Home About Browse Search
Svenska


Glycerin från omförestring av vegetabiliska oljor som tillsatsmedel

praktiska försök med pelletering och eldning av några biobränslen

Bernesson, Sven and Örberg, Håkan and Samuelsson, Robert and Thyrel, Mikael and Hedman, Björn and Kalén, Gunnar (2011). Glycerin från omförestring av vegetabiliska oljor som tillsatsmedel. Uppsala: (NL, NJ) > Dept. of Energy and Technology, Sveriges lantbruksuniversitet. Rapport / Institutionen för energi och teknik, SLU ; 034
[Report]

[img]
Preview
PDF
3MB

Abstract

Vid omförestring av främst vegetabiliska oljor och även animaliskt fett och friteringsoljor erhålls glycerin som en biprodukt. Det är av betydelse för omförestringens ekonomi att biprodukten glycerin kan avyttras till ett så bra pris som möjligt. I Sverige idag, säljs ofta glycerinet till biogasproduktion för någon krona kilot. Kan man hitta avsättning där glycerinet kan ersätta en dyrare produkt kan betalningsviljan för glycerinet öka. I det här projektet har man studerat om glycerinet kan användas som tillsatsmedel vid pelletering av några biobränsleslag, och det värde som detta i så fall skulle kunna få vid denna användning.

Syftet med projektet var att undersöka några lämpliga inblandningsmängder av glycerin, av några olika kvaliteter, vid pelletering av några bränsleslag (halm, rörflen och tall). Att ta reda på hur dessa påverkar pelletsens kvalitet, pelletspressens funktion, pelletsens lagringsbarhet, samt vid eldning av pelletsen hur risken för skadliga emissionsnivåer av kolmonoxid, kväveoxider, svaveloxider, aldehyder, risken för asksintring och korrosiva påslag i rökgaskanaler påverkas. Dessutom att uppskatta glycerinets värde vid tillsats till pellets.

För att göra detta, gjordes pelleteringsförsök med
inblandning av fyra glycerinsorter i tre bränsleslag vid 1 % och 5 % inblandning. Två stycken av glycerinsorterna var alkaliska, med ursprung i alkalisk omförestring av rapsolja, och två stycken var sura, med ursprung i sur förestring/omförestring följd av alkalisk omförestring, av i ett fall rapsolja och det andra fallet använd friteringsolja. Bränsleslagen var tall, rörflen och halm. Efter pelleteringarna mättes pelletsens hållfasthet, mängden finfraktion och skrymdensitet. Kemiska analyser gjordes av glycerinsorterna, bränsleslagen och glycerin/bränsleblandningarna med tanke på bl.a. en kommande utvärdering av asksmältegenskaper och risken för korrosion i samband med alkaliklorider. Pelletsen från försöken lagrades i 6 månader, då fuktupptag och förekomst av mögel studerades. Efter lagringsförsöken mättes pelletsens hållfasthet igen. Där så möjligt, utvärderades försöksdesignen statistiskt med multivariat dataanalys.

Ungefär hälften av proverna eldades då emissioner av kolmonoxid (CO), kväveoxider (NOx), svaveldioxid (SO2), partiklar, akrolein och formaldehyd mättes. Dessutom mättes medeltemperatur och maximal temperatur vid förbränningen, och efter detta mängden förbränningsrest och dennas innehåll av oförbränt samt sintrat material. Några askor från förbränning av glycerin/tall-blandningarna skickades på kemisk analys.

Inblandningen av glycerin i bränsleslagen gav generellt pellets med sämre hållfasthet, högre andel finfraktion och med betydligt lägre skrymdensitet. Dock har pellets, med bibehållen eller något bättre hållfasthet, och bibehållen eller lägre andel finfraktion, erhållits vid inblandning av en procent surt glycerin i bränsleslagen. Ofta minskade den specifika energiåtgången vid pelletering av bränslen innehållande glycerin, vilket kan bero på glycerinets smörjande egenskaper. Tillsats av glycerin medförde i samtliga fall en minskning av pelletsens skrymdensitet. Rörflen hade bäst hållfasthet, minst andel finfraktion och högst skrymdensitet, medan halm normalt hade sämst hållfasthet, störst andel finfraktion och lägst skrymdensitet.

