Arbetet handlade om att ta reda på om det går att byta ut natriumhydroxid mot natriumkarbonat som alkalikälla på CTMP-linjen, och gjordes på uppdrag av Stora Enso Skoghalls bruk. De områdena som studerades var impregnering och blekning av CTMP (kemitermomekanisk pappersmassa) samt hantering av natriumkarbonatlösning. Natriumkarbonatens löslighet vid olika temperaturer verifierades, blekning av CTMP med natriumkarbonat och natriumhydroxid utfördes, titrering av natriumhydroxid och natriumkarbonat mot natriumbisulfitlösning och en enklare laborationsimpregnering gjordes. Även aspekten av utrustning, kostnader och eventuell utfällning av kalciumkarbonat studerades. Resultaten visade att det krävs mer natriumkarbonat för att ersätta natriumhydroxid än vad man trott och att det totalt sett blir dyrare. Det finns dock en möjlighet att andra delar av bruket kan utföra bytet av alkali och gå med större vinst än vad CTMP-linjen går med förlust. Försöken visade även på temperaturökning vid tillredning av natriumkarbonatlösningen, utfällning av kristallsoda och behov av att den befintliga utrustningen kompletteras utifrån rekommendationer från kemikalieleverantören. Tidigare studier visade på eventuella försämringar av papperskvaliteten när natriumkarbonat används vid blekning av CTMP. Trots att natriumkarbonat är ett billigare alternativ till natriumhydroxid, och att det teoretiskt sett skulle fungera bra som en utbrytare, är det mycket som man behöver ta hänsyn till vad gäller natriumkarbonat och det krävs eftertanke för att saker ska görs på rätt sätt. Utifrån resultaten kan man dra slutsatsen att det inte ser ut som en bra ide att utföra bytet. / The objective of this project was to see if it is possible to replace sodium hydroxide with sodium carbonate as an alkali source on the CTMP line, and it was done on behalf of the Stora Enso Skoghall Mill. The areas that were studied were the impregnation and bleaching of CTMP and also the handling of sodium carbonate solution. The solubility of sodium carbonate at various temperatures was confirmed, bleaching of CTMP with sodium hydroxide and sodium carbonate, titration of the sodium hydroxide and sodium carbonate against sodium bisulfite solution and a simpler laboratory impregnation was performed. Aspects of equipment, costs and the possibility of precipitation of calcium carbonate were also studied. The results indicate that more sodium carbonate is needed than one thought for the substitution to be possible, and that it also becomes more expensive. There is a possibility that other parts of the mill can perform the replacement of alkali and go with greater profit than the CTMP line goes with loss. Experiments also showed an increase in temperature when preparing the sodium carbonate solution, precipitation of natron and the need for the existing equipment to be supplemented on the basis of recommendations from the chemical supplier. Previous studies showed possible deterioration of the paper quality when bleaching CTMP with sodium carbonate. Although sodium carbonate is a cheaper alternative to sodium hydroxide, and that it would theoretically work well as a substitute, it is much that one has to take into consideration in terms of using sodium carbonate and it is necessary to think things through before usage, so that things can be done properly. Based on the results, it is shown that the swap of alkali will be suboptimal.

