Life cycle assessment study of a sulfuric acid manufacturing process in the chemical pulping industry

Abstract

Sulfuric acid is one of the most used chemicals in the world and is mainly produced from by-product elemental sulfur from oil and gas refineries. Alternatively, sulfuric acid can be manufactured for example from side streams from metal refining or Kraft pulping. Utilizing side streams of pulping is a development trend in the pulping industry. This thesis was conducted for ANDRITZ and the aim was to study the environmental impacts of sulfuric acid production process from concentrated non-condensable gases at pulp mill. Life cycle assessment study was done with two version of the process: one that uses additional elemental sulfur input and another with only odorous gases. Startup of the plant and two electricity production methods were considered as different scenarios. The process without elemental sulfur had lower environmental impacts in all studied impact categories except for terrestrial eutrophication potential and water depletion potential. There was variation between the impact categories but main contributors to the environmental impacts were the production of elemental sulfur, electricity and process water. In many impact categories, the process that uses elemental sulfur had significantly higher impacts. The results of the baseline scenario were compared to two previous LCA studies of sulfuric acid production from elemental sulfur. The environmental impacts of this study were lower in almost all of the impact categories, but higher impacts were shown for terrestrial eutrophication potential and human toxicity potential. For the process without elemental sulfur, global warming potential was notably lower in comparison to the other version of the process and previous studies.

Rikkihappo on yksi maailman käytetyimmistä kemikaaleista ja pääosin sitä tuotetaan sivutuotteena öljyn ja kaasun jalostuksesta saatavasta alkuainerikistä. Vaihtoehtoisesti rikkihappoa voidaan tuottaa esimerkiksi metallinjalostuksen tai sulfaattisellun sivuvirroista. Sellunvalmistuksen sivuvirtojen hyödyntäminen on selluteollisuuden kehitystrendi. Tämä diplomityö tehtiin ANDRTIZille ja sen tarkoituksena oli tutkia sellutehtaan väkevistä hajukaasuista valmistetun rikkihapon tuotantoprosessin ympäristövaikutuksia. Ympäristövaikutusten arviointi tehtiin elinkaarianalyysilla prosessin kahdesta versiosta: yhdestä, jossa käytetään lisättyä alkuainerikkiä ja toisesta, jossa käytetään vain väkeviä hajukaasuja. Tutkimuksessa huomioitiin myös tehtaan käynnistys sekä kaksi eri sähköntuotantomenetelmää eri skenaarioissa. Prosessilla, jossa ei käytetä alkuainerikkiä, oli alhaisemmat ympäristövaikutukset kaikissa muissa tutkituissa vaikutusluokissa paitsi maaperän rehevöitymisessä ja veden ehtymisessä. Eri skenaarioiden välillä oli eroja, mutta suurin vaikutus oli alkuainerikin, sähköntuotannon ja prosessiveden valmistuksella. Perusskenaarion tuloksia verrattiin aiemmin tehtyihin elinkaarianalyyseihin, jossa rikkihappo valmistettiin alkuainerikistä. Tämän tutkimuksen ympäristövaikutukset olivat alhaisemmat useimmissa vaikutusluokissa, mutta suurempia vaikutuksia oli maaperän rehevöitymiselle ja ihmiselle myrkyllisyydelle. Prosessilla, jossa ei käytetä alkuainerikkiä, ilmaston lämpenemisen potentiaali oli merkittävästi pienempi kuin prosessin toisessa versiossa ja muissa tutkimuksissa.