Vid lagringsförsöken tog pelletsen upp en del vatten, men kom aldrig upp i sådana nivåer att dess lagringsbarhet äventyrades. Pellets med glycerin tog upp mer vatten, och ofta mer ju mer glycerin de innehöll. Inte i några pellets från något försök kunde mögel hittas. Hållfastheten försämrades ofta mer ju mer glycerin pelletsen innehöll från början, och därmed ju sämre hållfastheten var från början. Även ursprungsfukthalten och därmed bränslet var av stor betydelse för fuktupptaget. Halm var både fuktigast från början och tog upp mest vatten. Dessutom försämrades hållfastheten, under lagringen, mest för halm.

Vid eldningarna är det främst problem med att mängden partiklar, i rökgaserna, ökar med ökad glycerininblandning i bränslena. Beräkningar av mängden kalium som avgått med rökgaserna, utifrån analyser av bränslenas och deras askors sammansättning, tyder att denna ökar kraftigt vid ökad glycerintillsats. T.ex. vid eldning av tall med ca 1 % tillsatt glycerin, ökar mängden kalium som avgår med rökgaserna till samma nivå som vid eldning av halm. Det verkar finnas ett nära samband mellan mängden partiklar i rökgaserna och mängden kalium som avgått. Det är därför sannolikt att tillsats av glycerin kan orsaka problem med korrosiva beläggningar i rökgaskanalerna för bränslen som normalt inte brukar ge sådana problem. Med bränslen som normalt ger sådana problem, t.ex. halm, är det emellertid troligt att man inte kommer att märka så stor skillnad. Glycerin (surt) som innehåller svavel kan troligen hålla tillbaka partikelavgången något, och därmed även risken för korrosion i samband med alkaliklorider i rökgaserna.

Emissionerna av akrolein och formaldehyd har inte ökat såsom kunde förväntas i försöken med glycerininblandning. Nivåerna av akrolein var under detektionsgränsen, och nivåerna av formaldehyd var mycket låga. Emissionerna av kolmonoxid, kväveoxider och svaveldioxid varierade stort mellan försöken på ett mer eller mindre slumpmässigt sätt. Eventuellt ökar kolmonoxid vid en lägre pelletskvalitet. Svaveldioxid borde öka vid förbränning av pellets med höga svavelhalter.

Askans smältpunkter har sjunkit vid tillsats av glycerin till främst tall, men även till rörflen. Halmaskans smältpunkter har inte påverkats alls av glycerintillsatsen. Orsaken till att tallaska är mer känslig, är att mängderna av denna i tallen är så små, att glycerinaskans egenskaper lätt slår igenom även vid små tillsatser. Kaliumhalten i rörflen är så låg att det inte krävs så mycket glycerin med hög kaliumhalt för att dess askas egenskaper ska börja slå igenom. Halm däremot, har från början en hög askhalt, av en aska som redan innehåller mycket kalium, vilket gör att glycerinaskans kalium inte kan slå igenom även vid ganska stora tillsatser. Nyckeltalsberäkningarna har visat att främst rörflenets asksmältpunkter bör påverkas neråt vid glycerintillsats, men även tallens i mer ringa grad, från en från början hög nivå. Halmaskan bör knappt påverkas alls. Höga avgångar av kalium med rökgaserna kan eventuellt hålla tillbaka problemen med asksmältpunktsnedsättning i bottenaskan.

Vissa av glycerinsorterna innehöll från början höga halter av metanol. Det är viktigt att denna kan avlägsnas, då den utgör en brandrisk vid pelleteringen och även vid transporter och hantering av glycerinet. Höga metanolhalter är även en hälsorisk, då metanol är giftigt.

