Nitrogen Oxides Reduction Possibilities at Pulp Mill and Power Plant

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää typenoksidien vähennysmahdollisuudet Stora Enson Varkauden tehtaiden sellutehtaalla ja voimalaitoksella. Tutkimuksessa käsiteltiin tehdasalueen suurimpia typenoksidien päästölähteitä: soodakattilaa, meesauunia, kuorikattilaa, öljykattilaa ja muovi-alumiinijakeen kaasutuslaitosta. Tutkimuksessa selvitettiin typenoksidipäästöjen syntymekanismit ja erilaisiin polttotekniikoihin soveltuvat typenoksidien vähennystekniikat. Varkauden tehtaiden typenoksidien vuosipäästö vuonna 2001 oli 836 tonnia. Kansallinen lainsäädäntö, kansainväliset sopimukset sekä paras käytettävissä oleva tekniikka (BAT) huomioiden selvitettiin kuhunkin kohteeseen parhaiten soveltuvat ratkaisut. Tutkimuksen perusteella laadittiin toimenpideohjelma, joka määrittelee suositeltavan toteutusjärjestyksen typenoksidien vähennystoimenpiteille. Toimenpideohjelman tärkeimpinä kriteereinä pidettiin vuonna 2004 tulevan uuden ympäristöluvan arvioituja luparajoja sekä toimenpiteiden kustannustehokkuutta. Toteutusjärjestyksessä ensimmäiseksi valittiin koeajojakson järjestäminen ajon optimoimiseksi kiertopetikattilalla ja toiseksi meesauunin ajon optimointi jatkuvatoimisen NOx-analysaattorin avulla. Seuraaviksi toimenpiteiksi ehdotettiin vertikaali-ilmajärjestelmän käyttöönottoa soodakattilalla sekä SNCR-järjestelmän asennusta kuorikattilalle. Saavutettava NOx-vähennys tulisi olemaan 10 – 45 % ja hinta 30 – 3573 EUR vähennettyä NOx-tonnia kohti. Tutkimuksen osana Ilmatieteen laitoksella teetetyn typenoksidien leviämisselvityksen mukaan Stora Enson tehtaiden NOx-päästöjen vaikutus Varkauden ilmanlaatuun on hyvin pieni. Suurin osa NOx-päästöistä aiheutuu liikenteestä.

Unification of Emission Measurements in Paper and Pulp Mills

Tässä diplomityössä tavoitteena on selvittää käytännöt ja menetelmät, joilla UPM-Kymmenen sellu-, paperi- ja vaneritehtaat ympäri maailman mittaavat ja laskevat ilmapäästönsä. Tämä tehdään kyselylomakkeella, joka lähetetään tehtaiden ympäristöpäälliköille. Kaikki tärkeimmät seikat ilmapäästöihin liittyen, kuten vaaditut jatkuvatoimiset mittaukset, jaksottaiset mittaukset, raportointikäytäntö, kalibrointi jne. kysytään lomakkeessa. Kyselylomakkeessa painotetaan mittauskäytäntöä sellutehtaissa sekä energiantuotannossa. Saatujen tulosten perusteella annetaan ehdotuksia sekä ohjeita tulevaisuutta varten, jotta mittaustulosten kokoaminen helpottuisi ja vertailukelpoisuus paranisi. Työn kirjallisuusosuudessa selvitetään yleisimmät päästölähteet sekä päästökomponentit paperi –ja selluteollisuudessa. Näiden ei toivottujen yhdisteiden syntymekanismit sekä menetelmät niiden poistamiseksi savukaasuista on myös lyhyesti kuvailtu. Myös erilaiset analysointi- ja näytteenottomenetelmät on kerrottu. Erot tehtaiden ympäristöluvissa käydään läpi, jakaen tehtaat kolmeen maantieteelliseen ryhmään. Lupakäytäntöjen osalta Suomen osuutta on painotettu, sillä UPM-Kymmene on varsin Suomikeskeinen yhtiö tehtaiden lukumääriin ja sijainteihin katsottuna. Viranomaismääräykset sekä päästörajat muutamista tehtaista on esitetty havainnollistaakseen alueellisia eroja.

