TEKNILLINEN KORKEAKOULU Kemian ja materiaalitieteiden tiedekunta Puunjalostustekniikan koulutusohjelma
Eevi Smolander
SULFAATTISELLUTEHTAAN HAJUKAASUJÄRJESTELMIEN KEHITTÄMINEN
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Espoossa 2.7.2009.
Valvoja Professori Olli Dahl
Ohjaaja Diplomi-insinööri Reijo Korhonen
TEKNILLINEN KORKEAKOULU
Kemian ja materiaalitieteiden tiedekunta Koulutus-Ztutkinto-ohjelma:
Puunjalostustekniikka________________ _
DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ
Tekijä
Eevi Smolander
SULFAATTISELLUTEHTAAN HAJUKAASUJÄRJESTELMIEN KEHITTÄMINEN
Tiivistelmä
Työn tavoitteena oli löytää uusia potentiaalisia hajukaasujen käsittelyyn liittyviä tuotteita, joiden avulla Andritz Oy voi laajentaa service -liiketoimintaa.
Sulfaattisellutehtailla käytössä oleviin ja moderneihin tekniikoihin tutustuttiin kirjallisen lähdeaineiston ja asiantuntijahaastattelujen avulla. Todellista hajukaasujen käsittelyn tilannetta sellutehtailla selvitettiin tutustumalla neljän tehtaan prosessiin ja hajukaasujärjestelmiin. Uusia potentiaalisia service -tuotteita pyrittiin löytämään vertailemalla tehtaiden hajukaasujärjestelmiä moderneihin tekniikoihin ja ratkaisuihin. Tehtaiden hajukaasujärjestelmissä esiintyvien ongelmien ratkaisemiseksi esitettiin parhaita käytettävissä olevia tekniikoita.
Potentiaalisia servicen tuotteita ovat ne modernit tekniikat ja ratkaisut joita ei vielä löydy jokaiselta sulfaattisellutehtaalta. Tarkoituksena ei ollut kehittää uutta tekniikkaa, vaan tunnistaa ne tuotteet joita Andritz voi tarjota asiakkaille heidän hajukaasujärjestelmien kehittämiseksi.
Tehdasselvitysten pohjalta löydettiin viisi tuotetta joilla on mahdollista parantaa tehtaiden hajukaasujärjestelmien turvallisuutta ja käytettävyyttä sekä hajukaasujen käsittelyastetta. Nämä tuotteet ovat hajukaasujen keräilyjärjestelmän kehittäminen, turvallisuuden parantaminen hajukaasujärjestelmissä, höyrykiehutin, hajukaasujen polttoratkaisut ja lauhteenpoisto hajukaasukanavissa ja -putkistoissa.
Tuoteideoille tehtiin markkinointimateriaalit työn liitteeksi. Markkinointimateriaalissa käydään läpi asiakkaan mahdollinen ongelma, kuvataan Andritzin ratkaisu ja kerrotaan ratkaisulla saavutettavat edut. Asiakkaat eivät välttämättä ole tietoisia hajukaasujärjestelmissään esiintyvistä turvallisuusriskeistä ja puutteista. Työn tuloksena tuotetun markkinointimateriaalin avulla asiakkaat voivat tutustua Andritzin tarjoamiin mahdollisuuksiin kehittää hajukaasujärjestelmiä.
Haasteita service -liiketoiminnan laajentamiseksi asettavat vahvat kilpailijat, ja se ettei hajukaasujärjestelmiin investoiminen kuulu tehtaiden prioriteetteihin. Ympäristönsuojelulliset vaatimukset tulevat todennäköisesti kiristymään edelleen, minkä vuoksi monet tehtaat joutuvat tulevaisuudessa parantamaan hajukaasujärjestelmiään
Työn valvoja
Professori Olli Dahl
Työn ohjaaja
Diplomi-insinööri Reijo Korhonen
Professuuri
Teollisuuden ympäristötekniikka
Koodi
Puu-127
Sivumäärä
70 s. + 7 liitettä.
Kieli
suomi
Avainsanat
Hajukaasut, DNCG, CNCG
Päiväys
1.7.2009
HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Chemistry and Materials
Sciences
Degree Programme: Forest Products Technology_____
ABSTRACT OF MASTER’S THESIS
Author
Eevi Smolander
DEVELOPMENT OF NON-CONDENSABLE GAS SYSTEMS OF A KRAFT PULP MILL
Abstract
The objective of this work was to find new potential products that enable Andritz to expand their service-business in field of non-condensable gas handling.
Modem non-condensable gas systems were studied with the help of literary sources and expert interviews. Current situation of non-condensable gas handling of existing kraft pulp mills was studied in visits to four pulp mills. Mills’ processes and systems were compared with modern techniques. Best available techniques were suggested to improve mills’ non-condensable gas systems.
Potential service products are those modem techniques that can not be found in all kraft pulp mills.
The purpose of this work was not to develop new techniques, but to identify the products which Andritz could offer to its clients to improve their non-condensable gas systems. Based on mill studies five products were found which could improve the safety and availability of non-condensable gas systems and also decrease sulphur and odorous emissions. The selected products were.
“Improved Non-Condesable Gas Collection”, “Safety Improvement in Non-Condensable Gas System”, “Vapour Reboiler”, “Combustion of Non-Condensable Gas” and “Condensate Removal in Non-Condensable Gas System”.
Marketing materials for these potential products were prepared. The marketing material describes the possible challenge, the Andritz solution to problem and benefits achieved with Andritz solution.
Clients may not be aware of potential safety risks and deficiencies in their non-condensable gas systems. With the help of marketing material clients can acquaint themselves with the possibilities that Andritz offers to improve their non-condensable gas systems.
Expanding service-business is challenging because of strong competitors and the fact that investments in non-condensable gas systems are not pulp mill’s priorities. It is expected that environmental demands will tighten which encourages pulp mills to improve their non-condensable gas systems.
Supervisor
Olli Dahl, Professor
Instructor
Reijo Korhonen, M.Sc. (Tech)
Chair
Industrial Environmental Technology
Chair code
Puu-127
Pages
70 p. + 7 appendices
Language
Finnish
Keywords Date
ALKUSANAT
Tämä diplomityö on tehty Andritz Oy:ssä Helsingissä marraskuun 2008 ja kesä
kuun 2009 välisenä aikana.
Esitän kiitokseni työni ohjaajalle DI Reijo Korhoselle työni tukemisesta ja ideoita herättävistä palautteista, jotka auttoivat minua löytämään työn punaisen langan.
Haluan kiittää työni valvojaa ja tarkastajaa, professori Olli Dahlia, diplomityöpro- sessia selkeyttäneistä neuvoista ja tuesta työtäni kohtaan. Perehdytyksestä haju- kaasujen maailmaan ja läpi työni kestäneestä opastuksesta haluan antaa kiitokset Kirsi Hovikorvelle. Työni kommentoinnista haluan kiittää mentoriani DI Heini Jokista ja oikolukemisesta FM Merja Ahtiaista.
Kiitokset haluan esittää myös kaikille lähipiirini ihmisille, jotka tukivat minua työssäni. Erityisesti haluan kiittää Mikkoa, joka auttaa pessimistiä näkemään asi
oiden valoisat puolet. Parhaimmat kiitokset annan perheelleni sinnikkäästä kan
nustuksesta ja rohkaisusta opinnoissani. Motivaation ylläpitämisestä erityiskiitos kuuluu siskolleni Sallalle. Tärkeästä vapaa-ajalla rentoutumisesta ja vertaistuesta kiitän rakkaita ystäviäni.