Värdet på glycerinet kan ligga på tre olika nivåer beroende på hur det fungerar vid inblandning i olika bränslen. A) Om glycerinet vid inblandning försämrar ett bra bränsle såsom t.ex. trä, vad gäller risken för sura påslag i rökgaskanalerna, så mycket att det hamnar i nivå med det för halm till eldning, så innebär detta att glycerinets värde blir negativt. B) Vid inblandning i ett dåligt bränsle som t.ex. halm, slår inte glycerinets egenskaper igenom, och dess värde räknat på energi blir därför som för detta bränsle. Detta motsvarar ca 0,6–0,9 kr/kg glycerin, vilket kan jämföras med att det betalats ca 1 kr/kg för glycerin till rötning. Tillsammans gör detta att det blir svårt att hitta en lönsam användning för glycerinet vid användning som tillsatsmedel vid pelletering eller vid användning som bränsle. Glycerinet skulle därför inte vara intressant att använda i dessa tillämpningar. C) Glycerinet fungerar som tillsatsmedel i mycket små mängder vid pelletering, då troligen som smörjmedel, och dess värde skulle då bli ca 3 kr/kg. Endast små mängder skulle kunna användas i denna tillämpning. Troligen bara ett par hundra ton.

Råden till näringen blir att glycerin inte bör användas vid pelletring, då det sannolikt inte fungerar bra vid denna tillämpning. Ska glycerinet eldas, bör det ske tillsammans med ett dåligt bränsle, för att ej bränslets egenskaper ska försämras. Glycerinet är sannolikt lönsammare i andra tillämpningar än eldning till värmeproduktion. Vid små tillsatser kan glycerin sannolikt fungera som smörjmedel vid pelletering av vissa bränslen. Vill man ta reda på om glycerinet kan fungera som smörjmedel tillsammans med något billigt bindemedel vid pelletering av bränslen, fordras mer forskning.

Authors/Creators:Bernesson, Sven and Örberg, Håkan and Samuelsson, Robert and Thyrel, Mikael and Hedman, Björn and Kalén, Gunnar
Title:Glycerin från omförestring av vegetabiliska oljor som tillsatsmedel
Subtitle:praktiska försök med pelletering och eldning av några biobränslen
Alternative abstract:
LanguageAbstract
English