Cost efficient extractive removal of birch pulp

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kustannustehokkaita keinoja uuteaineiden vähentämiseksi koivusulfaattimassasta. Uuteaineet voivat aiheuttaa ongelmia muodostaessaan saostumia prosessilaitteisiin. Saostumat aiheuttavat tukkeumia ja mittaushäiriöitä, mutta irrotessaan ne myös huonontavat sellun laatua. Lopputuotteeseen joutuessaan ne voivat lisäksi aiheuttaa haju- ja makuhaittoja, joilla on erityistä merkitystä esimerkiksi valmistettaessa elintarvikekartonkeja. Tämä työ tehtiin Stora Enson sellutehtaalla, Enocell Oy:llä, Uimaharjussa. Teoriaosassa käsiteltiin uuteaineiden koostumusta ja niiden aiheuttamia ongelmia sellu– ja paperitehtaissa. Lisäksi koottiin aikaisempien tehdaskokeiden fysikaalisia ja kemiallisia keinoja vähentää koivu-uutetta. Tarkastelualueina olivat puunkäsittely, keitto, pesemö ja valkaisu. Kokeellisessa osassa suoritettiin esikokeita laboratorio- ja tehdasmittakaavassa, jotta saavutettaisiin käytännöllistä tietoa itse lopuksi tehtävää tehdasmittakaavan koetta varten. Laboratoriokokeissa tutkittiin mm. keiton kappaluvun, lisäaineiden ja hartsisaippuan vaikutusta koivu-uutteeseen. Lisäksi suoritettiin myös happo- (A) ja peretikkahappovaiheen (Paa) laboratoriokokeet. Tehdasmittakaavassa tarkasteltiin mm. keiton kappaluvun, pesemön lämpötilan, A-vaiheen, valkaisun peroksidi- ja Paa-vaiheen vaikutusta koivu-uutteeseen. Uutteenpoistotehokkuutta eri menetelmien välillä vertailtiin niin määrällisesti kuin rahallisesti. Uutteenpoistotehokkuudella mitattuna vertailuvaihe oli tehokkain pesemön loppuvaiheessa ja valkaisun alkuvaiheessa. Pesemön loppuvaiheessa uutteenpoistoreduktiot olivat noin 30 % ja valkaisun alkuvaiheessa 40 %. Peroksidivaihe oli tehokkain käytettynä valkaisun loppuvaiheessa noin 40 % reduktiolla. Kustannustehokkuudella mitattuna tehokkaimmaksi osoittautui A-vaihe yhdessä peroksidivaiheen kanssa. Säästöt vertailujaksoon verrattuna olivat noin 0.3 €/ADt. Lisäksi kyseinen yhdistelmä osoittautui hyväksi keinoksi säilyttää uutetaso alle maksimirajan kuitulinja 2:lla, kun kuitulinjalla 1 tuotettiin samanaikaisesti armeeraussellua.

Characterisation of Hydrophobic Nonfibrous Material and Its Removal From Pulp Suspension

Paperin ja kartongin kierrätys lisääntyy taloudellisten intressien ja ympäristöhygieenisten tavoitteiden takia jatkuvasti. Lisääntyvän kierrätyksen myötä myös paperin ja kartongin epäpuhtauksien määrä kasvaa, mikä huonontaa kierrätysraaka-aineen laatua. Tämän työn tarkoituksena on antaa perustietoa eräästä kartongin päällystyksessä käytettävästä hydrofobisesta materiaalista, epäpuhtaan kartongin kierrätyksestä sekä ongelmista, joita epäpuhtaan kartongin kierrätyksestä syntyy. Kierrätyskuidun fraktiointi on yksinkertainen prosessi aallotuskartongin, testilainerin ja taivekartongin valmistuksessa. Kierrätysprosessin ensisijaisia tehtäviä ovat kuidutus ja epäpuhtauksien poisto sekä näiden epäpuhtauksien vaikutusten eliminointi, jotta kierrätysmassan laatuvaatimukset täyttyvät. Lisääntynyt epäpuhtauksien määrä raaka-aineessa asettaa vaatimuksia lajitteluprosessin kehittämiseksi. Nykyaikaisilla kierrätyslaitoksilla ei pystytä käsittelemään ylettömiä määriä epäpuhtauksia. Epäpuhtaudet aiheuttavat ongelmia ajettavuuteen ja heikentävät tuotteen laatua kierrätysprosessissa. Epäpuhtauksien poistoon on olemassa useita teknisiä ratkaisuja, mutta minkään niistä ei ole todettu täysin poistavan kaikkia ongelmia. Työn kokeellisessa osassa kartongin päällystykseen käytettävää hydrofobista materiaalia analysoitiin erilaisin menetelmin. Tutkittiin myös erilaisten olosuhteiden vaikutusta tämän materiaalin poistoon.

