Syftet med det här examensarbetet var att utreda massa- och pappersbruket SCA Obbolas sekundärvärmesystem. Examensarbetet utredde hur systemet kommer påverkas efter genomfört projekt ”Expansion Obbola” och huruvida fabriken kommer lida av sekundärvärmeunderskott eller inte. Utifrån resultatet togs förslag fram för hur underskott kan motverkas och eventuella överskott utnyttjas. För ändamålet gjordes en modell på dagens sekundärvärmesystem och med projekterade värden för ”Expansion Obbola” kunde sekundärvärmebalansen fastställas. Examensarbetet har utförts på plats där strömmarna kartlagts genom inspektion, ritningar och styrsystem. Nödvändiga mätdata för modellerna har tagits från givare som finns installerade för att styra processen på fabriken. Modellen använder sig av data och inparametrar som genom regressioner kan approximera sekundärvärmebalansen beroende på produktion och externa faktorer. Programvaran som används i uppbyggnad av modellerna är beräkningsprogrammet Excel med tillägg från WinMops. Eftersom de externa faktorerna har stor inverkan på systemet sattes modellen upp för både sommar- och vinterförutsättningar. Modellerna byggdes upp för att beräkna balansen i systemet under normala driftförhållanden och antagandet att systemet är stabilt. Programvaran som används i projektet är Excel. Sekundärvärmesystems värde kan anses som möjligheten att minska behovet av primärånga. Därmed beräknades behovet då ingen primärånga använts till att producera sekundärvärme, alternativt som spetsvärme för att täcka behovet. I dagens sekundärvärmesystem finns ett stort överskott av termisk energi. Under medelproduktion och medelinställningar för externa faktorer erhölls 16,2 MW och 9,9 MW spillvärme för sommaren respektive vintern. Alla punkter i analysen klarar behovet med marginal, men där undantaget är låg produktion under riktigt kalla vinterdagar. Efter ”Expansion Obbola” blir systemet starkt beroende av utomhustemperaturen. Under sommaren, då temperaturen ute är hög, blir överskottet än större och spillvärmen beräknades till 26,3 MW under medelinställning av inparametrarna. Vintern medför att systemet har överskott under medelinställningar och spillvärmen beräknades till 7,5 MW. Sekundärvärmesystemet klarar inte behovet för alla utomhustemperaturer. Balansen erhålls vid -10,8 °C för hög-, -10,8 °C för medel- och -6,0 °C för låg produktion. Genom att utöka flödet mellan hetvattentanken och varmvattenbingen kan underskottet under kalla vinterdagar minskas. Åtgärdsförslaget som anges medför att systemet klarar en balans vid -13,4 °C för hög-, -11,0 °C för medel- och -6,0 °C för låg produktion. Med ”Expansion Obbola” tillkommer stora förändringar till pannornas vattenhantering. Temperaturen på spädvatten mot matarvattentankarna går från 97,9 °C till 90,6 °C under sommaren vid medelinställning på inparametrarna. För vintern går temperaturen från 96,0 °C till 87,4 °C. På grund av den sänkta temperaturen på strömmarna mot matarvattentankarna kommer motsvarande termiska energi behöva tillsättas, vilket resulterar i en ökad ångförbrukning. Varmvattenbingen kan erhålla en jämnare temperatur genom att prioritera varmare flöden till tanken, förslaget innebär att en större mängd hetvatten kan frigöras till nya ändamål. Flödet som har lägst temperatur till varmvattenbingen är från kokeriet. Åtgärden medför att upp till 70 m3/h extra hetvatten frigöras under sommaren och 86 m3/h under vintern vid medelinställningarna. I rapporten har alternativet att utöka hetvattenflödet till värmeväxlaren före blandbäddarna i vattenhanteringen utretts. Här finns en möjlighet att tillsätta 987 kW och 1558 kW under sommaren respektive vintern. Detta skulle medföra att temperaturen mot matarvattentankarna blir 93,7 °C och 92,2 °C under sommar- respektive vinterperioden. För att erhålla den beräknade maxeffekten behövs 51 m3/h för sommaren och 73 m3/h för vintern, då värmeväxlaren förbättras till en temperaturdifferens vid 5 °C.

