Alkylointiyksikön neutralointi- ja puhdistusprosessin kehittäminen

Tämä diplomityö käsittelee Neste Oilin Porvoon jalostamon HF-alkylointiyksikön alasajon ja huoltopysäytyksen rajapintaa. Työssä tarkastellaan erilaisia vaihtoehtoja alasajon aikaisen neutralointi- ja puhdistusprosessin kehittämiseen huomioiden materiaalitekninen näkökulma. Työn alkuosassa esitellään alkyloinnin perusperiaate, huoltopysäytysprosessi sekä eri neutralointi- ja puhdistusprosessit, joista tarkemmin nykyisin jalostamolla käytettävä EnvTech:n prosessi. Työssä on myös kerrottu alkyloinnin erityisvaatimukset materiaaleille, joista tarkemmin on esitelty perusmateriaaleina käytettävät hiiliteräs A106 sekä Monel® 400. Näiden perusmateriaalien kohdalla on myös esitelty kirjallisuuden pohjalta niiden käyttäytyminen fluorivety-ympäristössä. Työn loppuosassa on esitelty eri vaihtoehtoja, jotta käyttövarmuutta voitaisiin kehittää yhdessä mahdollisesti kasvavien tuotantomäärien kanssa. Putkistojen kohdalla työssä on käsitelty kehityskohteeksi valittua erästä pääkolonni-osaan kuuluvaa linjastoa. Eri vaihtoehtoja on vertailtu teknistaloudelliselta näkökulma ja putkiston kohdalla on työssä päädytty geometrian muuttamiseen sekä koon kasvattamiseen. Työssä on myös esitetty kuumatypetysvaiheen uudelleen aikataulutusta alasajovaiheen nopeuttamiseksi sekä jatkotutkimusehdotuksia putkiston passivoimisesta, rautafluoridikalvon paikalleen jättämiseksi ja huoltopysäytyssyklin kehittämiseksi.

Integration of microgrids into electricity distribution networks

Existing electricity distribution system is under pressure because implementation of distributed generation changes the grid configuration and also because some customers demand for better distribution reliability. In a short term, traditional network planning does not offer techno-economical solutions for the challenges and therefore the idea of microgrids is introduced. Islanding capability of microgrids is expected to enable better reliability by reducing effects of faults. The aim of the thesis is to discuss challenges in integration of microgrids into distribution networks. Study discusses development of microgrid related smart grid features and gives estimation of the guideline of microgrid implementation. Thesis also scans microgrid pilots around the world and introduces the most relevant projects. Analysis reveals that the main focus of researched studies is on low voltage microgrids. This thesis extends the idea to medium voltage distribution system and introduces challenges related to medium voltage microgrid implementation. Differences of centralized and distributed microgrid models are analyzed and the centralized model is discovered to be easiest to implement into existing distribution system. Preplan of medium voltage microgrid pilot is also carried out in this thesis.

Mädätys- ja kompostointilaitoshankkeen teknis-taloudellinen vertailu Lakeuden Ympäristöhuollossa

Työssä selvitettiin teknis-taloudellisen vaihtoehto Lakeuden Ympäristöhuollon keräämän biojätteen ja Seinäjoen lähialueella syntyvän hevosenlannan käsittelyyn. Nykyisin Lakeuden Ympäristöhuolto Oy:n keräämä biojäte kuljetetaan paikallisen jätehuoltoyhti-ön biokaasulaitokseen ja hevosenlantaa ei alueelta vielä kerätä olleenkaan. Työn lähtö-kohtana oli vertailla mahdollisesti rakennettavan oman biokaasulaitoksen ja rumpu-kompostointilaitoksen kannattavuutta toisiinsa. Kannattavuuden laskennassa käytettiin annuiteettimenetelmää. Työn kirjallisuusosiossa kerrotaan eloperäisten jätteiden ominaisuuksista mädätyksen ja kompostoinnin kannalta, mädätys- ja kompostointiprosessista, mädätys- ja kompostoin-titekniikoista sekä menetelmien eduista sekä haitoista. Työssä perehdyttiin myös mädä-tyksen ja kompostoinnin lopputuotteiden hyödyntämiseen. Vaihtoehtojen vaertailussa kumpikaan hankkeista ei ollut taloudellisesti kannattava. Vaikka prosesseihin saataisiin nykyään kerättävän biojätteen määrän lisäksi 2000 tonnia hevosenlantaa, se ei tee hankkeista kannattavia. Edes herkkyystarkastelussa laskettu korkeampi hevosenlannan porttimaksun määrä ei vaikuttanut kannattavuuteen. Lakeuden Ympäristöhuollon näin ollen on viisainta olla investoimatta kumpaakaan hankkeeseen.

