Årets Processindustridag inleddes med två lovande utblickar in i framtiden. Elin Hermansson, projektledare för Hållbar Kemi 2030, berättade hur kemiklustret i Stenungssund kan ställa om till hållbara råvaror för hållbara produkter.
De fem kemiföretagen Borealis, Perstorp, Inovyn, Nouryon och Adesso Bioproducts har målet att ställa om sin industri och bli klimatneutrala och resurseffektiva. Till klustrets råvaror hör bland annat eten (som är störst volymmässigt), nafta, propan, butan och naturgas.
I framtiden ska energin som används vara förnybar och råvarorna hållbara. Till de senare räknas återvunna och förnybara råvaror såsom avfall, vegetabiliska oljor, gräs/strån och trä. Via olika tekniker kan råvarorna förädlas för att producera biogas, bioeten och syntesgas som är mellanråvaror för kemiprodukter, plaster och bränslen.
En stor anläggning planeras där bioetanol används för produktion av eten. Flera projekt kring kemisk återvinning är också på gång i Stenungssund. Med kemisk återvinning kan man återvinna mer plast än vad som görs idag plus att den återvunna råvaran har lika hög kvalitet som ny råvara. Detta är en stor möjlighet för framtiden.
Två viktiga faktorer som möjliggör omställningen är tillgång till grön el och vätgas. Kemiindustrin behöver kolatomer som råvara till sina processer. Därför kan man till exempel ta till vara på koldioxid från atmosfären som fångas in och används som råvara för att göra nya kemiprodukter.
– Detta blir den största omställningen någonsin för den svenska kemiindustrin. Lösningarna kommer att visa många exempel på symbios mellan de fem företagen, säger Elin Hermansson.
– I den gröna omställningen får vi inte bara satsa på en häst, utan tänka brett och lyfta blicken. Samtidigt fyller vi en stor funktion när vi via innovation tar fram nya klimatsmarta produkter som på olika sätt hjälper samhället att ställa om, avslutar Elin Hermansson.
Project AIR
Övergången till nästa presentation blev naturlig då Carl Rietz, projektchef från Perstorp AB, berättade om företagets Project AIR som drivs tillsammans med Fortum och Uniper.
Metanol, idag både i form av fossilbaserad och biobaserad metanol, är en viktig råvara för Perstorp, framförallt till polyol-tillverkningen. All denna metanol köps externt. Beträffande restströmmar av kemikalier inom Perstorp används dessa idag som bränsle för att producera ånga.
Målet är att ersätta all inköpt metanol med hållbar metanol som produceras på plats i Stenungssund. Metanolen ska produceras med koldioxid som råvara i en Carbon Capture and Utilization-process, kombinerad med förgasning av biometan och restströmmar. Den vätgas som behövs ska produceras genom att förnybar el används för att elektrolysera vatten.
– Konceptet bygger på kombination av redan kända teknologier och vi kan seriöst hjälpa kemiindustrin att bli klimatneutral, säger Carl Rietz.
Project AIR kommer att bidra bland annat till att:
Koldioxidutsläppen minskas med 0,5 miljoner ton per år
Ersätta 200000 ton fossil metanol per år
Kommer att kräva en utbyggnad av dagens biogaskapacitet i Sverige med mer än 50 procent
Världens största CCU-anläggning
– Några tekniska detaljer jag kan nämna är att vi idag fångar in koldioxid i våra processer, men den kan inte utnyttjas. Denna kommer vi förstås att ta tillvara i framtiden. I den planerade elektrolysanläggningen produceras förutom vätgas även syrgas och denna kommer vi att nyttja. Färskvatten kommer inte att förbrukas, utan vi ska använda vatten som renats i vårt reningsverk. Naturligtvis ska vi genomföra det här projektet utan att behöva ändra våra villkor för utsläpp till luft och vatten, avslutar Carl Rietz.
Dimensionering och materialval – vätgas
”Tråden” om vätgas fortsatte när Tobias Bolinder från KIWA talade om ”Utmaningar för dimensionering och materialval i vätgasmiljö”.
Framtidsscenarier för industrin och för energibranschen indikerar att vätgas blir allt viktigare som råvara och bränsle och för energilagring. Alla bör ha klart för sig vätgasens egenskaper och några av dess ”egenheter” vad materialval beträffar.
Värmevärdet är mycket högt (120 MJ/kg) medan energidensiteten är mycket låg. Det betyder att vätgas ofta behöver komprimeras med högt tryck. Gasen är mycket
lättantändlig och explosiv i ett brett område av luftblandningar, från 5 till 65 procent luft.
– Tillsammans med det faktum att den saknar färg och lukt, betyder det att det är mycket viktigt att hålla nere riskerna för läckage och brott i rörsystem och utrustning, påpekar Tobias Bolinder.