Syftet med det här examensarbetet är att undersöka möjligheter för energieffektivisering i form av ökad värmeåtervinning hos Ahlström-Munksjö Aspa Bruk AB med målet att föreslå åtgärder som minskar behovet av färskånga till uppvärmning i processerna. Detta har gjorts med hjälp av en pinchanalys där de externa behoven, pinchöverträdelser och effektiviseringsmöjligheter har identifierats och analyserats för att avgöra hur effektiv värmeväxlingen på Aspa Bruk är. Strömdata har samlats in på plats på bruket främst genom givare som loggar data kontinuerligt men även genom mätningar, miljöbesiktningsrapporter och antaganden.  Ur pinchanalysen framkom det att de externa värmebehoven potentiellt skulle kunna reduceras med ca 19,2 MW, vid ett så energieffektivt system som möjligt, jämfört med dagens behov av färskånga som ligger på 71,5 MW. I praktiken är det dock inte möjligt att genomföra åtgärder för att minska det externa värmebehovet fullständigt till följd av tekniska- och ekonomiska begränsningar. Pinchöverträdelser står för ca 7,7 MW av de ca 19,2 MW och återfinns i sekundärvärmesystemet då det råder överskott av värme i varmvatten- och hetvattenproduktionen.  De åtgärdsförslag som läggs fram bygger på att effektivisera energianvändningen och avlägsna pinchöverträdelser med åtgärder som anses genomförbara. Tre åtgärder presenteras:  Använda värmeenergin från rökgaserna från sodapannan för att förvärma förbränningsluften till sodapannan och därmed ersätta delar av färskångan som används till detta. Öka andelen flashånga från tank 2 till förbasningsfickan där flisen förvärms innan kokaren istället för terpentinkondensorn. Detta skulle medföra en reducering av färskånga till förvärmningen av flisen.  Eliminera 3 bars ångan till hetvattentanken och kompensera med ett ökat varmvattenflöde genom ett ökat intag av råvatten som ska bli varmvatten.  Totalt skulle dessa åtgärder potentiellt kunna minska förbrukningen av färskånga med ca 12,5 MW. Potentiellt skulle även mer ånga kunna sparas om rökgaserna från sodapannan tilläts kondensera. Åtgärdsförslag nummer 3 är den som bidrar mest till reduceringen av färskånga på Ahlstrom-Munksjö Aspa Bruk AB. / The purpose of this master’s thesis is to investigate opportunities for a higher energy efficiency in terms of increased heat recovery at Ahlstrom-Munksjö Aspa Bruk AB with the goal of suggesting actions that reduces the need for live steam in process heating. In order to do this a pinch analysis was conducted where the utility consumptions, pinch violations and opportunities for increased energy efficiency were identified and analyzed in order to determine how efficient the heat exchange at Aspa Bruk is. Stream data was gathered at the mill mainly through continuously logging sensor data but also through measurements, environmental inspection reports and assumptions.       From the pinch analysis it was discovered that the external hot utility potentially could be reduced by approximately 19,2 MW given that the system would be as energy efficient as possible, compared to the current need of live steam that is 71,5 MW. However, in reality it is not possible to accomplish this reduction due to technical and economic limitations. Pinch violations stand for about 7,7 MW of the 19,2 MW and are located in the secondary heat system since there is an excess of heat in the warm water- and hot water production.  The actions suggested are based on increasing the efficiency of the energy consumption and removing pinch violations and are also considered feasible. Three suggestions are presented:  Recover the heat in the fumes from the recovery boiler and use it to preheat the combustion air in to the recovery boiler and thereby replace some of the live steam used for this.  Increase the amount of flash steam from tank 2 to the preheating of the woodchips before the boiler by reducing flash steam to the turpentine condenser. This would lead to a reduction in live steam used to preheat the woodchips. Eliminate the 3-bar live steam to the hot water tank and compensate it by increasing the amount of cold water that is going to become warm water.  In total, these proposed arrangements will potentially lead to a reduction in the use of live steam of approximately 12,5 MW. Potentially even more live steam can be saved if the fumes from the recovery boiler are allowed to condense. Number 3 amongst the proposed actions is the one that has the biggest influence on the reduction of live steam at Ahlstrom-Munksjö Aspa Bruk AB.

