Intensification of mechanical pulp's drying process and its impacts on greenhouse gas emissions : case Joutseno

Abstract

This master’s thesis was ordered by Metsä Board Joutseno. The goal was to assess the impacts which the new roll press would have on pulp’s dry matter content, flash drying process’ energy consumption and greenhouse gas emissions. In addition the most optimal operation model for the mechanical drying process was built. In the theory part of the thesis the production process, environmental impacts and important properties of mechanical pulp were gone through. In empirical part the case mill in Joutseno was presented and test drives and energy balance were used to analyse the functioning of the roll press.

As results of the test drives it was found out that the roll press managed to both improve the dry matter content of the pulp and to reduce the energy consumption in flash drying process. Annual consumption of natural gas reduces averagely 20 %. Total specific energy consumption of the flash drying process reduces about 17.8 % on the drying line 1 and 12.4 % on the drying line 2. In total natural gas consumption reduces about 3.28 million m3 per year, which accounts for 6 608 tons CO2-equivalent each year. It was also found out that the drying capacity of the roll press is at its highest when the production rate is between 500 – 550 ADt/d and the torque is at the same level or slightly higher, measured as Nm. The two twin-wire presses operate at their best when their production rate is around 250 – 275 ADt/d. Thus the total production rate would be 1 000 – 1 100 ADt/d, at which the dry matter content would be at its highest and the specific energy consumption of the flash drying decent.

Tämän Metsä Board Joutsenon tilaaman diplomityön tavoitteena oli määritellä uuden telapuristimen vaikutukset massan kuiva-aineeseen, hiutalekuivauksen energiankulutukseen sekä maakaasun poltosta muodostuviin kasvihuonekaasupäästöihin. Lisäksi määriteltiin optimaalisin ajotapa mekaaniselle kuivausprosessille. Työn teoriaosassa käsiteltiin mekaanisen massan ominaisuuksia, tuotantoprosessia ja sen ympäristövaikutuksia. Kokeellinen osa alkoi Joutsenon tehtaan tuotantoprosessin läpikäymisellä, jonka jälkeen käytiin läpi koeajot ja energiatase sekä niiden avulla saadut tulokset.

Koeajojen ja energiataseiden avulla selvisi, että telapuristin vähentää maakaasun kulutusta noin 20 %. Kokonais-ominaisenergiankulutus tulee arvioiden mukaan vähenemään noin 17.8 % kuivauslinjalla 1 ja 12.4 % kuivauslinjalla 2. Kokonaisuudessaan maakaasun kulutus tulee vähenemään noin 3.28 miljoonaa m3 vuodessa, mikä vastaa noin 6 608 hiilidioksidiekvivalenttitonnia. Koeajoista selvisi myös, että telapuristimen poistosakeus on korkeimmillaan kun sen tuotantovauhti on noin 500 – 550 ADt/d ja momentti samalla tasolla kunkin hetken tuotannon kanssa tai hieman korkeampi. Kaksi viirapuristinta puolestaan yltävät korkeimpaan kuiva-aineeseen kun niiden kuormitus on noin 250 – 275 ADt/d. Täten tehtaan kokonaistuotanto olisi välillä 1 000 – 1 100 ADt/d. Tällä tasolla massan kuiva-ainepitoisuus on korkeimmillaan hiutalekuivauksen energiankulutuksen pysyessä kohtuullisena.