Molekylen är liten och minst av våra kemiska energibärare. Den kan diffundera in i material och exempelvis reagera kemiskt inne i stål och bilda nya ämnen.
Typen av stål har mycket stor betydelse för skadeverkningarna av vätgas. Innehåll av ferrit gör stålet ”känsligt” för vätgas. Ferritiska stål (kolstål) påverkas generellt mycket av vätgas. Beträffande rostfria austenitiska stål beror det på nickelhalten. Mer nickel ger lägre påverkan från vätgas.
Duplexstål är ungefär ett mellanting mellan kolstål och rostfria stål, och innehållet av ferrit kan innebära problem.
Undersökningar har gjorts av hur vätgas påverkar hållfasthetsegenskaper och då har sträckgräns, areareduktion, brottseghet och utmattning beaktats.
Det är noterbart att svetsat material kan skilja sig från grundmaterialet i hur de reagerar på vätgas. I samband med svetsning av rostfritt material kan ferrit bildas i svetsen. Sprödbrott kan inträffa i stråk av ferrit.
Vid kallbearbetning av austenitiska stål kan martensit bildas och som kan göra stålet känsligt för vätgas.
Forskning har inte klarlagt helt varför vätgas kan försvaga stål. En teori – Hydrogen induced fast fracture – beskriver att järnkarbidpartikar först bildas i stålet. Vid last kan partiklarna släppa från den övriga strukturen och hålrum bildas kring partiklarna. Väteatomer kan tränga in till hålrummet och där bilda vätgas. Det hela kan sedan utvecklas till sprödbrott och mikrosprickor.
När det gäller materialval och dimensionering rekommenderade Tobias Bolinder ordentlig materialprovning samt brottmekaniska analyser, i väntan på att standarder utgivna av ISO och ASME kompletteras. Den senare omarbetas nu för att omfatta fler material. Det har också inletts arbete för att ta fram EN-normer. Han berättade också om hur analys och verifiering av design kan göras och hur konstruktionen kan kvalitetssäkras.
– Konstruktioner behöver analyseras avseende alla haverimekanismer och alla skademekanismer, poängterade Tobias Bolinder.
Mycket om vätgasens kort- och långsiktiga påverkan är höljt i dunkel och forskning pågår. (Ferrit, austenit, martensit och järnkarbid/cementit är olika typer av mikrostrukturer i stål.)
Krypskador i högtemperaturångledning
Följande presentation fortsatte på materialtemat när John Thorsmyr, strategisk säljare och key account manager på KIWA, berättade om ett skadefall som rörde krypskador. Sådana skador börjar med små förändringar i stålets mikrostruktur. Korngränserna upplöses och mikrostora kaviteter uppstår. Dessa kan växa till sprickor.
Skadefallet rörde en högtemperaturångledning från en sodapanna tagen i bruk 2005, med beräkningstryck 137 bar och beräkningstemperatur 515 °C. Dimensionerande kryplivslängd var 200000 drifttimmar. År 2018 efter 110000 timmar gjordes först en spänningsanalys för att se vilka ställen på ångledningen som kunde ha risk för krypning. Replikaprov gjordes på svetsskarv mellan tertiäröverhettarens samlingslåda och böj på ångledningen, på denna böjs ytterradie samt svetsskarven vid huvudångventilen.
Replikaproven visade att ytterradien på böjen hade skadeklass 3 b (skalan går från 0 till 5, där 5 är mest svårartad). Bedömd återstående livslängd för böjen var 15000 timmar. Vid underhållsstopp 2019 gjordes verifierande replikaprov och de visade skadeklass 3 b till 5. Vid stoppet 2020 byttes böjen och även nästa böj.
Inför 2021 planerades åtgärder och ytterligare replikaprov. När detta skrivs har utfallet av dessa ännu inte redovisats.
Skador hittades därmed långt innan den dimensionerande kryplivslängden nåddes.
Det vill säga, även om den är 200000 timmar innebär det inte någon garanti mot att allvarliga krypskador uppstår långt tidigare. Följ rekommendation om replikaprov vid 100000 timmar. (För tryckkärl när halva tiden avverkats, exempelvis vid 50000 timmar för en livslängd av 100000 timmar.)
– Spänningsanalys är viktigt, inte bara för replikaprovningen utan även för att bedöma rörsystemets funktion och livslängd. Områdena med de högsta spänningarna bör kontrolleras i första hand. Gör analys och prov i tid så slipper ni förlänga underhållsstopp, säger John Thorsmyr.
Notera att enligt Arbetsmiljöverkets regler är anläggningsägaren skyldig att ha kontroll över livslängden på utrustning såsom tryckkärl, ångledningar och rörledningar. För rörsystem är det lämpligt att göra kontroller efter 40000 drifttimmar.
Arrangemangets moderator Magnus Brattberg passade på att upprepa ett sedelärande citat, nämligen att ”En oreflekterad erfarenhet är ingen erfarenhet”.
