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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-100823 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Lidbrand, Isabell |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0029 seconds