Elmesa. ProcessIT Dagen 2017 Pär Erik Martinsson & Roland Lundqvist

Transkript

1 ProcessIT Dagen 2017 Pär Erik Martinsson & Roland Lundqvist

2 Syfte Undersöka ett nytt, alternativt sätt för att uppnå kapacitetsökning för mesaombränning. Tanken är att byta ut den konventionella, bränsleeldade mesaugnen mot en gasplasmadriven kalcineringsreaktor och en kombinerad torkoch ångsläckarenhet. Fördelar med den nya tekniken gentemot konventionell bränsleeldad roterugn är Högre energieffektivitet Snabbare process med bättre styrbarhet Betydligt kompaktare processutrustning Potentiellt lägre investeringskostnad Dessutom är processen helt oberoende av olja eller andra fossila bränslen

3 Sulfatprocessen - Kemikalieåtervinning Ved 4 m 3 fub Massa 1,0 t Renseri Sileri 90 Blekeri Kokeri Tvätt Vitlut: 4 m 3 Avdragslut: 10 m 3 Kausticering Indunstning Mesa: kg Kalkombränning Kalk: kg Grönlut: 4 m 3 Lutförbränning Svartlut: 1,5 ton TS (tjocklut) Total Svensk produktion av kemisk massa uppgår till ca 8,8 miljoner ton per år (2013)

4 Marknad för kalkombränning? Kartlagt ca 20-talet mesaugnar i Sverige Generellt gamla konstruktioner (40-plussare inte ovanligt) Massaindustrin är en stor kalkbrännare om ca 2 miljoner ton / år Ofta en trång sektor => Behov av köpkalk Vi förväntar oss fortsatta investeringar om än i svag takt Nya ugnar Uppdateringar (modernisering + kapacitetshöjning) I genomsnitt ca Miljoner kronor per investering Ungefärlig förbränning lut vid normal drift (tts/dygn) Ungefärlig ålder mesaugn Ny mesaugn BillerudKorsnäs Frövi 48 år BillerudKorsnäs Gruvön 2600 BillerudKorsnäs Gävle 3320 MU2? År, MU3 28 år BillerudKorsnäs Karlsborg år BillerudKorsnäs Skärblacka 1950 Holmen Iggesund år 2007 MetsäBoard Husum år Mondi Dynäs Väja år 2013 Munksjö Aspa 1200 Munksjö Billingsfors 330 Nordic Paper Bäckhammar 900 Rottneros Vallvik 1300 SCA Munksund 1150 ca 4 år ca 2013 SCA Obbola 950 MU2 54 år, MU3 34 år SCA Östrand år 2011 SmurfitKappa Piteå 2100 Stora Enso Skoghall år Stora Enso Skutskär 3075 Södra Cell Mönsterås 4200 Södra Cell Mörrum 2250 Södra Cell Värö år

5 Digester Idea Replace Old Fuels and Reduce Waste Kraft Process Waste Exhaust Gas (CO2, NOx) Low Value Heat (Low Temp.) Chemical Pulp Black Liquor Green Liquor Valuable Waste Cooking Recausticizing Cycle Lime Kiln Wood Chips White Liquor Fuel Coal or Oil Tall Oil Non-Fossil Fuel

6 Electric Plasma Calcination - ELMESA Consumes Green Electricity Produces Useful Waste Technical CO2 (Raw Material) Steam > Heating & Electricity Fast Process (Milliseconds compared to Hours) Small Size (Meters compared to tens of meters) Process Utilization Add on to existing Process for Capacity Increase Completely replace existing Lime Kilns at considerably lower cost Potential customers: Pulp and Paper Mineral Industry Steam Electricity Technical CO2 Pulp & Paper Mineral Chem. Ind

7 Målsättning På bred front förankra ( förtöja ) ett genomförandeprojekt mellan Massa och papper-, Mineral- och Kemisk industri samt leverantörer av spetsteknologi inom området. Ett beslutsunderlag kommer att framställas där bland annat följande aspekter kommer att studeras: Utveckla processdesignen; Utformning av experimentplan för tester i pilotskala; En strategi för implementering av tekniken i massa- och pappersindustrin; Identifiera parametrar så produkten blir kompatibel med de konventionella processerna; och Identifiera och initiera dialog med parter från universitet och/eller forskningsinstitut.

