Bättre avkastning från överskottsvärme i kraftmassaindustrin

Dagens moderna sulfatmassabruk är självförsörjande gällande värme- och elbehov och exporterar utöver detta betydande mängder el, allt genererat från förbränning av de träkomponenter som löses upp i processen. Ett exempel är det stora, moderna Suzano Rias do Rio Pardo-bruket med en elexportkapacitet på 180 MW. Vissa bruk använder även intern och extern biomassa för att ytterligare öka sin värme- och elproduktion.

Sulfatmassaprocessens höga effektiviteten i kombination med låg intern förbrukning av processånga har dock lett till en ny ineffektivitet – ökad kondenskraftproduktion. Mottryckskraftproduktion har en mycket hög verkningsgrad, mer än 90%.

Hur kan massabruken få bättre avkastning?

Vad kan massabruk göra för att få bättre avkastning, i form av termisk effektivitet och inkomst, från den tillgängliga högvärdiga överskottsvärmen? Alternativen är många och de bästa lösningarna varierar från bruk till bruk. Här följer några exempel.

• Ökad mottryckskraftgenerering

Befintliga sodapannor och turbininstallationer har normalt begränsade möjligheter till förbättrad mottryckskraftsgenerering. Ökad mängd förbränningsluft och förvärmning av matarvatten kan ibland vara möjligt. Avancerade styrningar och regleringar som ger ett högre genomsnittligt tillgängligt tryckfall över turbinerna kan också bidra.

Vid konstant bränslematning kommer åtgärder och funktioner som implementeras i det fabriksomfattande energisystemet som ökar underlaget för mottryckskraft, att minska kondenskraftgenereringen. Resultatet är dock en nettoökning i total kraftgenerering och export, vilket gör dessa åtgärder attraktiva när de sätts i relation till konventionella värmebesparingar.

Vid byte av sodapannor eller planering av helt nya sulfatmassafabriker är möjligheterna för högre ångtryck bättre. På grund av den mycket krävande kemiska miljön i sodapannan är dock ångtemperaturen med nuvarande tillgängliga metallurgier begränsad till under 515°C, vilket också begränsar turbinens inloppstryck. En möjlighet som ännu inte tillämpats för att övervinna denna begränsning är att gå över till mellanöverhettning av ångan. Mellanöverhettning, som är vanligt i storskaliga kraftvärmeverk, skulle ta bort den nuvarande sodapannans ångtrycksbegränsning vid cirka 110 bar(g) och öppna upp för betydligt högre mottryckskraftgenerering.

• Högre massautbyte

Genom att tillämpa olika massaprocesser eller välja att ändra produktionen till massakvaliteter med högre utbyte används träråvaran mer effektivt med mer produkt per ton råmaterial. Samtidigt minskar de utlösta träkomponenterna, bränslet i sodapannan och därmed produktionen av överskottsånga. Ett exempel på en kemisk massaprocess som ger högre utbyte är polysulfidkokning. Den har använts i stor utsträckning i Japan, som tidigt hade mycket höga kostnader för träråvaran, men har på andra håll hittills inte fått mycket genomslag.

Att flytta hela eller delar av produktionen från blekta kvalitetsprodukter till produkter med högre utbyte som linerboard, kan också vara en attraktiv lösning - särskilt med den nuvarande ökade efterfrågan på plastfria förpackningslösningar. Ny teknik har till och med gjort produktion av linerboard från 100% eukalyptus till en verklighet, vilket öppnar linerboard som ett alternativ för fler producenter.

• Nya produkter

Lignin

Lignin, som är en huvudkomponent i svartluten, har en aromatisk struktur med högt energi- och kolinnehåll, och är en potentiell råvara för kemikalier, bränslen och specialprodukter. Ligninutvinning ses idag som en stor möjlighet för bättre energi- och kolutnyttjande av massafabrikens råvara. Intresset och utvecklingen inom ligninmarknaden och dess olika applikationer samt installationer av nya ligninutvinningsanläggningar har ökat kraftigt under det senaste decenniet.

Sockerarter

Förhydrolys kan ibland ske innan själva sulfatmassaprocessen. Förhydrolysprocessen kan anpassas för att möjliggöra utvinning av sockerarter som xylos. Dessa kan renas och säljas som en baskemikalie eller användas lokalt för fermenteringsprocesser som exempelvis producerar etanol.

Metanol

Vid sulfatmassatillverkning bildas metanol som en biprodukt. Den bildade metanol är dock av låg kvalitet och kräver vidare uppbearbetning. Beroende på råvara och massaprodukt kan utbytet vara upp till 15 kg metanol per ton produkt. De största eukalyptusfabrikerna kan därmed producera upp till 45 000 ton metanol per år. Denna produkt skulle t.ex. kunna vara attraktiv för sjöfartssektorn med sitt låga koldioxidavtryck.

Förgasningsprodukter

Förgasning av svartluten kan ses som ett komplement eller alternativ till sodapannan och har demonstrerats i olika anläggningar genom åren. Kommersialisering av svartlutsförgasning kan öppna möjligheten att producera syntesgasbaserade produkter som väteperoxid, metanol eller hållbart flygbränsle (SAF) i stor skala. Förgasning ger också synergier med koldioxidavskiljning och kan på ett fördelaktigt sätt, kompletteras med väte från elektrolys för att öka produktionskapaciteten.

Produktion av oorganiska kemikalier

Utformningen av sulfatmassafabrikens kemikalieåtervinning öppnar möjligheter att effektivt producera oorganiska kemikalier, inklusive svavelsyra och natriumhydroxid. Dessa kan potentiellt ersätta inköpta kemikalier och/eller generera en marknadsprodukt. Svavelsyreproduktion har redan implementerats i några fabriker och teknologier finns för att producera natriumhydroxid från olika strömmar inom kemikalieåtervinningen. Sodapannans reducerande funktion öppnar möjligheten att uppgradera externa svavelinnehållande natriumavfallsströmmar till natriumhydroxid.

Hur kan AFRY bidra?

Våra experter inom AFRY har djup förståelse för processer inom massaindustrin, samt kraftvärmegenerering. Genom en bredd av erfarenheter inom området för nya produkter med låga koldioxidavtryck och dess marknader, kan vi på AFRY bidra med att utöka dina alternativ för att lönsamt utnyttja sulfatmassafabrikens fulla potential. Vi tillhandahåller tjänster som sträcker sig från konceptuell utveckling till implementering med en samlad expertisen genom våra managementkonsulter och ingenjörsteam.