Reduction of sulfate emissions in bleached softwood kraft pulp mill
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-05-07
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM3021
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
81 + 6
Series
Abstract
The aim of this thesis was to examine where the pulp mill sulfate emissions are formed and ways to reduce them. Sulfate emissions increase the water salinity and may increase eutrophication. Sulfate emissions of pulp mill are mainly caused by recovery boiler fly ash purging and the use of sulfuric acid in pH adjustment. Especially softwood pulp mills have excess sulfur in sodium and sulfur balance, since tall oil production requires sulfuric acid. The conventional way to reduce the excess sulfur is to purge part of recovery boiler fly ash, which includes sodium sulfate. In the experimental study, several process variables for the reduction of sulfate emissions were calculated. These variables were the replacement of sulfuric acid by hydrochloric acid in pH adjustment, integrated chlorine dioxide plant, carbon dioxide semi acidulation of tall oil, replacement of aluminum sulfate by polyaluminum chloride in water treatment, fly ash treatment and internal sulfuric acid production from non-condensable gases. The effect of liquor heat treatment and green liquor stripping and carbonation was calculated for the capacity increase of sulfuric acid plant. Five cases were composed based on the calculated process variables, which represented a feasible pulp mill main dimensioning balances. These cases were; Case 1: only chemical replacements, Case 2: sulfuric acid plant, Case 3: integrated chlorine dioxide plant, Case 4: integrated chlorine dioxide plant and sulfuric acid plant and Case 5: integrated chlorine dioxide plant and sulfuric acid plant with lignin separation and green liquor stripping and carbonation. It was concluded that sulfate emissions were reduced, when sulfur input decreased, the sulfur cycle was more closed or sulfur-containing chemicals were replaced by other chemicals. The reduction of sulfate emissions reduced also the make-up chemical consumption. Cases 4 and 5 had the lowest sulfate emissions. Case 2 had the lowest make-up chemical consumption.Tässä diplomityössä tutkittiin sellutehtaan sulfaattipäästöjen muodostumista ja niiden vähennyskeinoja. Sulfaattipäästöt aiheuttavat vesistöissä suolaantumista ja saattavat lisätä rehevöitymistä. Sellutehtaan sulfaattipäästöt aiheutuvat pääasiassa soodakattilan lentotuhkan poistamisesta sekä rikkihapon käytöstä pH:n säätökemikaalina. Etenkin havusellutehtailla rikkitase on ylijäämäinen, sillä mäntyöljyn valmistuksessa tehtaan kemikaalikiertoon lisätään rikkihappoa. Ylijäämärikkiä on perinteisesti hallittu poistamalla soodakattilan lentotuhkaa, joka sisältää pääasiassa natriumsulfaattia. Työn kokeellisessa osassa laskettiin kirjallisuusosassa esiteltyjen vähennyskeinojen vaikutusta sulfaattipäästöihin. Näitä vähennyskeinoja olivat rikkihapon korvaaminen suolahapolla pH:n säätökemikaalina, klooridioksidin valmistus (integroidulla) suolahappomenetelmällä, mäntyöljyn esipalstoitus hiilidioksidilla, vedenpuhdistuksessa käytettävän alumiinisulfaatin korvaaminen polyalumiinikloridilla, lentotuhkan käsittely sekä sisäinen rikkihapon valmistus tehtaan hajukaasuista. Rikkihapon valmistuksen kapasiteetin nostoa varten laskettiin myös lipeän lämpökäsittelyn ja viherlipeän karbonoinnin vaikutus. Näiden vähennyskeinojen pohjalta laskettiin viisi skenaariota, jotka esittivät vaihtoehtoisia mitoituksia sellutehtaalle. Nämä skenaariot olivat; 1: ei isoja investointeja sulfaattipäästöjen vähentämiseksi 2: rikkihappolaitos 3: integroitu klooridioksidilaitos 4: integroitu klooridioksidilaitos ja rikkihappolaitos 5: skenaario 4 ligniinin erotuksella ja viherlipeän karbonoinnilla. Sulfaattipäästöt vähenivät, kun sisään tuleva rikkimäärä natrium-rikkitaseessa pieneni, rikkikiertoa suljettiin tai kun sulfaattia sisältäviä kemikaaleja korvattiin vaihtoehtoisilla kemikaaleilla. Sulfaattipäästöjen vähentäminen johti korvauskemikaalien kulutuksen pienenemiseen. Skenaariot 4 ja 5 tuottivat alhaisimmat sulfaattipäästöt. Sulfaattipäästöjen vähentäminen johti myös korvauskemikaalien kulutuksen pienenemiseen. Alhaisimmat korvauskemikaalimäärät olivat skenaariossa 2.Description
Supervisor
Dahl, OlliThesis advisor
Pekkanen, LauriTikkanen, Antti
Keywords
sulfate emissions, pulp mill, sodium/sulfur balance, sulfuric acid