Industrial production of different prehydrolysis kraft dissolving pulp grades

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2021-05-18
Department
Major/Subject
Biomass Refining
Mcode
CHEM3021
Degree programme
Master's Programme in Chemical, Biochemical and Materials Engineering
Language
en
Pages
93+17
Series
Abstract
Due to environmental issues with cotton production and increasing global cellulosic fibre demand, production of wood-based dissolving pulp is expected to grow. Prehydrolysis kraft (PHK) process has been increasingly popular, due to environmental benefits compared to acid sulphite pulping. Thus, an evaluation of selected investment project options was carried out, to identify benefits of different bleaching options. Various dissolving pulp grades and PHK process technologies were assessed in the literature review part. The aim of the experimental part was to investigate differences in commercial scale processes, capital investment costs, selected operational costs and selected effluent parameters. Four hypothetical mills located in South America were evaluated with fibre-, chemical- and energy balances to demonstrate the effect of different bleaching sequences in mill-scale production. The bleaching sequences were: 1) DA-Ep-D, 2) A-Z-P, 3) Z/D-Eop-D and 4) Z/D-Eop-D with cold caustic extraction (CCE) as an alternative to oxygen delignification. The CCE option was associated with increased WL plant capacity, as well as higher energy- and steam consumptions. Capital investment costs were assessed for each case, with the aim to identify relevant cost differences and to give an estimate of the total investment towards these specific pulp mill designs. The costs were highest in Case 4, where additional equipment would be installed due to the high-alpha-grade alternative. The chemical costs of the case mills varied substantially, with the lowest costs associated with TCF bleaching in this limited assessment. The chemical costs were compared to electricity sales, and the most profit was obtained in Case 2, featuring a TCF bleaching sequence. Increased water intake and organic effluent loads are associated with CCE. Due to the limited water analysis in this thesis, further evaluation of the environmental impacts of corresponding processes are, however, advised. Furthermore, value-added products from prehydrolysate are recommended to be investigated in commercial scale.

Puuvillan tuotantoon liittyvien ympäristöhaasteiden ja kasvavan globaalin selluloosapohjaisten kuitujen kysynnän takia liukosellun tuotannon odotetaan kasvavan. Esihydrolyysi–sulfaattikeitto on yhä suositumpi vaihtoehto, sillä se on yleisesti ottaen hapanta sulfiittiprosessia ympäristöystävällisempi vaihtoehto. Tässä työssä suoritettiin valikoitujen investointiprojektien vertailu, eri valkaisuvaihtoehtojen etujen tunnistamiseksi. Kirjallisuusosassa arvioitiin eri liukosellulaatuja ja esihydrolyysi–sulfaattiprosessin teknologiavaihtoehtoja. Kokeellisen osan tavoitteena oli tutkia teollisten prosessien eroja, investointikustannuksia, valikoituja käyttökustannuksia sekä -jätevesiparametreja. Neljää hypoteettista Etelä-Amerikkaan sijoittuvaa tehdasta arvioitiin kuitu-, kemikaali- ja energiataseiden avulla, jotta nähtäisiin eri valkaisusekvenssien vaikutus teollisen kokoluokan tuotantoon. Valkaisusekvenssit olivat: 1) DA-Ep-D, 2) A-Z-P, 3) Z/D-Eop-D ja 4) Z/D-Eop-D kylmäalkalivaihtoehdolla happidelignifioinnin lisäksi. Kylmäalkali johti suurempaan valkolipeälaitoksen kapasiteettitarpeeseen, sekä korkeampiin energian- ja höyrynkulutuksiin. Tehtaiden investointikustannukset arvioitiin olennaisten erojen ja kokonaisinvestoinnin suuruuden määrittämiseksi. Tehtaan 4 investointikustannukset olivat suurimmat, sillä asetaattilaadun valmistamiseen tarvitaan ylimääräistä laitteistoa. Kemikaalikustannukset vaihtelivat merkittävästi, ja matalimmat kustannukset tässä rajallisessa tarkastelussa saatiin TCF-valkaisussa. Kun kemikaalikustannuksia verrattiin myyntisähkön tuottoihin, suurimmat voitot saatiin tehtaasta 2. Kylmäalkali lisää vedenottotarvetta ja orgaanista kuormaa jätevedessä. Työssä suoritetun rajallisen vesianalyysin vuoksi suositellaan tarkempaa ympäristövaikutuksen tarkastelua vastaaville prosesseille. Lisäksi esihydrolysaatin kaupallisen mittakaavan jatkojalostusta suositellaan tutkittavaksi.
Description
Supervisor
Sixta, Herbert
Thesis advisor
Peltonen, Jarno
Lê, Huy Quang
Keywords
dissolving pulp, prehydrolysis, PHK, pulp bleaching
Other note
Citation