Potentials of process intensification in the Finnish petrochemical industry

This research was motivated by the need to examine the potential application areas of process intensification technologies in Neste Oil Oyj. According to the company’s interest membrane reactor technology was chosen and applicability of this technology in refining industry was investigated. Moreover, Neste Oil suggested a project which is related to the CO2 capture from FCC unit flue gas stream. The flowrate of the flue gas is 180t/h and consist of approximately 14% by volume CO2. Membrane based absorption process (membrane contactor) was chosen as a potential technique to model CO2 capture from fluid catalytic cracking (FCC) unit effluent. In the design of membrane contactor, a mathematical model was developed to describe CO2 absorption from a gas mixture using monoethanole amine (MEA) aqueous solution. According to the results of literature survey, in the hollow fiber contactor for laminar flow conditions approximately 99 % percent of CO2 can be removed by using a 20 cm in length polyvinylidene fluoride (PDVF) membrane. Furthermore, the design of whole process was performed by using PRO/II simulation software and the CO2 removal efficiency of the whole process obtained as 97 %. The technical and economical comparisons among existing MEA absorption processes were performed to determine the advantages and disadvantages of membrane contactor technology.

Supplier Segmentation for Nordic Petrochemical Industry

Objective of this thesis was to map possibilities for systematic supplier management in field of chemical process industry. Through this study it was aimed to develop a tool for supplier management that could be integrated with operations in business unit. With developed tool suppliers should be able to be segmented based on their willingness and capability, and segmentation could be applied in purchasing decisions. In this thesis there was made a survey of methods that are recognized in literature to manage and allocate suppliers. This thesis recognizes segmentation as a method to group and select suppliers in procurement. Based on literature, a proposal for segmentation framework and evaluation criteria factors will be constituted. Based on theoretical proposal, in an expertise workshop a final segmentation framework was constituted, which covers segments with descriptions and evaluation part. Evaluation part includes an evaluation framework which helps to score suppliers with selected factors and leads to total grades in willingness and capability. These total grades will be the coordinates and they determine the segment where the supplier under evaluation belongs. In this thesis segments definitions, objectives, and road maps will be described.

Vesi-metanolitislauskolonnin ikääntyminen ja siihen vaikuttavat tekijät

Tässä työssä tutkittiin Fortum Oyj:n MTBE -yksikön vesi metanolitislauskolonnin käyttö- ja tarkastushistoriaa sekä yleisestä syöpymisestä aiheutunutta seinämän ohenemaa. Oheneminen oli kiihtynyt viimeisten käyttövuosien aikana. Kolonni poistettiin käytöstä vuonna 2002. Kirjallisuusosassa käsitellään MTBE -prosessia, metallien korroosiota eri olosuhteissa sekä korroosiotutkimusmenetelmiä. Eri korroosiotutkimusmenetelmistä käsitellään sähkökemiallinen kohina -menetelmää, vastuslankamittausta sekä upotuskokeita. Kokeellisessa osassa käsitellään tuloksia käyttö- ja tarkastushistoriaselvityksistä ja korroosiokokeista, jotka tehtiin kirjallisuusosassa esitettyjen menetelmien mukaisesti. Koekappaleet olivat hiiliterästä, joka oli vastaavaa materiaalia kuin metanolin tislauskolonni. Korroosiokokeiden tuloksista havaittiin, että hiiliteräs syöpyy nopeammin vesimetanoliliuoksessa, jossa on 60 - 80 metanolia. Syöpymisnopeus kasvoi liuoksen pH:n laskiessa ja oli suurinta kun pH oli alle 4,0.

