Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Förgasning av avfall för vätgasproduktion: Integration av en förgasningsprocess i ett värmeverk
Karlstad University, Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013).
2015 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Hydrogen production through waste gasification : Integration of a gasification process into a heat plant (English)
Abstract [sv]

Avfall och fossila bränslen står för två svåra miljöproblem i världen idag. I takt med att populationen ökar i världen ökar konsumtion och därmed avfallsmängden men också användningen av fossila bränslen. När avfallsmängden ökar växer också behovet för sofistikerade avfallsbehandlingsmetoder och när fossila bränslen fortsätter att dominera energimarknaden så krävs alternativa bränslen. Detta arbete har utförts i syfte att utforska en metod där båda dessa problem hanteras på ett nytänkande sätt. En förgasningsprocess där avfall förgasas och vätgas kan extraheras ur den syntetiska gasen är en ny väg att utforska en avfallshantering där produkten dessutom kan användas som substitut till fossila bränslen.

Förgasning är en kemisk återvinningsmetod där ett kolbaserat substrat oxideras i en miljö med begränsad eller ingen tillgång till syre. Den kemiska processen är inte helt olik förbränning och faktum är att även förbränningsreaktioner sker under förgasningsprocessen. Den begränsade syremiljön gör dock att de blir begränsade. Det är istället andra oxideringsreaktioner som oxiderar bränslet. Processen kan vara både endo- och exotermisk beroende på oxideringsmedel. Används ånga som oxideringsmedel måste värme tillföras systemet.

Detta arbete har utformats efter en studie utförd av He et al. (2009a) som i laboratorieskala producerat en syntetisk gas med högt vätgasinnehåll och hög kvalitet i form av låg tjärhalt. Förgasningsmetoden har därför efterliknat denna studie. En skillnad är förgasningsreaktorn som i denna studie har anpassats så att värmetransport är möjlig från en värmepanna där förbränning av biobränsle sker. Detta är anledningen till att en förgasningskammare av typen dubbelbäddsförgasare har valts. Värmepannan som används är Hovhults värmepanna i Uddevalla som ägs av Uddevalla Energi och data för 2014 års drift har erhållits.

Modellen som har byggts upp med hjälp av Excel har fokuserat på främst energiflöden utav ett system där förgasningsreaktor, värmepanna, ångcykel, vätgasseparation och gasturbin ingår. I systemet har energiflöden integrerats så gott det går för att bevara energi inom systemet men även för att säkerställa att fjärrvärmebehovet möts. Vidare har även en juridisk del ingått med syftet att kunna klassificera anläggningen och avgöra i vilket skede avfallet upphör att vara avfall och när en produkt har skapats i förgasningsprocessen.

Resultatet visar att fjärrvärmebehovet blir bemött samtidigt som el- och vätgasproduktion sker med en total verkningsgrad för systemet som beräknats till 82,5 %. Under främst sommarmånaderna produceras också en mängd överskottsvärme för vilken användningsområden måste hittas. Vidare har den juridiska analysen av det tidigare fallet C-317/07 Lahti Energia gett tolkningen att förgasningskammaren klassas som en samförbränningsanläggning som producerar en produkt, vätgas. Produkten antas bildas i ögonblicket då avfallet förgasas och övergår till gasform.

Abstract [en]

Waste and fossil fuels count as two great threats for the environment in today’s society. As the world population continues to increase so does consumption and levels of waste plus the usage of fossil fuels. When the waste levels keep increasing the demand for waste treatment methods becomes higher than ever. Combine this with the increasing usage of fossil fuel which feeds the demand for alternative fuels. This master thesis has been carried out to evaluate a method in which both of these global issues are addressed. Hydrogen production through gasification of municipal solid waste is a new method of waste treatment where the product has the potential to replace fossil fuels.

Gasification is a chemical recycling method in which a carbon-based material gets oxidized in an oxygen free or limited environment. The chemical process is not far from traditional oxidation, combustion. The fact is that also traditional combustion reactions have a certain role within a gasification process although full combustion is avoided due to the lack of oxygen. The gasification of waste is commenced with an oxidant such as pure oxygen or steam. Depending on the oxidant the process can be either endothermic or exothermic. If steam is used as an oxidant the process is endothermic and heat has to be introduced to the system.

The gasification study issued by He et al. (2009a) is widely used as a reference in this thesis because of their result producing a syngas with high hydrogen level and low tar content. As far as possible the gasification method of this thesis has been imitative to the one of He et al. (2009a) with the only difference being an adjustment so that heat transfer is possible from Hovhult heat plant. This is the reason why a double fluidized bed has been chosen as gasification reactor. The heat plant is located at Hovhult in Uddevalla and data has been delivered by Uddevalla Energi from their production during 2014.

The main focus of the thesis is to calculate the energy flows of the system, which includes the gasification reactor, the heat plant, hydrogen separation, steam and gas turbine. These calculations have been carried out in a model that has been built in Excel. The energy flows and the processes within the system have been integrated in a way so that energy conservation within the system is maximized. In addition, the heat demand from the district heat network has been met in all cases. Furthermore, Swedish and European legislation has been investigated in order to classify the combined gasification and heat plant and determine where in the process the waste is considered to be a product instead of waste.

The result shows that enough heat is produced to meet the district heat requirements and also that hydrogen and electricity can be produced during the process. The energy efficiency of the system has been calculated to 82.5 %. A problem that needs to be handled is the amount of excess heat produced during the summer months. The analysis of the legislation regarding waste and especially the Lahti Energia Case C-317/07 shows that the gasification unit should be classified as a co-incineration plant that produces hydrogen. The waste is assumed to transform into a product the instant it is gasified.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 37 p.
Keyword [en]
Gasification, Waste, Hydrogen, Heat plant
Keyword [sv]
Förgasning, Avfall, Vätgas, Värmeverk
National Category
Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-36482OAI: oai:DiVA.org:kau-36482DiVA: diva2:822906
Educational program
Engineering: Energy and Environmental Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-06-29 Created: 2015-06-17 Last updated: 2015-06-29Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1072 kB)148 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1072 kBChecksum SHA-512
95f951c369fe2d002ab08bc51fc97816959938516599f27279a2768f048e9dc6cab99c38379d259fdb7d0accb4b2970928cc0032ecd4e67a33d3b49e42c0a395
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013)
Energy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 148 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1091 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf