Gasification as an option for utilizing paper mill reject and sludge

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Date
2011
Major/Subject
Energiatalous ja voimalaitostekniikka
Mcode
Ene-59
Degree programme
Language
en
Pages
(9) + 85
Series
Abstract
Paper mills utilizing recycled fibre generate by-product flows that are usually landfilled or incinerated. The objective of this thesis is to go through the option of gasifying these by-products - reject and sludge - and the utilization of the product gas. In the first part of the thesis different gasification technologies and product gas clean-up methods as well as different product gas applications are presented. In the experimental part the exact composition and properties during gasification of an authentic reject - mainly a mixture of paper fibre and plastic - and sludge are introduced. The results are derived from the fuel analysis and experimental gasification research carried out at the VTT Technical Research Centre of Finland. Based on this information a general gasification process for reject and sludge is designed. This design will be applied in a case-example paper mill environment. In addition to process design, material- and energy-balance calculations, a feasibility study is made for the case-example. The feasibility calculations are based on the investment cost of the gasification plant and on the savings acquired by the utilization of gasification product gas. This way the feasibility of the investment can be estimated for a defined plant lifetime. Applications for ashes and energy flows produced in the gasification are explored and the possible costs or profits are taken into account in the feasibility study. The experimental research at VTT indicated that paper miii reject and sludge gasification can be achieved without any major problems. Also the economic evaluation showed that building a gasification plant at an existing paper miii utilizing recycled paper could be an economically feasible project if the assumptions made in the thesis are valid at the mill in question.

Kierrätyspaperia hyödyntävissä paperitehtaissa muodostuu kierrätysprosessin sivutuotteina ainevirtoja, jotka useimmiten ohjataan kaatopaikoille tai poltetaan. Tässä diplomityössä selvitetään näiden ainevirtojen, rejektien ja lietteiden, hävittämistä ja hyötykäyttöä kaasuttamalla. Työn alkupuoliskolla esitetään erilaiset kaasutustekniikat ja kaasun puhdistusmenetelmät yleisellä tasolla, sekä erilaiset kaasutuksen prosessikytkentä-vaihtoehdot. Kokeellisessa osassa käydään läpi autenttisen rejektin - pääasiassa paperikuidun ja muovin seos - sekä lietteen koostumus ja kaasuuntumisominaisuudet VTT:n suorittamien polttoaine-analyysien sekä kokeellisen kaasutustutkimuksen avulla. Rejektin geneerinen kaasutusprosessi suunnitellaan näiden tietojen pohjalta. Tätä suunnitelmaa sovelletaan case-tapauksen paperitehdasympäristöön. Case-tapaukselle tehdään prosessisuunnittelun sekä materiaali- ja energiatase-laskelmien lisäksi myös kannattavuusselvitys taloudellisesta näkökulmasta tarkasteltuna. Kannattavuuslaskelma perustuu kaasutuslaitoksen investointikustannuksiin ja kaasutuskaasulla korvattujen ostopolttoaineiden hintaan sekä vältettyihin kaatopaikka- ja päästömaksuihin. Näistä määritellään investoinnille kannattavuus oletetun käyttöiän avulla. Kaasutuksessa muodostuville tuhkille ja syntyville energiavirroille etsitään mahdollisia käyttökohteita ja niistä muodostuneet rahavirrat otetaan myös huomioon kannattavuuslaskelmassa. VTT:n suorittama kokeellinen tutkimus viittaisi että kierrätyspaperia hyödyntävän paperitehtaan rejektien ja lietteiden kaasutus onnistuisi ilman suurempia ongelmia. Myös kannattavuuslaskelma osoittaisi että kaasutuslaitoksen rakentaminen olemassa olevalle paperitehtaalle olisi taloudellisesti kannattava projekti, mikäli työssä tehdyt olettamukset pitävät paikkansa kyseisellä paperitehtaalla.
Description
Supervisor
Ahtila, Pekka
Thesis advisor
Horvath, Andras
Keywords
gasification, kaasutus, reject, rejekti, sludge, liete, paper mill, paperitehdas, recycled paper, kierrätyspaperi
Other note
Citation