During transesterification of vegetable oils in particular, but also animal fats and used frying oils, glycerine is obtained as a by-product. It is important for transesterification economics that the glycerine by-product can be sold for the best possible price. In Sweden today, glycerine is often sold to biogas production for a few Swedish crowns per kilo. If other markets where glycerine replaces a more expensive product can be found, the willingness to pay for glycerine will increase. This project examined whether glycerine can be used as an additive in pelleting some biofuel types, and the value it would have in this use.
The project investigated admixtures of appropriate amounts of glycerine of varying quality during pelleting of some types of fuel (straw, reed canary grass and pine wood). To determine how these affect pellet quality, the function of the pellet press, pellet storage properties, the risk of harmful emission levels of carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), sulphur oxides (SO2) and aldehydes during incineration of the pellets, the risk of ash sintering and the risk of corrosive deposits in flue gas channels were examined. In addition, the commercial value of the glycerine when added to pellets was estimated.
Pelleting trials were conducted using 1% and 5% admixtures of four types of glycerine in three types of fuel. Two of the glycerine products were alkaline, originating from alkaline transesterification of rapeseed oil, and two were acidic, originating from acid esterification/transesterification followed by alkaline transesterification, of rapeseed oil in one case and used frying oil in the other. The fuel types were pine wood, reed canary grass and straw. After pelleting, pellet durability, the amount of fine fraction and bulk density were measured. Chemical analyses were performed of glycerine types, fuel types and glycerine/fuel mixtures to evaluate ash melting behaviour and the risk of corrosion associated with alkali chlorides. Pellets from the trials were stored for 6 months, during which time moisture uptake and the incidence of mould were studied. After the storage experiments, pellet durability was measured again. Wherever possible, the experimental design was evaluated statistically using multivariate data analysis.
About half the samples were incinerated and emissions of CO, NOx, SO2, particulate matter, acrolein and formaldehyde were measured. In addition, the average temperature and maximum temperature during incineration were measured and the amount of combustion residues and their content of unburned and sintered material were determined. Some ash samples from the combustion of glycerine/pine wood mixes were sent for chemical analysis.
The admixture of glycerine in the fuel types generally resulted in pellets with lower durability, higher proportion of fines (fine fraction) and significantly lower bulk density. However, pellets with the same or slightly better durability and the same or lower proportion of fines were obtained by admixture of 1% acidic glycerine to the fuel types. The specific energy consumption for pelleting the fuels containing glycerine was generally lowered, which may have been due to the lubricating properties of the glycerine. The addition of glycerine in all cases resulted in a decrease in pellet bulk density. Reed canary grass had the best durability, least share of fines and highest bulk density, while straw usually had the worst durability, highest share of fines and lowest bulk density.
During the storage experiments the pellets took up some water, but never to such a level that the storability was compromised. Pellets with glycerine took up more water, often an increasing amount with increasing glycerine content. Mould was not found in any pellets from any experiment. Durability deteriorated more frequently with higher glycerine content, and thus low durability in the pellets at the outset. The initial moisture content and thus the type of fuel were also of great importance for moisture absorption. Straw contained most moisture from the start and took up the most water. In addition, durability decreased most for straw during storage.
During incineration, the main problem with an increasing admixture of glycerine in the fuels was an increasing amount of particles in the flue gas. Calculations of potassium (K) losses with the flue gases, based on analysis of fuels and their ash composition, suggested that this increased sharply with increasing admixture of glycerine. For example, incineration of pine wood with about 1% added glycerine increased the amount of K leaving with the flue gases to the level observed with straw incineration. There seemed to be a close link between the amount of particles in the flue gas and the amount of K released. It is therefore likely that addition of glycerine will cause problems with corrosive deposits in the flues for fuels that normally do not present such problems. However, with fuels that normally give rise to such problems, e.g. straw, it is likely that there will be little obvious difference. Glycerine (acid) containing sulphur can probably prevent particle release and thus lower the risk of corrosion associated with alkali chlorides in the flue gas.
The emissions of acrolein and formaldehyde did not increase as might be expected in experiments with glycerine admixture. The levels of acrolein were below the detection limit, and the levels of formaldehyde were very low. Emissions of CO, NOx and SO2 varied widely between experiments in a more or less random way. However, CO emissions may have increased with lower pellet quality. Sulphur dioxide should be produced during incineration of pellets with high sulphur levels.
Ash melting point declined in pine wood in particular on addition of glycerine, but also in reed canary grass. The ash melting point for straw was not affected at all by glycerine admixture. The reason why pine wood ash was more sensitive is that the amounts produced from pine are so small that properties of the glycerine ash can have an impact even at small admixture rates. The K content of reed canary grass is so low that very little glycerine with high K content is required before its properties start to become apparent. However, straw has a high initial content of an ash that is already high in K, so the K content of glycerine ash is les obvious even at rather high admixture rates. Calculations using key numbers showed that the ash melting point of reed canary grass in particular should be lowered by the admixture of glycerine, but also that of pine wood to a lesser degree, from an initially high level. Straw ash should scarcely be affected at all. High losses of K in the flue gases can suppress the problem of ash melting point depression in bottom ash.
Some of the glycerine types initially had high contents of methanol. It is important that this can be removed, as it constitutes a fire hazard during pelleting and also during transport and handling of the glycerine. High methanol concentrations are also a human health risk, as methanol is toxic.
The commercial value of the glycerine is at one of three different levels depending on how it functions when mixed in different fuels. A) If glycerine admixture degrades a good fuel such as wood in terms of the risk of acid deposits in the flue so much that it is similar to straw as a fuel, glycerine value has a negative value. B) On admixture of glycerine in a poor fuel, such as straw, the properties of the glycerine are not evident and its value based on the energy is therefore the same as for the pure fuel. This is currently approximately SEK 0.6-0.9/kg glycerine, which can be compared with the current price of SEK 1/kg for glycerine in biodigestion applications. These factors combined make it difficult to find a profitable use for glycerine as an additive in pelleting or when used as fuel. Glycerine would therefore not be of commercial interest for use in these applications. C) If the glycerine acts as an additive in very small amounts at pelleting, most likely as a lubricant, the value would then be about SEK 3/kg. However, only small amounts would be used in this application, probably just a few hundred tonnes per annum.
The advice to the industry is that glycerine should not be used in pelleting as it probably does not work well for this application. If glycerine is incinerated, it should be co-fired with a poor fuel, so as not to impair the properties of the fuel. Glycerine is probably more profitable in applications other than fuel to produce heat. At low addition rates glycerine could probably act as a lubricant during pelleting of certain fuels. However, more research is required to determine whether glycerine can act as a lubricant along with some cheap binding agent in pelleting of fuels.

