search query: @instructor Reuter, Markus / total: 2
results-list
reference: 2 / 2
« previous | next »
Author:Lehtonen, Karri Matias
Title:Applying exergetic life cycle analysis for evaluating the efficiency of metallurgical processes - Case: Copper smelting
Exergeettisen elinkaarianalyysin soveltaminen metallurgisen prosessin tehokkuuden arvioimiseksi - Case: kuparin valmistus
Publication type:Master's thesis
Publication year:2013
Pages:109 s. + [33]      Language:   eng
Department/School:Kemian tekniikan korkeakoulu
Main subject:Tehdassuunnittelu   (Kem-107)
Supervisor:Koskinen, Jukka
Instructor:Reuter, Markus
Electronic version URL: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201306116487
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  1878   | Archive
Keywords:exergy
LCA
ELCA
copper
copper production process
energy
efficiency
HSC-SimTM
exergia
kupari
kupariprosessi
energia
tehokkuus
Abstract (eng): This thesis tested and debugged the software link between the HSC-SimTM and environmental software GaBi while enhancing the HSC-SimTM with an exegetic calculation functionality for flow sheets.
Copper metallurgy was used as a test example to check the software compatibility and calculations.
While various data are presented as a result of the simulations, the main focus of this thesis was rather on the development of HSC-SimTM functionality and further developments are required in order to be able to make definitive statements on copper making technologies.

The literature part of thesis reviewed the foot printing, the concept and scope of Life Cycle Assessment (LCA) were generally described and its current problems were presented.
In connection to these exergy was introduced.
The motivation for connecting exergy to LCA was expressed and the findings of articles connecting exergy to LCA were summarized.
The life cycle of copper was introduced including the alternative process steps of Copper production from ore to high grade metal.
Similarly the principle chemical reactions and description of compositions in these steps were introduced as a reference for simulations.
Finally the simulation programs used for analysing processes were presented In general.

The Experimental part of Thesis consists of Simulation of two different Copper production process's Including Flash Smelting with Peirce-Smith Converter and Flash Smelting with Flash Converter using Outotec's HSC-SimTM-software linked together with PE International's GABI software to perform Life Cycle Assesment (LCA).
An Exergetic Life Cycle Assesment (ELCA) was demonstrated using the HSC-SimTM.
In order to do this the exergy calculation methods of HSC were revised and corrected accordingly and debugging for LCA tool of the HSC-SimTM was done.

The novelty of Thesis was a demonstration of in-depth LCA and ELCA of different copper production processes by using simulation tools and proper process data as compared to traditional LCA's that are based typically on average values giving a significant source for Inaccuracy for results on specific processes.
This gives the possibility to better understand the weak points of processes and to find ways to improve the processes to more thermodynamically efficient and environmentally friendly level.

The results of this Thesis suggest that the link between the programs is working and the tools are adequate for performing proper assessment.
The HSC-SimTM proved also its compatibility for performing an ELCA.
When the models are considered, as the fugitive emissions and acid plants are not fully included within the models, no statement regarding the technology could be made.
None the less it was possible to conclude that the units where most exergy efficiency Improvement seems to exist are those with greatest temperature differences from the reference temperature such as the hot slag and anode copper as well as the matte granulation.

Numerous suggestions on exergy calculations on HSC-SimTM -have been made, especially on mixing exergies.
These suggestions have been summarized in appendix O, with sample calculation on non-Ideal mixing.
Abstract (fin): Diplomityön tarkoituksena oli HSC-SimTM simulointiohjelman ja elinkaarilaskentaohjelma GaBi:n välisen yhteensopivuuden testaaminen ja virheiden etsintä, ja toisaalta HSC-SimTM ohjelman exergialaskennan tarkastaminen ja kehittäminen prosessikaavioita hyödyntäen.
Kuparin valmistusta käytettiin testauksessa esimerkkinä yhteensopivuuden testaamisessa ja exergialaskennassa.
Vaikka simuloinnin tuloksia on esitelty laajalti, pääaiheena oli kuitenkin HSC-SimTM ohjelman toiminnallisuuksien testaaminen ja eräitä lisätutkimuksia vaaditaan kupariteknologioiden arvioimiseksi.