The kraft pulping process is the most dominant pulping process consisting of 90% of the chemical virgin pulp production in the world. This process is extensive, especially considering the large chemical recycling, and improvements are constantly ongoing [1]. In 1966, G.H. Tomlinson II published a patent in where a white liquor of 100% sulphidity was used, i.e. only sodium sulphide (Na2S) as a cooking chemical and not sodium hydroxide (NaOH). A higher sulphidity gives an improved delignification and a stronger pulp with a higher yield. In addition, when NaOH is not used in the process, the causticizing plant can be eliminated. According to Tomlinson II, this would mean lower investment and operating costs.  The smelt from the recovery boiler undergoes leaching or evaporating to separate the sodium carbonate (Na2CO3) and Na2S. Na2CO3 recirculates to the black liquor to reduce the sulphur/sodium ratio, which is necessary for the function of the recovery boiler. A sufficiently high proportion of recirculated Na2CO3 is used to ensure that no SO2-emissions occur from the recovery boiler [2]. The purpose of this thesis is to investigate different cases of high sulphidity processes through heat and mass balances and compare it with a reference case of kraft pulp, in order to potentially find a more efficient process. The high sulphidity cases vary with e.g. dry solids content, effective alkali charge and the amount of recirculated Na2CO3. Also, a combination between the conventional kraft pulping process and high sulphidity process will be investigated. Tools for these calculations are given from AFRY and is done in excel. The focus is on the recovery boiler, since it is the most critical aspect in the process, but overall flow charts will also be made.  It turns out that the amount of recirculated Na2CO3 is one of the major factors that determine the outcome of the results. An increased amount of Na2CO3, which contains inert carbon, leads to a lower heating load in the recovery boiler, resulting in too low temperatures. For the high sulphidity process to be feasible, a lower effective alkali charge is required in the digester to reduce the amount of chemicals in the process. This can be achieved through a pre-impregnation step in the digester. All high sulphidity cases also resulted in a decrease in CAPEX and OPEX compared to the reference case. The most interesting result is a combination between the high sulphidity and kraft pulping process, as the results was comparable with the reference case, but at the same time containing advantages of the high sulphidity process. / Kraftmassaprocessen är den dominerade massaframställningen bestående av 90% av världens kemiska jungfrumassa. Denna process är omfattande och förbättringar pågår ständigt, särskilt med tanke på den stora kemikalieåtervinningen [1]. 1966 publicerade G.H. Tomlinson II ett patent där en vitlut av 100% sulfiditet användes, alltså endast natriumsulfid (Na2S) och inte natriumhydroxid (NaOH) som kokkemikalie. En högre sulfiditet ger en förbättrad delignifiering och därmed en starkare massa med ett högre utbyte. När NaOH inte används i kokeriet kan dessutom kaustiseringen elimineras. Det skulle, enligt Tomlinson II, innebära lägre investerings- och driftskostnader.  Smältan som kommer ut från sodapannan genomgår en laknings- eller indunstningsprocess för att separera ut natriumkarbonatet (Na2CO3) och Na2S. Na2CO3 återcirkulerar till svartluten innan sodapannan för att på så sätt minska på svavel till natriumkvoten, vilket är nödvändigt för sodapannans funktion. En tillräckligt hög andel av Na2CO3 återcirkuleras för att inga SO2-emissioner ska förekomma [2]. Syftet med denna rapport är därför att undersöka olika fall av högsulfiditetsprocesser genom värme och massbalanser och jämföra med ett referensfall av kraftmassa, för att i slutändan undersöka en potentiellt mer effektiv process. Fallen varierar med torrhalt på svartluten, effektiv alkali laddning, och mängden återcirkulerad Na2CO3. Ett kombinerat fall mellan den konventionella kraftmassa- och högsulfiditetsprocessen kommer även att undersökas. Verktyg för dessa beräkningsbalanser fås via AFRY och används i Excel. Fokuset ligger på sodapannan då denna del av processen är avgörande för processens genomförbarhet.  Övergripande flödesscheman kommer även att göras för de olika fallen.  Det ska visa sig att mängden återcirkulerad Na2CO3 är en av de större faktorerna till förändringar i resultatet. En ökad mängd Na2CO3, som innehåller inert kol, ger en lägre värmebelastning i sodapannan, och därmed för låga temperaturer i pannan. För att högsulfiditetsprocessen ska kunna vara genomförbar krävs en lägre effektiv alkali laddning i kokeriet för att minska på mängden kemikalier i processen, detta kan göras via ett förimpregneringssteg i kokeriet. Alla högsulfiditetsfall gav även en minskning i CAPEX och OPEX jämfört med referensfallet. Mest intressant resultat gavs av en kombination mellan högsulfiditet och kraftmassaprocess, då den mest efterliknade referensfallet, men samtidigt innehåller fördelar av högsulfiditetsfallet.