Series/Journal:Rapport / Institutionen för energi och teknik, SLU (1654-9406)
Year of publishing :2011
Number:034
Number of Pages:121
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Dept. of Energy and Technology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISSN:1654-9406
Language:Swedish
Publication Type:Report
Article category:Other scientific
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:E Economics, development, and rural sociology > E21 Agro-industry
J Handling, transport, storage and protection of agricultural products > J10 Handling, transport, storage and protection of agricultural products
J Handling, transport, storage and protection of agricultural products > J12 Handling, transport, storage and protection of forest products
K Forestry > K11 Forest engineering
N Machinery and buildings > N01 Agricultural engineering
P Natural resources > P05 Energy resources management
P Natural resources > P06 Renewable energy resources
Q Food science > Q70 Processing of agricultural wastes
X Agricola extesions > X60 Technology
Subjects:Obsolete subject words > TECHNOLOGY > Materials science
Obsolete subject words > TECHNOLOGY > Materials science > Other materials science
Obsolete subject words > TECHNOLOGY > Industrial engineering and economy
Obsolete subject words > TECHNOLOGY > Industrial engineering and economy > Manufacturing engineering and work sciences
Obsolete subject words > TECHNOLOGY > Industrial engineering and economy > Other industrial engineering and economics
Obsolete subject words > TECHNOLOGY > Other technology
Obsolete subject words > FORESTRY, AGRICULTURAL SCIENCES and LANDSCAPE PLANNING
Obsolete subject words > FORESTRY, AGRICULTURAL SCIENCES and LANDSCAPE PLANNING > Plant production
Obsolete subject words > FORESTRY, AGRICULTURAL SCIENCES and LANDSCAPE PLANNING > Area technology > Agricultural engineering
Obsolete subject words > FORESTRY, AGRICULTURAL SCIENCES and LANDSCAPE PLANNING > Area technology > Forest engineering
Obsolete subject words > TECHNOLOGY > Industrial engineering and economy > Manufacturing engineering and work sciences > Manufacturing engineering
Keywords:biobränsle, glycerin, glycerol, inblandning, tillsatsmedel, pelletering, lagring, eldning, emissioner, nyckeltal, biofuel, glycerine, glycerol, admixture, additive, pelleting, storage, incineration, emissions, key numbers
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-357
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-357
ID Code:8597
Faculty:NL - Faculty of Natural Resources and Agricultural Sciences (until 2013)
Department:(NL, NJ) > Dept. of Energy and Technology
External funders:Stiftelsen Lantbruksforskning
Deposited By: Sven Bernesson
Deposited On:29 Feb 2012 12:23
Metadata Last Modified:08 Sep 2017 10:52
Project info:
Name:Glycerin från omförestring av vegetabiliska oljor som bindemedel vid pelletering av biobränslen
Acronym:Bioenergi H0840079
ID:Bioenergi H0840079
Programme:Bioenergi

Repository Staff Only: item control page