Biokaasusta eroteltujen terpeenien analysointi ja käyttömahdollisuudet

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin Helsingin seudun ympäristöpalvelut -kuntayhtymän (HSY) ja BioUpdaten toimeksiannosta. HSY käsittelee pääkaupunkiseudulla syntyvää biojätettä biojätteen käsittelylaitoksellaan ja tuottaa siitä biokaasua. Biokaasun on havaittu sisältävän sen hyödyntämistä haittaavia pitoisuuksia terpeenejä. Terpeenejä on puhdistettu BioUpdaten laitteistolla biokaasusta ja samalla syntyy sivutuotteena terpeeniliuosta.

Tämän työn tavoitteena oli analysoida syntyvää terpeeniseosta sekä tutkia ja kokeilla mahdollista jatkojalostustekniikkaa sille. Tavoitteena oli tutkia myös mahdollisia käyttökohteita terpeeniseokselle. Työssä esitellään myös terpeenien ominaisuuksia ja pitoisuuksia eri vuodenaikoina sekä niiden suodatusprosessia.

Terpeeniseosta analysoitiin kaasukromatografilla (GC-FID) ja kaasukromatografi-massaspektometrillä (GC-MS). Mittaustulosten mukaan käsittelemätön terpeeniseos sisälsi symeeniä 83,5 % ja limoneenia 10,6 % sekä useita muita yhdisteitä, jotka tunnistettiin analyysien avulla. Terpeeniseosta jalostettiin tislaamalla ja selvitettiin paine ja lämpötila, joissa symeeni ja limoneeni erottuvat. Lisäksi tislauksessa selvitettiin saadun tisleen ja tislausjäännöksen suhde. Tislauksessa syntyneet tisleet ja tislausjäännökset analysoitiin myös kaasukromatografilla ja kaasukromatografi-massaspektometrillä. Terpeeniseoksen symeeni ja limoneeni pitoisuudet eivät muuttuneet merkittävästi tislauksen johdosta. Terpeeniseoksen ja sen pääkomponenttien, symeenin ja limoneenin, käyttökohteita tutkittiin kirjallisuudesta ja esiteltiin työssä.

Insinöörityön tuloksena saatiin tietoa terpeeniseoksen sisältämistä yhdisteistä ja niiden pitoisuuksista sekä testattua tislausta jatkokäsittelynä. Työssä löydettiin useita käyttökohteita terpeeniseoksille ja sen pääkomponenteille. Ne toimivat pohjana tuleville käyttökohdetutkimuksille.

This thesis was carried out for Helsinki Region Environmental Services Authority (HSY) and BioUpdate. HSY treats biowaste collected from Helsinki metropolitan area in its biowaste treatment plant and produces biogas from it. Biogas has been found to contain harmful concentrations of terpenes for utilization of biogas. Terpenes are purified from the biogas with treatment equipment produced by BioUpdate and terpene solution is formed as a waste side stream.

The aim of this thesis was to analyse the formed terpene solution as well as to study and test a possible further processing technique. The aim was also to examine possible uses for the terpene mixture. Terpenes’ properties and concentration in different seasons as well as terpene treatment process were studied for this thesis.

The terpene mixture was examined by gas chromatography (GC-FID) and gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). The untreated terpene mixture was discovered to contain 83.5 % of cymene and 10.6 % of limonene and several other compounds which were identified with the analyses. The terpene mixture was further processed by distillation and pressure, and the temperature at which cymene and limonene are extracted were discovered. In addition, the ratio between distillate and distillation residue was discovered. The distillate and the distillation residue produced in the distillations were also analysed by gas chromatography and gas chromatography mass spectrometry. Cymene and limonene concentrations in the terpene mixture did not rise significantly as a result of the distillation. Applications of terpenes and principal components, cymene and limonene, of the terpene mixture were studied in the literature and are presented in this thesis.

As a result of this thesis, information about components present in the terpene mixture and concentration of these components was discovered as well as a further processing method was tested. Several applications for terpenes and principal components of the terpene mixture were discovered. They will serve as a basis for further application studies.