Kullan tuotanto tiosulfaattiprosessilla: prosessi- ja tasetarkastelu

Prosessin esisuunittelu kullan tuotantoon liittyen. Prosessin lähtökohtana tiosulfaattiliuotus, jolla on vakiintuneeseen syanidimenetelmään nähden useita, etenkin turvallisuuteen ja ympäristöön liittyviä etuja. Menetelmään liittyy myös haasteita, eikä sitä ole vielä kaupallisesti hyödynnetty. Työssä tarkastellaan näitä etuja ja haittoja sekä mahdollisuuksia ja riskejä. Suunniteluvaiheessa prosessivaiheet esitetään kuitenkaan menemättä yksityiskohtaiseen suunnitteluun. Lisäksi lasketaan prosessin alustava ainetase.

Naudanlanta biokaasulaitosraaka-aineena, käsittely ja logistiikka

Maatalouden lietelannasta saatavien ravinteiden talteenotto ja kierrätys ovat viime aikoina nousseet yhä tärkeämmäksi tavoitteeksi. Ravinteiden tehokas kierrätystapa saadaan ai-kaiseksi käsittelemällä lietelantaa. Lannan käsittelyketjuja on monenlaisia; tässä työssä naudan lannan käsittelyketju muodostuu separoinnista ja mädätyksestä. Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää naudan lannan mekaanisen separoinnin ja logistiikan kannattavuus märkämädätys- ja kuivamädätyskäsittelyketjussa. Käsittelyketju-jen kannattavuus tai kannattamattomuus on esitetty eri skenaarioissa muodostettujen kus-tannuslaskentojen perusteella. Skenaarioiden kustannuslaskelmat ovat toisiinsa verratta-vissa, jolloin ne voidaan asettaa niin ikään paremmuusjärjestykseen. Viides skenaario ei ole suoraan verrattavissa muihin skenaarioihin, koska siinä lannankäsittelyketjua on tar-kasteltu eri näkökulmasta, keskittämällä suurimmalle maatilalle. Mekaanisista separaattoreista tarkasteltiin työssä ruuvipuristinta, dekantterilinkoa ja ul-koistettua separointipalvelua. Lannan logistiikkakustannuksissa huomioitiin lannan kulje-tusta traktori- ja säiliöautolla tai traktorilla. Separoinnin kustannus liitettiin osaksi logis-tiikkakustannusta. Työn tuloksien perusteella voidaan todeta dekantterilingon separointi-kustannuksen olevan taloudellisesti kannattamattomin johtuen pienestä lantakapasiteetista ja separaattorin korkeasta investointihinnasta. Ravinteiden osalta linko osoittautui tehok-kaimmaksi menetelmäksi erottamaan ravinteet eri jakeisiin. Lannan käsittely separointipalvelulla oli edullisin skenaario, jonka vuosittaiseksi kustan-nukseksi saatiin säiliö- ja kuorma-autolla lantaa kuljetettaessa 58 700 € ja traktorilla kul-jetettaessa 60 400 €. Kallein lannan käsittely oli dekantterilingolla, jonka vuosittaiseksi kustannukseksi saatiin lantaa säiliö- ja kuorma-autolla kuljetettaessa 121 000 € ja trakto-rilla kuljetettaessa 123 300 €. Lannan separointi maatilalla osoittautui kannattavammaksi kuin käsittelemättömän lietteen kuljetus biokaasulaitokselle.

Hiilidioksidin käsittely P2G prosessia varten

Power-to-Gas (P2G) tarkoittaa sähköenergian muuttamista kaasuksi. Kyse on konseptista, jossa uusiutuvaa energiaa varastoidaan kaasuun kemialliseksi energiaksi. Siinä tuotettava kaasu on joko vetyä tai metaania. Metanoinnissa muodostetaan hiilidioksidista ja vedystä kemiallisella prosessilla metaania, joka voidaan syöttää maakaasuverkkoon. Hiilidioksidin laadulle tässä prosessissa ei ole selkeitä ohjeita. Tässä työssä on tavoitteena selvittää miten hiilidioksidin laatu vaikuttaa metanointiprosessiin ja miten sitä tulee käsitellä tätä prosessia varten. Selvitetään myös mahdollisia hiilidioksidinkäsittelymenetelmiä, sekä lyhyesti talteenotto- ja kuljetustapojen vaikutuksia niihin. Esitetään kirjallisuudesta löytyviä arvioita hiilidioksidin käsittelyn kustannuksille.

