Evaluation of Excess Heat Driven Carbon Capture Integrated at a Swedish Pulp Mill

As the atmospheric carbon dioxide keeps increasing, bioenergy with carbon capture and storage (BECCS) is getting increased attention as a measure to reduce the emissions of carbon dioxide. It is especially interesting in Sweden where the extensive paper and pulp industry constitutes point sources of biogenic carbon dioxide. As carbon capture requires energy, it is important to investigate the opportunity to use excess heat to cover the energy demand in order to avoid causing new emission which would counteract the purpose of implementing BECCS. In this thesis, integration of excess heat driven carbon capture was investigated on two flue gas streams at the Södra Cell Värö pulp mill in Sweden: the recovery boiler and lime kiln flue gases. Three different carbon capture technologies were investigated, which included the commercially available aqueous MEA (monoethanolamine) and HPC (hot potassium carbonate) as well as the novel technology of AMP (2-amino-2-methyl-1-propanol) in DMSO (dimethyl sulfoxide). Their energy demands were calculated through mass and energy balances. A mapping of sources of excess heat at the mill was also executed. The results showed that the lime kiln flue gases would be more reasonable to treat due to the smaller flue gas stream with a higher CO2 concentration. Partial carbon capture of the recovery boiler flue gases could also be an option worth considering. For the lime kiln flue gases, two components of the mill, the condensing turbine and the surface condenser, proved to be sources of excess heat that could cover the heat demand at the cost of some electrical power. The condensing turbine was more promising as it could cover the heat demand regardless of which technology is used while the surface condenser could only be used on the AMP in DMSO technology. In addition, a heat pump is required to make use of the heat from the surface condenser, making the electrical power demand higher for the surface condenser than for the condensing turbin
Genom att använda koldioxidinfångning som drivs av överskottsvärme på ett massabruk i sydvästra Sverige så kan mer än en tredjedel av de fossila utsläppen från hela pappers- och massaindustrin fångas in genom så kallade negativa utsläpp. Detta visar på hur snabbt Sveriges fossila utsläpp kan minska genom användning av koldioxidinfångning. På ett massabruk används trä som den huvudsakliga råvaran i tillverkningen av pappersmassa, men det är också den främsta energikällan. Genom att förbränna resterna som inte behövs till pappersmassan så kan man producera ånga och elektricitet som används runt om på bruket, men även som säljs till fjärrvärme- och elnätet. Vid förbränningen produceras även koldioxid och andra gaser som kallas rökgaser. Dessa renas från partiklar och föroreningar och släpps sedan ut i atmosfären. Eftersom koldioxiden kommer från träd som nyligen fångat in koldioxid från atmosfären i takt med att de vuxit och inte från fossila källor som varit isolerade från kolets kretslopp i miljontals år, så benämns dessa utsläpp av koldioxid som biogena utsläpp. De biogena koldioxidutsläppen står för ungefär 97% av de totala utsläppen från pappers- och massaindustrin. Resterande 3% är fossila utsläpp, och det är bara dessa utsläpp som syns i statistiken. Totalt 2% av Sveriges fossila koldioxidutsläpp kommer från pappers- och massaindustrin, vilket betyder att de totala utsläppen av koldioxid från pappers- och massaindustrin är nästan lika stora som alla fossila koldioxidutsläpp i hela Sverige. Genom att fånga in den i huvudsak biogena koldioxiden från pappers- och massaindustrin så kan vi snabbt kompensera för stora delar av de fossila utsläppen i Sverige. Då uppnår vi så kallade negativa utsläpp, eftersom mer koldioxid kan fångas in än vad som syns i utsläppsstatistiken. Att fånga in koldioxid kräver dock energi, främst i form av värme, och för att kunna uppnå verkligt negativa utsläpp är det viktigt att nya utsläpp inte uppstår för att den energin ska produceras.