Gas Purification of Exhaust Stream from Bitumen Storage

Abstract

Nordic Waterproofing is one of the largest roofing felt producers in Europe. One of the production facility is located in Höganäs (Sweden), which is specialized in roofing felt that are suitable for the nordic climate. Bitumen is a central component of roofing felt manufacturing that contribute several properties to the product. Due to the importance of bitumen, Nordic Waterproofing finds an additional supplier as a backup. The new bitumen has a different smell, which got attention from nearby residents and was further reported to the local government. An odor control is necessary for Nordic Waterproofing. Currently, there is a temporary solution in place in the form of an active carbon filter. However, the process setup is not optimal enough. There are problems such as corrosion and plugging of the pipe.

The aim of this thesis is to provide different solutions and recommendations concerning aspects such as environment, effectivity and maintenance, as well as the economic perspective. Several recommendations by different techniques are presented together with flow chart, cost estimation and investment analysis.

The thesis work is performed in the form of a case study. The study shows tar component in the exhaust stream from bitumen storage caused the process problems in the current filter system, include corrosion and plug problems. In addition, the current filter has been used ineffective due to condensation of water along the pipe and in the filter. Elementary analysis shows the odor problem of new bitumen is because of the slightly increased sulfur weight percentage compare to the old bitumen.

The study shows three different techniques that are appropriated for this case: Activated carbon filter with appropriate optimization; Total combustion in the existing natural gas incinerator and total combustion in a catalytic incinerator with eggshell impregnated Pt catalyst. These techniques have advantages that are appropriate in capacity, convenient with supply, high efficiency and also require simple maintenance. Cost estimation and investment analysis shows the pay-off time is 0.45 year for an optimized activated carbon filter, more than 7 years for using the natural gas incinerator and 1 year for using a catalytic incinerator. A long-term cost analysis is made in order to compare the total cost in a longer period. This analysis shows the catalytic incinerator requires lowest cost and the optimized activated carbon filter is most cost-required in long term. The reason is operation cost of activated carbon filter is three times higher than operate a catalytic incinerator. The second option, total combustion using the natural gas incinerator has the largest possibility to cause a production break-off, which means this will result a higher risk of economic loss.

Conclusively the option with catalytic incinerator is the most efficient, minimum of maintenance and also the most cost effective solution.

Popular Abstract (Swedish)

Bitumen är den tyngsta produkten från raffinaderier. Den är användbar som bindemedel för olika ytbeläggningar som t.ex. asfalt på vägar, takpapp m.m. Företag Nordic Waterproofing tillverkar takpapp i Höganäs och använder bitumen som en av de viktigaste råvarorna i processen. Ett förnyelsebart samhälle är dagens fokusmål för alla, inte bara enskilda personer, utan hela landet och hela planet måste satsa för att leva grönare. Detta väcker därför upp olika industrier att kontrollera sitt utsläpp och därmed använda den bästa möjliga tekniken för att lösa miljöproblemet. När bitumen förvaras varmt i tankarna uppstår bitumenrök som släpps ut till omgivningen, vilket kan både vara miljöproblem och hälsoproblem. Detta examensarbete utförs i form av en fallstudie i samarbete med företaget Nordic Waterproofing. Två förvaringstankar undersöks och gaserna analyseras för att hitta en passande gasreningsteknik till problemet.


Detta examensarbete utförs i samarbete med företag Nordic Waterproofing och det ska ge en överblick på vilka gasreningsmöjligheter finns där ute. Företaget är en av de största takpapptillverkare i Europa som bland annat har en av produktionslinjen i Höganäs. Bitumen, eller känt som asfalt, är en av de viktigast komponenter för tillverkningen. Bitumen förvaras i två stycken 200 tons cisterner under temperatur 200 grader. Problemet uppstod när företag bytte till en ny bitumen som i sin tur har en annorlunda lukt än den gamla. Detta väckte uppmärksamheten från närliggande residens och rapporterades vidare till Höganäs kommunen. Beslut är att ett filter måste installeras för att undvika lukt och utsläpp, vilket leder till dagen testkörning med ett aktivt kolfilter. Dagens process ställning är bra på att ta bort lukt, medan andra otänkbara problem dykte upp, som till exempel korrosionsproblem, igensättning av bitumenrök kondensat. Därför en långsiktig hållbar lösning söks till dagens situation. Lösningen ska baseras på dess kapacitet, applikation, effektivitet och samtidigt är lätt underhållas.

Studie visar att processproblemet som uppstod är framförallt på grund av tjära komponenterna i gasen. Tjära komponenter består huvudsakligt av komponenter av aromatiska kolväte, som är olika antal ihopkopplad bensen ringar. Laboratorieanalys av bitumenrök visar att svavelhalt i det nya bitumen är lite högre än den gamla. Detta kan inte vara en slutlig förklaring till luktproblem, medan anledning till lukten är beror på vilka förening eller svavel komponenter binder sig till varandra. Från studiet valdes ut tre lämpliga tekniker för dagensproblem: Optimerad aktivkol filter, total förbränning i den befintliga naturgasförbrännaren och katalytisk förbränning med äggskal impregnerad på Pt katalysator. De här utvald teknik har fördelarna som hög effektivitet, enkel design, lämplig kapacitet och minimalt underhåll. Ekonomiska beräkningar visar att återbetalningstid för olika förslag är, 0,45 år för det optimerad kolfilter, 7,88 år för förbränning i naturgasförbrännare och 1,09 år för katalytisk förbränning. Medan en långsikt kostnadsanalys visar att aktivkol filter är den mest kostnadskrävande och katalytisk förbränning är den minst kostnadskrävande. Anledning till detta är för att aktivkol filter kräver en hög drivkostnader i form av filter byte 2 gånger per år, medan katalysator bytes bara en gång per tre år.

Detta arbete ger en överblick på vilka gasreningstekniker som kan vara anpassande för dagens problem och en lämplig startpunkt är att börja med byta ut röret mot rostfria med isolering på. Samtidigt är det lönsamt att börja vidare undersöka alternativt med katalytisk förbränning och testa anpassad katalysator, vilket kräver en hel del arbete och tid.

• author: Gao, Sandra
• supervisor: Per Tunå
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: KET920 20161
• year: 2016
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Gaspurification, catalytic gaspurification, Bitumen, Exhaust stream
• language: English
• id: 8891880
• date added to LUP: 2016-09-30 08:56:23
• date last changed: 2016-09-30 08:56:23