Characterization of amine-based CO2 adsorbent for Direct Air Capture

Direct air capture technologies extract CO2 from air at a concentration of as low as 400ppm. The captured CO2 can be used for the production of synthetic methane or liquid fuels. In the literature survey of this thesis, results related to direct air capture by using solid sorbents are presented and critically discussed. In the experimental part, a proprietary amine functionalized resin is characterized for direct air capture. Structural comparison is also made to a commercial resin of similar type. Based on the literature survey, the most important parameters in direct air capture process are low adsorption and desorption temperatures, good cyclic stability in dry and humid conditions, high CO2 outlet purity and a high working capacity. Primary amine functionalized solid sorbents are found to often have good qualities for direct air capture, but overall process performance is rarely studied exhaustively. Based on FTIR spectra, both resin adsorbents are found to be consisted of polystyrene functionalized with primary amine, and capture CO2 by forming carbamate. The commercial resin is more porous, has a slightly higher particle size and contains fewer impurities. Important physical parameters are gained of the proprietary resin, such as internal porosity and median particle size. The resin’s amine group is found to endure thermal treatment reasonably well. CO2 adsorption capacity gained by thermal gravimetry from 400ppm CO2 is highest at 25oC, and is found to be reasonable compared to values presented in literature. Thus, the resin is stated to exhibit promising qualities for direct air capture.

Tikkureduktio klooridioksidivalkaisussa

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää miten laite- ja prosessitekniikka, ennen kaikkea sekoitus, vaikuttaa tikkujen liukenemiseen eli tikkureduktioon. Tutkimustyön lähtökohdaksi otettiin se, että sekoituksella on vaikutus tikkupitoisuuteen. Sekoituksen lisäksi selvitettiin muiden valkaisuparametrien (reaktiolämpötila, viive ja valkaisukemikaaliannos) merkitys valkaisujen aikana. Valkaisumenetelminä käytettiin pussivalkaisua ja valkaisua Mark IV-reaktorissa. Näiden suurin ero on sekoitus, joka on Mark IV-reaktorissa hyvin tehokas verrattuna pussivalkaisuihin. Valkaisumenetelmien ja prosessiratkaisujen kehittyessä valkaisukemikaalien kulutusta on vähennetty viime vuosien aikana merkittävästi. Tämän seurauksena valkaisukemikaalikustannukset sekä ympäristökuorma ovat pienentyneet. Kun valkaisukemikaalien käyttöä on vähennetty, tikkujen liukeneminen valkaisuvaiheen aikana on hidastunut. Valmis sellu ei saa sisältää tikkuja, joten niiden määrä on pidettävä hyväksyttävänä. Samanaikaisesti on paine optimoida kemikaalien käyttöä. Tämän kandidaatintyön perusteella voidaan todeta sekoituksella olevan vaikutusta tikkujen liukenemiseen valkaisuvaiheessa, sillä tikkureduktio oli selkeästi parempi Mark IV-reaktorissa tehtyjen valkaisujen jälkeen. Parhaiten tikkuja liukeni valkaisusekvenssissä, kun ensimmäisen klooridioksidivaiheen kemikaaliannos oli korkeampi ja toisen klooridioksidivaiheen matalampi. Käytettyjen prosessimuuttujien tarkemman merkityksen selvittäminen vaatii kuitenkin vielä lisätutkimusta.

Ohutlevykotelon valmistettavuuden ja pinnoitettavuuden huomioiminen suunnittelussa