Pappers- och massaindustrin är den sektorn som använder mest energi. Av den totala energianvändningen står fossila bränslen för 7 %. Sveriges vision är att år 2050 inte ha några nettoutsläpp av växthusgaser. Detta gör att industrier måste börja ta sitt ansvar för att minska utsläppen.    Syftet med det här examensarbetet är att utreda möjligheterna att driva Billingsfors pappers och massabruk utan fossila bränslen. Målet är uppdelat i följande fem punkter:    Bränslekarakteristik och prestanda Teknisk utvärdering Praktiskt utvärdering Systemuppbyggnad Ekonomisk utvärdering   Olika fasta, flytande och gasformiga förnyelsebara alternativ har undersökts. Erhållen data från Billingsfors Bruk har använts vid beräkningar för att svara på hur både de fossila och förnyelsebara bränslenas karakteristik och prestanda. Bränslena har sedan utvärderats både tekniskt och praktiskt med hjälp av de beräknade resultaten, litteratur samt avstämning med hemsidor och leverantörer. Genom att sammanväga prestanda, den tekniska och praktiska utvärderingen har en systemuppbyggnad tagits fram som sedan har utvärderats ekonomiskt.    Studien visar att det är fullt möjligt att ersätta de fossila bränslena både tekniskt och praktiskt till förnyelsebara bränslen. De fossila bränslenas prestanda är högre än de förnyelsebara bränslena vilket medför att en betydligt större mängd bränslen behövs för att ersätta de fossila bränslena.    Den bästa lösningen för Billingsfors Bruk är att konvertera mesaugnen och gaspannan till träpulver och byta ut eldningsolja mot tallolja i fastbränslepannan och sodapannan. För pappersmaskinerna finns ingen ekonomisk lönsamhet att konvertera till biogas då en väldigt liten del kan produceras internt samt att den är för dyr att köpa externt. Produktgas är därför mer lämpad då den kan produceras internt och inte är lika kostsam. Det är dock inte helt problemfritt och det finns heller ingen ekonomisk lönsamhet i dagsläget. / The pulp and paper industry using most energy today in their processes. Fossil fuels stands for 7 % of the total energy use. Sweden has a vision to not have any net greenhouse gas emissions to 2050. To achieve the vision, industries must start to begin to take their responsibility to reduce emissions.   The purpose of this master thesis is to investigate the possibilities to power Billingsfors paper and pulp mill without fossil fuels. The goal is divided into the following five points:   1. Fuel characteristics and performance 2. Technical evaluation 3. Practical evaluation 4. System Structure 5. Economic evaluation   Different solid, liquid and gaseous renewable alternatives have been investigated. Data obtained from Billingsfors Bruk has been used to calculate both the characteristics and performance of the fossil and renewable fuels. The fuels have been evaluated both technically and practically using the calculated results, literature, websites and suppliers. By comparing characteristics, performance, the technical and practical evaluation, a system structure has been developed which has later been evaluated economically.   The study shows that it is possible to replace fossil fuels both technically and practically with renewable fuels. The performance of fossil fuels is higher than renewable fuels, which means that a significantly higher amount of fuel is needed to replace fossil fuels.    The best solution for Billingsfors Mill is to convert the lime kiln and the gas boiler to wood powder and replace the fuel-oil with tall oil in the solid fuel boiler and recovery boiler. For the paper machines, there is no economic profitability to convert to biogas since a very small amount can be produced internally and it´s too expensive to buy externally. Product gas is therefore more suitable since it can be produced internally and not as costly. However, it is not completely trouble-free and there is also no economic profitability today.

Tillverkning av papper och pappersmassa är en energikrävande process och industrin står för över 51 % av energiförbrukningen inom Sveriges industrisektor. Vid tillverkningen av kemisk pappersmassa används sulfatprocessen och då tillsätts lut i kokeriet som därefter kan återbildas i brukets lutcykel. I lutcykeln förvaras lut i cisterner och från dessa sker avdunstningsförluster. Syftet med examensarbetet var att lokalisera de största avdunstningsförlusterna i lutcykeln i kausticeringsprocessen på Södra Cells pappersmassabruk i Mönsterås. Dessutom gavs förslag på hur energiförlusterna kan minskas och hur den sparade energin kan nyttjas. Mätningar på avdunstningsförlusterna genomfördes för att kunna beräkna energiförlusterna. Dessutom togs cisterntemperaturer och lutflöden fram från Södras loggningssystem. De beräknade energiförlusterna var störst i kalkmjölkcisternen på 1,58 MW och vitlutscistern 1 på 0,97 MW. Den totala energiförlusten genom avdunstning från cisternerna i kausticeringsprocessen beräknades till 6,01 MW. Lösningar som undersökts för att minska energiförlusterna har varit att installera en ”breather valve”, nyttja ångorna i en Organic Rankine Cycle eller använda dem för att producera fjärrvärme. Det har även studerats vart den sparade energin kan användas i det undersökta massabruket.