Helsinki 2. heinäkuuta 2009
Eevi Smolander
SISÄLLYSLUETTELO
1 JOHDANTO... 8
2 SULFAATTISELLUTEHTAAN HAJUKAASUT... 9
2.1 Laimeat hajukaasut, DNCG... 9
2.2 Väkevät hajukaasut, CNCG... Ю 2.3 Hajukaasujen komponentit... 12
2.3.1 Rikkikomponentit...13
2.3.2 Metanoli... и 2.3.3 Tärpätti... 15
2.4 Hajukaasujen ominaisuudet... 15
2.5 Hajukaasujen lähteet ja niiden syntyyn vaikuttavat tekijät...18
3 HAJUKAASUJEN KERÄILY JA KÄSITTELY... 20
3.1 DNCG:n keräilyjäijestelmä... 21
3.2 DNCG:n käsittely...22
3.3 CNCG:n keräilyjärjestelmä... 23
3.4 TRS-pesuri...24
3.5 Terminen hapetus...25
3.5.1 Soodakattila...26
3.5.2 Erillispolttokattila... 27
3.5.3 Soihtu... 28
3.5.4 Biovoimakattila... 29
3.5.5 Meesauuni...30
3.6 Biologinen hapetus... 31
3.7 Likaislauhteiden strippaus... 33
3.8 Metanolin nesteytys... 35
4 YMPÄRISTÖLAINSÄÄDÄNNÖN MÄÄRÄYKSET JA TULEVAISUUDEN VAATIMUKSET... 36
4.1 Yleistä... 36
4.2 Lainsäädäntö... 37
4.3 Tehdaskohtaiset vaatimukset... 38
KOKEELLINEN OSA 5 TAVOITTEET JA KÄYTETYT MENETELMÄT... 39 6 TARKASTELTUJEN SELLUTEHTAIDEN PROSESSIT JA
HAJUKAASUJÄRJESTELMÄT 39
6.1 Yleistä... 39
6.2 Tehdas A...41
6.3 ' Tehdas В...43
6.4 Tehdas C... 44
6.5 Tehdas D...46
7 HAJUKAASUJÄRJESTELMIEN KEHITTÄMISMAHDOLLISUUDET...48
7.1 Tehdas A... 48
7.1.1 CNCG:n pääkäsittely]äijestelmän vaihtaminen...48
7.1.2 Likaislauhteiden strippauskolonnin integroiminen... 49
7.2 Tehdas В... 49
7.2.1 Hakesiilon honkien käsittelyjärjestelmän muutos...49
7.2.2 Polttolipeäsäiliön kytkentä CNCG:n keräily)ärjestelmään... 51
7.2.3 Liuottajan honkien polttaminen soodakattilassa...52
7.2.4 Muut kehityskohteet tehtaan B hajukaasujärjestelmissä... 52
7.3 Tehdas C... 53
7.3.1 Soihtupolttimen käynnistymisongelma...53
7.3.2 DNCG:n keräilyjärjestelmän päivittäminen... 54
7.3.3 Kuitulinjojen DNCG:n varakäsittelyjärjestelmä... 54
7.4 Tehdas D... 55
7.4.1 DNCG:n järjestelmän turvallisuuden parantaminen...55
7.4.2 DNCG:n keräilyjärjestelmän laajentaminen... 57
7.5 Yhteenveto hajukaasujätjestelmien kehittämismahdollisuuksista...57
8 SERVICE-LIIKETOIMINNAN MARKKINAPOTENTIAALI HAJUKAASUJEN KÄSITTELYSSÄ... 59
8.1 Andritz Oy:n tuoteideat... 59
8.1.1 Keräilyjärjestelmän kehittäminen...59
8.1.2 Turvallisuuden parantaminen NCG-järjestelmissä...60
8.1.3 Höyry kiehutin...60
8.1.4 Haj ukaasuj en poltto... 61
8.1.5 Lauhteenpoisto NCG-järjestelmissä... 61
8.2 Vertailua kilpailijoiden tuotteisiin...62
9 YHTEENVETO... 64
LÄHDELUETTELO LIITTEET
KÄYTETYT LYHENTEET
ADt BAT BREF CH3OH (С5н8)„
CNCG DMDS DMS DNCG HD H2S HTP HVLC LEL LHT LVHC MM m3n NCG ppra SOG SO2
TRS UEL
1000 kg ilmakuivaa sellua
Paras käyttökelpoinen tekniikka (Best Available Techniques) BAT-vertailuasiakiijat (BAT Reference Document)
Metanoli Tärpätti
Väkevät hajukaasut (Concentrated Non-Condensable Gases) Dimetyylidisulfidi, (CH3)2S2
Dimetyylisulfidi, (CH3)2S
Laimeat hajukaasut (Diluted Non-Condensable Gases) Korkea kuiva-ainehaihdutin (High Dry Solids Evaporator) Rikkivety
Haitalliseksi tunnettu pitoisuus (altistuminen 15 min tai 8 h) Laimeat hajukaasut (High Volume, Low Concentrated) Alempi räjähdysraja (Lower Explosive Limit)
Mustalipeän lämpökäsittely (Liquor Heat Treatment) Väkevät hajukaasut (Low Volume, High Concentrated) Metyylimerkaptaani, CH3SH
m3 kaasua normiolosuhteissa; p=101,3 kPa, T=273K=0 °C Lauhtumattomat kaasut (Non-Condensable Gases)
Miljoonasosa (Parts Per Million) Stripperin kaasut (Stripper Off Gas) Rikkidioksidi
Pelkistyneet rikkiyhdisteet (Total Reduced Sulfur) Ylempi räjähdysraja (Upper Explosive Limit
1 JOHDANTO
Sulfaattisellutehtaiden hajukaasujen käsittely on yleistynyt vasta pari vuosikym
mentä sitten. Moderneja tehtaita voidaan kutsua hajuttomiksi ja vanhemmat teh
taat alkavat päästä eroon haisevan tehtaan imagostaan. Hajukaasujen käsittelyä voidaan sanoa välttämättömäksi pahaksi, sillä se ei tuo lisäarvoa selluprosessiin, mutta se on jotenkin hoidettava. Rikkikomponenttien päästörajat kiristyvät ja ha
jukaasujen käsittelyjärjestelmiltä vaaditaan jo lähes 100 %:n käytettävyyttä. Teh
taiden sellun tuotantokapasiteettia on tasaisesti nostettu, mutta monella tehtaalla hajukaasujäijestelmiä ei ole päivitetty järjestelmän asennuksen jälkeen.
Hajukaasujen räjähdysherkkyys, myrkyllisyys tietyissä pitoisuuksissa ja korro- doivuus asettavat haasteita hajukaasujärjestelmien suunnitteluun. Turvallisen ja toimivan järjestelmän suunnittelu vaatii vahvan ymmärryksen hajukaasujen omi
naisuuksista ja käsittelystä, minkä vuoksi tehtaiden on turvauduttava ulkopuolisen toimittajan apuun hajukaasujärjestelmissä esiintyvien ongelmien ratkaisemiseksi.
Andritz Oy:n tavoitteena on kasvaa uusia tuotteita ja liikeideoita kehittämällä sel
lu- ja paperiteollisuuden service -liiketoiminnassa. Servicen palveluita ovat muun muassa laitosten modernisoinnit, vuosihuollot ja -korjaukset, kapasiteetin nostot ja huoltosopimukset. Työssä pyritään löytämään uusia hajukaasujen käsittelyyn liit
tyviä liiketoimintamahdollisuuksia. Tavoitteena ei ole kehittää uutta tekniikkaa, vaan tunnistaa potentiaaliset tuotteet.
Työssä selvitetään kirjallisen lähdeaineiston ja haastattelujen avulla, miten sul- faattisellutehtaan hajukaasujärjestelmiä voidaan parantaa. Vertailemalla tehtaiden hajukaasujärjestelmiä moderniin tekniikkaan pohditaan, mitä ovat ne tuotteet, joi
ta hyödyntämällä Andritz Oy:n service -liiketoimintayksikkö voi laajentua haju- kaasujen käsittelyliiketoimintaan. Uusille tuotteille valmistetaan markkinointima
teriaali, jota myyntihenkilöt voivat hyödyntää myynnissä.
2 SULFAATTISELLUTEHTAAN HAJUKAASUT
Sellutehtailla syntyvät hajukaasut ovat lauhtumattomia kaasuja (Non-Condensable Gases, NCG). Hajukaasut luokitellaan tyypillisesti neljään pääryhmään, joita ovat laimeat hajukaasut, väkevät hajukaasut, nestemäinen tärpätti ja nestemäinen me- tanoli. Hajukaasut sisältävät räjähdysherkkiä, liuottavia, korrodoivia, myrkyllisiä ja alhaisen hajukynnyksen omaavia yhdisteitä /1 s. 3-54, 13/. Lauhtumattomia kaasuja vapautuu sellutehtailla useista kohteista, kuten keittämöltä, haihduttimista, massa- ja lipeäsäiliöistä, stripperiltä, tärpättisysteemistä ja mäntyöljykeittämöltä.
Hajukaasujen päästölähteet on esitetty kuvassa 1. NCG:n koostumus ja määrä vaihtelevat tehtaan ja päästölähteen mukaan. /2/.
Keitto
Säiliöt
Haihduttamo
Liuottaja Kaustisointi
Meesauuni
Soodakattila Mäntyöljy-
keittämö
Lipeän lämpökäsittely
Kuva 1. Sulfaattisellutehtaan hajukaasujen päästölähteet. Vihreä nuoli kuvaa lai
meita hajukaasuja, punainen nuoli kuvaa väkeviä hajukaasuja ja sininen nuoli ku
vaa savukaasuja.
2.1 Laimeat hajukaasut, DNCG
Laimeista hajukaasuista käytetään englanninkielistä lyhennettä DNCG (Diluted Non-Condensable Gas). Kirjallisuudessa käytetään myös lyhennettä HVLC (High Volume, Low Concentration). /1, s. 4/. DNCG luokitellaan haitallisiksi kaasuiksi
/3/. Laimeissa hajukaasuissa TRS-konsentraatio on yleensä suuruusluokkaa 100 mgS/m3n ja happipitoisuus on korkea. Räjähdysvaara eliminoidaan pitämällä lai
meiden hajukaasujen TRS-pitoisuus alemman räjähdysrajan, LEL:n, alapuolella.
/4, 52/.
Laimeita hajukaasuja vapautuu jokaisessa prosessivaiheessa, jossa ruskea massa tai lipeä pääsee kosketuksiin ilman kanssa /5/. DNCG kerätään ruskean massan pesureilta, oksanerottimelta, lipeä-, massa- ja suopasäiliöistä, mäntyöljykeittämöl- tä, soodakattilan liuottajalta, kalkin sammuttajalta ja kaustisointisäiliöistä. Lai
meiden hajukaasujen rikkipitoisuus on 0,1-0,5 kgS/ADt ja kokonaismäärä noin 300-400 m3n/ADt. /1, s. 17, 3, 6, 7/. DNCG aiheuttavat tehtaan kokonaisrikki- päästöistä noin 15-20 % /5/. Taulukossa 1 on eritelty DNCG:n määrä eri päästö
lähteissä.
Taulukko 1. Laimeiden hajukaasujen määriä niiden keräilykohteissa /1, s. 17, 3, 8 s. 121/
Hajulähde kgS/ADt m3n/ADt
Eräkeittämön höngät 0,1-0,5 150-300
Jatkuvatoimisen keiton höngät 0,1-0,5 100-400
Pesemön höngät 0,05-0,1 100-1500
Mäntyöljykeittämön höngät 0,05-0,2 2-3
Säiliöhöngät 0,1-0,4 20-30
Kaustistamo-ja meesauuni 0,01-0,1 5-10
2.2 Väkevät hajukaasut, CNCG
Väkevistä hajukaasuista käytetään englanninkielistä lyhennettä CNCG (Concent
rated Non-Condensable Gas). Kiijallisuudessa käytetään myös lyhennettä LVHC (Low Volume, High Concentration). /1, s. 3/. CNCG luokitellaan myrkyllisiksi ja palaviksi kaasuiksi /3/. CNCG käsitellään ylemmän räjähdysrajan, UEL:n, ylä
puolella, jolloin pelkistyneiden rikkikomponenttien (TRS) konsentraatio on suu
ruusluokkaa 100 gS/m3n ja happipitoisuus on alhainen. Rikkikomponentit ovat syttyviä kaasuja, jotka voivat muodostaa räjähtäviä seoksia ilman kanssa. Ilman
pääsy väkevien hajukaasujen järjestelmään on estettävä räjähdysvaaran eliminoi
miseksi. /4/.
CNCG muodostuu paheellisissa ja suljetuissa prosessilaitteissa ja säiliöissä /54/.
Tällaisia lähteitä ovat muun muassa keitin ja haihdutinyksiköt /9, s. 1445/. Keit- tämön päästökohteita ovat paisuntakaasut ja eräkeittämöllä pusku- ja keitinkaasut.