Kompostipiireissä opittua : Eloperäiset jätteet kiertoon -hanke

Kompostien käyttöä on kokeiltu ja tutkittu Kainuun ELY-keskuksen Eloperäiset jätteet kiertoon -hankkeessa. Komposteja on hyödynnetty laskettelurinteen ja kaivosteollisuuden sivukiven läjitysalueen maisemoinnissa, pihanurmen ja energiakasvien kasvattamisessa, metsän lannoittamisessa ja maanviljelyssä. Pihanurmen perustamisen ja energiakasvien kasvattamisen kokeiluista on tehty myös erilliset tutkimukset. Tutkimustyöstä on vastannut MTT (Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus). Tutkimustieto on sisällytetty tähän julkaisuun. Kompostin käyttökokeissa ja tutkimuksissa on hyödynnetty Kainuun kuntien ja Kainuun jätehuollon kuntayhtymän Eko-Kympin komposteja. Kaikki kompostit ovat aumakompostoinnin tuotoksia. Eko-Kympin komposti on valmistettu biojätteistä. Muut kompostit ovat lähtöisin kunnallisten jätevedenpuhdistamoiden lietteistä. Kajaanin kompostia kutsutaan myös A. & E. Juntunen Oy:n valmistamaksi biomullaksi. Saatujen kokemusten ja tutkimusten mukaan aumakompostoinnilla tuotettu komposti soveltuu näihin erilaisiin käyttömuotoihin, etenkin kun esille tulleita kehittämistoimia toteutetaan. Sivukiven läjitysalueiden maisemoinnissa, maanviljelyssä ja metsän lannoittamisessa komposti ei tarvitse kivennäismaata seosaineeksi. Sivukiven läjitysalueilla ne kompostit, joihin oli sekoitettu hiekkaa, eivät pysyneet paikoillaan. Aines valui sadeveden mukana alas rinteeltä. Pelkkää kompostia käytettäessä kompostimassa pysyi aloillaan. Maanviljelyssä ja metsän lannoittamisessa kivennäismaa on tarpeeton. Lisäksi kompostissa oleva kiviaines kuluttaa ja voi vaurioittaa levityslaitteita. Ravinteet vapautuvat kompostista hitaasti kasvien käyttöön. Kemiallisilla lannoitteilla on nopeampi vaikutus. Kompostit soveltuvat erityisen hyvin ympäristöihin, joissa täydennyslannoitusta ei tarvita tai joissa lannoite on vaikeaa levittää. Tällaisia kohteita ovat esimerkiksi kaivosten sivukiven tai rikastushiekan läjitysalueet tai muut vaikeakulkuiset kohteet. Myös metsien lannoittaminen ja maanviljely ovat Kainuussa kompostien hyödyntämisen osalta alihyödynnettyjä. Pöyry Finland Oy on laatinut Kajaaniin kaavaillulle biologiselle jätteiden käsittelylaitokselle teknistaloudelliset suunnitelmat. Yhtiön tekemissä suunnitelmissa tulee ilmi, että kaikkien Kainuun lietteiden aumakompostointi tuottaisi kompostia 13 000 tonnia vuodessa, kun tukiaine seulotaan erilleen. Mädätys- tai biokaasulaitosvaihtoehdoissa lopputuotteen määrä on edellistä pienempi. Pelkkien Kainuun lietteiden mädättäminen tuottaisi kompostia jälkikompostin seulonnan jälkeen 6 600 tonnia. Viherrakentaminen taajamissa on komposteille Kainuussa yleinen käyttömuoto. Sillä on kasvun edellytyksiä etenkin, kun kompostin laatuun panostetaan. Viherrakentaminen Kajaanin seudulla riittäisi kuluttamaan kaiken Kainuussa muodostuvan kompostin, kun kompostimullan kulutuksena pidetään 0,5 tonnia asukasta kohden vuodessa. Tämä vastaa Kajaanin seudulla 27 000 tonnin kompostimäärää. Kompostin muodostumismäärä ei tulevaisuudessa tule olemaan lähellä tätä laskennallista multamenekkiä. Kompostin huono menekki johtuu joidenkin kuntien osalta pikemminkin huonosta kompostin laadusta kuin markkinoiden kyllästymisestä. Tilanne on korjaantumassa suunnitteilla olevan biologisen jätteiden käsittelylaitoksen myötä. Siinä kompostituotteen laatuun voidaan panostaa tehokkaammin kuin erillisillä pienillä kompostointikentillä.