The degree project was done at Södra Cell Värö with the purpose to investigate how the use of energy for pulp drying in a pulp dryer could be made more effective to decrease the energy consumption or increase the capacity. The pulp dryer is one of the machines that consumes the most energy at SCV. The air that dryes the pulp is heated by low pressure steam, and since the amount low pressure steam was limited, the purpose with the project was to investigate how the low pressure steam best could be used. If the drying capacity could be improved it could enable for an increase in production or a decrease low pressure steam consumption. The task was divided into: 1. Analysis of steam and condensate flows connected to the pulp dryer. Can they be adjusted to improve the drying capacity? 2. Investigation of possible sectors of application for hot air flows from vacuum pumps. 3. Investigation of the condensate system. Can condensate and flash steam be used in a better way to provide more steam to the pulp dryer? For task 1, air and energy balances were made ove the pulp dryer, then temperature, flow and moisture content were measured for all air flows in and out. To investigate how the consumption low pressure steam in the pulp dryer depends on the air flows in to the pulp dryer, tests were made where the rotation speed for the fans and the temperature for the air were varied. The result of measuring the air balance over the pulp dryer was that the same amount air was going in and out, which means that all the air was going in to the dryer preheated. The energy balance over the thermal recycling system showed that 40 % of the energy in outgoing air was being reused. Increasing the rotation speed from 750 rpm to 1000 rpm was favourable when the production was high. Increasing the temperature of the air in to the pulp dryer showed that the consumption low pressure steam decreased. Recommended rotation speeds: December – february: 1000 rpm, all levels of production mars – november: 1000 rpm for high production (over 3 bar low pressure steam to pulp dryer) 750 rpm for low production (below 3 bar low pressure steam to pulp dryer) For task 2, temperature, flow and moisture content were measured for all air flows out from the vacuum pumps. The air flows out from the vacuum pumps had a temperature of 40-50 °C, which was too low to be used for preheating of air to pulp dryer. For task 3, a mapping of the condensate system including all steam and condensate flows connected to the pulp dryer was made. The mapping was made in AutoCAD. Since the experiment with increased temperature of the air in to the pulp dryer showed that an increase in temperature caused the consumption low pressure steam to decrease, calculations of how much more the consumption low pressure steam could be decreased by switching to steam of a higher pressure for preaheating the drying air. By using only steam of higher pressure for air preheating, the amount available low pressure steam to the pulp dryer could be increased with 6 tonnes/h. / Examensarbetet utfördes på Södra Cell Värö med syfte att undersöka hur energianvändningen för massatorkning på torkmaskinen (TM) kunde effektiviseras för att ge lägre energiförbrukning eller högre kapacitet. TM är en av de mest energiförbrukande avdelningarna på bruket. Massan torkas där med luft som värms av processånga vilken utgörs av lågtrycksånga, och eftersom tillgången av lågtrycksånga var begränsad var det önskvärt att undersöka hur den kunde användas på mest effektiva sätt. Om torkkapaciteten kan förbättras kan det möjliggöra en ökning av produktionen alternativt en minskning av förbrukning av lågtrycksånga. Uppgiften delades upp i: 1. Analys av ång- och luftflöden kopplat till TM. Kan de justeras för att ge bättre torkkapacitet? 2. Undersökning av möjliga användningsområden för varma luftflöden från vakuumpumparna. 3. Undersökning av kondensatsystemet. Kan kondensat och flashånga utnyttjas på ett bättre sätt för att tillhandahålla mer ånga till TM? Till uppgift 1 ställdes luft- och energibalanser upp över TM, och sedan gjordes mätningar på temperatur, flöde och fukthalt på in- och utgående luftflöden. För att undersöka hur förbrukningen lågtrycksånga i torkskåpet påverkas av tilluften gjordes försök där varvtal på tilluftfläktar och temperatur på tilluft varierades. Resultatet av luftbalansmätningarna var att inget undertryck rådde över torkskåpet, vilket innebär att all tilluft gick förvärmd in till torkningen. Energibalans över värmeåtervinningssystemet visade att ca 40 % av energin i utgående våtluft