Jatkuvatoimisen keittimen kaasaus johdetaan tyypillisesti mustalipeän paisuntasäi- liöön, ja siitä edelleen höyrykiehuttimeen, hakesiiloon tai paisuntahöyrylauhdut- timen kautta CNCG:n keräilyyn. Mikäli tehtaalla ei ole paisuntasäiliötä, ohjataan keittimen kaasaus puskusäiliöön. Koska puskusäiliö kuuluu DNCG:n keräilyyn, keitinkaasujen kaasaus puskusäiliöön tulee estää prosessilukituksin, mikäli lai
meiden hajukaasujen keräilyssä on häiriöitä /53/. Haihduttamolla tyhjökaivoon päätyviä hajupäästöjen lähteitä ovat haihdutinyksiköt, korkea kuiva-ainehaihdutin (HD) ja mustalipeän lämpökäsittely (LHT). Paheellisen polttolipeäsäiliön höngät ohjataan haihdutinyksikköön, josta ne päätyvät haihduttamon tyhjösysteemiin.
Jatkuvatoimiselta keittämöltä ja tyhjösysteemistä peräisin olevien hajukaasujen lisäksi CNCG kerätään myös likaislauhdestripperiltä tai metanolin nesteytyssys- teemistä sekä likaislauhdesäiliöstä. /3, 7/. Kaikki edellä mainitut CNCG ohjataan vesilukkoastiaan, paitsi SOG (Stripper Off Gas, Stripperin kaasut) ja eräkeittämön kaasut, joka ohjataan omana linjanaan hajukaasujen käsittelyyn. Modernissa sul- faattisellutehtaassa syntyvien väkevien hajukaasujen rikkipitoisuus on 3-7 kgS/ADt, mikä vastaa 80-85 %:a tehtaan kokonaishajupäästöistä /7, 5/. CNCG:n määrä tyypillisissä keräilykohteissa on esitetty taulukossa 2.
Taulukko 2. Väkevien hajukaasujen määriä niiden keräilykohteissa /1, s. 34, 3, 8, s. 121/.
Hajulähde kgS/ADt m3n/ADt
Eräkeiton pusku 0,4-0,8 5-15
Eräkeiton kaasaus 0,1-0,2 1,0-3,0
Jatkuva keitto 0,1-0,4 1,0-1,5
Strippen 0,5-1,0 15-25
Haihduttamo 0,4-0,8 1-10
Metanolin käsittely 0,5-2,0 1,0-2,0
Mustalipeän lämpökäsittely 2-3 1,5-3,0
Korkea kuiva-ainehaihdutin 2-5 1,5-6,0
2.3 Hajukaasujen komponentit
Hajukaasut koostuvat sellun valmistuksen yhteydessä vapautuvista kaasuista, puun mukana tulevista kaasuuntuvista yhdisteistä, vesihöyrystä ja ilmasta. Sellun keitossa, mustalipeän käsittelyssä ja kaustisoinnissa vapautuu epämiellyttävän hajuisia kaasuja, jotka muodostavat ilman kanssa syttyviä seoksia. /1 s. 3, 10/.
Sulfaattisellutehtaalle ominainen haju on peräisin pelkistyneistä rikkiyhdisteistä, joita syntyy keittolipeän sisältämän sulfidi- ja vetysulfidi-ionien reagoidessa puun ligniinin metoksyyliryhmien kanssa. Hajukaasut sisältävät rikkivedyn ja orgaanis
ten rikkiyhdisteiden lisäksi metanolia ja tärpättiä. /20, 11/. Taulukossa 3 on esitet
ty sulfaattisellun valmistuksessa syntyvien hajukomponenttien arvioidut määrät
Taulukko 3. Sulfaattisellun valmistuksessa syntyvien haisevien komponenttien ja haihtuvien orgaanisten komponenttien määriä /8, s. 122/._____________________
Komponentti kgS/ADt
Rikkivety 0,5-1,0
Metyylimerkaptaani ei määritelty
Dimetyylisulfidi 1,0-2,0
Dimetyylidisulfidi ei määritelty
Metanoli 6-13
Tärpätti 4-15
Etanoli 1-2
Asetoni 0,1-0,2
2.3.1 Rikkikomponentit
Sulfaattisellutehtaalle ominainen haju on peräisin pelkistyneistä rikkiyhdisteistä (TRS), joiden alkulähteenä on keittoliuoksen sulfidi /9, s. 1447/. Väkevissä haju- kaasuissa TRS-kaasujen osuus kokonaistilavuudesta on noin 10 %. Laimeat haju- kaasut koostuvat pääasiassa ilmasta, ja TRS-konsentraatio on tyypillisesti alle 0,1
% /4/. Keittoliuoksessa sulfidi-ioni hajoaa seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti /12, s. 125/:
S2" + H20 <-> HS" + OH" K, ~ 10 (1) HS" + H20 <-> H2S + OH" K2 ~ 10'7 (2)
TRS-komponentteja ovat rikkivedyn, H2S, lisäksi orgaaniset rikkiyhdisteet metyy- limerkaptaani (MM, CH3SH), dimetyylisulfidi (DMS, (СНз)28) ja dimetyylidisul- fidi (DMDS, (CH3)2S2) /13/. Orgaanisia rikkiyhdisteitä syntyy sulfidi-ja vetysul- fidi-ionien reagoidessa ligniinin metoksyyliryhmien kanssa. Metyylimerkaptaania muodostuu seuraavissa reaktioissa /14/:
Ligniini-ОСНз + HS" -> CH3SH + Ligniini-O" (3) Ligniini-ОСНз + S2" —> CH3S" + Ligniini-O" (4)
Reaktiossa (4) syntynyt merkaptidi-ioni hajoaa vedessä, jolloin syntyy MM:a /9, s. 1448/:
CH3S" + H20 -> CH3SH + OH" (5)
Syntynyt MM toimii välituotteena, jonka kautta sekä DMS että DMDS muodos
tuvat /5/. Merkaptidi-ioni voi reagoida ligniinin kanssa ja muodostaa DMS:a /14/:
Ligniini-ОСНз + CH3S" —» (CH3)2S + Ligniini-O" (6)
DMS:a syntyy myös, kun MM dissosioituu NaOH:n läsnä ollessa/14/:
2 CH3SH -> (CH3bS + H2S (V
DMDS:a ei muodostu keittoprosessissa vaan mustalipeän päästessä kosketuksiin ilman kanssa, jolloin MM hapettuu /14/:
2 CH3SH + '/, 02 -> (CH3)2S2 + H20 (8)
Tyypillisesti lauhtumattomat kaasut sisältävät vain pieniä määriä rikkivetyä, lu
kuun ottamatta mustalipeän lämpökäsittelyssä (LHT) ja korkea kuiva- ainehaihduttimessa (HD) syntyviä kaasuja. TRS-komponenteista suurimmat kon- sentraatiot ovat MM:lla ja DMS:lla. /3/.
2.3.2 Metanoli
Puhdas metanoli, CH3OH, on väritön, myrkyllinen, helposti syttyvä ja lähes haju
ton neste tai kaasu. Sellun keitossa syntyneen metanolin joukkoon kuitenkin erot
tuu runsaasti haisevia yhdisteitä /1, s. 4, 10/. Metanolia muodostuu pääasiassa hemiselluloosan 4-O-metyyliglukuronihapon alkalisen hydrolyysin ja ligniinin demetyloitumisen seurauksena /15/ seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti /16/:
R-OCH3 + NaOH -> CH3OH + R-ONa (9)
Syntyneen metanolin määrä on riippuvainen puun metoksyylipitoisuudesta ja tä
ten myös puulajista. Tunnetusti lehtipuuligniini sisältää enemmän metoksyyli- ryhmiä kuin havupuuligniini. Metanolin muodostuminen vähenee alhaisemmassa lämpötilassa ja pH:ssa sekä keittoajan lyhentyessä. /16/. Metanolia muodostuu havupuukeitossa 6-7 kg/ADt, koivukeitossa yli 10 kg/ADt ja eukalyptusta keitet
täessä noin 15 kg/ADt /52/.
Metanolin lisäksi sulfaattikeitossa syntyy vähäisiä määriä etanolia ja asetonia.
Etanolia syntyy puun hakkuun jälkeen käymisen seurauksena. Asetonin syntyme
kanismia ei ole tarkoin määritelty. Puulajilla ei ole havaittu olevan merkittävää vaikutusta muodostuneen etanolin ja asetonin määrään. /16/.
2.3.3 Tärpätti
Puhdas tärpätti on väritön, myrkyllinen, helposti syttyvä ja miedosti tuoksuva nes
te tai kaasu. Sulfaattisellutehtaalla tärpätin joukkoon kuitenkin erottuu runsaasti haisevia yhdisteitä. /1, s. 5, 10/. Tärpätti (C5H8)n on peräisin havupuun haihtuvista orgaanisista komponenteista. Tärpätin pääkomponentteja ovat a-pineeni (63-80
%), Askareeni (11-28 %) ja ß-pineeni (2-7 %). Terpeenejä höyrystyy puusta hak
keen pasutuksessa ja keittimen kaasauksessa. Puhtain, kauppakelpoinen, tärpätti saadaan pasutuksesta. Keittimestä peräisin oleva tärpätti sisältää huomattavan määrän pelkistyneitä rikkiyhdisteitä. /17, s. 375-376/. Tärpättiä erotetaan lauhdut
tamalla. Lauhdutuksesta huolimatta terpeenejä jää kaasumaisena käsiteltyyn kaa- suseokseen terpentiinien osapainetta vastaava määrä /1, s. 5/. Osa tärpätistä liuke
nee mustalipeään, jolloin sen talteenotto on mahdotonta. Tärpättisaanto riippuu puulajista, puun kasvupaikasta ja varastointiajasta sekä hakkeen höyrytysajasta ja -lämpötilasta. Tyypillinen tärpättisaanto männyn sulfaattikeitossa on 2-15 kg tär
pättiä sellutonnia kohti. /17, s. 376/.