Model based analysis of the post-combustion calcium looping process for carbon dioxide capture

This thesis presents a one-dimensional, semi-empirical dynamic model for the simulation and analysis of a calcium looping process for post-combustion CO2 capture. Reduction of greenhouse emissions from fossil fuel power production requires rapid actions including the development of efficient carbon capture and sequestration technologies. The development of new carbon capture technologies can be expedited by using modelling tools. Techno-economical evaluation of new capture processes can be done quickly and cost-effectively with computational models before building expensive pilot plants. Post-combustion calcium looping is a developing carbon capture process which utilizes fluidized bed technology with lime as a sorbent. The main objective of this work was to analyse the technological feasibility of the calcium looping process at different scales with a computational model. A one-dimensional dynamic model was applied to the calcium looping process, simulating the behaviour of the interconnected circulating fluidized bed reactors. The model incorporates fundamental mass and energy balance solvers to semi-empirical models describing solid behaviour in a circulating fluidized bed and chemical reactions occurring in the calcium loop. In addition, fluidized bed combustion, heat transfer and core-wall layer effects were modelled. The calcium looping model framework was successfully applied to a 30 kWth laboratory scale and a pilot scale unit 1.7 MWth and used to design a conceptual 250 MWth industrial scale unit. Valuable information was gathered from the behaviour of a small scale laboratory device. In addition, the interconnected behaviour of pilot plant reactors and the effect of solid fluidization on the thermal and carbon dioxide balances of the system were analysed. The scale-up study provided practical information on the thermal design of an industrial sized unit, selection of particle size and operability in different load scenarios.

Riskivastuullisuus turvallisuuskasvatuksen kulttuurissa. Oppilaiden vastuullisuus, turvallisuustaju ja tuottamistoiminnan riskiraja peruskoulun käsityön opetuksessa

