Processimulering av ett massabruk potential för korrosionsmodellering? Marta Bialik, Innventia AB Skogsindustridagarna 2014

Processimulering av ett massabruk potential för korrosionsmodellering? Marta Bialik, Innventia AB Skogsindustridagarna 2014

Lönsam process Lönsam process Producerar till sin fulla kapacitet Låg kemikalie- och energiförbrukning Få produktionsstopp Icke lönsam process Flaskhalsar i processen Utfällningar i processen Ineffektiv massatvätt Generellt dålig separation fastfas-vätska Oplanerade stopp, utrustningsskador, olyckor Vanlig anledning: korrosion www.innventia.com 2014 2

Processimulering - ett verktyg för ökad lönsamhet Fabriksbalanser Ger tydlig bild av mass- och energibalanser samt processförhållande Beskriver sambanden i processen Kan byggas i små delar och utvecklas vidare Resultat från över 15 år av forskning har implementerats i våra fabriksmodeller Teoretiska fabriker anpassas till verkliga fabriker www.innventia.com 2014 3

Processimulering vad behövs Kemiska analyser Koncentrationer av intressanta strömkomponenter Fiber, organiska ämnen, Na, S, PFG, anjoner Processdata från bruket Flöde, massakonsistens, TS, temperatur, ph, kemikaliesatser, utbyte etc. Simuleringsmjukvara Vanligast: WinGEMS av Metso Automation Sekventiellt modulärt simuleringsprogram för steady-state och dynamiska simuleringar av hela massabruket, från ved till papper Andra: UniSim Design, OLI analyser, FactSage, enkla Excelmodeller m fl www.innventia.com 2014 4

66 466 CNCG 1463 Processimulering steg för steg Provtagningskampanj + kemiska analyser Stort antal prover i nyckelpositioner Utförs av bruket själv eller av Innventia Processdata från bruket Brukets börvärde + värde från processdator Dirty condensate Byggandet av simuleringsmodell Utgår ifrån en modellfabrik Detaljerna i modellen anpassas till fabrikens data www.innventia.com 2014 5 steam+gases from cook Flash Steam Till Basning 1177 M IX M ix154 154 1 1 1 EACTIO 1 1 2 2 Energy 543.14 MJ/hr HEATX 2 1 2 109 Heatx109 2 150 eaction 1 1 92 Evaporators 2144 SPLIT Split115 115 2127 1 4462 3122 2 72 200 4 209 Water for steam prod. 1 1 83 3 6222 462 Change water and H2SO4 charge!! M IX M ix44 44 Biosludge Cook condensate ash to 1leaching H2SO4 2 M IX 473 M ix262 to leaching 262 Copy of as fired BL Air 2 1 130 4188 2 M IX M ix122 Na2SO4 make up 0 mt liquor/hr 2 2 1 Ash leaching 59 128 3 1474 Recovery boiler 5 210 Clean condensate 2201 Copy of ESP-dust 743 NaOH make up 0 mt liquor/hr 1 1EACTIO 1 1 23 action HCl return 264 M IX M ix32 32 1

Processimulering steg för steg forts. Vidareanpassning av modellen till fabriksvärde Iterativ process; kontakt med brukspersonal Finjustering av modellparametrar: tvätteffektiviteter, massautbyte osv. Jämförelse mellan analysvärde och simuleringsvärde Simulering av en processförändring Vatten/kemikaliebesparing, nytt/ombyggt processteg, ny teknologi Teknoekonomisk utvärdering, uppskattning av miljöpåverkan Presentation av resultat, diskussion Råresultat i Excelfil Slutresultat: tabeller, diagram, slutsatser, rekommendationer www.innventia.com 2014 6