Uutto-olosuhteiden vaikutus kasviperäisen indigon saantoon

Indigo on väriaine, jota valmistetaan petrokemianteollisuuden välituotteena syntyvästä aniliinista. Indigolla on kuitenkin pitkä historia. Sitä on valmistettu perinteisesti eri viljelykasveista, joista Euroopassa merkittävin on ollut morsinko. Luonnonmukaisten tuotteiden suosion kasvaessa on ryhdytty selvittämään morsingon viljelyn potentiaalia. Viljelyn kannattavuuden kannalta olennaista on kasvin lehdissä esiintyvien indigon esiasteiden mahdollisimman täydellinen eristäminen. Indigoa tuotetaan uuttamalla indigon esiasteet veteen. Esiasteet hajoavat synnyttäen indoksyyliä, josta hapen vaikutuksella muodostuu indigoa. Syntynyt indigo saostuu ja laskeutuu pohjalle. Samalla kuitenkin tapahtuu epätoivottuja sivureaktioita, jotka vähentävät indigon saantoa. Tutkimuksen tavoitteena oli laboratorio- ja kenttäkokeiden avulla löytää indigon saantoa parantavat uutto-olosuhteet. Kokeiden perusteella havaittiin, että indigon saantoon vaikuttavat positiivisesti pH:n laskeminen, lämpötilan nostaminen, morsingon lehtien pilkkominen ja uuttoliuoksen sekoittaminen. Uuttoliuoksen suolapitoisuuden havaittiin puolestaan vaikuttavan indigon saantoon negatiivisesti. Laboratoriokokeiden perusteella havaittu pH:n laskemisen vaikutus indigon saantoon todistettiin myös kenttäolosuhteissa. Kokeiden havaintojen perusteella esitettiin olosuhteiden indigosaantoa parantavien vaikutusten johtuvan kahdesta tekijästä: indoksyylin stabiloitumisesta happamassa ympäristössä, jolloin sivureaktioiden osuus vähenee, sekä aineensiirron paranemisella sekoituksen, faasien rajapinnan kasvamisen ja etenkin lehtien vahakerroksen rikkoutumisen kuuman veden ja hapon vaikutuksesta.

Chromatographic recovery of chemicals from acidic biomass hydrolysates

Lignocellulosic biomasses (e.g., wood and straws) are a potential renewable source for the production of a wide variety of chemicals that could be used to replace those currently produced by petrochemical industry. This would lead to lower greenhouse gas emissions and waste amounts, and to economical savings. There are many possible pathways available for the manufacturing of chemicals from lignocellulosic biomasses. One option is to hydrolyze the cellulose and hemicelluloses of these biomasses into monosaccharides using concentrated sulfuric acid as catalyst. This process is an efficient method for producing monosaccharides which are valuable platforn chemicals. Also other valuable products are formed in the hydrolysis. Unfortunately, the concentrated acid hydrolysis has been deemed unfeasible mainly due to high chemical consumption resulting from the need to remove sulfuric acid from the obtained hydrolysates prior to the downstream processing of the monosaccharides. Traditionally, this has been done by neutralization with lime. This, however, results in high chemical consumption. In addition, the by-products formed in the hydrolysis are not removed and may, thus, hinder the monosaccharide processing. In order to improve the feasibility of the concentrated acid hydrolysis, the chemical consumption should be decreased by recycling of sulfuric acid without neutralization. Furthermore, the monosaccharides and the other products formed in the hydrolysis should be recovered selectively for efficient downstream processing. The selective recovery of the hydrolysis by-products would have additional economical benefits on the process due to their high value. In this work, the use of chromatographic fractionation for the recycling of sulfuric acid and the selective recovery of the main components from the hydrolysates formed in the concentrated acid hydrolysis was investigated. Chromatographic fractionation based on the electrolyte exclusion with gel type strong acid cation exchange resins in acid (H+) form as a stationary phase was studied. A systematic experimental and model-based study regarding the separation task at hand was conducted. The phenomena affecting the separation were determined and their effects elucidated. Mathematical models that take accurately into account these phenomena were derived and used in the simulation of the fractionation process. The main components of the concentrated acid hydrolysates (sulfuric acid, monosaccharides, and acetic acid) were included into this model. Performance of the fractionation process was investigated experimentally and by simulations. Use of different process options was also studied. Sulfuric acid was found to have a significant co-operative effect on the sorption of the other components. This brings about interesting and beneficial effects in the column operations. It is especially beneficial for the separation of sulfuric acid and the monosaccharides. Two different approaches for the modelling of the sorption equilibria were investigated in this work: a simple empirical approach and a thermodynamically consistent approach (the Adsorbed Solution theory). Accurate modelling of the phenomena observed in this work was found to be possible using the simple empirical models. The use of the Adsorbed Solution theory is complicated by the nature of the theory and the complexity of the studied system. In addition to the sorption models, a dynamic column model that takes into account the volume changes of the gel type resins as changing resin bed porosity was also derived. Using the chromatography, all the main components of the hydrolysates can be recovered selectively, and the sulfuric acid consumption of the hydrolysis process can be lowered considerably. Investigation of the performance of the chromatographic fractionation showed that the highest separation efficiency in this separation task is obtained with a gel type resin with a high crosslinking degree (8 wt. %); especially when the hydrolysates contain high amounts of acetic acid. In addition, the concentrated acid hydrolysis should be done with as low sulfuric acid concentration as possible to obtain good separation performance. The column loading and flow rate also have large effects on the performance. In this work, it was demonstrated that when recycling of the fractions obtained in the chromatographic fractionation are recycled to preceding unit operations these unit operations should included in the performance evaluation of the fractionation. When this was done, the separation performance and the feasibility of the concentrated acid hydrolysis process were found to improve considerably. Use of multi-column chromatographic fractionation processes, the Japan Organo process and the Multi-Column Recycling Chromatography process, was also investigated. In the studied case, neither of these processes could compete with the single-column batch process in the productivity. However, due to internal recycling steps, the Multi-Column Recycling Chromatography was found to be superior to the batch process when the product yield and the eluent consumption were taken into account.