Riskit ja riskittömyys uhkaavat yksilöitä, käsityötä ja yhteiskuntaa. Käsityökasvatukselleon haaste toimia kulttuurissa, joka tavoittelee täyttä riskittömyyttä. Käsityössä kasvatetaan kekseliäisyyteen ja varautumaan sen aiheuttaman riskin kohtaamiseen sekä ottamaan siitä vastuuta. Tämän tutkimuksen tehtävänä on riskivastuullisuuden mallin rakentamiseksi selvittää, kuinka oppilaiden vastuullisuus selittää riskirajaa käsityön turvallisuuskasvatuksen kulttuurissa. Välinearvojen saavuttamiseksi on siedettävä välineriskiä, joka ei ylitä turvallisuuskulttuurin riskirajaa. Välinearvot ovat välineiden laatua lisääviä ominaisuuksia, joilla pyritään peittämään välineriskejä. Siedettävän riskin rajan ratkaisemiseen tarvitaan tietoa käsityön tuottamisesta ja todellisuutta havainnoivien tiedonalojen tietoa. Viime kädessä ratkaisu tehdään rakentavalla ajattelulla, johon kuuluu välinearvojen tavoittelua ohjaava käsityötaju ja välineriskeihin varautumista ohjaava turvallisuustaju. Käsityössä onnistuminen kannustaa kohti uusia haasteita ja epäonnistumisen riski asettuu mittasuhteisiinsa. Kekseliäässä käsityön kulttuurissa kokeillaan omia ja ympäröivän todellisuuden mahdollisuuksia ottamalla oivaltaen riskejä, jotka saavat aikaan rakentavan kokemuksen riskistä. Käsityö on riskioivallusten oppiaine. Tutkimustehtävän toteuttamiseksi tässä tutkimuksessa rakennetaan uusi riskivastuullisuuden malli, jossa vastuullisuus selittää riskirajaa. Mallin vastaavuutta selvitetään valtakunnallisesti peruskoulun käsityön 6. ja 9. luokan käsityön opetuksessa (n = 393). Aineisto on analysoitu rakenneyhtälöanalyysein konfirmatorisella faktorianalyysilla ja polkumallinnuksella. Tutkimusaineisto ja riskivastuullisuuden malli vastaavat toisiaan. Vastuullisuuden selitysosuus turvallisuustajun ja käsityötajun ratkaisemasta riskirajasta on mallin mukaan 35 %. Oppilaat osoittivat tuntevansa oman tuottamisensa vaikutuksia ja vastuuta niistä. Vastuullisuus osoittautui tärkeäksi riskirajan selittäjäksi, joten käsityön turvallisuuskasvatuksen kulttuuri voi kohota uudelle tasolle riskivastuulliseksi. Käsityön turvallisuuskasvatus on kokonaisvaltaista turvallisuustajun kasvatusta. Riskivastuullisuus luo turvallisuuskulttuuriin yhteisen käsityksen siedettävän riskin rajasta. Oppilaiden mahdollisuuksia kekseliääseen tutkivaan tuottamiseen on vahvistettava eikä rajoitettava. Riskivastuullisessa käsityön turvallisuuskasvatuksen kulttuurissa opettajan tehtävänä ei ole estää mitään tapahtumasta vaan saada mahdollisimman paljon tapahtumaan, sillä vastuullisuus kasvaa vastuuta ottamalla. Se on kasvatuksen – käsityökasvatuksen – keino turvallisuustyössä.

