Feasibility of sulphuric acid plant in a modern pulp mill
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2022-03-21
Department
Major/Subject
Industrial Energy Solutions and Sustainability
Mcode
CHEM3044
Degree programme
Master’s Programme in Advanced Energy solutions (AAE)
Language
en
Pages
114+15
Series
Abstract
The thesis aims to study if it is feasible to invest in the sulphuric acid plant in a modern pulp mill. The literature part focuses to discuss the sodium-sulphur balance of the pulp mill. The possible sulphuric acid production technologies are observed, but the main focus is on the wet sulphuric acid (WSA) process since it is the best alternative to produce H2SO4 on a pulp mill site. In addition to sulphuric acid production methods, chlorine dioxide production, and the lignin separation process are considered. When various cases are formed to study the sulphuric acid feasibility in the experimental part. Each case and location-specific information are presented at the end of the literature part. The locations were chosen to be South America (Brazil) and Nordics (Finland). In the experimental part, the formed cases were studied based on balance calculations. When the sulphuric acid consumptions and production were determined, it was possible to calculate the operational costs in unit €/ADt for each case. In the production costs, also sodium hydroxide make-up variations were analyzed, but as NaOH savings instead of expenses. Other operational expenses were sulphate make-up and sulphuric acid consumptions and WSA and sulphur melting electricity costs. In addition to OPEX, also CAPEX analyses were executed. The investment cost, payback time, IRR, and sensitivity for IRR were used to analyze the investment profitability. After, a table with OPEX, IRR, and payback period was gathered to present the pros and cons of each case. It was concluded that in Nordic softwood pulp mills, the investment for the sulphuric acid plant is most feasible. In the South American eucalyptus mills, the economic study did not flatter the investment, but sustainability and process stability could make the investment reasonable. In both locations, if the lignin separation was added to the pulping process, the sulphuric acid plant investment become more feasible.Diplomityön tarkoituksena oli arvioida rikkihappotehtaan kannattavuutta nykyaikaisella sellutehtaalla. Kirjallisuusosassa on käsitelty sellutehtaan rikki-natriumtasetta. Lisäksi kirjallisuusosassa on käyty läpi rikkihapon mahdolliset tuotantomenetelmät, keskittyen erityisesti WSA-menetelmään, sillä teknologiaa hyödynnetään kokeellisen osan tapauksissa parhaana mahdollisena rikkihapon tuotantomenetelmänä. Rikkihapon tuotantomenetelmien lisäksi klooridioksidin tuotantoteknologiat, sekä ligniinin erotusmenetelmä on esitelty kirjallisuusosassa. Myös sellutehtaan maantieteellinen sijainti määriteltiin, ja tehtaat sijoitettiin Etelä-Amerikkaan, sekä Pohjoismaihin, joissa hinnat analysoitiin Brasilian ja Suomen hintojen mukaan. Kokeellisessa osassa analysoitiin muodostettuja tutkimustapauksia taselaskelmien avulla. Taseiden avulla lasketut rikkihappokulutukset toimivat pohjana jokaisen tutkitun tapauksen tuotantokustannusten laskuissa. Rikkihapon lisäksi natrium hydroksidin korvauskemikaalitarpeen vaihtelut analysoitiin, mutta NaOH määrää ei huomioitu suorana kustannuksena vaan vältettynä kustannuksena. H2SO4 ja NaOH kustannusten lisäksi sulfaattikorvauskemikaalin ja sähkönkulutuksen kustannukset WSA-prosessi ja rikin sulatuksessa huomioitiin. Tuotannon kustannusten lisäksi myös investoinnin kannattavuutta arvioitiin. Arviointi tehtiin investoinnin takaisinmaksuajan ja sisäisen korkokannan avulla. Työn tuloksena havaittiin, että pohjoisilla sellutehtailla on järkevintä ja kannattavinta sijoittaa rikkihapon tuotantoon. Etelä-Amerikan eukalyptus tehtailla rikkihappotehtaaseen sijoittaminen ei ole taloudellisesti perusteltua, mutta kestävän kehityksen ja prosessin luotettavuuden kannalta sijoitusta voidaan harkita. Kun ligniinin erotus on lisättynä selluprosessiin, rikkihappotehtaan kannattavuus lisääntyy molemmissa lokaatioissa.Description
Supervisor
Dahl, OlliThesis advisor
Peltonen, JarnoVuorinen, Sakari
Keywords
investment, WSA-technology, sulphuric acid plant, sulphuric acid