Development of oxygen delignification modeling for more applicable real world mill environments

Abstract

The thesis focuses on continuation of development for oxygen delignification modelling. New model being developed will be compared with older models with confirmation for the uncertain variables present in the delignification process. New model focuses on oxygen mass transfer and effect of oxygen pressure in the process with aim to improve the accuracy of the model.

New measuring equipment of the project have given new opportunities for attaining better understanding of the mass transfer of oxygen in the delignification process and confirming its effect on the process performance. Earlier models found in literature have not had such focus on oxygen mass transfer due to lack of measuring capabilities for example. Development of this new model have advanced well with taking process variables in the mill site into account and creating more accurate model to be used at the mills.

Model development was done in laboratory and at the mill environment which gave a good insight on different variables affecting the process performance of oxygen delignification. These include alkali and oxygen consumption with the total alkali entering the process. Alkali input and consumption for both alkali and oxygen from washing of the brown mass and black liquor. Better verification of these inputs gave better accuracy of the model for the use of modelling in mill environment as the level of the alkali and already dissolved lignin in black liquor will have variability in the process which will affect the kappa reduction obtained from delignification process. Theory of high-pressure oxygen delignification and the oxygen mass transfer in it was also in the scope of verification but they will still require laboratory experiments for confirmation, which will also help with the development of model in the future.

Diplomityössä tarkoituksena oli jatkaa happivaiheen mallintamisen kehitystyötä ja vertailla uutta mallia aikaisemmin tehtyyn malliin ja saada lisävarmennusta vielä avoinna oleviin kysymyksiin mallien toiminnasta. Uudessa mallissa keskityttiin hapen aineensiirtoon ja paineen vaikutukseen mallissa, sekä pyrittiin parantamaan mallin toimivuutta.

Tutkimusprojektin käytössä olevilla mittauslaitteistolla on pystytty pääsemään käsiksi happidelignifioinnin hapen aineensiirtoon paremmin ja varmistumaan sen vaikutuksista itse prosessissa. Aikaisemmissa pitemmälle kehitetyissä malleissa jotka löytyivät kirjallisuudesta ei hapen osuutta ole pystytty samalla tavalla tutkimaan. Näin ollen nykyisen mallin kehitystyössä on päästy hyvin eteenpäin uuden mallin luomiseksi ja erilaisten muuttujien huomioonottamiseksi tehdasympäristössä.

Nykyisen mallin kehitystä on tehty niin laboratoriossa kuin tehdasympäristössä jossa ollaan myös pystytty ottamaan huomioon tehtaalla vaihtelevat olosuhteet niin alkaliannoksen kuin jo liuenneen ligniinin vaikutuksista alkalin ja hapen kulutukseen. Alkalin kokonaismäärään ja kulutukseen, sekä hapen kulutukseen vaikuttavat tekijät massan pesussa ja mustalipeässä antavat mahdollisuuden parempaan sovitukseen tehdaskäyttöön, sillä näiden tasoissa on huomattavaa vaihtelua ja ne vaikuttavat delignifioinnissa saatavaan kappareduktioon. Kehitteillä olevan mallin ja aikaisemman mallin välisillä vertailuilla pyrittiin myös varmistamaan teoriaa korkeassa paineessa tapahtuvaan delignifiointiprosessiin ja sen mahdolliseen käyttäytymiseen hapen aineensiirron osalta. Korkeapainedelignifioinnit vaativat vielä tulevaisuudessa varmistusta laboratoriokokeiden muodossa joka myös tarjoaa varmennusta nykyisiin malleihin.