Development of Managerial Reporting for a Pulp and Paper Technology Supplier

Työn tavoitteena oli yritysjohdon käyttämän sisäisen raportin kehittäminen vastaamaan paremmin johdon tarpeita. Teoriaosuuden tarkoituksena oli selvittää kirjallisuuden avulla sisäisen raportin käyttöä johdon työkaluna, hyvän raportin vaatimuksia ja yleisiä raportoinnin periaatteita. Empiirinen osuus toteutettiin haastatteluiden avulla ja analysoimalla case-yrityksen sisäisiä raportteja. Empiirisen osan tavoitteena oli selvittää aiemman raportin ongelmat, löytää ratkaisut näihin ongelmiin ja laatia uusi raportointimalli, joka palvelee paremmin raportin käyttäjiä.Teoriaosuuden perusteella voidaan päätellä, että raportoinnin kehittämiseen vaikuttaa eniten raportin käyttötarkoitus ja henkilöt, joiden työväline raportti tulee olemaan. Raportin kehittäminen on jatkuva prosessi, sillä raportin tulee mukautua liiketoiminta- ja organisaatiomuutoksiin.Työn empiirisessä osassa esitetty uusi raportointimalli palvelee case-yritystä monella eri tasolla. Se tukee johdon työskentelyä ja tarjoaa yritystasolla välineen kustannusten parempaan hallintaan ja seurantaan.

An Evaluation of the Paper Profile - a comparative assessment of the applicability of an emerging environmental communication tool in pulp and paper industry

Diplomityön tavoitteena oli arvioida uutta sellu-, paperi- ja kartonkiteollisuuden Paper Profile -ympäristötuoteselostetta. Paper Profilen tarkoituksena on tarjota paperiteollisuuden asiakkaille ja muille kiinnostuneilla sidosryhmille yhtenäistä ympäristöinformaatiota koskien paperituotteiden koostumusta ja tuotteiden tärkeimpiä ympäristöparametrejä. Työn tärkein tavoite oli arvioida kriittisesti Paper Profilea ja verrata konseptia ISO:n, Kansainvälisen stardardisoimisliiton tuoteselosteeseen sekä löytää konseptien yhtäläisyydet ja erot. Tärkein tehtävä oli tunnistaa ne avaintekijät, joiden avulla Paper Profile -tuoteselostetta voitaisiin pitää yhtenevänä ISO/TR 14025 teknisen raportin kanssa. Lisäksi Paper Profile -tuoteselosteen mahdolliset kehittämistarpeet arvioitiin ISO-tuoteselosteen näkökulmasta. Työn toinen tavoite oli kerätä ja analysoida uuteen tuoteselosteeseen liittyvä asiakaspalaute ja verrata sitä Stora Enson tehtaiden ympäristöpäälliköiden antamiin Paper Profilea koskeviin kommentteihin. Työn tuloksena huomattiin, että Paper Profile -konsepti sellaisenaan ei ole kovin informatiivinen vaan tuoteseloste jättää monia ympäristökysymyksiä avoimeksi. Siitä huolimatta Paper Profile tarjoaa riittävän taustan eri paperituotteiden ympäristökuormitusten keskinäiselle vertailuille. Konseptin viestinnällinen näkökulma paranisi huomattavasti, jos tuoteselosteeseen lisättäisiin kolmannen osapuolen verifiointi. Lisäksi referenssiarvot kertoisivat asiakkaille paremmin esitettyjen parametrien taustoista. Stora Enson tehtaiden ympäristöpäälliköiden, samoin kuin asiakkaidenkin mielestä Paper Profile on yleisesti ottaen potentiaalinen ympäristöviestinnän työkalu, mutta silti konseptiin ehdotettiin joitakin pieniä muutoksia. Avoinna olevat metsäsertifiointikysymykset ja niiden puutteellinen tiedottaminen tuoteselosteessa puhututtivat sekä tehtaiden henkilöstöä että yritysasiakkaita.

