Energie-efficiënter geur bestrijden bij koffiebranders

Transcriptie

1 Energie-efficiënter geur bestrijden bij koffiebranders Energie besparen en geur verminderen via naverbranding of UV-oxidatie Als jarenlange en actieve deelnemer aan het MJA-convenant startte de koffiesector met een routekaart Koffie. Een thema van deze routekaart is het efficiënt branden van koffie. Daarom zijn drie haalbaarheidstudies bij koffiebranderijen uitgevoerd, vastgelegd in aparte factsheets: 1) Energie-efficiëntieverbetering bij koffiebranders behandelt het optimaliseren van het volledige brandproces, 2) Voorverwarmen van groene bonen en 3) Efficiënte geur emissie van het brandproces zijn onderdelen van het volledige brandproces. Aanleiding Hoe kan het energieverbruik van de geurbestrijding van koffiebranders worden geoptimaliseerd? Bij de keuze van een geurbestrijdingstechniek spelen naast de milieueisen ook de operationele en investeringskosten een belangrijke rol. Aanpak Om geur te bestrijden in de koffiebranderij, wordt standaard de naverbrandingstechniek toegepast. Naverbranding is in opdracht van Agentschap NL door onderzoekbureau Laborelec vergeleken met een aantal andere technieken. Ook is onderzocht welke methodes worden gebruikt om een zo energiezuinig mogelijk in te zetten. Aan de hand van een literatuurstudie is een shortlist van mogelijke technieken opgesteld. Deze technieken zijn verder onderzocht met leveranciers. Een aantal leveranciers is vervolgens uitgenodigd om de voorgestelde technieken te toetsen aan de praktijk. Zo zijn zes referenties verkregen.

2 Conclusie Optimalisatie van het energieverbruik is mogelijk ten aanzien van de klassieke. De techniek die toepasbaar is voor de geurverwijdering, hangt af van de temperatuur van de afgassen en van de continuïteit van het proces (continu proces of batch proces). Dit is samengevat in onderstaande tabel. De continuïteit van de afgasstroom is hierbij van belang. Bij een opstelling van meerdere koffiebranders in parallel wordt de afgasstroom samengevoegd en zo een relatief continue stroom van afgassen gevormd. De nabehandeling wordt hierbij gezien als een continue stroom. Voor een regeneratieve (RTO) is de continuïteit van de afgasstroom van belang. Het rendement van een RTO daalt namelijk naargelang de te behandelen afgasstroom minder continu is. De UV-oxidatietechniek is veelbelovend, maar moet nog met een proefopstelling worden bevestigd. Een eerdere proefopstelling bij een Duitse koffiebrander liet positieve resultaten zien. De andere onderzochte technieken op de shortlist vallen om diverse redenen af. Techniek voor geurbestrijding continue afgasstroom batchgewijze afgasstroom Naverbrander (thermische oxidatie) lage temperatuur afgassen (~ 80 C) hoge temperatuur afgassen (~ C) regeneratieve (met keramisch bed) recuperatieve katalytische recuperatieve katalytische recuperatieve katalytische lage temperatuur afgassen (< 60 C) geen warmteterugwinning, directe toepassing UV geen warmteterugwinning, directe toepassing UV UV oxidatie hoge temperatuur afgassen (> 60 C) warmteterugwinning voor geurverwijdering, UV toepassing via bypass warmteterugwinning voor geurverwijdering, UV toepassing via bypass 2 Energie-efficiënter geur bestrijden bij koffiebranders

