Simulation of a recrystallization process

Abstract

The growing degree of kraft pulp mill closure has generated a need to remove some non-process elements (NPE) from the liquor cycle, mainly from Electrostatic Precipitator ash (ESP ash). While the composition of liquor differs from mill to mill, the levels of chloride and potassium keep uniformally growing with the decree of closure. These two are arguably the most harmful NPE s and because they form alkaline soluble inorganic compounds, they accumulate in the liquor cycle. They cause scaling, corrosion, lower the ashes melting temperature and the sticky temperature, which leads to higher amount of deposits in recovery boiler. These in turn lead to longer and more regular maintenance breaks and soot blowing to clear the deposits from the recovery boiler.

The scope of this thesis was to create a model for crystallization of Na+, K+, Cl-, SO4-2 and CO3-2 system that would work for the whole range of ESP ash compositions found and help in finding the optimal operating parameters for the process. The model was made with ChemSheet and Pitzer theory was used for these calculations.

The model showed that the crystallization process is usable on several different ashes and offer large savings of process chemicals. The model is reasonably accurate with mixed systems similar with dissolved ESP ash and works well as an engineering tool for designing new systems and troubleshooting existing ones.

Viimeisten vuosikymmenten aikana kemiallisten sellutehtaiden prosessivirrat ovat tulleet yhä suljetummiksi. Virtojen kierrättäminen säästää vuosittain suuria määriä rahaa ja alentaa tehtaiden päästöjä huomattavasti. Kuitenkin näihin virtoihin kertyy hiljalleen kasvavia määriä vierasaineita (NPE), jotka häiritsevät laitoksen normaalia toimintaa, Nämä vierasaineet pitää poistaa systeemistä, useimmiten sähkösuodintuhkasta (ESP tuhka).

Näistä aineista suurimpia ongelmia aiheuttavat kloridi ja kalium. Ne muodostavat epäorgaanisia yhdisteitä, jotka liukenevat lipeäkiertoon, laskevat tuhkan sulamispistettä ja tarttumislämpötilaa sekä lisäävät korroosiota että tukoksia soodakattilassa. Yhdessä nämä vaikutukset lisäävät huoltokatkojen ja soodakattilan nuohouksen tarvetta.

Tämän työn tarkoitus oli luoda malli kloridin ja kaliumin poistamiseen kiteyttämällä Na +, K+, Cl-, SO4-2 ja CO3-2 -ioneista koostuvaa systeemiä sähkösuodintuhkasta. Malli ohjelmoitiin Chemsheet -ohjelmalla ja tasapainotilat ratkaistiin Pitzerin mallilla.

Malli toimii tarpeellisella tarkkuudella ja on käytettävissä sekä uusien prosessien suunnitteluun, että vanhojen laitosten seuraamiseen. Mallilla lasketut tulokset osoittavat myös, että kiteytys tuo tehtaalle suuret kemikaalisäästöt vuosittain.