Integration of Economics into Life Cycle Assessment in the Finnish Pulp and Paper Industry

Taloudellisen laskennan yhdistäminen elinkaariarviointiin (LCA) on alkanut kiinnostaa eri teollisuuden aloja maailmanlaajuisesti viime aikoina. Useat LCA-tietokoneohjelmat sisältävät kustannuslaskentaominaisuuksia ja yksittäiset projektit ovat yhdistäneet ympäristö- ja talouslaskentamenetelmiä. Tässä projektissa tutkitaan näiden yhdistelmien soveltuvuutta suomalaiselle sellu- ja paperiteollisuudelle, sekä kustannuslaskentaominaisuuden lisäämistä KCL:n LCA-ohjelmaan, KCL-ECO 3.0:aan. Kaikki tutkimuksen aikana löytyneet menetelmät, jotka yhdistävät LCA:n ja taloudellista laskentaa, on esitelty tässä työssä. Monet näistä käyttävät elinkaarikustannusarviointia (LCCA). Periaatteessa elinkaari määritellään eri tavalla LCCA:ssa ja LCA:ssa, mikä luo haasteita näiden menetelmien yhdistämiselle. Sopiva elinkaari tulee määritellä laskennan tavoitteiden mukaisesti. Työssä esitellään suositusmenetelmä, joka lähtee suomalaisen sellu- ja paperiteollisuuden erikoispiirteistä. Perusvaatimuksena on yhteensopivuus tavanomaisesti paperin LCA:ssa käytetyn elinkaaren kanssa. Menetelmän yhdistäminen KCL-ECO 3.0:aan on käsitelty yksityiskohtaisesti.

The long run impact of mergers and acquisitions on performance – empirical study in the pulp and paper industry

Mergers and acquisitions (M&A) have played very important role in restructuring the pulp and paper industry (PPI). The poor performance and fragmented nature of the industry, overcapacity problems, and globalisation have driven companies to consolidate. The objective of this thesis was to examine how PPI acquirers’ have performed subsequent M&As and whether the deal characteristics have had any impact on performance. Based on the results it seems that PPI companies have not been able to enhance their performance in the long run after M&As although the per-formance of acquiring firms has remained above the industry median, and deal characteristics or the amount of premiums paid do not seem to have had any effect. The statistical significance of the results was tested with change model and regression analysis. Performance was assessed with accrual, cash flow, and market based indicators. Results are congruent with behavioural theory: managers and investors seem to be overoptimistic in determining the synergies from M&As.

Diversification and its reflections on profitability - strategic change in pulp and paper industry in the years 1996 and 2006

The purpose of the thesis was to analyze diversification in pulp and paper industry (PPI), which is an industry facing enormous strategic challenges as many of the basic parameters of its operational environment are rapidly changing. The objective was to explore, how PPI companies have reacted to these changes by adjusting their strategies in terms of diversification and how the adjustments have affected their profitability. The study was statistical in nature. The results indicate that PPI companies in deed had reduced the degree of unrelated and related diversification , but the positive performance implications of the changes were debatable. In light of the data used in the study lower level of diversification did not lead to better profitability, in fact, the companies with the highest level of diversification had the best profitability. By contrast, reducing the level of unrelated diversification improved the profitability development; whereas reducing the level of related diversification deteriorated the profitability of the company. The results were not statistically significant and they cannot be generalized outside the data of the study.