3 Karakteristieken van de studie In onderstaande tabel 2 leest u de shorlist van zes technieken, inclusief voor- en nadelen. Techniek Voordelen Nadelen Regeneratieve (met een keramisch bed om warmte op te slaan) / RTO Recuperatieve katalytische Gaswasser Biofiltratie / adsorptie Injectie van radicalen / plasma ionisatie UV-oxidatie - breed toepassingsgebied - warmterecuperatie - erg populair en bekend proces - potentieel hoge efficiency van reductie geuremissie - breed toepassingsgebied - warmterecuperatie - erg populair en bekend proces - potentieel hoge efficiency van reductie geuremissie - relatief laag energieverbruik - toepasbaar voor hoge temperatuur uitlaatgassen - eenvoudig in gebruik - laag energieverbruik - met een biologisch bed worden de geurcomponenten afgebroken door organismes in dit biologisch bed - gemakkelijk in gebruik - geen problemen met start/stop of wisselende debieten - weinig onderhoud - gemakkelijk in gebruik - geen problemen met start/stap, wisselende debieten of concentraties - geen hulpstoffen nodig - lage investering - laag energieverbruik - energieverbruik nog relatief hoog, zij het dan al beter dan zonder regenerator - werkt best bij lagere temperaturen, anders slechte efficiency - continue afgasstroom nodig, efficiëntie daalt bij batchgewijze afgasstroom - traagheid van opstarten - onderhoud van de katalysator = operationele kost - investeringskost kan relatief hoog zijn - energieverbruik nog relatief hoog, warmterecuperatie is beperkt - onderhoud van de katalysator = operationele kost - investeringskost kan relatief hoog zijn - niet geschikt voor cyclische werking - afvalwater dient behandeld te worden alvorens geloosd - gebruik van reagentia (chemische stoffen) - geen referenties gevonden voor koffiebranders - erg volumineus systeem - organisme populatie erg kritisch, temperaturen hoger dan 40 C bijvoorbeeld weerstaan deze organismen niet - verzadiging door water of stoom - geen referenties - niet voor alle geurcomponenten even geschikt - proefopstelling nodig - geïnjecteerde radicalen transformeren de molecules en breken ze niet af, risico op non-conformiteit bij mogelijke striktere wetgeving in de toekomst - werkt best bij temperatuur die niet te hoog ligt (< 70 C). Bij hogere temperaturen zoals bij koffiebranders, zal het energieverbruik hoog zijn. - techniek niet voor alle geurcomponenten geschikt, proefopstelling nodig - onderhoud van de lampen - mogelijk hoger energieverbruik bij hogere temperaturen afgas, bypass-syteem kan hier een oplossing voor bieden 3 Energie-efficiënter geur bestrijden bij koffiebranders

4 Resultaten en conclusies Resultaten van de studie De criteria voor het beoordelen van een techniek voor geurverwijdering zijn energieverbruik, efficiëntie van de geurverwijdering, veiligheid en milieu. De investering- en operationele kosten worden bij de economische evaluatie bekeken. UV-oxidatie UV-oxidatie breekt de geurcomponenten af aan de hand van UV-licht door middel van zuurstofradicalen. Deze techniek kan rechtstreeks worden toegepast met de UV-lampen in het afgas. Bij temperaturen hoger dan 60 C wordt een bypasssysteem gebruikt, waarbij geoxideerde lucht in het afgaskanaal (schouw) wordt geïnjecteerd. UV-oxidatie heeft verschillende referenties in de geurbestrijding. Naar energieverbruik is deze techniek gunstig vanwege het lage elektriciteitsverbruik van UV-lampen. Een proefopstelling is echter noodzakelijk om te controleren of aan alle voorwaarden voldaan wordt, waaronder de milieuwetgeving. Bij hoge afgastemperatuur is bijkomende warmterecuperatie wenselijk. Deze warmterecuperatie moet plaatsvinden vóór de UV-behandeling. Naverbranding Naverbranding of thermische oxidatie is de standaard gebruikte techniek voor geurbestrijding bij koffiebranders. De geurcomponenten oxideren onder invloed van een hoge temperatuur. Er zijn verschillende varianten van naverbranding mogelijk. De 2 meest geschikte voor een koffiebrander zijn: 2. Regeneratieve naverbranding: met behulp van keramische bedden wordt een maximale warmte-uitwisseling bereikt en dus een minimaal gasverbruik. De keuze tussen katalytische naverbranding en regeneratieve naverbranding wordt beïnvloed door de aard van de afgasstroom (batch of continu) en de temperatuur van het afgas. Een regeneratieve (of RTO) werkt optimaal bij een continue afgasstroom waarbij de afgastemperatuur laag is. Bij een lage afgastemperatuur zal de warmte-uitwisseling zodanig zijn dat er weinig of geen bijkomende warmterecuperatie nodig is. Een katalytische wordt meestal toegepast bij een discontinue afgasstroom en/of bij hoge afgastemperatuur. Door de katalysator is de temperatuursverhoging in de beperkt en daarmee ook het aardgasverbruik. Een warmterecuperatie tussen afgas- en gereinigde lucht kan het aardgasverbruik verder verminderen. Bij een hoge afgastemperatuur is een bijkomende warmterecuperatie wenselijk om het energieverbruik van het koffiebranden te verminderen. Kengetallen Energieverbruik geurbehandeling Techniek Regeneratieve (Lage temp afgas) Recuperatieve katalytische Energieverbruik 8-10 kw gas per 1000 m³/u geen bijkomende restwarmte kw gas per 1000 m³/u bijkomende restwarmterecuperatie mogelijk 1. Katalytische naverbranding: door het gebruik van een katalysator oxideren de geurcomponenten op C in plaats van 800 C. Deze uitvoering wordt meestal uitgevoerd met een warmterecuperatie om het energieverbruik te minimaliseren. UV-oxidatie Gaswasser Biofiltratie / adsorptie Injectie van radicalen / plasma ionisatie kw elek per 1000 m³/u kw elek per 1000 m³/u kw per 1000 m³/u kw elek per 1000 m³/u 4 Energie-efficiënter geur bestrijden bij koffiebranders

