Hiilidioksidin käytön mahdollisuudet metsäteollisuudessa. Teijo Linnanen

Transkriptio

1 Hiilidioksidin käytön mahdollisuudet metsäteollisuudessa Teijo Linnanen

2 Hiilidioksidin talteenotto savukaasuista vesikiertoon perustuvalla menetelmällä. Hiilidioksidin talteenotto fysikaalisella vesiabsorptiolla Prosessimenetelmä soveltuu hyvin normaalien savu- ja prosessikaasujen hiilidioksidin talteen ottamiseen, jotka sisältävät hiilidioksidia noin til-% tai tätä enemmän. Näistä lähteistä hiilidioksidi voidaan rikastaa menetelmällä hyvällä hyötysuhteella yli 95 til-% pitoisuuteen. Myös Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy on tehnyt raportin menetelmän arvioidusta suorituskyvystä. Hyödyntäen voimalaitoksen savukaasua on menetelmällä hiilidioksidin talteenoton sähkön ominaisenergiankulutus laskennallisesti arvioitu olevan tasolla noin 0,40 MWh / tn CO 2, mikä on samaa luokkaa myös kemiallisella (MEA) CO 2 -talteenotolla. (Teir 2015) Laskelmien ja käytännön kokeiden perusteella voidaan menetelmää ajatella ympäristöystävälliseksi ja kilpailukykyiseksi vaihtoehdoksi kemiallisille menetelmille, kuten amiinimenetelmälle hiilidioksidin talteenotossa. Xamkilla on patentti fysikaaliseen hiilidioksidin talteenottoprosessiin Kaupallistamisyhteistyökumppanina on CarbonReuseFinland Oy Prosessi on testattu jatkuvatoimisesti useilla tehtailla ja talteenotto toimii tehokkaasti Hiilidioksidille on perinteisesti lukuisia kohteita metsäteollisuuslaitoksessa (sellu-paperi-kartonki) Kuva 1. Vesikierrolla toteutettu hiilidioksidin talteenottoprosessi (CarbonReUse Finland Oy).

3 Sellutehtaan hyödyntämiskohteet Yleisimmät hyödyntämiskohteet: ruskeanmassan pesut, mäntysuovan esipalstoitus Tehdaskohtaisesti myös valkaisuavusteena, ligniininsaostamisessa (integraateissa paperi-/kartonkikoneet) Taulukko 1. Arvio hiilidioksidin käyttömääristä tehdasintegraatin hyödyntämiskohteissa.

4 Ruskean massan pesut Suotautuvuuden parantaminen pienempi vedenkulutus / puhtaampi massa Massan ja suodosten ilmapitoisuus ratkaiseva vaahtoaminen vähenee Käytetään pääosin O 2 vaiheen jälkeisissä pesuissa, vastaavia vaikutuksia pesulaitteesta riippumatta Käyttömäärät vaihtelevat korkeakappalinjoilla yleisesti korkeampi kulutus Hiilidioksidi reagoi karbonaateiksi ja päätyy suodosten mukana haihduttamolle Lähde: Girard, R. et al The effects of carbon dioxide on the efficiency of various brown stock washers. Pulping Conference Proceedings. Tappi Pulping Conference. Orlando USA.

5 Hiilidioksidin hyödyntäminen sellun valkaisulinjalla Käytöt pesujen tehostamisiin Valkaisureaktiotasapainojen muutoksissa, vähentämään ei toivottuja hiilidioksidia muodostavia valkaisusivureaktioita Alkalisen massan loppuneutralointiin Happidelignifiointi * * * NaOH Kuuma vesi Sellun pesusta ph 8.5 O2 I II Sakeamassatorni ph Höyry ph 6-8 Valkaisu Kuuma vesi PAA, Peretikkahappo (C 2 H 4 O 3 ) * ClO2 NaOH NaOH H 2 SO 4 H2O2 ClO2 ClO2 H 2 O 2 D 0 EOP D1 E2 D2 H 2 SO 4 O2 H2SO4 * * ph 2.5 ph ph ph ph 6-10 Valkaistunmassan säiliö ph 6-8 Hapan jätevesi Jäteveden puhdistamoon * Alkalinen jätevesi * Mahdollisia hiilidioksidin syöttöpisteitä