Diplomityön kirjallisuusosuus esittelee tuotantoon liittyviä jalanjälkilaskentaan kytköksissä olevia metodeja kuten elinkaarianalyysin (LCA) konseptin, jonka laajuus ja tämän hetkiset heikkoudet käydään läpi.
LCA:n heikkouksien korjaamiseksi exergian käsite tehdään tutuksi.
Exergian ja LCA:n yhdistämisen edut tehdään selviksi.
Exergian ja LCA:n yhdistämiseen liittyvien artikkeleiden löydökset esitellään.
Kuparin elinkaari käydään läpi ja vaihtoehtoiset prosessivaihtoehdot kuparimalmista metalliseksi kupariksi esitellään samalla.
Kuparinvalmistukseen liittyvät tärkeimmät kemialliset reaktiot esitellään.
Lopulta esitellään käytetyt simulointiohjelmat.

Työn kokeellinen osuus koostuu Outotec Oyj;n kehittämien kuparin liekkisulatusprosessien, liekkisulatus-liekkikonvertoinnin ja liekkisulatus-Peirce-Smith-konvertoinnin, simuloinnista ja analysoinnista käyttäen apuna Outotecin kaupallista HSC-SimTM prosessisimulointiohjelmaa yhdessä PE-International ltd:n LCA-ohjelman GaBi:n kanssa.
Ohjelmia apuna käyttäen suoritettiin elinkaarianalyysi ja tämän lisäksi myös tehtiin exergeettinen elinkaarianalyysi.
HSC-SimTM in exergian laskennan virheitä korjattiin ja LCA työkalun käytössä ilmenneitä virheitä korjattiin.
Saatujen tulosten perusteella prosessin termodynaamisen tehokkuuden parantamisen ongelmakohdat pyrittiin tunnistamaan.

Työn uutuus on poikkeuksellisen yksityiskohtaisen kuparin valmistusprosessin elinkaarianalyysin mahdollistuminen simulointityökalujen linkittämisen kautta, joka mahdollistaa tavanomaista keskiarvoihin perustuvaa elinkaarianalyysimenetelmää huomattavasti yksityiskohtaisemman analyysin tekemisen.
Aiempaa suurempi yksityiskohtaisuus ja exergialaskennan mukaan tuominen analyysiin antaa myös mahdollisuuden tunnistaa prosessin termodynamiikan kannalta ongelmallisimmat kohdat aiempaa tarkemmin.

Diplomityön tulokset osoittavat, että ohjelmien yhdistämisestä saatavat edut LCA:n tekemisessä on realisoitavissa.
HSC-SimTM osoittautui myös oivalliseksi työkaluksi ELCA:n suorittamiseksi.
Demonstraatio kuparinvalmistusprosessilla osoittaa, että entistä tarkempi analyysi on mahdollista, jos prosessimalleihin sisällytetään vielä karanneet päästöt, jotka liittyvät Peirce-Smith prosessiin, ja toisaalta happotehtaaseen liittyvät mahdolliset exergiatappiot.
Täsmällistä vertailua kuparinvalmistusprosessimallien välillä ei voitu kuitenkaan suorittaa edellisistä puutteista johtuen.
Alustavien tulosten perusteella merkittäviä mahdollisuuksia exergiatehokkuuden parantamiseksi löydettiin erityisesti suurien lämpötilaerojen, erityisesti kuuman kuonan, anodikuparin lämmön ja pelletöinnissä kuparikiven lämmön hyödyntämisessä.

Useita ehdotuksia HSC-SimTM:in exergialaskennan tarkkuuden parantamiseksi tehtiin liitteessä O, erityisesti sekoittumisen exergialle.
Liitteestä löytyy myös esimerkki epäideaalin seoksen exergian laskemiseksi HSC-SimTM:issa.
ED:2013-05-20
INSSI record number: 46157
+ add basket
« previous | next »
INSSI