Sizing the auxiliary system capacities for a pilot plant project

Abstract

Opinnäytetyö on osa Stora Enso Oy:n projektia, jonka tarkoituksena on rakentaa Sunilan tehdasalueelle pilotmittakaavan tehdas ligniinin jatkojalostusta varten. Jatkojalostuksen tarkoituksena on parantaa ligniinin ominaisuuksia, niin että se voisi korvata fossiilipohjaisia materiaaleja tulevaisuudessa. Opinnäytetyö keskittyi käyttöhyödykejärjestelmien suunnittelun ympärille. Tarkoituksena oli selvittää jäähdytysvesijärjestelmän, typpijärjestelmän ja savukaasujenkäsittelyjärjestelmän vaatimukset ja niiden perusteella mitoittaa järjestelmät. Työ toteutettiin keräämällä aineistoa päälaitteina toimivista lämpökäsittelyuuneista. Nämä laitteet määrittelevät tärkeimmät vaatimukset apujärjestelmille. Kerättyä ainestoa analysoitiin ja erilaitteiden vaatimuksia vertailtiin, jotta voitiin määritellä järjestelmälle yhtenäiset vaatimukset. Vaatimusten määrittelyn jälkeen sopivan ratkaisun valinnassa hyödynnettiin kirjallisuutta, tutkimustietoa ja apujärjestelmätoimittajien tietotaitoa. Typpijärjestelmäksi valittiin PSA-teknologialla toimiva generaattori, koska se oli kustannustehokkain järjestelmä, joka pystyi täyttämään vaatimukset. Kompressoriksi järjestelmälle valittiin öljytönruuvikompressori. Järjestelmä varustettiin tarvittavilla säiliöllä ja puhdistuslaitteilla. Savukaasujen käsittelyjärjestelmän osalta päädyttiin ratkaisuun, joka sisälsi kaksi erillistä polttokammiota. Päälaitevalmistajat suunnittelevat ja toimittavat molemmat polttokammiot. Jäähdytysvesijärjestelmäksi suunniteltiin suljetuksi kierroksi. Suljettukierto vaatii lämmönvaihtimen, jäähdytysteholtaan n.200kW, jotta nesteen lämpötila pysyy tasaisena. Järjestelmien mitoituksen tarkkuuteen vaikuttivat lähtötietojen vähäisyys ja salassapitoasiat sekä referenssien puute. Nämä ovat tyypillisiä ongelmia pilotprojekteille. Suurin osa saaduista tuloksista on luotettavia ja niitä voidaan hyödyntää myöhemmin prosessisuunnittelussa.

The thesis is a part of a Stora Enso’s project. The objective of the project is to build a pilot-scale plant where lignin can be processed. The aim of processing lignin is to improve its properties so that it can replace fossil-based materials in the future. The thesis focused on the design of auxiliary systems. The main objectives of the thesis were to determine the re-quirements for the nitrogen supply system, the exhaust gas treatment system, and the cool-ing water system and to select suitable equipment based on these requirements. The study was done by gathering material from heat treatment furnaces which are the main equipment of the process. The technical data of the furnaces provided the main require-ments for the auxiliary systems. The material was analyzed and the requirements from each furnace were compared with each another so that uniform requirements could be made for the systems. Once the requirements were set, literature, studies, and the knowledge of the auxiliary system suppliers were utilized to select the equipment for the systems. A generator with PSA-technology was chosen for the nitrogen supply system because it was found to be the most cost-efficient solution that met the requirements. An oil-free screw-compressor was selected as a compressor for the system. The system is equipped with the necessary vessels and cleaning equipment. For the exhaust gas treatment system, the solu-tion included two separate combustion chambers. The main equipment manufacturers de-sign and supply both combustion chambers. The cooling water system was designed to have a closed loop. The closed loop requires a heat exchanger with 200kW cooling power to keep the water temperature inside the loop stable. The scarcity and secrecy of the data, as well as the lack of references, affected the sizing accuracy of the systems. These are normal prob-lems for a pilot-project. However, most of the results are reliable and these results can be utilized in the process design.