Flue gas desulphurisation (FGD) is a crucial method to minimise the SO2 emissions from industrial processes. The FGD system utilise an alkaline sorbent to remove SO2 from the flue gases. Calcium in form of limestone is a commonly used sorbent where gypsum is produced asa by-product. However, the limestone reactivity, along with impurities within the sorbent, can significantly influence the effectiveness of SO2 removal and the quality of the by-products. At Heidelberg materials Cement Sverige an intermediate product, raw meal (RM) 8, is used assorbent in the FGD and gypsum is used as setting retarder in the cement. The aim with this project is to examine if raw meal 7 or A-sten is a better sorbent than raw meal 8 with respect to consumption rate, gypsum quality and its effect on the cement properties, and economic viability. To accomplish this a theoretical study was performed along with data analysis. RM 7 and A-sten are both purer than RM 8 but the raw material cost for RM 7 is about 1.24 times the raw material cost for RM 8 and the production costs and transportation costs are greater for RM 7 than for RM 8. The raw material cost for A-sten is about 0.45 times the cost for RM 8 but is not produced on site. All sorbents contain magnesium which can react with sulphur and precipitate as epsomite or hexahydrite, which also acts as retarders, where epsomite retard the cement setting time significantly compared to gypsum. To calculate the consumption rate of raw meal and A-sten into the scrubber three different methods were used. The difference between the methods lies in the consideration of how the calcium and magnesium species in the sorbent react with sulphur, with all calcium and magnesium reacting with sulphur in method 1, method 2 take the mass fraction of sulphurcontaining species into consideration, and method 3 incorporating mole fractions of calcium and magnesium species as well as sulphur from the sorbent. The pH and SO2 emissions were analysed for two different time periods where the first analysed period shows a correlation between low pH and high SO2 emissions, while the latter analysed period lacks a clear pH-SO2 correlation. A correlation between a lower pH and a lower percentage of MgSO4⸱6H2O and MgSO4⸱7H2O in the slurry could be made. The calculated rawmeal flow rate for RM 8 is between 520 and 554 kg/h, depending on the method used. To achieve the same desulphurisation efficiency with RM 7 the flow was calculated to 499-538kg/h and 427-464 kg/h for A-sten. Given the comparable mass flow rates of RM 8 and RM 7 it is advisable to retain RM 8 as asorbent in the scrubber regardless of the higher magnesium content due the higher cost associated with RM 7. However, the epsomite content in the slurry should be considered when optimising sulphur in cement production. Using A-sten as sorbent would minimise the rawmaterial costs and result in purer gypsum slurry with a lower epsomite content. Operating with a purer sorbent can also enhance the efficiency of the FGD process, leading to lower SO2 emissions. The calculations in the report assume that calcium and magnesium in the different sorbents react similarly, further analysis of their reactivity is recommended for more accurate results. / Rökgasavsvavling är en avgörande metod för att minimera SO2-utsläppen från industriella processer. Rökgasavsvaling använder en alkalisk sorbent för att avlägsna SO2 från rökgaserna. Kalcium i form av kalksten är en vanligt förekommande sorbent där gips produceras som en biprodukt. Kalkstensreaktiviteten, tillsammans med föroreningar i sorbenten kan emellertid avsevärt påverka avsvavlingseffektiviteten och biproduktens kvalitet. På Heidelberg materials Cement Sverige används en mellanprodukt, råmjöl (RM) 8, somsorbent i avsvavlingsprocessen och gipset används som härdningshämmare i cementet. Syftet med detta projekt är att undersöka om råmjöl 7 eller A-sten är en bättre sorbent än råmjöl 8 med avseende på konsumtionshastighet, gipskvalitet och dess effekt på cementens egenskapersamt ekonomisk bärkraft. För att uppnå syftet genomfördes en teoretisk studie tillsammans med dataanalys. RM 7 och A-sten är båda renare än RM 8 men råvarukostnaden för RM 7 är cirka 1,24 gånger råvarukostnaden för RM8. Dessutom är produktions- och transportkostnaderna högre för RM7 än för RM 8. Råvarukostnaden för A-sten är cirka 0,45 gånger råvarukostnaden för RM 8, dock mals inte A-sten på plats. Alla sorbenter innehåller magnesium som kan reagera med svavel och fälla ut som epsomit eller hexahydrit, vilka också har en härdningshämmande effekt, där epsomit fördröjer cementens härdning signifikant jämfört med gips. För att beräkna konsumtionshastigheten för råmjöl och A-sten i skrubbern användes tre olika metoder. Skillnaden mellan metoderna är hur kalcium- och magnesiumarterna i sorbenten reagerar med svavel, där allt kalcium och magnesium reagerar med svavel i metod 1. Metod 2 tar hänsyn till massfraktionen av svavelhaltiga ämnen och metod 3 innehåller molfraktioner av kalcium- och magnesiumarter samt svavel från sorbenten. pH och SO2-utsläppen analyserades under två olika tidsperioder där den första perioden visar ett samband mellan lågt pH och höga SO2-utsläpp, medan den senare analyserade perioden saknar ett tydligt pH-SO2-samband. En korrelation mellan ett lägre pH och en lägre andel MgSO4⸱6H2O och MgSO4⸱7H2O i gipsslurryn skulle kunna göras. Det beräknade flödet av råmjöl för RM 8 är mellan 520 och 554 kg/h, beroende på vilken metod som används. För att uppnå samma avsvavlingseffektivitet med RM 7 måste flödet vara 499–538 kg/h och 427–464 kg/h för A-sten. Med tanke på de jämförbara massflödena för RM 8 och RM 7 är det lämpligt att behålla RM 8 som sorbent i skrubbern, trots den högre magnesiumhalten, på grund av de högre kostnaderna för RM 7. Epsomithalten i slurryn bör dock tas i beakting vid optimering av svavel i cementproduktionen. Att använda A-sten som sorbent skulle minimera råvarukostnaderna och resultera i en renare gipsslurry med lägre epsomithalt. Att använda med en renare sorbent kan också förbättra avsvavlingseffektiviteten, vilket leder till lägre SO2-utsläpp. Beräkningarna i rapporten förutsätter att kalcium och magnesium i de olika sorbenterna reagerar lika, ytterligare analys av deras reaktivitet rekommenderas för mer exakta resultat.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-341896 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Sjöstrand, Ellen |
| Publisher | KTH, Skolan för kemi, bioteknologi och hälsa (CBH) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0025 seconds