Korkean IP-luokituksen ohutlevykotelointi on haastava kokonaisuus. Koteloinnin tiivistys ruiskutettavalla polyureapinnoitteella edellyttää usean osa-alueen samanaikaista hallintaa. Kotelo on alusta alkaen suunniteltava pinnoitettavaksi, sillä pinnoitus asettaa lukuisia vaatimuksia ja rajoituksia esimerkiksi käytettäville muodoille, rakenteille ja liittämismenetelmille. Polyurea on elastomeeri, josta valmistettua pinnoitetta voidaan levittää erityisellä ruiskutuslaitteistolla. Polyureapinnoite sallii kotelon asentamisen vaikeisiin olosuhteisiin, sillä se kestää kemikaaleja, kulutusta ja iskuja sekä tarjoaa tiiveyden lisäksi korroosiosuojan koteloinnille. Pinnoitteen ominaisuuksia, kuten kovuutta, elastisuutta ja kemikaalien sekä UV-säteilyn kestoa voidaan räätälöidä käyttökohteen mukaan. Polyurepinnoitteeella pinnoitettavat pinnat on pyrittävä pitämään mahdollisimman yksinkertaisina, mikä tarkoittaa käytännössä kaikenlaisten kohoumien, ulkonevien osien, reikien ja muiden epäjatkuvuuskohtien välttämistä. Kaikki epäjatkuvuuskohdat vaativat erityishuomiota pinnoituksen aikana, sillä epäjatkuvuuskohtien onnistunut pinnoitus vaatii ruiskutusta useasta suunnasta, mikä lisää virhemahdollisuuksia ja siten vaarantaa koteloinnin tiiveyden. Liittämismenetelmät ovat yksinkertaisten muotojen ohella avainasemassa pinnoituksen onnistumisen kannalta. Menetelmistä tulee suosia sellaisia, joiden pinnoitettavaan pintaan aiheuttama epäjatkuvuuskohta on mahdollisimman vähäinen. Tällaisia menetelmiä ovat esimerkiksi vastuspistehitsaus ja puristeruuvi.

Biomassaperäisen liuoksen fraktiointi membraanisuodatuksella

Työn tavoitteena oli hiilihydraattien ja aminohappojen talteenotto biomassaperäisistä liuoksista erilaisina fraktioina ultra- ja nanosuodattamalla niitä erilaisilla membraaneilla. Työ tehtiin selvitystyönä Senson Oy:lle syystalven 2015 ja kevään 2016 välisenä aikana. Teoriaosassa perehdyttiin nanosuodatukseen ja sen erilaisiin sovelluksiin teollisuudessa, sekä lyhyesti muihin paineavusteisiin membraanisuodatusprosesseihin. Teoriaosassa myös keskityttiin erityisesti nanosuodatuksessa käytettyihin membraaneihin sekä niiden likaantumismekanismeihin. Kokeellisessa osassa keskityttiin hiilihydraattien ja aminohappojen talteenottoon kolmesta biomassaperäisestä liuoksesta. Tutkimuksen osa-alueita olivat ultrasuodatus, ultrasuodatuksen konsentraatin kirkastaminen sekä ultrasuodatuksen permeaatin fraktiointi nanosuodatuksella. Tutkimuksessa kiinnitettiin myös erityistä huomiota suodatuskalvojen likaantumiseen ja peseytyvyyteen sekä kalvojen käytettävyyteen pesujen jälkeen. Ultrasuodatuksessa kaikkien kolmen liuoksen kohdalla tutkittavien hiilihydraattien saanto permeaattiin oli hyvä, noin 90 %. Ultrasuodatuksissa käytettyjen membraanien osalta ei myöskään ollut havaittavissa merkittävää likaantumista. Ultrasuodatuksen konsentraattien kirkastamiskokeissa sameutta aiheuttavat komponentit saatiin poistettua kaikista liuoksista yli 94 %:in tehokkuudella. Nanosuodatuksissa monosakkaridit saatiin erotettua suuremmista hiilihydraattikomponenteista joko täysin tai lähes täysin (97 - 100 %). Nanosuodatuksissa käytettyjen membraanien osalta huomattavaa likaantumista oli havaittavissa vain membraanilla 2. Tulosten perusteella nanosuodatuksen voidaan sanoa olevan tehokas tapa erottaa pienet monosakkaridit suuremmista hiilihydraattiyhdisteistä.

Vesien tila hyväksi yhdessä : Tornionjoen vesienhoitoalueen vesienhoitosuunnitelma vuosiksi 2016-2012