Susteinable steelmaking by process integration

Environmental issues, including global warming, have been serious challenges realized worldwide, and they have become particularly important for the iron and steel manufacturers during the last decades. Many sites has been shut down in developed countries due to environmental regulation and pollution prevention while a large number of production plants have been established in developing countries which has changed the economy of this business. Sustainable development is a concept, which today affects economic growth, environmental protection, and social progress in setting up the basis for future ecosystem. A sustainable headway may attempt to preserve natural resources, recycle and reuse materials, prevent pollution, enhance yield and increase profitability. To achieve these objectives numerous alternatives should be examined in the sustainable process design. Conventional engineering work cannot address all of these substitutes effectively and efficiently to find an optimal route of processing. A systematic framework is needed as a tool to guide designers to make decisions based on overall concepts of the system, identifying the key bottlenecks and opportunities, which lead to an optimal design and operation of the systems. Since the 1980s, researchers have made big efforts to develop tools for what today is referred to as Process Integration. Advanced mathematics has been used in simulation models to evaluate various available alternatives considering physical, economic and environmental constraints. Improvements on feed material and operation, competitive energy market, environmental restrictions and the role of Nordic steelworks as energy supplier (electricity and district heat) make a great motivation behind integration among industries toward more sustainable operation, which could increase the overall energy efficiency and decrease environmental impacts. In this study, through different steps a model is developed for primary steelmaking, with the Finnish steel sector as a reference, to evaluate future operation concepts of a steelmaking site regarding sustainability. The research started by potential study on increasing energy efficiency and carbon dioxide reduction due to integration of steelworks with chemical plants for possible utilization of available off-gases in the system as chemical products. These off-gases from blast furnace, basic oxygen furnace and coke oven furnace are mainly contained of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and partially methane (in coke oven gas) and have proportionally low heating value but are currently used as fuel within these industries. Nonlinear optimization technique is used to assess integration with methanol plant under novel blast furnace technologies and (partially) substitution of coal with other reducing agents and fuels such as heavy oil, natural gas and biomass in the system. Technical aspect of integration and its effect on blast furnace operation regardless of capital expenditure of new operational units are studied to evaluate feasibility of the idea behind the research. Later on the concept of polygeneration system added and a superstructure generated with alternative routes for off-gases pretreatment and further utilization on a polygeneration system producing electricity, district heat and methanol. (Vacuum) pressure swing adsorption, membrane technology and chemical absorption for gas separation; partial oxidation, carbon dioxide and steam methane reforming for methane gasification; gas and liquid phase methanol synthesis are the main alternative process units considered in the superstructure. Due to high degree of integration in process synthesis, and optimization techniques, equation oriented modeling is chosen as an alternative and effective strategy to previous sequential modelling for process analysis to investigate suggested superstructure. A mixed integer nonlinear programming is developed to study behavior of the integrated system under different economic and environmental scenarios. Net present value and specific carbon dioxide emission is taken to compare economic and environmental aspects of integrated system respectively for different fuel systems, alternative blast furnace reductants, implementation of new blast furnace technologies, and carbon dioxide emission penalties. Sensitivity analysis, carbon distribution and the effect of external seasonal energy demand is investigated with different optimization techniques. This tool can provide useful information concerning techno-environmental and economic aspects for decision-making and estimate optimal operational condition of current and future primary steelmaking under alternative scenarios. The results of the work have demonstrated that it is possible in the future to develop steelmaking towards more sustainable operation.

Isolation and Characterization of Ovomucin - a Bioactive Agent of Egg White

The hen’s egg is a source of new life. Therefore, it contains many biologically active compounds. In addition to being a very nutritious food and also commonly used in the food industry due to its many techno-functional properties, the egg can serve as a source of compounds used as nutra-, pharmaand cosmeceuticals. One such interesting compound is ovomucin, an egg white protein responsible for the gel-like properties of thick egg white. Previous studies have indicated that ovomucin and ovomucin-derived peptides have several different bioactive properties. The objectives of the present study were to develop isolation methods for ovomucin, to characterize the structure of ovomucin, to compare various egg fractions as sources of ovomucin, to study the effects of various dissolving methods for ovomucin, and to investigate the bioactive properties of ovomucin and ovomucin-derived peptides. A simple and rapid method for crude ovomucin separation was developed. By using this method crude ovomucin was isolated within hours, compared to the 1-2 days (including a dialysis step) needed when using several other methods. Structural characterization revealed that ovomucin is composed of two subunits, α- and β-ovomucin, as egg white protein formerly called α1-ovomucin seemed to be ovostatin. However, it might be possible that ovostatin is associated within β- and α-ovomucin. This interaction could even have some effect on the physical nature of various egg white layers. Although filtration by-product fraction was a very prominent source of both crude and β-ovomucin, process development has reduced its amount so significantly that it has no practical meaning anymore. Thus, the commercial liquid egg white is probably the best option, especially if it generally contains amounts of β-ovomucin as high as were found in these studies. Crude ovomucin was dissolved both by using physical and enzymic methods. Although sonication was the most effective physical method for ovomucin solubilisation, colloid milling seemed to be a very promising alternative. A milk-like, smooth and opaque crude ovomucin suspension was attained by using a colloid mill. The dissolved ovomucin fractions were further tested for bioactive properties, and it was found that three dissolving methods tested produced moderate antiviral activity against Newcastle disease virus, namely colloid milling, enzymatic hydrolysis and a combination of sonicaton and enzymatic hydrolysis. Moreover, trypsin-digested crude ovomucin was found to have moderate antiviral activity against avian influenza virus: both subtype H5 and H7.