2.4 Hajukaasujen ominaisuudet
NCG määrä ja koostumus vaihtelevat eri tehtaissa ja keräilykohteissa 121. Kaikki pelkistyneet rikkikomponentit ovat tietyissä pitoisuuksissa myrkyllisiä ja tervey
delle haitallisia. TRS-komponenteista rikkivety on myrkyllisin. Altistuminen rik
kivedylle ärsyttää silmiä ja hengitysteitä jo hyvin alhaisessa pitoisuudessa (8-15 pgS/m3n). Rikkivety turruttaa hajuaistin hyvin nopeasti pitoisuuden ollessa 105- 175 pgS/m3n. Rikkivedyn hengittäminen korkeissa pitoisuuksissa (700 pgS/m3n) aiheuttaa tajuttomuuden ja hengitystoiminnan lamaantumisesta johtuvan kuole
man. MM ja DMDS ovat vähemmän myrkyllisiä kuin rikkivety, mutta myös näil
le aineille altistumisesta voi seurata keskushermostovaikutuksia. DMDS voi muuttua elimistössä aineenvaihdunnan seurauksena DMS:ksi. DMS myrkyllisyys on huomattavasti vähäisempi kuin edellä mainittujen. Dimetyylisulfidille altistu
minen ärsyttää silmiä ja hengityselimiä. Metanoli ja tärpätti ärsyttävät silmiä, hengitysteitä, maksaa, ruoansulatuselimiä ja suolistoa sekä voivat aikaansaada munuaisvaurioita. Metanolille altistumisesta voi seurata näkökyvyn heikkenemis
tä tai sokeus. TRS-komponenteilla on hyvin alhainen hajukynnys, minkä vuoksi niiden läsnäolon huomaa hyvin nopeasti jo ennen terveydelle haitallista konsent- raatiota. /10, 5/. Taulukossa 4 on esitetty kunkin puhtaan hajukaasukomponentin haitalliseksi tunnetut pitoisuudet ilmassa ja niiden hajukynnykset.
Taulukko 4. Hajukaasukomponenttien raja-arvot työpaikan ilmassa ja hajukynnys /9, 10, 5/. __________________ ___________________.__________________ ,
HTP (8h), ppm HTP (15min), ppm Hajukynnys, ppm
H2S 10 15 0,5-5
MM 0,5 1,5 0,3-3
DMS ei määritelty ei määritelty 1-15
DMDS ei määritelty ei määritelty 1-20
Metanoli 200 250 100
Tärpätti 100 150 13
Hajukaasujen hyvin alhainen hajukynnys, myrkyllisyys ja räjähdysherkkyys teke
vät hajuntoijunnan haasteelliseksi /9, s. 1451/. TRS-komponentit, metanoli ja tär
pätti ovat palavia, mikäli läsnä on tarpeeksi happea ja syttymisen mahdollistava lämmönlähde. Säiliöissä ja putkistoissa ne voivat olla räjähtäviä. /18/. Hajukaasu- komponenteille on määritetty alempi (LEL) ja ylempi (UEL) räjähdysraja. LEL:ia alhaisemmassa pitoisuudessa palamista rajoittaa palavan kaasun puuttuminen.
UELria korkeammassa pitoisuudessa palamista rajoittaa hapen puuttuminen. Rä
jähdysvaaran eliminoimiseksi on varmistettava, ettei DNCG:n pitoisuus nouse liian korkeaksi eikä vastaavasti CNCG:n pitoisuus laske liian alhaiseksi. /1, s. 5, 4/. Yksi palavia kaasuja kuvaava ominaisuus on liekin nopeus, joka kuvaa, kuinka nopeasti liekki kulkee putkistossa tai säiliössä palon alettua. Rikkikomponenttien liekin nopeus on melko hidas, kun taas tärpätin liekin nopeus on hyvin nopea.
Tästä ominaisuudesta johtuen tärpätin aiheuttamat räjähdykset voivat olla hyvin tuhoisia. Viimeinen palamisominaisuuksia kuvaava tekijä on itsesyttymislämpöti- la. Tämä on alin lämpötila, johon kuumennuttuaan puhdas komponentti syttyy palatnaan itsestään, ilman ulkopuolista sytytyslähdettä. /18/. Leimahduspiste on alin lämpötila, jossa puhdas komponentti muodostaa ilman kanssa palavan kaa- suseoksen, joka syttyy ulkoisesta sytytyslähteestä kuten kipinästä. NCG:n sisältä
mien komponenttien palamisominaisuudet on esitetty taulukossa 5 ja fysikaaliset ominaisuudet taulukossa 6. Taulukoissa 4-6 esitetyt arvot perustuvat puhtaiden komponenttien ominaisuuksiin. Kaasuseosten ominaisuuksia ei ole määritelty.
LEL UEL Liekin nopeus ltsesyttymislämpöti- Leimahduspis-
(%) (%) (m/s) la CC) te CC)
H2S 4,3 45,5 ei määritelty 260 syttyvä
MM 3,9 21,8 0,55 197 -18
DMS 2Л 19,7 ei määritelty 206 -38
DMDS 1,1 16,1 ei määritelty >300 25
Metanoli 6 36,5 0,5 470 12
Tärpätti 0,8 6 150 255 35
, 18, 19/
Taulukko 6. Hajukaasukomponenttien fysikaalisia ominaisuuksia /1, s. 35, 10, 11, 19/._________________________________________ _______________ __________ _
Kiehu
mispiste CC)
Sulamispis
te CC)
Liukoisuus veteen (g/lOOml)
Suhteelli
nen tiheys
Höyryn paine (kPa)
Lämpö- arvo (MJ/kg)
H2S -61,8 -85 0,5 1,19 1820 15,28
MM 7,6 -123 2,3 0,87 202 26,1
DMS 35-40 -98 ei liukene 0,85 53,2 30,89
DMDS 109,7 -85 0,25 (huono) 1,06 3,7 23,63
Metanoli 64,8 -98 sekoittuu 0,79 12,5 22,72
Tärpätti 149 -55 ei liukene 0,9 0,25-0,67 41,56
2.5 Hajukaasujen lähteet ja niiden syntyyn vaikuttavat tekijät
Keittoliuoksen pH vaikuttaa rikkivedyn ja MM:n haihtuvuuteen. Näiden yhdistei
den höyrynpaine kasvaa voimakkaasti pH:n laskiessa, joten rikkivedyn ja MM:n kaasuuntumista voidaan vähentää säätämällä keiton loppu-pH mahdollisimman korkeaksi. /9, s. 1449/. Normaaleissa keitto-olosuhteissa rikkivetyä ei muodostu.
Myöhemmissä prosessivaiheissa, kuten haihduttamolla, pH laskee jopa alle 10:n ja rikkivetyä muodostuu huomattavia määriä. /5/. Keiton pH vaikuttaa myös sii
hen, missä suhteessa MM:a ja DMS:a muodostuu /9, s. 1449/. Orgaanisten TRS- komponenttien muodostumiseen vaikuttavat keittoliuoksen sulfiditeetti, lämpötila, keiton kesto, puulaji ja metoksyylipitoisuus. Sulfiditeetin, keittolämpötilan ja - ajan nosto lisää aina syntyvien pelkistyneiden rikkiyhdisteiden määrää /20/. Toi
saalta korkeampi keittolämpötila nopeuttaa delignifioitumista enemmän kuin ha
jun muodostumista. Lämpötilan nostolla keittoaikaa voidaan lyhentää, jolloin MM:n ja DMS:n muodostuminen vähenee. /14/. MM:a on havaittu muodostuvan alhaisimmissa keittolämpötiloissa (140 °C) ja DMS:a muodostuu vasta korkeissa lämpötiloissa (170 °C) /5/. Reaktioiden nopeudet ovat suoraan verrannollisia kun
kin reagoivan aineen väkevyyteen. Sulfiditeetin tai metoksyyliryhmien pitoisuu
den nosto kasvattaa reaktionopeutta samassa suhteessa. /21, s. 5/. Lehtipuut ignii- nin metoksyylipitoisuus on huomattavasti suurempi kuin havupuuligniinin, minkä vuoksi lehtipuuta keitettäessä syntyy enemmän haisevia rikkiyhdisteitä kuin ha- vupuukeitossa /9, s. 1448/. Myös mustalipeän kierrättäminen lisää metoksyyli
ryhmien ja sulfiditeetin määrää keittimessä, jolloin TRS:n muodostuminen lisään
tyy. /20/. Keitossa muodostunut metanoli on pääasiassa peräisin ksylaanin hydro- lyysireaktioista. Syntyneen metanolin määrään vaikuttavat puun ligniini ja hiili
hydraatit, keittoliuoksen alkali ja lämpötila. Tärpätin muodostumiseen vaikuttavat puun uuteainepitoisuus ja keittolämpötila. /15, 16/.
Aiemmissa tutkimuksissa /14, 20/ on osoitettu, että MM:a ja DMS:a kehittyy myös haihduttamolla. MM:n hapettumista DMDS:ksi katalysoi lämpimät teräs- pinnat /22/. Mustalipeän lämpökäsittelyssä (LHT) vapautuu metanolia 0,5-2 kg MeOH/ADt ja rikkiä 2-4,5 kgS/ADt /23/. Myös polttolipeäsäiliön korkeassa pai
neessa ja lämpötilassa muodostuu CNCG:ta. Ligniinin demetyloituminen on hy
vin hidas reaktio, joten metanolia muodostuu myös mustalipeän haihdutuksessa ja säiliöissä/15/.
3 HAJUKAASUJEN KERÄILY JA KÄSITTELY
Lauhtumattomien kaasujen keräilyjä käsittely on erittäin tärkeä osa sellutehtaiden päästöjen hallintaa /4/. Toistaiseksi ympäristönsuojeluissa (86/2000) ei ole mää
ritelty hajurikkiyhdisteitä koskevia ulkoilman laadun ohjearvoja. Teollisesta toi
minnasta ei saa kuitenkaan aiheutua haittaa ympäristön yleiseen viihtyvyyteen, ja ympäristön pilaantumista on ennaltaehkäistävä /24/. Valtioneuvoston asetuksessa ilmanlaadusta (711/2001) on määritelty raja-arvot SOa-päästöille, muttei TRS- päästöille /25/. Hajurikkiyhdisteiden päästöjen vähentämisessä on pyrittävä siihen, että sellutehdas ei saisi aiheuttaa jatkuvaa tai määräajoin toistuvaa hajuhaittaa lä
heisillä asuntoalueilla /13/. Tulevaisuudessa hajukaasujen keräily- ja käsittelyjär
jestelmältä vaaditaan todennäköisesti lähes 100 %:n käyttöastetta jokaisella sellu
tehtaalla.