återvinns. Försök med varvtal och temperatur på tilluft visade att en ökning av varvtal från 750 rpm till 1000 rpm var gynnsamt vid hög produktion, samt att en temperaturökning på tilluft minskade förbrukningen lågtrycksånga i torkskåpet. Rekommenderade körinställningar: December-februari: 1000 rpm, alla produktionsnivåer Mars-november: 1000 rpm vid hög produktion (över 3 bars tryck på lågtrycksångan till skåpet) 750 rpm vid låg produktion (under 3 bars tryck på lågtrycksångan till skåpet) Till uppgift 2 gjordes mätningar på temperatur, flöde och fukthalt på utgående luftflöden från vakuumpumpar. Luftflödena från vakuumpumpar höll en temperatur på 40-50 °C, vilket var för lågt för att kunna användas till att förvärma torkluft till TM. Till uppgift 3 gjordes en kartering av kondensatsystemet inkluderande alla ång- och kondensatflöden kopplade till massatorkningen. Karteringen utfördes i AutoCAD. Eftersom försöket med temperaturökning på tilluft visade att lågtrycksångförbrukningen i skåpet minskade med ökad temperatur på tilluft, beräknades hur stor en ytterligare besparing lågtrycksånga skulle kunna bli om all tilluft förvärmdes av mellantrycksånga. Genom att använda mellantrycksånga för att förvärma all tilluft till torkskåpet skulle mängden tillgänglig lågtrycksånga till torkskåpet kunna ökas med 6 ton/h.

Husums plant has a selection of different pulp pumps at bleaching plant 4 and 5. The displacement- (HC-pump, Sund Defibrator PTD-60) and centrifugalpumps (MC-pump, MCA 42-200, MCP 30/20) are of interest in this report. The centrifugal pumps are controlled by throttle valves, which result in an energy loss. Chemical mixers are used to mix ClO2 into the pulp before proceeding into a holding tower where the bleaching process occurs. The energy demand of the different positions has been measured or calculated to be used in comparisons against new equipment. Quotations were requested and delivered from Valmet and Sulzer. The quotations were made with a production increase of 10 ADMt/h and plant compared to current equipment. Therefore energy need of the equipment in the quotation had to be recalculated to the same production output as when measurements were conducted to be comparable. Quotation of the pumps assumes the use of frequency inverters. A deeper investigation was made for 441PU255 which is located at bleaching plant 4. The drop leg level of the pump is controlled via a throttle valve. A frequency inverter is installed but not utilized to maintain constant pulp level in the drop leg. This was due to physical changes in the process not being compensated for in the control system. This caused the drop leg level to oscillate when automatic control was used. As a workaround the drive had been set at a constant speed. To investigate the potential savings, an attempt was made in which the speed was lowered from 1520 rpm to 1100 rpm, resulting in a power reduction of 82 kW or 342,081 Sek per year at a production of 36 ADMT/h. The experiment was done with slightly lower production output than desirable; because of this, savings will decrease slightly at higher outputs. Comparisons showed that considerable amounts of energy could be saved at all positions. However the investment cost is high and therefore favorable payback times can only be seen for some of the positions. The MC-pumps are oversized and in need of constant throttling therefore the majority of the energy savings is made through the installation of frequency inverters and not the pump upgrade. / Metsä Board Husum har idag ett flertal olika modeller av massapumpar vid blekeri 4 och 5. Dessa är av deplacerande typ (HC-pump, Sunds Defibrator PTD-60) samt centrifugalmodell (MC-pump, MCA 42-200, MCP 30/20), centrifugalmodellen regleras med strypventiler vilket innebär en extra förlust, speciellt märkbar är denna då produktionen tas ned. Vid blekeriet finns även kemikaliemixrar för att mixa in ClO2 innan pappersmassan pumpas till ett uppehållstorn där blekprocessen sker. Anläggningens nuläge genomgick en mindre kartläggning där specifikationer och mätdata samlades in för att ge en bakgrund till det energibehov som finns idag. Tillgänglighet för reservdelar har varit av intresse för de äldre HC-pumparna. Tillsammans med Sulzer har uppfordringshöjd beräknats för positioner utrustade med PTD -60 då uppgifter för denna saknades. Sulzer och Valmet har offererat ny utrustning för dessa positioner som jämförs mot uppmätta värden för att beräkna återbetalningstid. Inkomna offerter förutsätter frekvensomriktare och baseras på en önskad produktionsökning