Hur bemästrar vi den komplexa kemin i massaindustrins lutar? MoRe Research Örnsköldsvik AB Staffan Magnusson
MoRe Research Pilotförsök Råvaruundersökningar Kok & blekoptimering Produktutveckling/-optimering Membranfiltrering Viskosundersökningar Etc Avancerade analysresurser Miljö Kemiska Fysikaliska Problemlösning Mikroskopi Etc
Vedhantering Beräkna kemikaliebalanser vitlut Vitlutsberedning Kokeri Kemikalieåtervinning grönlut (smälta) Lutförbränning O 2 -steg tunnlut Lutindunstning brännlut Blekeri
Beräkna kemikaliebalanser I ett längre tidsperspektiv måste intagen av olika önskade och oönskade ämnen till processen balanseras med motsvarande uttag annars uppstår till sist problem av varierande svårighetsgrad. IN = UT + Ack S/Na-balansen är viktigast. Den stora lutmängden, lutstocken, som cirkulerar i processen kan beskrivas som en mängd Na och S. kg S ptm En beräkningsmodell för lutstocken bör finnas: förenkla styrningen hålla jämn storlek och S/Na-kvot optimera kemikalieförbrukningen Modellen beskriver lutstocken samt in- och uttag av Na, S och ev andra ämnen kg Na ptm
Vedhantering Beräkna kemikaliebalanser Na S x vitlut Vitlutsberedning Kokeri Kemikalieåtervinning grönlut (smälta) Lutförbränning Lutstock: Σ Na+S i lutarna brännlut O 2 -steg tunnlut Lutindunstning Blekeri Na S x
Ta fram referensdata Analysera regelbundet halterna av vissa processfrämmande ämnen i olika nyckelpositioner i processen även när fabriken går bra. möjligheten att följa upp ev förändringar över längre tidsperioder ökad processkemisk förståelse underlag för att bedöma konsekvenserna av större processförändringar Lämpliga nyckelpositioner: tunnlut/blandlut tjocklut/brännlut elfilterstoft sodapanna grönlut, med och utan slam kalk vitlut
Vedhantering Exempel på processförändringar externa biobränslen vitlut Vitlutsberedning Kokeri Kemikalieåtervinning grönlut (smälta) Lutförbränning O 2 -steg tunnlut Lutindunstning brännlut Blekeri alkaliskt filtrat bioslam
Intag av bioslam Ett möjligt alternativ för att ta hand om överskottsslammet vid bioreningen är att ta in det i lutindunstningen. Innehåll: 4-8% kväve 0,5-1% fosfor övriga PFG Möjliga konsekvenser ökade NO x -utsläpp ökad P-anrikning i kalkcykeln andra processproblem Vid bioslamintag: analysera slammet regelbundet! Hur stora mängder av oönskade ämnen tillförs? Ger det märkbara konsekvenser i delar av processen? Möjliga åtgärder vid ev problem?
Lutindunstning inkrustrisk? CO 3 2-, SO 4 2-, Ca Al, Si tjocklut tunnlut såpa H 2 SO 4 Na+S (ClO 2 -ber.) bioslam? tallolja spjälkvätska
TS-halt i svartlut, % Utfällning av dubbelsalter burkit Löslighet burkit (1,4-2,2) Na 2 SO 4 *Na 2 CO 3 60 natrium sulfat dikarbonat Na, % av TS 17 18 19 20 21 23 2Na 2 CO 3 *Na 2 SO 4 50 Lösligheterna minskar med ökad temperatur, salterna dock vattenlösliga 0 5 10 15 Na 2 CO 3 + Na 2 SO 4, % av TS 20 Molkvoten CO 3 /SO 4 i luten avgör vilken eller vilka av dubbelsalterna som faller ut
Inkrustproblem vid lutindunstning Exempel från examensarbete vid Chalmers (Lagerberg Nilsson 2012) Stora problem med inkrustbildning och stort tvättbehov i två st indunstningseffekter (1B och 2) vid Södra Cell Värö 2010-2011 Provtagning av lutar i samband med snabb nedsmutsning av effekt 1B: IN UT (ton/h) IN 1B UT CO 3 : 2,4 4,2 SO 4 : 1,2 3,2 Na: 1,6 3,9 Utfällningarna beräknades till att vara en kombination av burkit och dikarbonat (67-83% andel CO 3 )
Inkrustproblem vid lutindunstning Motsvarande mätningar vid effekt 2 gav inte lika entydiga resultat 2 Flera analyser av inkruster från effekt 2 hade dock höga halter av kalcium, vilket indikerar utfällning av kalciumkarbonat, CaCO 3 Flertalet av redovisade lutanalyser hade halter av löst Ca över leverantörens garantigräns, 200 mg/kg TS. Kalcium ansågs ändå vara ett mindre problem i sammanhanget. Några rekommendationer i examensarbetet: Sänk utgående luttorrhalt från effekt 2 till 45% Minska kvoten CO 3 /SO 4 i luten (t ex optimera kausticeringen) Kartera flödet av Ca i indunstningen
Vitlutsberedning smälta pirssonit Smältaupplösning svaglut jämn TTA ringbildning Mesaombränning bränsle mesa slamhaltig grönlut make-up PFG-ack kalk CaO Slamavskiljning Släckning grönlut Kausticering grönlutsslam sammansättning slamhalt Mesatvätt Vitlutsfiltrering vitlut kvalitet
Grönlutsslam Utstötningen av grönlutsslam ur processen är väldigt viktig för att bli av med många processfrämmande ämnen. Normalt är Ca och Mg de ämnen som har högst halt i slammet Om molkvoten Mg/Al är inom ett visst intervall kan hydrotalcit bildas vilket förbättrar slammets egenskaper Dosering av Al till den slamhaltiga grönluten kan vara motiverat för att påverka Mg/Al-kvoten exempel på relativ sammansättning av grönlutsslam Al Ca Fe Mg Mn Na P Si
Exempel svårseparerat grönlutsslam Svårt att sedimentera slammet trots OK Mg/Al-kvot för hydrotalcitbildning. Den svårsedimenterade delen av slammet i provet filtrerades av och analyserades med SEM/EDX och FT-IR spektroskopi. Partiklar i grönlut O Mg Fe S Analys nr 1 Si Na Al S K Ca Ca Mn Fe Mn Fe Zn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Full Scale 17898 cts Cursor: 0.000 kev Figur 1. EDX-spektrum av partiklar i grönlut
Exempel svårseparerat grönlutsslam Analys nr 2 CHLORITE (Mg,Fe 2+ /,Fe 3+ /,Mn) 6 (AlSi 3 )O 10 (OH) 8 Partiklar i grönlut 2014-02-12 Filtreråterstod på Milliporfilter 105 C/KBr Figur 2. IR-spektrum av partiklar i grönlut
Exempel svårseparerat grönlutsslam Slutsatser och rekommendationer Analyserna av slammet visade tydligt på innehåll av aluminumsilikatföreningar, vilka normalt inte förekommer i några större andelar i grönlutsslammet. En rekommendation var att göra utökade analyser på lutarna och slammet, med fokus på kiselhalterna. Lutanalyserna har bl a visat en förhöjd haltnivå för kiselhalterna. En möjlig åtgärd kan vara att se över intaget av make-up kalk.
Processakuten Snabb lösning på akuta processproblem MoRe Hantering av Inkruster Externa resurser Fabrikens personal
Tack för uppmärksamheten! Staffan.magnusson@more.se www.more.se