Industry specific lifecycle services for process critical motors

This Master’s Thesis examines industrial service business and studies how Global Technical Support Center Finland, part of ABB Oy, can develop its lifecycle services based on availability related customer needs. Focus is in three most business critical industry segments OGP (Oil, Gas and Petrochemical), Power and Metals. The research was conducted as a qualitative case study, including literature review and empirical part. The literature review explores industrial service business, product lifecycle services and related customer needs, product effectiveness and maintenance. This study contains also characteristics of constructive research. Primary material was gathered through internal and external interviews. Both theme and semi-structured interviews were performed. This research has shown that customers have different needs depending of the industry segment where they operate. Most remarkable differences are related to maintenance schedules. The main outcomes of the study are the industry specific lifecycle service models that combine company recommendations with customer specific needs. Other development needs were related to proactivity, condition based monitoring, information sharing and lifecycle estimations.

The competitive position of the Nordic wood industry in Germany : intangible quality dimensions

Abstract

Educating Pulp and Paper Engineers for the Global Forest Industry

Vol.23, No. 5, pp. 1024-1037, 2007.

Timing of Capacity Change: Models for Capital Intensive Industry

The suitable timing of capacity investments is a remarkable issue especially in capital intensive industries. Despite its importance, fairly few studies have been published on the topic. In the present study models for the timing of capacity change in capital intensive industry are developed. The study considers mainly the optimal timing of single capacity changes. The review of earlier research describes connections between cost, capacity and timing literature, and empirical examples are used to describe the starting point of the study and to test the developed models. The study includes four models, which describe the timing question from different perspectives. The first model, which minimizes unit costs, has been built for capacity expansion and replacement situations. It is shown that the optimal timing of an investment can be presented with the capacity and cost advantage ratios. After the unit cost minimization model the view is extended to the direction of profit maximization. The second model states that early investments are preferable if the change of fixed costs is small compared to the change of the contribution margin. The third model is a numerical discounted cash flow model, which emphasizes the roles of start-up time, capacity utilization rate and value of waiting as drivers of the profitable timing of a project. The last model expands the view from project level to company level and connects the flexibility of assets and cost structures to the timing problem. The main results of the research are the solutions of the models and analysis or simulations done with the models. The relevance and applicability of the results are verified by evaluating the logic of the models and by numerical cases.