Tähän vesienhoitosuunnitelmaan on koottu tiedot vesien tilasta sekä vesienhoitokaudella 2016–2021 tarvittavat toimenpiteet vesien tilan parantamiseksi ja ylläpitämiseksi Tornionjoen vesienhoitoalueella. Suunnitelma kattaa Suomalais-ruotsalaisen vesienhoitoalueen Suomen puoleisen alueen. Toimenpiteillä vähennetään rehevöitymistä ja vesiympäristölle vaarallisten ja haitallisten aineiden esiintymistä sekä vesistöjen rakenteessa ja hydrologiassa tapahtuneiden muutosten vaikutuksia. Vesienoitoalueen vesien tilaan on vaikuttanut niin haja- ja pistekuormitus kuin maa- ja vesiympäristön fyysinen muokkaaminen. Vesistöjä muuttavat tekijät painottuvat vesienhoitoalueen eteläosaan. Eniten vesistöjen tilaa ovat muuttaneet uittoperkaukset sekä suo- ja metsäojitukset. Tengeliönjoen vesistössä vesistöjen säännöstely ja rakentaminen ovat muuttaneet vesien tilaa. Alueen ihmistoiminnasta sisävesiin tulevasta ravinnekuormituksesta huomattava osuus tulee hajakuormituksena maa- ja metsätaloudesta sekä hajaasutuksesta. Pistemäinen ravinnekuormitus on pääosin peräisin teollisuudesta ja yhdyskuntien jätevesistä. Teollisuuden ja taajamien jätevesien puhdistukseen on panostettu viime vuosikymmeninä voimakkaasti ja pistekuormitus ei ole nykyisellään erityisen suuri vesiensuojelullinen ongelma. Kaivosteollisuus vesienhoitoalueella on mahdollisesti kasvussa, mikä lisää vesistöjen pilaantumisriskiä etenkin metallien ja vesille haitallisten aineiden osalta. Osalla pohjavesialueista kuormittava toiminta, kuten pilaantuneet maa-alueet, maa-ainesten otto, asutus, teollinen toiminta, polttoaineiden ja kemikaalien varastointi, liikenne ja kuljetukset voivat aiheuttaa vaaraa pohjavesien hyvälle laadulle. Vesienhoitoalueen vesistöt purkautuvat Perämereen, joka on kuormitukselle herkkä murtovesialue. Valtaosa sen ravinne- ja kiintoainekuormituksesta tulee jokivesien mukana, joten kuormituksen vähentäminen valuma-alueilla parantaa myös rannikkovesien tilaa. Rannikkovesiin kohdistuu myös suoraa kuormitusta teollisuuslaitoksista ja yhdyskuntien jätevedenpuhdistamoista. Rannikkovesien tilan parantaminen kytkeytyy merenhoidon suunnitteluun.

Liquid-phase alcohol promoted methanol synthesis from CO2 and H2

Methanol is an important and versatile compound with various uses as a fuel and a feedstock chemical. Methanol is also a potential chemical energy carrier. Due to the fluctuating nature of renewable energy sources such as wind or solar, storage of energy is required to balance the varying supply and demand. Excess electrical energy generated at peak periods can be stored by using the energy in the production of chemical compounds. The conventional industrial production of methanol is based on the gas-phase synthesis from synthesis gas generated from fossil sources, primarily natural gas. Methanol can also be produced by hydrogenation of CO2. The production of methanol from CO2 captured from emission sources or even directly from the atmosphere would allow sustainable production based on a nearly limitless carbon source, while helping to reduce the increasing CO2 concentration in the atmosphere. Hydrogen for synthesis can be produced by electrolysis of water utilizing renewable electricity. A new liquid-phase methanol synthesis process has been proposed. In this process, a conventional methanol synthesis catalyst is mixed in suspension with a liquid alcohol solvent. The alcohol acts as a catalytic solvent by enabling a new reaction route, potentially allowing the synthesis of methanol at lower temperatures and pressures compared to conventional processes. For this thesis, the alcohol promoted liquid phase methanol synthesis process was tested at laboratory scale. Batch and semibatch reaction experiments were performed in an autoclave reactor, using a conventional Cu/ZnO catalyst and ethanol and 2-butanol as the alcoholic solvents. Experiments were performed at the pressure range of 30-60 bar and at temperatures of 160-200 °C. The productivity of methanol was found to increase with increasing pressure and temperature. In the studied process conditions a maximum volumetric productivity of 1.9 g of methanol per liter of solvent per hour was obtained, while the maximum catalyst specific productivity was found to be 40.2 g of methanol per kg of catalyst per hour. The productivity values are low compared to both industrial synthesis and to gas-phase synthesis from CO2. However, the reaction temperatures and pressures employed were lower compared to gas-phase processes. While the productivity is not high enough for large-scale industrial operation, the milder reaction conditions and simple operation could prove useful for small-scale operations. Finally, a preliminary design for an alcohol promoted, liquid-phase methanol synthesis process was created using the data obtained from the experiments. The demonstration scale process was scaled to an electrolyzer unit producing 1 Nm3 of hydrogen per hour. This Master’s thesis is closely connected to LUT REFLEX-platform.