till 50 ADMt/h för blekeri 4 och 60 ADMt/h för blekeri 5. Detta är en ökning på 10 ADMt/h och blekeri. Erforderlig effekt för drifter i inkomna offerter och uppmätt effekt är ej angiven vid samma driftpunkt. De offererade pumparnas driftpunkt har därför räknats om för att motsvara driftpunkt vid tillfället för insamling av data. Detta för att enkelt kunna jämföra offerter mot nuläge. På blekeri 4 återfinns en MC-pump av modell MCA 42-200 med posnummer 441PU255. Vid denna position gjordes en djupare undersökning då nivåregleringen ej fungerar som tänkt. Nivåhållning sker via reglerventil och varvtalsreglering med frekvensomriktare. För att kunna köra driften har frekvensomriktaren manuellt ställts i ett fast varvtal och reglerventilen lagts i automatik. Ventilen styr därmed nivå i fallröret och har vid normal drift en öppningsgrad på 40-50 %. Vid genomgången upptäcktes att parametrar i styrsystem gällande de varvtal motorn skall arbeta vid inte korrigerats efter en ombyggnation. Detta har medfört att nivån inte gått att reglera i automatik utan att systemet börjat självsvänga. För att undersöka skillnad mellan varvtalsstyrning och strypreglering gjordes ett försök där varvtalet sänktes från 1520 rpm till 1100 rpm vilket resulterade i en effektminskning på 82 kW eller 342 081 kr per år jämfört med strypreglering; detta var vid en produktion av 36 ADMt/h. Försöket gjordes med något lägre produktion än önskvärt; på grund av detta kommer besparingen minska något vid högre produktion. Samtliga positioner uppvisar minskat energibehov med ny utrustning. Dock gör hög investeringskostnad och krav på kort återbetalningstid att endast några få positioner är lämpliga kandidater för ombyggnad i dagsläget. För MC-pumparna kan däremot majoriteten av besparingen uppnås genom att bygga om dagens strypreglering till varvtalsreglering. Detta sker till en betydligt lägre kostnad än vid uppgradering av pump. Arbetet visar att det finns stor potential att minska energikonsumtion vid blekning av pappersmassa, detta gäller speciellt för de befintliga MC-pumparna som är kraftigt överdimensionerade och regleras med strypventil. De gamla kemikaliemixrarna använder stora mängder energi för att mixa in ClO2, nya mixrar använder mindre än hälften av energin och ger överskådliga återbetalningstider.

Utsläpp av CO2 till atmosfären bidrar till ökningen av globala temperaturer. Industrisektorn står för 20 % av utsläppen och utav dessa kommer 6 % från pappers- och massaindustrin. För att lyckas minska den globala temperaturhöjningen till under 1,5 °C hjälper det inte bara att minska utsläppen. Även negativa utsläpp måste genereras. Syftet med denna studie är att undersöka implementeringen av CLG för att separera CO2 på ett energieffektivt sätt och samtidigt generera H2 och elektricitet. Processanalyser genomfördes för att undersöka möjligheten att implementera CLG-processen till ett typiskt massabruk. Processmodeller togs fram for att undersöka CLG, värmeåtervinning samt elektricitetsgenerering. Processmodellerna utvecklades med hjälp av Aspen Plus och Aspen HYSYS. De framtagna modellerna analyserades sedan med avseende på olika designparametrar inom CLG-processen. På ett typiskt massabruk som producerar 800 000 adt varje år kan 375 kg CO2/adt separeras och då uppnå negativa utsläpp, genom att byta ut multi-fuel forsrännaren med en CLG process. Den framtagna processmodellen skulle också kunna generera 360-504 kWh/adt av H2 beroende på de designparametrar som används för CLG-processen. Enligt modellen kan värme som återvinns från processen användas för att fånga upp ytterligare 13 % av CO2 från andra delar av bruket. Processanalys för olika designparametrar inom CLG systemet så som temperatur, luftflöde och flödet av syrgasbärare har presenterats. Nyckeltalen som undersöktes var den mängd CO2 som kunde fångas upp, mängd H2 genererad samt överskottet av elektricitet som produceras när multi-fuel förbränningen byts ut mot en CLG-process på ett typiskt massa bruk. / Emissions of CO2 to the atmosphere are contributing to the global temperature rise. The industrial sector contributed to 20 % of the emissions and out of that, 6 % are generated from the pulp and paper industry. To limit the temperature increase below 1,5 °C, the emissions not only need to be reduced but also negative emissions should be generated from different sectors. The purpose of this study is to realize the implementation of Chemical Looping Gasification (CLG) to separate CO2 (for permanent storage) in an energy-efficient way while co-generating H2 as well as electricity. Process