Purification and fractionation by nanotiltration in dairy and sugar and sweetener industry applications

Nanotiltration is a membrane separation method known for its special characteristic of rejecting multivalent ions and passing monovalent ions. Thus, it is commonly applied with dilute aqueous solutions in partial salt removal, like in drinking water production. The possibilities of nanofiltration have been studied and the technique applied in a wide branch of industries, e.g. the pulp and paper, the textile and the chemical processing industry. However, most present applications and most of the potential applications studied involve dilute solutions, the permeating stream being generally water containing monovalent salts. In this study nanotiltration is investigated more as a fractionation method. A well-known application in the dairy industry is concentration and partial salt removal from whey. Concentration and partial demineralization is beneficial for futher processing of whey as whey concentrates are used e.g. in baby foods. In the experiments of this study nanotiltration effectively reduced the monovalent salts in the whey concentrate. The main concern in this application is lactose leakage into the permeate. With the nanofiltration membranes used the lactose retentions were practically ? 99%. Another dairy application studied was the purification and reuse of cleaning solutions. This is an environmentally driven application. An 80% COD reduction by nanofiltration was observed for alkaline cleaning-in-place solution. Nanofiltration is not as commonly applied in the sugar and sweeteners industry as in the dairy industry. In this study one potential application was investigated, namely xylose purification from hemicellulose hydrolyzate. Xylose is raw material for xylitol production. Xylose separation from glucose was initially studied with xylose-glucose model solutions. The ability of nanofiltration to partially separate xylose into the permeate from rather concentrated xylose-glucose solutions (10 w-% and 30 w-%) became evident. The difference in size between xylose and glucose molecules according to any size measure is small, e.g. the Stokes diameter of glucose is 0.73 nm compared to 0.65 nm for xylose. In further experiments, xylose was purified into nanoliltration permeate from a hemicellulose hydrolyzate solution. The xylose content in the total solids was increased by 1.4—1.7 fold depending on temperature, pressure and feed composition.

The evolution ofRussian power industry from monopoly to market operation

ei

Mobile ERP in the use of maintenance operations of forest industry

Toiminnanohjausjärjestelmien käyttö on muuttanut metsäteollisuuden kunnossapidon työntekijän toimenkuvaa kunnossapidon perustoiminnoista itseohjautuvampaan tietojen käsittelyyn ja jalostamiseen. Työn tavoitteena oliselvittää mobiilin työtilausjärjestelmän vaikutuksia metsäteollisuuden kunnossapidon kenttätyössä. Mobiilin työtilausjärjestelmän käyttö metsäteollisuuden kunnossapidossa mahdollistaa tärkeän kunnossapitotiedon keräämisen ja tarkentamisen kentällä, jossa se usein on ajanmukaisinta ja tarkinta. Haasteellisinta on oikeanlaisen teknologian löytäminen ja standardoiminen kunnossapidon toimintaympäristöihin. Myös organisaation toimintoprosessien on oltava selkeät ennen kuin prosesseja voidaan tehostaa teknologisin keinoin.

Logistics Management in China's Development Zones - Finnish Metal Industry Perspective

