BCTMP-tehtaan haihduttamolle syötetyn jakeen laadun parantaminen

Abstract

Diplomityö tehtiin Metsä Board Oyj:n Kaskisten BCTMP-tehtaalle. Työn aiheena on BCTMP-tehtaan prosessivesihaihduttamolle syötetyn suodosvesijakeen kemiallisen koostumuksen analysointi ja sen laadun parantaminen. Tavoitteena oli selvittää haihduttamon syöttövesisihdin akseptisuodoksen eli haihduttamolle syötetyn suodosjakeen ja sen muodostavien suodosjakeiden kemiallinen koostumus eri massalajien tuotannon aikana. Kokeellisessa osassa tutkittiin retentiokemikaalin ja häiriöainepitoisen hienoaineretention vaikutuksia akseptisuodoksen laadun parantamiseksi sekä sen vaikutuksia puhallinhaihduttimen prosessilauhteen tuottokykyyn. Kokeellinen osa koostuu prosessikartoituksen laboratorioanalyyseistä ja tehdaskoeajoista.

Teoriaosuudessa keskitytään BCTMP:n valmistusprosessiin ja sen kiertovesijärjestelmään. Kiertovesijärjestelmässä tarkastellaan, miten puuraaka-aineen kemiallinen koostumus ja valmistusprosessin prosessivaiheiden olosuhteet vaikuttavat kiertoveden laatuun. Kiertoveden epäpuhtaudet, kuten hienoaine, uuteaineet, ligniini ja epäorgaaniset aineet, kuten metallit, reagoivat muiden läsnä olevien aineiden kanssa muodostaen saostumia ja kertymiä prosessilaitteisiin. Saostumien kerääntyessä haihdutusyksiköiden pinnoille, ne haittaavat lämmönsiirtoa ja alentavat siten haihdutuksen tehokkuutta. Lisäksi käsitellään vaihtoehtoisia sisäisen kiertovesijärjestelmän kiertoveden käsittelymenetelmiä epäpuhtauksien vähentämiseksi.

Prosessikartoituksessa vertaillaan eri massalajien suodosjakeiden, kuten kirkassuodoksien ja haihduttamon syöttövesisihdin akseptisuodoksien kemiallisia koostumuksia. Analyysitulokset osoittavat Super Bulk -massalajin suodosvesien olevan puhtaimpia. Sen epäorgaanisten aineiden pitoisuudet ovat muiden massalajien suodosvesiin verrattuna matalimmat. Akseptisuodokset sisältävät korkeita tuhkapitoisuuksia, natriumin ollessa vallitsevin metalli. Uuteaineanalyysien perusteella suodosvesien uuteainetyypit ovat suurimmaksi osaksi triglyseridejä ja steryyliestereitä. Kiekkosuotimella saostetun massan kokonaisuuteainepitoisuudesta lopputuotteeseen päätyy alle 10 %:ia. Kiekkosuotimen uuteainereduktio voi vaihdella 77,4 – 81,9 %:n välillä.

Koeajossa retentiokemikaalia annosteltiin kiekkosuotimen syötön lisäksi valituille MC-pumpuille. Tavoitteena oli muodostaa häiriöainepitoisia hienoaineflokkeja ja kuljettaa ne kuidun mukana lopputuotteeseen, parantaen haihduttamolle syötetyn suodosjakeen laatua sekä nostaa BCTMP:n saantoa materiaalihäviön sijaan. Koeajossa nähtiin viitteitä hienoaineflokkien muodostumisesta ja kiekkosuotimen massakakun suodatusominaisuuksien muuttumisesta. Akseptisuodoksen sameus ja COD-pitoisuus laskivat sekä alkuainepitoisuuksissa nähtiin merkittäviä reduktioita. Hienoaineretention seurauksena akseptisuodoksen laatu parantui. Merkittävistä reduktioista ja laadun parantumisesta huolimatta akseptisuodoksen tulee olla puhtaampi vaikutusten näkymiseksi puhallinhaihduttimen prosessilauhteen tuottokyvyn kehittymisessä. Akseptisuodos vaatii erillisen käsittelymenetelmän kolloidisten ja liuenneiden epäpuhtauksien poistamiseksi.

This Master’s thesis was carried out for Metsä Board Oyj Kaskinen BCTMP mill. The thesis focuses on analyzing the chemical composition and improving the quality of the filtrate feed supplied to the evaporation process in the chemical recovery for the BCTMP (Bleached Chemi-ThermoMechanical Pulp) production. One objective was to determine the chemical composition of the filtrate fed to the evaporator, known as the accept filtrate of the pressure screen, and the filtrates that make up the accept filtrate. A further objective was to experimentally explore the effects of retention chemicals used for retention of fine material to improve the quality of the accept filtrate, and to measure their effect on the process condensate production in the MVR-evaporator. The experimental part includes laboratory analyses and mill scale test trials.

Theory is developed with focus on the BCTMP manufacturing process and its circulating water system. In circulating water system, the chemical composition of wood raw material and the process conditions in different production stages affect the quality of the circulating water. The impurities in circulating water, such as fines, extractives, lignin and inorganic substances like metals, react with other materials present forming precipitates and deposits on process equipment. When deposits accumulate on the surfaces of evaporator units, they hinder heat transfer and as a result lower the process efficiency. Additionally, alternative methods to reduce impurities within the internal water circulation system are discussed.

Process mapping compares the chemical compositions of filtrates, i.e. clear filtrates and accept filtrates, during production of different BCTMP grades. The results of analyzes indicate that the filtrates from the Super Bulk pulp grade are the purest, having lower concentrations of inorganic substances compared to other pulp grades. The accept filtrates have high ash contents, with sodium being the predominant metal. Based on extractives analysis, the types of extractives in the filtrates are mainly triglycerides and steryl esters. The final BCTMP product contains less than 10% of the total extractives treated at the disc filter. The results of the extractive reduction achieved by the disc filter range from 77,4 % to 81,9 %.

In mill scale test trials, retention chemicals were dosed to selected MC-pumps in addition to the disc filter feed. The goal was to form impurity-rich fine material flocs and carry them out of the circulation with BCTMP product. Thereby, improving BCTMP yield and improving the quality of the filtrate feed to the evaporators. The test trials showed indications of fine material flocculation formation and changes in the filtration properties of the disc filter's mass cake. A decrease in accept filtrate turbidity, COD, as well as significant reductions in elemental concentrations were observed as a result of fine material retention. The result was an improvement in accept filtrate quality. Despite significant reductions, the accept filtrate needs to be purer for the effects to show as improvement of the production capacity of the MVR-evaporator process condensate. A distinct treatment method for accept filtrate is required for efficient removal of colloidal and dissolved impurities.