Kaasujen räjähdysherkkyys, myrkyllisyys tietyissä pitoisuuksissa ja korrodoivuus asettavat haasteita hajukaasujäijestelmien suunnitteluun /11/. Väkevät ja laimeat hajukaasut tulee kerätä ja käsitellä erillisissä jäijestelmissä, jotta komponenttien konsentraatiot eivät pääsisi räjähdysherkälle alueelle /8, s. 121, 18/. Suunniteltaes
sa hajukaasujen keräily- ja käsittelyjäijestelmää tulee NCG:n konsentraatiot lin
joissa ja eri keräyspisteistä määrittää huolellisesti. DNCG:n ja CNCG:n sekoitta
minen keskenään voi synnyttää hyvin räjähdysherkän seoksen. Tärpättikonsent- raation minimoiminen NCG-järjestelmässä on ensisijaisen tärkeää. /4/. Tärpättiä voidaan erottaa lauhduttamalla kylmällä vedellä. Tärpättipesuri sijaitsee CNCG- linjassa tärpättilauhduttimen jälkeen. Metanolitislauksen pohjalauhteesta tärpätti erotetaan tärpättidekantterilla. /1, s. 46/.
Tyypillisesti hajukaasujen käsittely]äijestelmä on yhdistelmä ensisijaisesta käsitte
ly-yksiköstä ja varayksiköstä. Ensisijainen käsittely-yksikkö on jatkuvatoiminen, ja varayksikköä käytetään tarvittaessa. /3/. Yleisin ja tehokkain tapa käsitellä sekä DNCG että CNCG on terminen hapetus. Kaasut voidaan polttaa esimerkiksi soo
dakattilassa, erillispolttokattilassa, voimakattilassa, meesauunissa tai soihdussa.
19, s. 1465, 5/.
3.1 DNCGrn keräilyjärjestelmä
Laimeita hajukaasuja syntyy useissa eri kohteissa /26/, ja niiden tilavuusmäärät ovat suuria ja konsentraatiot pieniä /13/. DNCG kerätään paineettomista säiliöistä ja prosessilaitteista. Säiliöt täytyy varustaa yli- ja alipainevaroläpällä. Yli- ja ali- painevaroilla varmistetaan, ettei säiliöön imetä liian suurta alipainetta eikä toisaal
ta paine säiliössä kasva liian suureksi. Säiliöiden ylikaatoputkiin on asennettava yli- ja alipainevaroläppä, jottei kaasujen joukkoon imetä turhaan ylimäärin lai- mennusilmaa tätä kautta. Kylmissä ilmastoissa on huomioitava, etteivät ulkosäili- öiden säätöläpät jäädy kiinni. /55/. DNCG luokitellaan haitallisiksi, joten tämä tulee ottaa huomioon niiden käsittelyyn liittyvien laitteiden hankinnassa, suunnit
telussa, asennuksessa ja käytössä /1, s. 17/. DNCG:n tilavuusmäärä on tyypillisesti suuri, joten kuumat kaasujakeet lauhdutetaan lämpötilaan 40-50 °C pesurilla kaa- sumäärän pienentämiseksi /1, s. 17-20/. Keittämöltä ja haihduttamolta peräisin olevat kaasut voidaan johtaa omien lauhdutuspesureiden kautta tai viemällä ne samaan pesuriin /52/. DNCG:n siirtämiseen käytetään puhallinta. Puhallin tulee olla maadoitettu staattisen sähkön poistamiseksi. Tämän lisäksi puhaltimen kuori tulee olla varustettu lauhteenpoistoyhteellä. Jäähtynyt kaasu johdetaan pesurilta pisaranerottimelle ja edelleen puhaltimella lämmönvaihtimeen, jossa kaasun läm
pötilaa nostetaan noin 40 °C:ta. Mikäli DNCG johdetaan soodakattilaan, hajukaa- sulinjat tulee varustaa lauhteenpoistolla, jottei vettä pääsisi kattilaan aiheuttaen mahdollista sulavesiräjähdystä. Lauhteenpoistolinjat on varustettava putkivesilu- koilla, joiden tehtävänä on estää hajukaasujen vuoto lauhteenpoistoyhteiden kaut
ta. DNCG-linjojen tulisi kallistua lauhteenpoistoihin päin. /1, s. 17-25/.
Erityistä huomiota tulee kiinnittää DNCG:n konsentraatioon ylösajon ja prosessi- häiriöiden yhteydessä. Tyypillisesti hakesiilo luokitellaan DNCG:n lähteeksi. Mi
käli hakkeiden pasutukseen käytetään paisuntahöyryä, tulisi hakesiilon hönkä kä
sitellä erillisenä lähteenä /4/. Paisuntahöyry on CNCG:tä. Hakepinnan laskiessa on mahdollista, että paisuntahöyry pääsee hakkeiden läpi väkevöittäen hakesiilon höngän. Tällöin hakesiilon honkien hajukaasupitoisuus voi nousta räjähdysherkäl
le alueelle, minkä vuoksi niitä ei saa johtaa DNCG:n keräilyjäijestelmään. /1, s.
18,4/.
3.2 DNCG:n käsittely
Laimeissa hajukaasuissa palavien komponenttien konsentraatio on hyvin alhainen, minkä vuoksi ne eivät pala /9, s. 1463/. DNCG:n sisältämät pelkistyneet rikkiyh
disteet voidaan kuitenkin hapettaa SC>2:ksi esimerkiksi soodakattilassa /13/.
DNCG syötetään soodakattilaan tyypillisesti kattilan polttoilmaan sekoitettuna sekundääri- tai tertiääritasolta /26, s. 89/. DNCG:n osuus soodakattilaan syötettä
västä ilmamäärästä on noin 5-15 % /1, s. 9/. Laimeiden hajukaasujen TRS- konsentraatio on pidettävä alhaisena, ja kaasujen mukana kulkevan vesihöyryn määrä tulipesään on oltava mahdollisimman pieni. Pienellä kattilakuormalla terti
ääri-ilman käyttö rajoittuu, jolloin tertiääri-ilman mukana syötettävälle DNCG:lle täytyy jäljestää vaihtoehtoinen polttopaikka /26, s. 90/. Kuvassa 2 on esitetty peri
aatekuva DNCG:n keräily-ja käsittelyjäijestelmästä.
T
<3p1f© 4Å ii
??????? c uÍ w ft tm ?..l?Ld
«зОMffi •
nO 1f
„o*
Kuva 2. DNCGrn keräilyjäijestelmä ja käsittely soodakattilassa /27/.
Soodakattila on vain yksi vaihtoehto laimeiden hajukaasujen käsittelypaikaksi /26, s. 89/. DNCG voidaan syöttää polttoilman mukana myös esimerkiksi erillispoltto-
kattilaan, voimakattilaan tai soihtuun /26, s. 108, 28, s. 46/. Kaustistamon DNCG johdetaan tyypillisesti meesauuniin polttoilman mukana.
3.3 CNCG:n keräilyjärjestelmä
CNCG luokitellaan sisältönsä mukaan joko myrkylliseksi, erittäin myrkylliseksi tai palavaksi. CNCG:n keräilyjäijestelmältä vaaditaan, että vuodot linjoista työs
kentelytiloihin on estetty ja ilman vuotaminen väkevien hajukaasujen joukkoon pyritään estämään kaikissa olosuhteissa. Kipinän syntymistä järjestelmään pyri
tään estämään mahdollisuuksien mukaan maadoituksin, laitevalinnoin ja huolelli
sella lauhteen poistolla putkilinjoista. /1, s. 14-36, 4, 18/. Tärpätin lauhtuminen putkistoon voi aiheuttaa räjähdysvaaran. Tärpätti ei liukene veteen, joten se voi dekantoitua putkilinjassa. Näiden kahden sekoittumattoman nesteen välille voi syntyä leikkausrasitus puhaltimessa tai putkiston muuttuessa vaakasuorasta pys
tysuoraan. Kitka voi aiheuttaa staattisen kipinän, joka sytyttää tärpätin. /4, 18/.
CNCG:n keräi lyj äijestelmä on esitetty kuvassa 3.
Kuva 3. CNCG:n keräilyjärjestelmä. /27/.
CNCG:n siirtoon ei saa käyttää puhallinta, sillä puhaltimet voivat synnyttää kipi
nöitä tai kuumia kohtia ja täten aiheuttaa paloja tai räjähdyksiä jäijestelmässä.
CNCG:n siirtoon vesilukolta CNCG:n käsittelyyn suositellaan ejektoria. /1, s. 43, 4/. 1950-luvulla kehitetty perinteinen hajukaasujen keräilyjärjestelmä keräsi kaik
ki kaasut yhteiseen putkeen ja kaasujen siirtämiseen käytettiin puhallinta. Palon mahdollistavat polttoaine, happi ja sytytyslähde olivat kaikki saatavilla. Nykyi
nen, 1970-luvulla kehitetty systeemi pitää CNCG:n laimentamattomina ja kaasu
jen siirtoon käytetään ejektoria. /11, 18/. Ejektoriin viilaavan höyryn liikemäärä imee hajukaasuja liekin nopeutta suuremmalla nopeudella riippumatta CNCG:n virtauksen määrästä /1, s. 43, 11/.
CNCG:n putkisto tulee varustaa painemittauksin ejektorin jälkeen ja välittömästi ennen väkevien hajukaasujen poltinta. Linjassa on pidettävä pieni alipaine, joka imee kaasuja systeemin läpi. CNCG:n linjat on varustettava lauhteenpoistoyhteil- lä, jotta veden pääsy kaasujen mukana kattilaan estetään. Hajukaasujen vuoto lauhteenpoistoyhteiden kautta estetään vesilukon avulla. CNCG-linjojen tulisi kallistua lauhteenpoistoihin päin. Likaislauhteet kerätään pumppaussäiliöön ja johdetaan likaislauhteiden strippaukseen. CNCG:n linjassa on käytettävä lie- kinerotinta, jonka tarkoitus on sammuttaa mahdollinen putkistoa pitkin etenevä palorintama. Liekinerotin ja höyryejektori sijoitetaan mahdollisimman lähelle ha- jukaasupoltinta. Väkevien hajukaasujen kanavassa on turvallisuussyistä käytettävä räjähdyslevyjä kriittisissä paikoissa ja ne tulee sijoittaa siten, että mahdollisen rä- jähdystilanteen tapahtuessa niiden poistopiste on ulos työskentelytasoilta. /1, s.
40-45, 11/. Mikäli CNCG:n poltto pysähtyy, suositellaan linjojen tuuletusta pu
haltamalla ne puhtaaksi inertillä väliaineella, kuten höyryllä. Linjoja ei saa puhal
taa ilmalla, sillä puhallusilman ja CNCG rajavyöhykkeelle muodostuu räjähtävä seos. /1, s. 40/. CNCG-linjassa tulee olla ohitus, jotta kaasut voidaan ohjata ul
koilmaan häiriötilanteissa.