5 Voorbeeldberekening Het energieverbruik hangt sterk af van het debiet en de temperatuur van de afgaslucht. In onderstaande tabel wordt een voorbeeld gegeven bij een afgaslucht aan een debiet van 4000 m³/u, waarbij de intrede temperatuur 340 C is en de naverbranding bij een temperatuur van 450 C wordt uitgevoerd. Voor de UV-oxidatietechniek wordt op deze temperatuur een bypasssysteem gebruikt. Ook voor een regeneratieve mag de afgaslucht aan deze temperatuur niet zomaar door het systeem en wordt er buitenlucht bijgemengd. Voor een kleinere koffiebrander zal het afgasdebiet lager liggen. Eenzelfde berekening is gemaakt voor een afgasdebiet van m³/u, met verder dezelfde randvoorwaarden. Andere operationele kosten dan energieverbruik, zoals het periodiek vervangen van de UV-lampen of het onderhoud van de katalysator of het keramisch bed, zijn niet meegenomen in de berekeningen, maar hebben wel nog een negatief effect op de terugverdientijd. Routekaart Koffie AGENTSCHAP NL Energie en Klimaat Croeselaan BJ, Utrecht I.s.m. Laborelec techniek benodigd vermogen energie-verbruik besparing energie (MWh/ financiële besparing ( /jaar) investerings-kost ( ) terugverdientijd (jaar) jaar) recuperatieve katalytische 60 kw(th) ~ ~12.5 regerenatieve (RTO) 40 kw(th) ~ ~13.5 UV oxidatie techniek 1.92 kw(elek) ~20 ~880 ~8000 ~ ~2.5 techniek benodigd vermogen energie-verbruik besparing energie financiële besparing ( /jaar) investerings-kost ( ) terugverdientijd (jaar) recuperatieve katalytische 60 kw(th) ~ ~12.5 regerenatieve (RTO) 40 kw(th) ~ ~13.5 UV oxidatie techniek 1.92 kw(elek) ~20 ~880 ~8000 ~ ~2.5 voor 2000 m³/u techniek benodigd vermogen energie-verbruik besparing energie financiële besparing ( /jaar) investerings-kost ( ) terugverdientijd (jaar) recuperatieve katalytische 30 kw(th) ~ ~18 regerenatieve (RTO) 20 kw(th) ~ ~20 UV oxidatie techniek ~1 kw(el) ~10 ~440 ~4000 ~ ~4 5 Energie-efficiënter geur bestrijden bij koffiebranders

6 Over het MJA-programma De meerjarenafspraken energie-efficiency (MJA s) zijn overeenkomsten tussen de ministeries van EL&I, IenM, Financiën, IPO, bedrijven en instellingen over het effectiever en efficiënter inzetten van energie. Klantcontact Agentschap NL (op werkdagen tussen 9:00-12:00 uur en 14:00-16:00 uur) Telefoon: (088) Internet: Dit is een publicatie van: Agentschap NL NL Energie en Klimaat Croeselaan 15 Postbus re Utrecht t (receptie Utrecht) Agentschap NL juli 2012 Publicatie-nr. 2MJAP1172 Hoewel deze publicatie met de grootst mogelijke zorg is samen gesteld kan Agentschap NL geen enkele aansprakelijkheid aan vaarden voor eventuele fouten. Agentschap NL is een agentschap van het ministerie van Economische Zaken, Landbouw en Innovatie. Agentschap NL voert beleid uit voor diverse ministeries als het gaat om duurzaamheid, innovatie en inter nationaal. Agentschap NL is hét aanspreekpunt voor bedrijven, kennisinstellingen en overheden. Voor informatie en advies, financiering, netwerken en wet- en regelgeving. De divisie NL Energie en Klimaat versterkt de samenleving door te werken aan de energie- en klimaatoplossingen van de toekomst.