Akkuvarastot omakotitaloissa

Energian varastointi on noussut keskeiseksi energia-alan teemaksi viime vuosina. Erityi-sesti uusiutuvan tuotannon lisääntyminen ja energian käytön tehostaminen ovat edesautta-neet energiavarastoratkaisuiden mukaantuloa. Työssä tarkastellaan litiumrautafosfaattiak-kujen käytön kannattavuutta omakotitaloissa. Tavoitteena on selvittää, millä reunaehdoilla näiden akkujen käyttö energiavarastoina tulee kannattavaksi Lappeenrannan olosuhteissa. Kannattavuutta selvitetään litiumrautafosfaattiakkujen markkina-analyysin ja teknistalou-dellisen analyysin sekä Matlab-simulaation avulla.

Sähkökemiallisten mittausmenetelmien hyödyntäminen optimaalisessa kunnossapidossa

Sähkökemiallisia korroosionopeuden mittausmenetelmiä, yhdistettynä rakennema-teriaalien ohenemaseurantaan, on edelleen harvoin hyödynnetty toimilaitteiden ja rakenteiden elinkaarihallintaan liittyvässä kunnossapidossa. Tässä diplomityössä selvitetään sähkökemiallisten korroosiomittausten käyttöä optimaalisen kunnossapidon apuvälineenä. Työssä selvitetään erityisesti sähkö-kemiallisten mittausjärjestelmien soveltuvuutta voimalaitosten tulistinalueen kor-roosion sekä kylmäpään happo- ja vesikastepisteen mittaamiseen ja kriittisen kas-tepistelämpötilan määrittämiseen. Lisäksi selvitetään mittausten soveltuvuut-ta voimalaitosten polttoainehallinnan optimointiin sekä teknis-taloudellisuuteen perustuvaan prosessin säätämiseen. / Electrochemical corrosion rate measuring methods have been used years in indus-trial maintenance research. Still electrochemical corrosion rate measurement methods are rarely used in the industrial maintenance work related to the life cycle of equipment and structures. This work will study the suitability and use of electrochemical corrosion meas-urements in the optimum maintenance. The work will specifically address the suitability of electrochemical measuring systems for power plants super heater and the cold end corrosion monitoring. Study focus on acid and water dew point monitoring and the determination of the critical dew point temperature. In addi-tion, study the suitability of measurements of power plant fuel management as well as techno-economics based on the process of adjustment.

Effect of Material Recycling on the Feasibility of Solid Recovered Fuel Fired Power Plant

This master’s thesis examines the effects of increased material recycling on different waste-to-energy concepts. With background study and a developed techno-economic computational method the feasibility of chosen scenarios with different combinations of mechanical treatment and waste firing technologies can be evaluated. The background study covers the waste scene of Finland, and potential market areas Poland and France. Calculated cases concentrate on municipal solid waste treatment in the Finnish operational environment. The chosen methodology to approach the objectives is techno-economic feasibility assessment. It combines calculation methods of literature and practical engineering to define the material and energy balances in chosen scenarios. The calculation results together with other operational and financial data can be concluded to net present values compared between the scenarios. For the comparison, four scenarios, most vital and alternative between each other, are established. The baseline scenario is grate firing of source separated mixed municipal solid waste. Second scenario is fluidized bed combustion of solid recovered fuel produced in mechanical treatment process with metal separation. Third scenario combines a biomaterial separation process to the solid recovered fuels preparation and in the last scenario plastics are separated in addition to the previous operations. The results indicated that the mechanical treatment scenarios still need to overcome some problems to become feasible. Problems are related to profitability, residue disposal and technical reliability. Many uncertainties are also related to the data gathered over waste characteristics, technical performance and markets. With legislative support and development of further processing technologies and markets of the recycled materials the scenarios with biomaterial and plastic separation may operate feasibly in the future.