3.4 TRS-pesuri
Hajukaasujen TRS pitoisuutta voidaan vähentää pesemällä ne alkalisella liuoksel
la ennen termistä hapetusta. Samaa menetelmää voidaan käyttää myös rikin tal
teen ottamiseksi savukaasuista. /5/. Menetelmän avulla voidaan vähentää termi-
seen hapetukseen menevää rikkikuormaa, saavuttaa alhaisemmat SCVpäästöt ja pienentää tehtaan rikkihäviötä. Pesurin tehokkuuteen poistaa TRS-komponentteja vaikuttavat pesurin operointiolosuhteet, TRS-konsentraatio ja koostumus sekä käytetyn alkalisen liuoksen väkevyys ja virtaus. Alkalina voidaan käyttää esimer
kiksi valkolipeää tai NaOH:a. TRS-pesuri poistaa tehokkaasti H2S:ä ja MM:a, mutta DMS poistuu heikommin. DMDS ei poistu juuri lainkaan, ja joissain tapa
uksissa sitä myös muodostuu lisää NCG:n reagoidessa valkolipeän kanssa. /29/.
Heikosti vesiväliaineeseen liukenevat DMS ja DMDS on mahdollista hapettaa kaasufaasissa esimerkiksi klooridioksidilla. KJooridioksidikäsittely koostuu kol
mesta vaiheesta. Ensin TRS-komponentteja sisältävä kaasuvirta lauhdutetaan ja pestään esimerkiksi vedellä tai valkolipeällä. Toisessa reaktorissa kaasuvirtaan syötetään nestemäistä klooridioksidia, joka on väkevyydeltään 2-5 g/l. Helpom
min liukenevat komponentit, kuten rikkivety ja MM, absorboituvat klooridioksi- dipisaroihin ja hapettuvat. Klooridioksidia kaasuuntuu pisaroista, jolloin heikom
min liukenevat komponentit, DMS ja DMDS, hapettuvat kaasufaasissa. Kolman
nessa reaktorissa kaasuvirta neutraloidaan ja reagoimaton klooridioksidi pelkiste
tään. Klooridioksidi pystyy hapettamaan yli 98 % TRS-komponenteista. /30/.
3.5 Terminen hapetus
Yleisin ja tehokkain menetelmä NCG:n käsittelemiseksi on terminen hapetus. Ha- jukaasujen sisältämä TRS hapetetaan hajuttomaksi SC^ksi joko soodakattilassa, erillispolttokattilassa, meesauunissa, voimakattilassa tai soihdussa. Jotta DNCG ja CNCG saadaan kunnolla tuhottua polttamalla, täytyy polttolämpötilan olla yli 650
°C, jäännöshappipitoisuuden yli 3—4 % ja viipymisajan 0,5 sekuntia. Mikäli jokin ehdoista ylittyy, muita ehtoja voi alentaa. Esimerkiksi korkeampi lämpötila mah
dollistaa NCG:n tuhoamisen alemmassa jäännöshappipitoisuudessa tai lyhyem
mässä viipymisajassa. /3, 11, 5/. Mikäli hajukaasut poltetaan erillispolttokattilas
sa, vapautunut SO2 tulee ottaa talteen erillisellä savukaasupesurilla /8, s. 120/.
Tyypillisesti myös meesauunin savukaasut puhdistetaan pesemällä 111.
3.5.1 Soodakattila
Soodakattilan etuina CNCG:n polttopaikkana ovat tarvittavan laitteiston yksinker
taisuus ja alhaiset investointikustannukset. CNCG:n sisältämä rikki saadaan otet
tua talteen sulaan ja sitä kautta takaisin kemikaalikiertoon eikä erillistä savukaa- supesuria tarvita. CNCG:n turvallinen poltto soodakattilassa vaatii kuitenkin vah
van ymmärryksen sekä hajukaasujen ominaisuuksista että soodakattilaprosessista.
/3/. Poltettaessa CNCG soodakattilassa on olemassa sulavesiräjähdyksen vaara, minkä vuoksi huolellisesta lauhteen poistosta on huolehdittava /5/.
Onnistuneeseen CNCG:n polttoon soodakattilassa vaikuttaa oleellisesti kunnolli
nen ilmansyöttöjäijestelmä ja optimaalinen hajukaasun syöttötaso /3/. Tyypillises
ti CNCG syötetään soodakattilaan lipeäruiskujen alapuolelle, jossa lämpötila on yli 900 °C. Mikäli CNCG syötetään lipeäruiskujen yläpuolelle, täydellisen palami
sen takaamiseksi tulee varmistaa, että lämpötila kyseisessä kattilan osassa ylittää 900 °C. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää tukiliekkiä, jonka avulla helpotetaan CNCG:n syttymistä. Liekin palamista tarkkaillaan liekinvartijalla. Hajukaasut tu
lee polttaa tarkoitukseen soveltuvalla erillispolttimella, mihin kukin polttoaine (CNCG, tärpätti ja metanoli) tuodaan omalla lanssillaan. CNCG:n polttimessa käytettävä ilma voi olla DNCG. Kattilan kuorman ollessa alle minimikuorman CNCG:ta ei suositella poltettavaksi soodakattilassa. Soodakattilan minimikapasi- teetin, jonka suositellaan vastaavan vähintään tulitehoa 1 MW/m" pohja-alaa, määrittää laitetoimittaja. /1, s. 37-51/. CNCG:n poltolla ei ole havaittu olevan vai
kutusta sulapedin toimintaan, ja soodakattila kestää hyvin CNCG:n laadun ja mää
rän vaihteluja /3/. CNCG:n osuus soodakattilaan syötettävästä kokonaisilmasta on 0,2-3 % /1, s. 9/.
Runsaasti rikkiyhdisteitä sisältävät CNCG eivät tyypillisesti aiheuta SO2- emissiota soodakattilassa, sillä tulipesässä vapautuva natrium sitoo rikin sulaan tai lentotuhkaan. Korkea mustalipeän kuiva-ainepitoisuus mahdollistaa korkeamman polttolämpötilan, mikä edistää natriumin vapautumista. Poltettaessa hajukaasuja soodakattilassa, tulisi mustalipeän kuiva-ainepitoisuuden olla yli 70 %, jotta rik-
kipäästöt eivät lisääntyisi merkittävästi. /3/. Tyypillisesti soodakattilan SO2- päästöt ovat 0,1-0,4 kgS/ADt, mutta poltettaessa mustalipeää, jolla on korkea kuiva-ainepitoisuus, SC>2-päästöt voivat laskea alle 0,1 kgS/ADt /26, s. 107/.
3.5.2 Erillispolttokattila
Erillispolttokattilan merkittävin etu muihin polttomenetelmiin verrattuna on, ettei se ole riippuvainen tehtaan muista prosesseista. Menetelmä myös eliminoi CNCG:n polttamisesta mahdollisesti aiheutuneet ongelmat muissa prosessiyksi- köissä. Erillispolttokattila täytyy varustaa savukaasupesurilla, joka ottaa talteen rikkikomponenttien hapettuessa syntyneen rikkidioksidin (SO2). Savukaasut pes
tään NaOH:lla tai hapetetulla valkolipeällä ja syntynyt natriumbisulfiitti (NaHSCb) hyödynnetään tehtaan muissa prosesseissa. /3/. Erillispolttosysteemissä vapautunut lämpöenergia otetaan talteen ja tuotetaan välipainehöyryä /7/.
Erillispolttokattila on tyypillisesti rakenteeltaan tulitorvi-tuliputkikattila, jossa voidaan polttaa CNCG:n lisäksi nestemäistä metanolia. Tukipolttoaineena voidaan käyttää maakaasua, raskasta polttoöljyä, kevytöljyä, nestemäistä metanolia ja sii
hen sekoitettua tärpättiä. /7/. Jokainen polttoaine syötetään omia linjoja pitkin polttimelle. Poltin käsittää pääpolttimen ja sytytyspolttimen. Polttoilmana käyte
tään tuoreilmaa ja tapauksesta riippuen myös tehtaan laimeita hajukaasuja. /31, 56/. Kattilan tulenkestävä vuoraus on tyypillisesti tiiltä tai valumassaa. Mikäli erillispolttokattila toimii CNCG:n varapolttojäijestelmänä, se joutuu kestämään hyvin nopeita käynnistyksiä. Tällaisessa tapauksessa vuorausmateriaalina voidaan käyttää keraamista kuitua tai ruostumatonta terästä. /32/.
Savukaasut pestään vedellä ja alkalilla monivaiheisessa venturipesurilaitteistossa rikin talteenottamiseksi, jolloin tapahtuu seuraava reaktio /8, s. 133/.
NaOH + SO2 -> NaHSOj (10)
NaOH syötetään keskimmäiseen ja viimeiseen venturivaiheeseen. Viimeisen vai
heen kiertoliuoksen pH pidetään yli 11 :ssä, jotta voidaan varmistua riittävästä ri
kin talteenotosta. Ensimmäisen vaiheen kiertoliuoksen pH:n tulisi olla noin 5.
Muodostunutta natriumbisulfiittiliuosta kierrätetään venturin pohjalta suuttimille ja ruiskutetaan myötävirtaan savukaasujen mukaan. Natriumbisulfiittiliuos kulkee ensimmäiseen venturivaiheeseen, josta se kerätään talteen. /7/. Kuvassa 4 on esi
tetty erillispolttokattilan ja venturipesurien virtauskaavio. Natriumbisulfiittia voi
daan käyttää esimerkiksi klooridioksidivalkaisun loppuhapotuksessa rikkihapon ja rikkidioksidiveden sijaan /34, s. 30/. Natriumbisulfiitista voidaan edelleen valmis
taa rikkidioksidia ja rikkihappoa tehtaan tarpeisiin. Venturipesurit saavat aikaan savukaasujen siirtämiseen tarvittavan imun, joten erillistä savukaasupuhallinta ei tarvita. /7/.
Kuva 4. Erillispolttokattila ja venturipesurit bisulfiitin valmistamiseksi savukaasu
jen rikkidioksidista. /27/.