Impact of Investment Strategies on Performance in Pulp and Paper Industry

The main objective of this study was to examine, what kind of investment strategies the leading European and North American pulp and paper industry companies (PPI) used in 1991-2003, and how the selected strategies affected their performance. The investment strategies were categorised in three classes including mergers and acquisitions, investments in new capacity and investments in existing capacity. The results showed that mergers and acquisitions represented the largest share of total investments in 1991-2003 followed by investments in existing capacity. PPI companies changed investment strategies over time by increasing the share of mergers and acquisitions, which decreased investments in new capacity especially among North American companies. According to the results, good asset quality and investments in new and existing capacity provided better profitability than often expensive acquisitions. Also the capacity decreases had a positive impact on profitability. Average asset quality and profitability were higher among European companies. The study concluded that in the long term the available value creating investment opportunities should limit capital expenditure levels, not the relation of capital expenditure to depreciation.

Fiber flows in global paper and pulp industry. A panel data approach.

The purpose of this thesis is to study factors that explain the bilateral fiber trade flows. This is done by analyzing bilateral trade flows during 1990-2006. It will be studied also, whether there are differences between fiber types. This thesis uses a gravity model approach to study the trade flows. Gravity model is mostly used to study the aggregate data between trading countries. In this thesis the gravity model is applied to single fibers. This model is then applied to panel data set. Results from the regression show clearly that there are benefits in studying different fibers in separate. The effects differ considerably from each other. Furthermore, this thesis speaks for the existence of Linder’s effect in certain fiber types.

Growth Strategies in Pulp and Paper Industry: An Empirical Investigation on Profitability Effects

This study investigates whether there are differences in profitability of PPI companies based on the growth strategy they have chosen to follow. It is examined whether those companies following organic growth strategy are more profitable than those companies following acquisitive growth strategy. It is also investigated are ones larger than the others, or are ones growing faster than the others. Also, the factors affecting the profitability of acquisitive companies are further examined. The results showed that there actually are differences between the two groups. Organically grown companies were found to be more profitable, smaller and growing slower than acquisitive companies. When it comes to examining only acquisitive companies there could be found factors that better or worsen the profitability of companies. For example targets that the company has bought in developing markets were making them more profitable.

Regenerated cellulose ultrafiltration membranes in the treatment of pulp and paper mill process waters

Ultrafiltration (UF) is widely applied in different separation processes in the pulp and paper industry. The growing need to protect the environment, a lack of pure water and an interest in producing high-value chemicals from compounds present in process waters will probably lead to an increase in the use of UF in the pulp and paper industry. The efficiency and cost-effectiveness of a UF process depends on the applied membrane. The membrane should have a high and stable filtration capacity, a particular selectivity and a long operational lifetime. To meet these requirements a membrane should have a low fouling tendency. In addition, it should withstand the prevailing operational and chemical conditions. This thesis evaluates the performance and applicability of the regenerated cellulose (RC) membranes 00030T and C2 in the treatment of pulp and paper mill process waters based on the requirements above. The results demonstrated that both the tested RC membranes fulfilled well the requirement of high filtration capacity. In addition, in the filtration of a paper mill clear filtrate (CF) the RC membranes were not as greatly affected by variations in the CF quality as a polysulphone membrane. Furthermore, due to their extreme hydrophilicity and weak charge the fouling tendency of the membranes can be expected to be low in pulp and paper mill filtration applications. It is, however, known that fouling cannot be totally avoided even when the membrane is chosen very carefully. This study indicated that carbohydrates influenced negatively on permeability and caused fouling in the filtration of groundwood mill circulation water. Thus, a pre-treatment effectively reducing the amount of carbohydrates might help to maintain a stable capacity. However, the results of the thesis also showed that the removal of some of the possible foulants might just increase the harmful effect of others. Multivariate examination was useful in the understanding of the complicated factors causing the unstable capacity. The thesis also revealed that the 00030T and C2 membranes can be used at high pressure (max. tested pressure 12 bar). The C2 membrane, having a sponge-like substructure, was more pressure resistant, and its performance was more stable at high pressure compared to the UCO30T membrane containing macrovoids in its substructure. Both tested membranes can, according to the results, also be used at temperatures as high as 70°C in acidic, neutral and alkaline conditions. However, the use at extreme conditions might cause faster ageing of the membranes compared to ageing in neutral conditions. The thesis proved that both the tested RC membranes are very suitable for pulp and paper mill applications and that the membranes can be utilised in processes operating in challenging conditions. Thus, they could be used in more demanding applications than supposed earlier.