8 Partners in the PiiA project

9 Ny teknik för ökad kapacitet och effektivisering av kalkcykeln

10 Mesaugnen 100-åring Bränsleeldad, olja Kolossal teknik Lång uppehållstid Svårstyrd Dyr investering 2

11 Eldriven kalcinering Flash-ugn med elektriskt genererat plasma Släckning med ånga tillsammans med mesatork, konventionell mesaugn och avgaspanna Elkalcinering + Ångsläckning kan helt ersätta den konventionella mesaugnsprocessen 3

12 Elteknik ligger i tiden El är effektivt i högtemperatur-processer Elteknik ser likadan ut i hela världen Kan drivas med förnybar el (vind, vatten ) 4

13 Eldriven kalcinering De viktigaste fördelarna är.. Kapacitetshöjning - Befintliga mesaugnar kan kompletteras med en eller flera mindre moduler. Avskiljning av CO 2 - Från kalcineringsreaktorn bildas en gas som består av nästan ren CO 2, vilken kan avskiljas till rimlig kostnad. Värmeekonomi - Återvinning av mer värme och vid höga temperaturer Lägre kostnad vid nyinvestering - Potentiell besparing vid nyinvestering, jämfört med konventionell teknik. 5

14 Eldriven kalcinering Fler fördelar med elkalcinering.. Hög energieffektivitet - hög verkningsgrad el plasma Låga emissioner - process utan förbränning Snabb reglering - hög reaktionshastighet Integrering av elkalcinering med torkning och släckning - möjlighet till effektivisering av hela kalkcykeln 6

15 Skippa skorstenen Avgasflöde 15 % Högkoncentrerad CO2 Lönsam återvinning och deponering av CO2 med biologiskt ursprung 7

16 skippa grönlutskylaren Förstör energikvalitet Gör varmvatten 80 C av grönlut 94 C 8

17 Elkalcinering Förstudie Lab- och pilotförsök ? Tekniken är lovande, utvecklingsarbete pågår! 9

18 Ångsläckning - Värmeforsk 2005: Pilotförsök hos SMA Mineral AB i Sandarne 2007: Marknadsundersökning och labförsök tillsammans med KTH 10

19 Ångsläckning - kinetik 80% släckningsgrad efter 90 minuter vid 250 C Släckningsgrad 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Släckningskurva ångsläckt mesakalk 42 SMA 200 ºC, 20g, skak 43 SMA 250 ºC, 20g, skak 35 SMA 300 ºC, 20g, skak minuter 11

20 Ångsläckning Upp till 60 % mer värme utvecklas när ångbildningsvärme återvinns Torr släckning vid hög temperatur, processånga genereras (spar alltid bränsle, till skillnad från varmvattenproduktion) 12

21 Ångsläckning + konventionell mesaugn med avgaspanna Ånga -4 MW Fuktig mesa 75% TH Mesatork Torr mesa CaCO3 Vattenånga från mesatork Grönlut 94 C Ångsläckare Ugnsrör, bränsleeldad roterugn Kalksilo, torrsläckt Kondensor 2 MW Grönlut 103 C Ca(OH)2 Avgaspanna Ånga 3+2 MW Släckare (lösare) 103 C Bränd kalk CaO, 10 t/h Energibalans Ånga 5 MW Avgaspanna, ånga 4-12 bar Ångsläckare, ånga 4 bar Grönlutskondensor Mesatork, ånga 8-12 bar Netto 5 MW 5 MW 2 MW -4 MW 8 MW 13

22 Elkalcinering och Ångsläckning Kompressor Filter Kylare Plasmagenerator Koldioxidhaltig avgas Kompressor Värmeväxlare Värme /Ånga Kalcineringsreaktor Filter Koldioxid Avskiljare Värme/Ånga Bränd kalk/släckt kalk Pulveriseringsanordning Bränd kalk Kylare/släckare Torkad mesa/torkad kalk Torkanordning Torkavgas (vattenånga) Mesa/kalk Värmemedium/ånga 14