3.5.3 Soihtu
Soihtua käytetään tyypillisesti CNCG:n varapolttopaikkana /1, s. 44/. Soihdun tulee pystyä käsittelemään yhtä suuri CNCG-virtaus kuin pääpolttolaitteen /31/.
Soihtua pidetään valmiustilassa pienellä tukipoltolla tai se käynnistetään auto
maattisesti, mikäli pääpolttopaikka ei pysty käsittelemään CNCG:tä. Mikäli soihtu
käynnistetään nollatilasta, CNCG voidaan kääntää poltettavaksi soihtuun noin minuutin kuluttua soihdun käynnistymisestä. Maksimi hapetusaste saavutetaan noin kolmen minuutin kuluttua. Soihtu käsittää pääpolttimen ja sytytyspolttimen.
Polttoilmana käytetään tuoreilmaa. Mikäli CNCG:n pääpolttopaikka on soodakat
tila, sijoitetaan soihtu tyypillisesti soodakattilarakennuksen katolle. Jos soihdun poltinosa sijaitsee rakennuksen sisällä ja tulitorvi viedään kattorakenteiden läpi, soihdun ulkovaipan tulee olla pakkojäähdytteinen. Soihdun sijaitessa täysin tai
vasalla soihdun ulkovaippa voi olla luonnonvetojäähdytteinen. /56/. Soihdussa Siaksi hapettunutta rikkiä ei saada talteen. Kuvassa 5 on esitetty hajukaasujen virtauskaavio soihtupolttimeen.
Kuva 5. Laimeiden ja väkevien hajukaasujen poltto soihdussa.
3.5.4 Biovoimakattila
CNCG:n poltto voimakatti loissa on melko ongelmatonta, minkä vuoksi menetel
mä on yleistynyt viime aikoina. Toisaalta CNCG:n poltto voi lisätä kattilan SO2- ja NOx-päästöjä. Kuorikattilassa vapautuu kalsiumia (Ca), joka sitoo rikkidioksi
dia ja täten rajoittaa SCVpäästöjä. CNCG:sta peräisin oleva rikki voi aiheuttaa korroosiota tulistimissa ja ilman esilämmittimillä. /3/. DNCG:n ja CNCG:n käsit
telyjärjestelmä voimakattilassa on hyvin samankaltainen kuin soodakattilassa.
DNCG syötetään kattilaan polttoilman mukana. Biovoimakattila on soodakattilaa
pienempi, joten koko DNCG-virtaa ei välttämättä pystytä käsittelemään voimakat- tilassa. Mikäli hajukaasut käsitellään biovoimakattilassa, niiden korrodoivuus tu
lee ottaa huomioon materiaalivalinnoissa. Voimakattilan polttoilmaa ei tyypilli
sesti esilämmitetä, mutta energiatalouden vuoksi kostea DNCG on syytä lämmit
tää. Biovoimakattilan savukaasut käsitellään tyypillisesti sähkösuotimessa. Mikäli CNCG:n poltto kattilassa lisää S02-päästöjä, savukaasut on syytä käsitellä säh- kösuotimen lisäksi letkusuotimessa. /57/.
3.5.5 Meesauuni
Meesauuni oli aiemmin yleisin CNCG:n polttopaikka. Meesauunin etuna TRS- komponenttien hapetuksessa on kaasujen syöttöjäijestelmän alhaiset investointi
kustannukset. Meesauunin etuna pidetään myös, että osa rikistä absorboituu kalk
kiin ja palautuu kemikaalikiertoon. /3/. Nykyään hajukaasujen polttoa meesauu- nissa ei suositella.
CNCG:n sisältämät rikkikomponentit hapettuvat meesauunissa rikkidioksidiksi (S02). Kalkin (CaO) ja rikkidioksidin (S02) välisessä kiinteä-kaasu-reaktiossa kalkin pintaan muodostuu kalsiumsulfaattia (CaS04) reaktioyhtälön (11-12) mu
kaisesti /35, s. 51, 36/.
CaO + S02 —» CaS03 OV
CaS03 + 'A 02 — CaS04 (12)
Reaktion edetessä CaS04-kerroksesta tulee läpipääsemätön eikä kaikki rikkidiok
sidi pysty reagoimaan kalkin kanssa /36/. Edellä mainittu absorptioreaktio on mahdollista lämpötilan ollessa 800 °C. Yli 900 °C:n lämpötilassa CaS04 ei ole stabiili, ja lämpötilan noustessa yli tuhannen celsiusasteen kalsiumsulfaatti hajoaa nopeasti. /33, s. 194/. Kalsiumsulfaatti muuttuu kaustisoinnissa natriumsulfaatiksi (Na2S04), ja kiertää kemikaalikierron mukana keittämön kautta soodakattilalle, jossa Na2S04 pelkistyy Na2S:ksi /37, s. 111/. Meesauunista vapautunut S02 pää
tyy savukaasuihin, josta se pestään pois venturipesurilla. Pesurin kiertoveteen lisä
tään NaOH:ia, ja saatu bisulfiitti pumpataan kaustisointiin. /7/. Meesauunin TRS- päästöt voivat kasvaa, mikäli jäännöshappipitoisuus on liian alhainen ja meesa sisältää Na2S:a huonon pesun seurauksena. Savukaasun sisältämän jäännöshappi- pitoisuuden tulisi olla yli 2 %, jotta stoikiometrinen ja täydellinen palaminen olisi mahdollista. TRS-päästöt koostuvat pääasiassa rikkivedystä, jota syntyy alhaises
sa happipitoisuudessa seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti /33, s. 188-194/
Na2S + C02 + H20 -> H2S + Na2C03 (13)
Hajukaasujen sisältämän lämpöarvon ansiosta keskimäärin 20 % meesauunin käyttämästä polttoaineesta voidaan korvata CNCG:lIa /58/. Hajukaasujen epäta
sainen määrä ja laatu, kuten siirtohöyryn ja metanolin määrä, hankaloittavat tasai
sen kalkin laadun säilyttämistä. CNCG:n laadun tasaisuutta voidaan parantaa me
tanolin nesteytyksellä. /26, s. 91/. Hajukaasujen laadun ja määrän vaihtelu häirit
see tasaista palamista, mistä seuraa renkaan muodostumista polttopäähän. Haju- kaasut nopeuttavat myös keskirenkaan kasvamisnopeutta. 111.
CNCG syötetään meesauunipolttimen ulommaiseen kaasurenkaaseen tai se voi
daan johtaa liekkiin erillisellä hajukaasulanssilla /7/. Lanssia jäähdytetään omalla ilmapuhaltimella, ja puhaltimen häiriötilanteissa jäähdytykseen käytetään höyryä /11/. DNCG sekoitetaan polttoilman joukkoon ja johdetaan meesauunin jäähdyt- timeen, jossa kalkki lämmittää sekundääri-ilman /55/.
3.6 Biologinen hapetus
Hajukaasut voidaan hapettaa myös biologisesti. Menetelmä perustuu sorptioon ja mikrobien hajottavaan toimintaan. Biologisesti hajoavat epäpuhtaudet absorboi
daan neste- tai kiinteään faasiin, minkä jälkeen mikrobit käyttävät niitä hiili- ja energialähteinään. Hajoamistuotteena syntyy hiilidioksidia ja vettä. Menetelmä soveltuu biologisesti hajoaville, laimeille, ei-toksisille kaasuille, joiden orgaanisen aineen pitoisuus on 100-1000 mg/m3. Biologinen kaasunpuhdistus voi tapahtua
jätevedenpuhdistamon ilmastusaltaassa, biopesurissa tai biosuodatuksessa. /38/.
Hajukaasujen biologinen hapetus ei ole yleisesti käytetty menetelmä.
Biopesurissa rikkiyhdisteet absorboidaan veteen tavanomaista kaasunpesutekni ik- kaa käyttäen, minkä jälkeen pesuneste regeneroidaan biologisen jätevedenpuhdis- tustekniikan mukaan. Biologisia pesumenetelmiä ovat aktiivilietemenetelmä ja täytekappalereaktori. Aktiivilietemenetelmässä hajukomponentteja hapettavat mikrobit tulevat reaktoriin pesuveden mukana. Täytekappalereaktorissa mikrobit ovat kiinnittyneet pesurin täytekappaleiden pintaan, ja pesuveden tarkoituksena on ylläpitää sopivaa lämpötilaa ja kosteuspitoisuutta. Biopesurin tehokkaan toimin
nan takaamiseksi on pesunesteen pH sekä happi- ja ravinnepitoisuus pidettävä tasaisena. Menetelmä on herkkä vaihteleville kuormituksille ja toksisille aineille.
Mahdollisesti voi esiintyä sekundaarisia hajuhaittoja hajuyhdisteiden desorboitu- essa uudelleen pesunesteestä. /38, 39/.
Biosuodatuksessa mikrobit ovat kiinnittyneet kiinteän suodatinmateriaalin pin
taan. Suodatinmateriaalina voidaan käyttää turvetta, puun kuorta tai oksilla kuoh
keutettua maata. Kaasu virtaa noin metrin paksuisen suodatinkerroksen lävitse, jolloin kaasun epäpuhtaudet absorboituvat tai adsorboituvat siihen. Mikrobitoi- minnalle tärkeät ravinteet saadaan eloperäisestä suodatinmateriaalista. Biosuodat- timen tehokkaan toiminnan takaamiseksi tulisi sisäänsyötetyn kaasun koostumus ja lämpötila olla mahdollisimman tasaisia. Suodatinmateriaalin pH-arvon tulee olla tasainen ja kosteus on pidettävä riittävänä. Biosuodatus on yksinkertainen menetelmä, mutta se on herkkä prosessissa tapahtuville muutoksille. /38/.
Rikkiyhdisteet kuormittavat jätevedenkäsittelylaitosta, eikä biologinen puhdis
tusmenetelmä mahdollista rikin talteenottoa. Tämä vaikuttaa tehtaan rikkitasee- sen. Mikäli CNCG käsitellään biologisesti, se tulee laimentaa ennen johtamista puhdistukseen.