Alikehittynyt infrastruktuuri, tiukat säädökset ja säädösten tulkitseminen, sekä monimutkaiset verotuskäytännöt ovat aiheuttaneet ongelmia suomalaisille Alikehittynyt infrastruktuuri, tiukat säädökset ja säädösten tulkitseminen, sekä monimutkaiset verotuskäytännöt ovat aiheuttaneet ongelmia suomalaisille yrityksille Kiinassa. Tutkimuksen perusteella yritykset eivät pysty vaikuttamaan infrastruktuurin kehittymiseen tai säädösten implementointiin, mutta ylläpitämällä suhteita ja valitsemalla oikeat partnerit yritykset pystyvät hallitsemaan ongelma-alueitaan. Etenkin ulkomaalaisille yrityksille oikean logistiikkaoperaattorin valinta on tärkeätä ja huomioon ottaen palvelutason, kulttuuritaustan sekä kansainväliset operaatiot on ulkomaalaisten yritysten tehokkaampaa käyttää kansainvälisiä operaattoreita kuin paikallisia toimijoita, jotkaovat usein halvempia, mutta eivät pysty toimimaan kansainvälisellä tasolla. Vientiin keskittyneiden yritysten tulisi sijoittua vapaakauppa-alueille tai vientiin painottuneille teollisuusalueille. Kyseisillä alueilla liiketoiminta mannermaahan on rajoitettu, eivätkä alueet täten sovellu yrityksille, jotka ovat keskittyneet Kiinan markkinoille. Paikallisesti operoivien yritysten tulisi sijoittua normaaleihin teollisuuspuistoihin ja käyttää tullin valvomia varastoja tukemaan kansainvälisiä toimintojaan.Tulisi myös muistaa etteivät kiinalaiset teollisuuspuistot täytä kansainvälisiä kriteerejä, joten säädöksiin on tärkeätä tutustua huolella jamielipiteitä kerätä toisilta yrityksiltä. Kiinassa merkittävimmät logistiikkaongelmat ilmenevät tuonnin ja viennin yhteydessä, jolloin säädökset ja toimintamallit ovat kontrolloidumpia. Etenkin tullaus- ja arvonlisävero ongelmat liittyvät kiinteästi tuonti- ja vientiprosessiin. Tutkimuksen tulokset osoittivat, että tullausprosessi tehostuu yhteistyön ja koulutuksen kautta, mutta arvonlisäverosta aiheutuvien kustannusten minimointi vaatii logistiikkapuistojen käyttöä. Mikäli asiakas haluaa tehdä tullauksen kotiprovinssissaan tai yritys tekee kauppaa ALV -vapautettujen yritysten kanssa, tulisi logistiikkapuistojen käyttöä lisätä. Käytettäessä logistiikkapuistoja yritykset välttävät tuotteiden kuljetukset Hongkongiin jatakaisin säästäen huomattavasti kustannuksissa ja toimitusajoissa. Logistiikkapuistoja on myös mahdollista käyttää ratkaisuna kasvaviin ja viivästyviin ALV palautuksiin. Tutkimuksen tulosten mukaan toimintaympäristö ja vientipainotteinen valmistus ohjaavat 3PL yritysten valintaa ja vaihtoehtoisten logistiikkapalvelujen implementointia. Etabloiduttaessavapaakauppa-alueille vientiin ja tuontiin liittyvät ongelmatekijät vahvistuvat sekä rajoitukset kiinan liiketoimintaan kasvavat, mikä tekee yhteistyönkansainvälisten logistiikkaoperaattoreiden kanssa välttämättömäksi ja kannustaa hyödyntämään logistiikkapuistoja.

Developing of supplier network in shipbuilding industry

Työn tarkoituksena on selvittää minkälaisen verkoston Aker Yards Oy, kokonaistoimittajat ja kokonaistoimittajien alihankkijat muodostavat. Lisäksi arvioidaan verkostoriskit, joita Aker Yards Oy kohtaa toimiessaan verkostossa. Tutkimus suoritettiin tekemällä kysely verkostossa oleville kokonaistoimittajille sekä haastattelemalla kuutta henkilöä Aker Yards Oy:stä. Suhteita ja verkostoa analysoitiin tutkimalla verkoston yksittäisiä toimijoita sekä näiden välisiä suhteita. Riskejä analysoitiin tarkastelemalla niiden tunnistettuja syitä. Työn tuloksena on verkostokuva, joka piirrettiin kyselytulosten perusteella. Suhteiden ja verkoston analyysillä päädyttiin tehtäviin, joita Aker Yards Oy:n johdon tulisi toteuttaa, jotta verkostosta ja yksittäisistä toimittajista saataisiin irti mahdollisimman paljon. Lisäksi suhteita ja verkostoa käsiteltiin niiden tuloksellisen johtamisen näkökulmasta. Riskianalyysista saatiin tuloksena uhkaavimpien riskien arviointi.