Tall oil depitching in kraft pulp mill

Abstract

Conventionally, tall oil soap obtained as a side product from the Finnish pulp mills have been refined to crude tall oil, which is sold to tall oil distillers. In distillation, tall oil pitch is first removed, and the rest of tall oil is fractionated into value added products. Tall oil pitch is mainly used as a fuel and it is often transported back to pulp mill to be used as a lime kiln fuel.

The aim of this thesis was to evaluate the feasibility of depitching tall oil in a kraft pulp mill. The hypothesis was that the energy-intensive depitching process can be performed efficiently by utilizing pulp mill heat generation. The process produces both a higher value tall oil product and renewable fuel for the lime kiln simultaneously.

The pitch separation was modelled and the process energy consumption in model was used to calculate the mill energy balance and production. Economic feasibility of the concept was evaluated through investment and operating costs, which were used to calculate investment payback period. These key values were compared to scenarios with other lime kiln fuel production methods: Heavy fuel oil, bark gas, and both tall oil pitch and bark gas.

Tall oil depitching was concluded to be feasible with short payback period and good applicability to pulp mill. The major technical drawback of the process is that it is not sufficient to provide all of the lime kiln fuel needed. In the future strategies, the depitching could be optimised for phytosterols separation and for the production of different kind of fractions based on market price fluctuation.

Perinteisesti suomalaisilla sellutehtailla on ollut tapana jalostaa sellunkeiton sivutuotteena syntyvä suopasaippua raakamäntyöljyksi, joka myydään mäntyöljytislaajalle. Mäntyöljytislaamolla raakamäntyöljystä erotetaan ensin piki, ja loppu tislataan korkeamman arvon tuotteiksi. Mäntyöljypiki hyödynnetään lähinnä polttoaineena. Usein se rahdataan takaisin sellutehtaalle meesauunin polttoaineeksi.

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia mäntyöljypien erotuksen kannattavuutta sulfaattisellutehtaalla. Oletuksena oli, että energiaintensiivinen pikierotus voidaan tehdä tehokkaasti sellutehtaan lämmöntuotantoa hyödyntäen. Samalla tuotetaan sekä korkeamman arvon mäntyöljytuotetta, että uusiutuvaa polttoainetta sellutehtaan meesauunille.

Pien erotusprosessi mallinnettiin ja sen lämmönkulutus yhdistettiin koko tehtaan energiataseeseen. Konseptin taloudellista kannattavuutta arvioitiin laskemalla prosessille investointi- ja käyttökustannukset, sekä takaisinmaksuaika. Näitä tunnuslukuja verrattiin kilpaileviin meesauunin polttoaineen tuotantomenetelmiin: raskaaseen polttoöljyyn, kuoren kaasutukseen sekä kaasutuksen ja pienerotuksen yhdistelmään.

Sellutehtaan mäntyöljypien erotus todettiin soveltamiskelpoiseksi prosessiksi, jolla on lyhyt takaisinmaksuaika. Suurin tekninen haaste prosessissa on se, ettei sillä pysty tuottamaan kaikkea meesauunin tarvitsemaa polttoainetta. Tulevaisuudessa pienerotusta voitaisiin optimoida kasvisterolien erotukseen sekä erilaisten jakeiden tuotantoon markkinahintojen vaihtelun mukaan.