3.7 Likaislauhteiden strippaus
Keittämön ja haihduttamon höyryjen lauhtuessa syntyy likaislauhteita, joilla on monia ympäristölle haitallisia vaikutuksia. Vaikka likaislauhteet edustavat vain pientä osaa tehtaan päästöistä, ne aiheuttavat huomattavan osan tehtaan ympäris
tökuormituksesta. Likaislauhteiden sisältämät yhdisteet aiheuttavat biologista ha
penkulutusta (BOD), ovat myrkyllisiä jo pieninä pitoisuuksina ja voivat aiheuttaa vesistöissä maku- ja hajuhaittoja. /40/. Likaislauhdetta syntyy jatkuvatoimisessa keitossa 0,3-0,6 m3/ADt ja se sisältää metanolia 2-3 kg/ADt ja rikkiyhdisteitä 0,2-0,4 kgS/ADt. Haihduttamolla syntyvien lauhteiden määrä on 8-10 m3/ADt ja ne sisältävät metanolia 8-12 kg/ADt ja rikkiyhdisteitä 0,3-0,6 kgS/ADt. 19, s.
1453,41,42, s. 71/.
Haihduttamolla ja keittämöllä syntyneet likaislauhteet puhdistetaan tyypillisesti höyrytislaamalla strippauskolonnissa. Strippaus on aineensiirtoprosessi, jossa haihtuvat yhdisteet, kuten metanoli ja pelkistyneet rikkiyhdisteet, siirtyvät neste- faasista kaasufaasiin. Strippauskolonni on korkea sylinterin mallinen säiliö, jonka sisällä olevat venttiili- tai kellopohjat parantavat likaislauhteen lämmittämistä ja kaasunpoistoa. Välipohjien tarkoituksena on hajottaa kaasu-höyryseos nestetasol- le. Likaislauhteet syötetään strippauskolonnin ylä- tai keskiosaan ja höyry ala
osaan. Neste kulkee painovoiman vaikutuksesta alaspäin. Höyryn ja lauhtumatto- mien kaasujen seos nousee vastavirtaan ylöspäin. /42, s. 53-54/. Likaislauhteiden strippauksen periaate on esitetty kuvassa 6.
Kaasu lauhdutin !
CNCG
Trimmilauhdutin
Lauhde Neste
Likaislauhde Iginpattu lauhde
Mustallpeä
Vesi ulos Vesi sisään
Kuva 6. Likaislauhteiden strippauskolonni /42, s. 54/.
Strippaukseen tarvittava höyrymäärä on noin 20 % sisään syötetystä likaislauh- teen määrästä, jolloin saavutetaan 90-95 %:n metanolinerotus ja 98-99 %:n TRS:n poisto. Strippaushöyrynä voidaan käyttää haihduttamon toisiohöyryä tai tuorehöyryä. Puhdistettu lauhde poistetaan Stripperin pohjasta, ja sitä käytetään sisään syötettävän likaislauhteen esilämmitykseen. Strippauskolonnin yläosassa väkevöitynyt höyry-kaasuseos lauhdutetaan yleensä kahdessa vaiheessa. Ensin höyry ja kaasu johdetaan huippulauhduttimeen, joka voi olla osa haihdutinyksik- köä tai erillinen mustalipeän esilämmitin. Toisena vaiheena on Stripperin jälki- lauhdutin, jossa lauhtumislämpö siirretään veteen. Jälkilauhduttimen ulospuhal- luskaasun metanolipitoisuus pyritään pitämään 35-45 %:ssa. Syntynyttä lauhdetta palautetaan strippauskolonnin vahvistusosaan. /9, s. 1460-1461, 42, s. 53-54/.
Jälkilauhduttimelta Stripperin kaasut (SOG) ohjataan joko suoraan tai metanolin nesteytyksen kautta polttoon /7/. SOG:n siirtämiseen suoraan polttoon ei tarvita ejektoria, sillä paineenalainen kolonni synnyttää riittävän vastapaineen kaasujen kuljettamiseen /43/.
3.8 Metanolin nesteytys
Metanol in nesteytyksen tarkoituksena on poistaa Stripperin kaasuista höyryfaasis- sa oleva metanoli ja näin tasata CNCG:n laatua ja mahdollistaa tasaisempi ja te
hokkaampi poltto. Nestemäistä metanolia voidaan varastoida. Nestemäinen meta- noli poltetaan soodakattilan CNCG-polttimessa, erillispolttokattilassa, meesauu- nissa, voimakattilassa tai soihdussa. 111.
Metanolin nesteytykseen käytetään samantyyppistä kolonnia kuin likaislauhteiden strippaukseen. Tislauskolonnin alaosaan syötettävä kaasuvirta sisältää metanolia 35—45 %. Matalapainehöyry, joka puhdistaa alaspäin valuvaa lauhdetta, syötetään SOG:n syötön alapuolelle. Metanolikolonnin huipussa metanolipitoisuus on 80 %.
Höyry lauhdutetaan kolonnin sisään rakennetussa huippulauhduttimessa. Loppu- lauhduttimessa metanoli lauhdutetaan ja pumpataan metanolin varastosäiliöön.
Loppulauhduttimen jälkeisessä jäähdytyslauhduttimessa lauhdutetaan DMS ja osa MM:sta, ja sieltä ne johdetaan metanolin varastosäiliöön. Metanoli ja DMS liuke
nevat keskenään ja seos voidaan pumpata polttoon. Lauhtumattomat kaasut (MM ja H2S) johdetaan hajukaasujen vesilukkoon ja sieltä edelleen hajukaasujen polt
toon. /7, 42, s. 54-55/.
Metanolikolonnin pohjasta saatava lauhde käsitellään tyypillisesti tärpättidekant- terissa ennen kuin se johdetaan stripperisysteemin likaislauhdesäiliöön. Tärpätti erottuu dekantterin yläosaan, josta se kuoritaan ja johdetaan metanolisäiliöön. /42, s. 55, 59/.
4 YMPÄRISTÖLAINSÄÄDÄNNÖN MÄÄRÄYKSET JA TULEVAISUUDEN VAATIMUKSET
4.1 Yleistä
Ympäristönsuojelulain (86/2000) mukaan toiminnoille, jotka aiheuttavat ympäris
tön pilaantumisen vaaraa, täytyy hakea ympäristölupa. Metsäteollisuus kuuluu ympäristönsuojeluasetuksessa (169/2000) lueteltuihin ympäristöluvanvaraisiin toimintoihin. /24, 44/. Ympäristölupamääräykset asettavat ehtoja uusille ja uudis
tettaville sellutehtaille muun muassa hajukaasujen käsittelyn ja hajuntoijunnan osalta.
Sellutehtaat ovat viimeisen parin vuosikymmenen aikana panostaneet merkittä
västi hajukaasujen keräilyyn ja käsittelyyn. Tehtaiden kemikaalikierron sulkemi
nen sekä taloudellisista että ympäristönsuojelullisista syistä on lisännyt hajukaasu
jen käsittelyastetta /3/. Metsäteollisuuden aiheuttamat rikkipäästöt ovat vähenty
neet 80 % tuotettua tonnia kohti vuodesta 1992. Metsäteollisuuden osuus Suomen rikkipäästöistä on noin 10 %. Rikkiemissioita on vähennetty myös hallitsemalla polttoprosesseja ja siirtymällä vähärikkisiin polttoaineisiin. Mustalipeän haihdut
taminen korkeampaan kuiva-aineeseen on vähentänyt rikkipäästöjä soodakattilasta merkittävästi. /28, s. 20/. Kuvassa 7 on esitetty metsäteollisuuden tuotannon sekä SO2-ja TRS-päästöjen kehitys viimeisen 15 vuoden ajalta /45/.
Rikki päästöt 1000 S t/v 25 ---
Tuotanto milj.t/v --- 25 20
15 10
5
IMI III...
20 15 10 5
O
92 94 96 98 00 02 04 06 07 O
Sellun, paperin ja kartongin tuotanto
■ TRS
■ Rikkidioksidi
Kuva 7. Suomen metsäteollisuuden rikkipäästöt ja tuotanto vuosina 1992-2007 /45/.
4.2 Lainsäädäntö
Ympäristönsuojelulain (86/2000) ja EU:n IPPC-direktiivin (96/61/EY) nojalla lupaehtojen tulee perustua parhaaseen käytettävissä olevaan tekniikkaan (BAT).
/24, 44, 46/. Lupaehdoissa ei kuitenkaan määritellä tekniikkaa sinänsä. BAT - määrittelyjen perustaksi on kuvattu niitä tekniikoita ja toimenpiteitä, joita yhdis
tämällä voidaan saavuttaa hyvä ympäristönsuojelullinen taso kohtuullisin kustan
nuksin /47/. IPPC-direktiivin (96/61/EY) mukaan ympäristöluvassa täytyy määrit
tää päästöjen raja-arvot direktiivissä luetelluille pilaaville aineille, joihin myös rikkikomponentit kuuluvat /46/. BAT-vertailuasiakiijoissa, eli BREF- dokumenteissa, on esitetty raja-arvot rikkipäästöille käytettäessä sopivaa yhdis
telmää parhaasta käyttökelpoisesta tekniikasta. Sellutehtaan SOs-päästöt tulisi olla korkeintaan 0,2-0,4 kgS/ADt ja TRS-päästöt 0,1-0,2 kgS/ADt. /26, s. 107/. Val
tioneuvoston asetuksessa ilmanlaadusta (711/2001) on määritetty raja-arvot, joita rikkidioksidin pitoisuus ulkoilmassa ei saa ylittää tunnissa, vuorokaudessa ja vuo
dessa. Nämä raja-arvot ovat 350 pg/m3, 125 pg/m3 ja 20 pg/m3 edellä mainitussa järjestyksessä. /25/.
4.3 Tehdaskohtaiset vaatimukset
Ympäristölupaviranomaiset ovat edellyttäneet tuoreimmissa myönnetyissä ympä
ristöluvissa CNCG:n käsittelyn pääjäijestelmältä ainakin 98 %:n käytettävyyttä ja DNCG:n osalta 95 %:n vuosipoistumaa. Ympäristölupamääräysten rikkipäästöra- jat perustuvat BAT-tasoon. Päästöjen minimoimiseksi tulisi prosessin häiriötilan
teissa rajoittaa suurimpia päästöjä synnyttävien osaprosessien käyttöä. Mikäli CNCG:n keräily-ja käsittelyjärjestelmän toiminta keskeytyy varajäijestelmät mu
kaan lukien, on päästöjen rajoittamiseksi muun muassa vähennettävä likaislauh- teiden strippausta. Länsi-, Itä- ja Pohjois-Suomen ympäristölupavirastojen myön
tämien ympäristölupapäätösten välillä ei ole merkittäviä eroja hajukaasujen käsit
telyn ja rikkipäästörajojen suhteen.