analysis was carried out to investigate the possibility of substituting the multifuel boiler in a typical pulp mill with a CLG process. Process models for the CLG, heat recovery and electricity generation process were developed using AspenPlus and Aspen HYSYS. The process was analysed for different design conditions (temperature, autothermal condition, air flow, oxygen carrier flow) in the CLG process. It was found that in a typical pulp mill producing 800 000 adt per year, 375 kg- CO2/adt (14 % of total emissions from the process) can be inherently separated for storage to achieve negative emissions, if the multi-fuel boiler is replaced with a CLG unit. This process will also be able to generate 360-504 kWh/adt H2 depending on the design conditions in the CLG process. Heat recovered from the CLG unit can be utilized in capturing approximately 13 % additional CO2 from other sources in the pulp mill. Process analysis for different design conditions in CLG (temperature, airflow, oxygen carrier flow) have been presented. The key performance indicators were CO2 capture rates, H2 generated and net electrical output from the process.

Utsläpp av CO2 till atmosfären bidrar till ökningen av globala temperaturer. Industrisektorn står för 20 % av utsläppen och utav dessa kommer 6 % från pappers- och massaindustrin. För att lyckas minska den globala temperaturhöjningen till under 1,5 °C hjälper det inte bara att minska utsläppen. Även negativa utsläpp måste genereras. Syftet med denna studie är att undersöka implementeringen av CLG för att separera CO2 på ett energieffektivt sätt och samtidigt generera H2 och elektricitet. Processanalyser genomfördes för att undersöka möjligheten att implementera CLG-processen till ett typiskt massabruk. Processmodeller togs fram for att undersöka CLG, värmeåtervinning samt elektricitetsgenerering. Processmodellerna utvecklades med hjälp av Aspen Plus och Aspen HYSYS. De framtagna modellerna analyserades sedan med avseende på olika designparametrar inom CLG-processen. På ett typiskt massabruk som producerar 800 000 adt varje ˚ar kan 375 kg CO2/adt separeras och då uppnå negativa utsläpp, genom att byta ut multi-fuel forsrännaren med en CLG process. Den framtagna processmodellen skulle också kunna generera 360-504 kWh/adt av H2 beroende på de designparametrar som används för CLG-processen. Enligt modellen kan värme som ˚återvinns från processen användas för att fånga upp ytterligare 13 % av CO2 från andra delar av bruket. Processanalys för olika designparametrar inom CLG systemet så som temperatur, luftflöde och flödet av syrgasbärare har presenterats. Nyckeltalen som undersöktes var den mängd CO2 som kunde fångas upp, mängd H2 genererad samt överskottet av elektricitet som produceras när multi-fuel förbränningen byts ut mot en CLG-process på ett typiskt massa bruk. / Emissions of CO2 to the atmosphere are contributing to the global temperature rise. The industrial sector contributed to 20 % of the emissions and out of that, 6 % are generated from the pulp and paper industry. To limit the temperature increase below 1,5 °C, the emissions not only need to be reduced but also negative emissions should be generated from different sectors. The purpose of this study is to realize the implementation of Chemical Looping Gasification (CLG) to separate CO2 (for permanent storage) in an energy-efficient way while co-generating H2 as well as electricity. Process analysis was carried out to investigate the possibility of substituting the multifuel boiler in a typical pulp mill with a CLG process. Process models for the CLG, heat recovery and electricity generation process were developed using Aspen  Plus and Aspen HYSYS. The process was analysed for different design conditions (temperature, autothermal condition, air flow, oxygen carrier flow) in the CLG process. It was found that in a typical pulp mill producing 800 000 adt per year, 375 kg- CO2/adt (14 % of total emissions from the process) can be inherently separated for storage to achieve negative emissions, if the multi-fuel boiler is replaced with a CLG unit. This process will also be able to generate 360-504 kWh/adt H2 depending on the design conditions in the CLG process. Heat recovered from the CLG unit can be utilized in capturing approximately 13 % additional CO2 from other sources in the pulp mill. Process analysis for different design conditions in CLG (temperature, airflow, oxygen carrier flow) have been presented. The key performance indicators were CO2 capture rates, H2 generated and net electrical output from the process.