Effects of pulp electrochemistry on PGE flotation in sulphide poor ores

This work gives a reader basic knowledge about mineralogy and mineral processing. Main focus of this work was on flotation process and pulp electrochemistry on flotation. Three different sulphide poor ores are examined on experimental part. Platinum and palladium were the noble metals, which were contained into studied ores. Electrochemistry of flotation of PGE minerals on sulphide poor ores has been examined only slightly. Bench scale flotation test was used in this study. Chalcopyrite, nickel-pentlandite, pyrite, platinum and pH electrodes were used to investigation of pulp electrochemistry during flotation tests. Effects of grinding media, carbon dioxide atmosphere in grinding and mixture of carbon dioxide and air as flotation gas to PGE flotation and electrochemistry of flotation were studied. Stainless steel grinding media created more oxidising pulp environment to flotation than mild steel grinding media. Concentrate quality improved also with stainless steel grinding media, but the recovery was remarkably poorer, than with mild steel grinding media. Carbon dioxide atmosphere in grinding created very reducing pulp environment, which caused very good concentrate quality. But the recovery was again poorer than with normal mild steel grinding media. Mixture of carbon dioxide and air as flotation gas improved PGE recovery with some ores, but not always. Effect of carbon dioxide to pulp electrochemistry was detected mainly via pH-value.

Integration of a Bioethanol Process to a Pulp Mill

Tässä diplomityössä tutkittiin puuhakkeen esihydrolyysi- ja hakkuujätteen hydrolyysiprosessien integroimista sellutehtaaseen bioetanolin tuottamiseksi. Tällaisesta ns. biojalostamosta luotiin WinGEMS-simulointiohjelmalla simulointimalli, jonka avulla tutkittiin bioetanoliprosessin vaikutusta sellutehtaan massa- ja energiataseisiin sekä alustavaa biojalostamon kannattavuutta. Simuloinnissa tarkasteltiin kolmea eri tapausta, joissa mäntysellun tuotannon ajateltiin olevan 1000 tonnia päivässä ja hakkuujätettä käytettävän 10 % tarvittavan kuitupuun määrästä: 1) Puuhakkeen esihydrolyysi ja hakkuujätteen hydrolyysi etanolin tuottamiseksi 2) Puuhakkeen esihydrolyysi, hakkuujäte kuorikattilaan poltettavaksi 3) Ei esihydrolyysiä, hakkuujäte kuorikattilaan poltettavaksi Verrattuna tapaukseen 3, puun kulutus kasvaa 16 % esihydrolysoitaessa puuhake ennen keittoa tapauksissa 1 ja 2. Kasvaneella puun kulutuksella tuotetaan tapauksessa 1 149 tonnia etanolia ja 240 MWh enemmän ylimääräsähköä päivässä. Tapauksessa 2 tuotetaan 68 tonnia etanolia ja 460 MWh enemmän ylimääräsähköä päivässä. Tämä tuottaisi vuotuista lisäkassavirtaa 18,8 miljoonaa euroa tapauksessa 1 ja 9,4 miljoonaa euroa tapauksessa 2. Hydrolyysin tuoteliuoksen, hydrolysaatin, haihduttaminen sekä hydrolyysiprosessien orgaanisten jäännöstuotteiden haihduttaminen ja polttaminen kasvattavat haihduttamon ja soodakattilan kuormitusta. Verrattuna tapaukseen 3, tapauksissa 1 ja 2 haihduttamon vaiheiden määrä on kasvatettava viidestä seitsemään ja tarvittavat lämmönsiirtopinta-alat lähes kaksinkertaistettava. Soodakattilan kuormitus kasvaa 39 % tapauksessa 1 ja 26 % tapauksessa 2.