6 Mäntysuovan esipalstoitus Korvaa rikkihapon käyttöä % suovan neutralointivaiheessa Positiivinen vaikutus kemikaalikierron sulfiditeettiin ei tarvetta poistaa rikkiä Prosessiin lisätään vettä haihduttamon höyrynkulutus kasvaa RCOONa + CO 2 + H 2 O RCOOH + NaHCO 3 Käyttömäärät vaihtelevat suovan mustalipeä pitoisuuden mukaan Vesi + CO 2 + suopa syntyy natriumbikarbonaattia erottuminen tärkeää Käytettävällä hiilidioksidilla olennainen merkitys mäntyöljyn tuotannon päästöihin (Puustinen 2015)

7 Konekierroissa ph-muutosriskien pienentäminen Lipeän ja hiilidioksidin yhdistämisellä muodostuu natrium-bikarbonaattipohjainen seos, jolla voidaan puskuroida konekiertojen vesiä ph:n muutoksia vastaan. Lähde: Speed up your success with gas applications. Innovative solutions in papermaking. Linde Gas Division

8 Hiilidioksidin hyödyntäminen paperin täyteaineena käytettävän In-line PCC:n valmistuksessa In-line PCC:n valmistetaan reaktiolla: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O. Noin 37 prosenttia näiden lähtöaineiden massasta on hiilidioksidia. Paperikone Kaasuvirtaus ilman poistosta 3.96 kg/s Paperin tuotanto 30 tn/h ka. 95 % Täyteaineen osuus 30 % 0.20 bar 50.4 C Kuituretentio 78 % Täyteaineretentio 60 % Raakavesi 83.3 kg/s 1.20 kg/s CO m-% SO m-ppm 0.61 m3/s CO til-% SO til-ppm Paperia 8.33 kg/s ka. 95 % Kuidut 5.54 kg/s CaCO kg/s 1745 kg/s 257 kg/s Kuidut 305 g/s CaCO3 282 g/s kg/s Sakeus 3.0 % Kuidut 5.90 kg/s Ca(OH) kg/s I II III IV V Tuotettu CaCO kg/s C C C C 4.64 kg/s Kuidut 56 g/s CaCO3 46 g/s

9 Hiilidioksidin käyttökohteita paperi- ja selluteollisuuden prosesseissa. Hiilidioksidia käytetään sellumassan pesuissa parantamaan massan suotautumista ja ajettavuutta sekä vähentämään rikkihapon, höyryn, veden ja vaahtoutumisenestoaineiden kulutusta (Girard 1999) Mäntyöljyn valmistuksessa mäntysuovasta hiilidioksidin käytöllä voidaan vähentää tehtaan rikkihapon käyttöä sekä vähentää sulfiditeetin nousua sulfaattisellutehtaan kemikaalikierrossa Hiilidioksidia hyödynnetään ligniinin saostamisessa mustalipeästä Sellumassan valkaisulinjoilla hiilidioksidia hyödynnetään mm. valkaisureaktiotasapainojen muutoksiin sekä massan loppuneutralointeihin. Hiilidioksidin käyttö ei jätä makua tai hajua kuitumassaan. Lisäksi se on rikkihappoa hellä varaisempi kemikaali mm. entsyymeille. (Girard 1999) Lipeän ja hiilidioksidin yhdistämisellä muodostuu natrium-bikarbonaattipohjainen seos, jolla voidaan säätää ph:ta ja puskuroida prosessivesiä ph:n muutoksia vastaan. Paperinvalmistuksessa käytetään yleisesti kalsiumkarbonaattia täyteaineena, jolloin sen liukeneminen ja saostuminen prosessin kiertovesissä erilaisissa ph-muutoksissa voi olla ongelma. Hiilidioksidilla voidaan vähentää kalsiumin liukenemista sekä puskuroida ph-tasoja parantaen paperikoneen ajettavuutta. (Linde Group 2012) Hiilidioksidia hyödynnetään paperin täyteaineena käytettävän saostetun kalsiumkarbonaatin In-line PCC:n valmistuksessa (precipitated calcium carbonate) Hiilidioksidia käyttävillä paperi-, kartonki- ja sellun kuivatuskoneilla hiilidioksidia voidaan hyödyntää viiraosalla veden poiston tehostamiseen (Leino 1998) Jätevesien käsittelyissä hiilidioksidia hyödynnetään mm. alkalisten vesien neutralointeihin sekä lietteiden veden poiston tehostamisiin

10 Johtopäätökset Talteen otetun hiilidioksidin käyttäminen tuotantohyödykkeenä on suuri mahdollisuus metsäyrityksille Oikein toteutettuna prosessikonseptit tuovat myös kustannussäästöjä ympäristöhyötyjen lisäksi Myös uudet korkeammankin lisäarvon tuotteet mahdollisuuksia kiertotaloutena mm. Bio-ASA