De 20 största massabruken i Sverige släpper tillsammans ut ungefär 20 miljoner ton CO2 per år. Dessa utsläpp har biogent ursprung och anses därför vara klimatneutrala. Massa- och pappersindustrin är därmed en lämplig kandidat för implementeringen av BECCS (eng. Bioenergy with Carbon Capture and Storage) och har en betydande potential att nå de, av den svenska regeringen, uppsatta klimatmålen som säger att Sverige inte ska några nettoutsläpp av växthusgaser till atmosfären senast år 2045. I detta examensarbete simulerades kemiska absorptions- och desorptionsprocesser med MEA som lösningsmedel genom att tillämpa den hastighetsbaserade metoden i en rigorös modell i Aspen Plus. Stripper- och absorptionsmodellerna validerades innan standardprocessen modifierades till en konfiguration som möjliggör värmeintegration av koldioxidinfångningens överskottsvärme med, exempelvis, ett sulfatmassabruk. Avskiljningsgraden och laddning hos den mättade lösningen användes som prestandaindikatorer för att validera absorptionskolonnerna. Återkokarens energiåtgång och laddning hos den omättade lösningen användes somprestandaindikatorer för att validera stripperkolonnerna. Samtliga kolonner dimensionerades för att erhålla 90 vikt% avskiljningsgrad. Olika flödeshastigheter av lösningsmedlet testades för att säkerställa effektivt nyttjande av packningen i absorptions- och stripperkolonnerna. Lämpliga temperaturnivåer för värmeintegration, inom och utanför, koldioxidinfångningen erhölls genom att utvärdera olika varianter av en stripper-overhead-kompression konfiguration. Utvärderingen av den modifierade MEA processen tog hänsyn till potentialen för ångbesparing och energieffektivisering. Resultat från simuleringarna tyder på att den modifierade strippern skulle kunna ge besparingar på upp emot 11 % i ånganvändning. Energibesparingar i samma storleksordning kunde även erhållas genom värmeintegration mellan koldioxidinfångningen och en särskild process i ett referensbruk. Implementering av BECCS-konceptet på det här sättet skulle därmed kunna bli ett mer attraktivt alternativ för den svenska massa- och pappersindustrin att bekämpa klimatförändringarna. / The 20 largest pulp mills in Sweden emit around 20 million tonnes of CO2 per year. These emissions are considered carbon-neutral since they originate from biogenic sources. The pulp and paper industry is therefore a good candidate for the application of BECCS (Bioenergy with Carbon Capture and Storage) and has the potential to play a significant role for reaching the long-term mitigation target set by the Swedish government that Sweden should be climate-neutral by year 2045. In this thesis, a MEA-based chemical absorption and desorption process was rigorously modelled in Aspen Plus using the rate-based method. Validation of the absorber and stripper model was conducted before the standard process was modified to a configuration that enables heat integration of a significant amount of excess heat from the capture process in, for example, a Kraft pulp mill. CO2 removal rate and rich solvent loading were used as performance indicators to validate the absorber columns. The reboiler duty and lean solvent loading served as performance indicators in the stripper validation. The columns were dimensioned considering 90 wt% capture rate. Efficient use of the entire packing in the absorber and stripper columns was ensured by testing different solvent flow rates. Suitable temperature levels for heat integration, within and across the capture plant, were obtained through an assessment of different versions of a stripper overhead compression configuration. The evaluation of the modified MEA processes took into account the steam conservation potential and energy efficiency potential. The simulation results indicate that the modified stripper may lead to savings of up to 11% in steam consumption. Heat integration between the capture plant and a specific process in a reference Kraft pulp mill resulted in energy savings of the same order of magnitude. Thereby, making the BECCS concept a more attractive solution for the Swedish pulp and paper industry to mitigate climate change.