Processimuleringsprojekt Råvara Projektmål Norden Barr/Björk i kampanjer Ligninuttag Norden Barr Dynamisk modell. Konvertering från sulfat till sodakoking. Norden Barr Na/S, K/Cl och PFG-balanser. Norden Barr och björklinjer PFG-balanser med biobränsle i mesaugnen. Norden Barr Inkrustproblem. Bioslam till indunstaren PFG balanser. Norden Barr Inkrustproblem. PFG-balanser med biobränsle i mesaugnen. Oxiderad vitlut till blekeriet. CO 2 till talloljekokeriet. Europa Barr Mass- och energibalanser. Cl/K -balanser. Ny tvättutrustning. Europa Barr Mass- och energibalanser. Europa Eukalyptus Mass- och energibalanser. Ligninuttag. Kvävebalanser. Sydamerika Eukalyptus Implementering av kloridnjure. Minskad vattenförbrukning i blekeriet ökad utfällningsrisk. Sydamerika Eukalyptus PFG-balanser med biobränsle i mesaugnen. Sydamerika Euk.- och barrlinjer Mass- och energibalanser. Minskad vattenförbrukning. Sydamerika Euk.- och barrlinjer Mass- och energibalanser. Minskad vattenförbrukning. www.innventia.com 2014 7

Exempel: LignoBoost i ett massabruk Fällning och uttag av lignin från svartlut Lignin kan tas ut som relativt rent pulver www.innventia.com 2014 8

Exempel: LignoBoost i ett massabruk Fördelar Minskad mängd organisk substans i SL = minskad belastning för sodapannan Praktiskt för sodapannor med begränsad kapacitet Uttaget lignin: kan användas som biobränsle (e.g. i mesaugn) eller som råvara för specialkemikalier och material (e.g. kolfiber) Simulering av ligninuttaget Energibalansen Minskad ångproduktion genom mindre belastning på sodapannan Ång- och elbehov för LignoBoost-processen Ökat ångbehov i indunstningen Förändringar i Na/S-balansen Uppskattning av produktionskostnaden Investeringskostnad, rörlig kostnad www.innventia.com 2014 9

Exempel: Dynamisk simulering av svartlutsförgasare Mindre mängd svartlut till SP = mindre mängd ESP-stoft till dumpning Vad kommer att hända med kloridnivåer i svartlut? www.innventia.com 2014 10

Exempel: Dynamisk simulering av svartlutsförgasare Långtidstrender visar bara en liten ökning Tiden för Cl-koncentrationsuppbyggnad ganska lång www.innventia.com 2014 11

Innventias processimulering styrkor Enormt bibliotek av provtagningsdata Typiska koncentrationer Enormt bibliotek av processparametrar Typiska temp., flöde, ph, kemikaliesatser - enkel jämförelse Benchmarking mot andra fabriker och BAT identifiera var förbättringar kan göras Möjligt att simulera effekter av processförändring Klassiskt exempel: ökning av PFG-halter pga recirkulering av blekerifiltrat Dynamiska simuleringar: värdeful information Effekter av en processförändring i tid hinner det bli problem? Underlag för investeringsbeslut www.innventia.com 2014 12

Korrosion Definition: ett material, vanligtvis en metall, löses upp genom en kemisk reaktion med omgivningen Viktiga parametrar Typ av material Fysiska förhållande Temperatur, tryck, mekaniska påfrestningar, materialspänning Kemiska förhållande ph i lösning Kemisk sammansättning av gas- eller vätskefas (e.g. S, O, Cl) Innventias simuleringsverktyg: kan inte modellera korrosion i sig men: kan modellera kemiska och vissa fysiska förhållande www.innventia.com 2014 13

Korrosion Undersökning av korrosionsprocesser: vanligtvis en post factum-analys Korrosionsexperter kallas till bruket när en skada har skett Vad saknas? Kunskap om steady-state-förhållande i skadepositionen innan skadan skett Information om typiska industriella förhållande i den positionen Långtidstrender: vad har förändrats som kunde ha lett till korrosion? Innventia: mycket av den kunskapen finns eller kan räknas fram www.innventia.com 2014 14

Projektidé Integrering av fabriksmodellering och korrosionsmodellering Ett (eller fler) massabruk: Processdata, intresse av att simulera en processförändring Innventia: En databas av typiska industriella förhållande En fabriksmodell med kompletta förhållandedata i varje steg En simulering av hur förhållandena ändras vid en processförändring Partner (e.g. Swerea KIMAB): Kunskap om typiska korrosionsförhållande Möjlighet att räkna fram hur korrosionsrisken förändras vid en processförändring www.innventia.com 2014 15