostnaderna för systemet. Ångregenerering har visat sig vara väldigt ekonomiskt och effektivt när aktiv kol eller zeoliter används som adsorbenter [28] [29]. 3.8 Beslutsunderlag för val av regenereringsmetod Det finns flera olika regenereringsalternativ som varierar i metod. Mikrobiell regenerering valdes bort som alternativ då den mikrobiella populationen kräver konstant underhåll och lämpar sig inte för satsvisa processer. Att använda lösningsmedel som regenereringsalternativ är ett bra teoretiskt alternativ. Dock måste ett annat lösningsmedel än vatten användas vilket leder till större kostnader för att denna metod ska kunna implementeras. Nackdelen med termisk regenerering är den höga 17

investeringskostnaden och stora kolförluster. Att processen inte körs kontinuerligt bidrar också till att termisk regenerering inte är ett optimalt alternativ. Ultraljuds regenerering är en alldeles för komplicerad metod för att kunna implementeras på en industriell skala, samma gäller för våtluftsoxidering. För elektrokemisk regenerering kan inte bulkregenerering utföras vilket utesluter det som alternativ. Ångregenerering är det alternativ som passar McNeils process bäst. Anledningar till detta är att ånga finns tillgängligt på området, VOC komponenterna är inte lösliga i vatten samt att aktivt kol redan används som adsorbent i den nuvarande processen. 4. Processbeskrivning Gasströmmen som ska renas har en låg koncentration av VOC. För att minska mängden adsorbent som krävs installeras en rotorkoncentrator före bädden, då koncentrationen blir högre och flödet lägre. Innan rotorkoncentratorn splittas den inkommande VOC-strömmen. Splitfraktionen är satt till 90 % och denna del av strömmen får passera adsorptionsdelen av rotorkoncentrator där utgående gas är renad från VOC och släpps ut i skorsten. Resterande 10 % används till den övre delen av rotorkoncentratorn för desorption. Denna ström värmeväxlas först mot utgående uppkoncentrerad gasström till 98ᵒC i värmeväxlare 1, för att sedan värmas ytterliggare en gång till 120ᵒC i värmeväxlare 2 med ånga. Ström med temperatur på 120ᵒC skickas in i desorptionsdelen av rotorkoncetratorn, se figur 12. Den utgående uppkoncentrerade strömmen, a6, passerar en värmeväxlare där den fungerar som värmande medium för att värma upp desorptionströmmen, a3. Detta sänker inte temperaturen tillräckligt mycket på den uppkoncentrerade strömmen vilket medför att den kyls ner i värmeväxlare 3 till önskad temperatur på 40 grader (se material-och energibalanser). Strömmen skickas till sist in genom kolbädden där VOC adsorberas, den utgående strömmen är renad och släpps ut i skorsten. Innan och efter kolbädden är mätare installerade för att mäta koncentrationen av VOC. Då det aktiva kolet i bädden har blivit mättat startas regenerering. Till kolbädden är ångan kopplad i motsatt riktning jämfört gasströmmen för att effektivisera regenereringen. Vid ångregenereringen används dubbel uppsättningar av bäddar, en är aktiv för adsorption medan den andra regenereras. Detta medför att adsorption sker kontinuerligt. Det sker genom att inströmmen dirigeras till den färska bädden och ångströmmen skickas till den mättade bädden. Ångan får då passera genom bädden, och i och med det höjs temperaturen vilket förskjuter jämvikten och VOC desorberas. Ångan adsorberas även till bädden vilket gör kolet fuktigt, därför skickas en luftsström in efter ångan för att torka bädden. Vid regenerering fås en utgående ström bestående av ånga och VOC. Denna ström kondenseras i kondensorn innan den skickas till IBCtanken. 18

Figur 12 Schema för ny process 19

5. Material- och energibalanser För att den övergripande energibalansen ska gå ihop krävs flertalet beräkningar på areor, tryckfall, luftflöde och fläktenergier. Detta kommer således gås igenom nedan, för att se specifika beräkningar eller enhetliga beräkningsgångar se appendix 1-3. Använda parametrar är antagna med hjälp utav tabellverk [30]. 5.1 Värmeväxlare I tabell 3 har areor på värmeväxlare åskådliggjorts, även beräkningsgången följer. Tabell 3 Areor för värmeväxling Apparat Area (m 2 ) Värmeväxlare 1 84 Värmeväxlare 2 2,4 Värmeväxlare 3 1,5 Värmeväxlare 4 113 Följande ekvationer användes för att beräkna areor på de olika värmeväxlarna. Ekvation (1) beskriver hur en okänd temperatur beräknas i en värmeväxlare. Hur mycket energi som överförs i en värmeväxlare är beskriven med ekvation (2). Ekvation (3) beskriver hur den logaritmiska medeltemperaturen beräknas som sedan används för att beräkna arean av en värmeväxlare med ekvation (4). T i = w 2 C ( T p2 2 ) + T w 1 C i 1 (1) p1 Q vx = w 1 C p1 1 (2) T L = T 1 T 2 (3) ln( T 1 T2 ) A = Q vx k T L (4) 5.2 Tryckfall För att beräkna energibehovet för varje fläkt (se processchema) behövdes tryckfall av olika slag beräknas. Beräkningsgången tog hänsyn till tryckfall som berörde kolbädd, rotorkoncentrator, rör och rörkrökar. Tryckfallsresultat ses i tabell 4, nedan visas även beräkningsgång. Tabell 4 Tryckfall i systemet Del av process Tryckfall (Pa) Kolbädd 527 Rotorkoncentrator 77 Rör 4 Rörkrök 0,5-2 5.2.1 Kolbädd När gasflödet passerar bädden på 750 kg kommer ett tryckfall uppstå. Tryckfallet beräknades med hjälp av kolbäddens volym med ekvation (5) samt arean med ekvation (6). Hastigheten för flödet 20