Separation of lignin in Pulp Mill process and its effect on sodium sulphur balance

The aim of this thesis is to define effects of lignin separation process on Pulp mill chemical balance especially on sodium/sulphur-balance. The objective is to develop a simulation model with WinGEMS Process Simulator and use that model to simulate the chemical balances and process changes. The literature part explains what lignin is and how kraft pulp is produced. It also introduces to the methods that can be used to extract lignin from black liquor stream and how those methods affect the pulping process. In experimental part seven different cases are simulated with the created simulation model. The simulations are based on selected reference mill that produces 500 000 tons of bleached air-dried (90 %) pulp per year. The simulations include the chemical balance calculation and the estimated production increase. Based on the simulations the heat load of the recovery boiler can be reduced and the pulp production increased when lignin is extracted. The simulations showed that decreasing the waste acid stream intake from the chlorine dioxide plant is an effective method to control the sulphidity level when about 10 % of lignin is extracted. With higher lignin removal rates the in-mill sulphuric acid production has been discovered to be a better alternative to the sulphidity control.

Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää, kuinka ligniinin erotusprosessi vaikuttaa sulfaattisellutehtaan kemikaalitaseeseen, etenkin natrium/rikki-taseeseen. Tavoitteena on kehittää simulointimalli käyttäen WinGEMS Process Simulator-ohjelmaa ja käyttää luotua mallia kemikaalitaseiden ja prosessimuutosten simuloimiseen. Työn kirjallinen osa kertoo, mitä ligniini on ja kuinka sulfaattisellua valmistetaan. Se myös esittelee ligniinin erotusmenetelmät ja niiden vaikutukset sellun tuotantoprosessiin. Kokeellisessa osassa simuloidaan seitsemän eri tapausta käyttäen luotua simulointimallia. Simuloinnit perustuvat esimerkkitehtaaseen, joka tuottaa 500 000 tonnia valkaistua ja ilmakuivattua (90 %) sellua vuodessa. Simuloinnit sisältävät kemikaalitaselaskennan sekä arvion mahdollisesta tuotannon kasvusta. Simulointien pohjalta voidaan todeta, että soodakattilan lämpökuormaa voidaan vähentää ja sellun tuotantoa kasvattaa kun ligniiniä erotetaan. Simuloinnit osoittivat, että klooridioksidilaitoksen jätehapon sisäänoton pienentäminen on tarpeeksi tehokas kontrolloimaan sulfiditeettiä, kun ligniinin erotusmäärä on noin 10 %. Kun suurempi määrä ligniiniä erotetaan, huomattiin tehtaan sisäisen rikkihapon tuotannon olevan tehokkaampi tapa sulfiditeettitason säätämiseen.