,Technologia chemiczna – surowce i procesy przemysłu nieorganicznego S,Czystsze technologie chemiczne.docx

(104 KB) Pobierz

Czystsze technologie na przykładzie:

Zakładów Azotowych “Puławy” SA oraz

technologii CCS

 

Czystsza produkcja jest strategią ochrony środowiska polegającą na ciągłym,

zintegrowanym, zapobiegawczym działaniu w odniesieniu do procesów,produktów i usług,

zmierzającym do zwiększenia efektywności produkcji i usług oraz redukcji ryzyka dla ludzi

i środowiska przyrodniczego. Idea CP kładzie nacisk na ograniczenie zanieczyszczeń "u

źródła", czyli w momencie ich powstawania w procesie produkcyjnym, zamiast budowy

kolejnych, coraz to nowocześniejszych oczyszczalni "na końcu rury". Nie oznacza to

wykluczenia oczyszczania - jest ono traktowane jednak jako rozwiązanie ostateczne, w

stosunku do tych odpadów, których powstaniu nie da się jeszcze zapobiec. Czystsza

Produkcja nie jest działaniem jednorazowym. Przedsiębiorstwa decydujące się na

dobrowolne wdrożenie strategii CP stale dążą do redukcji zanieczyszczeń, zmniejszenia

zużycia energii oraz kosztów związanych z opłatami środowiskowymi, poprzez

opracowywanie i wdrażanie tzw. projektów CP. Inwestycje takie zwracają się po okresie

nawet kilku miesięcy, a przedsiębiorstwa wdrażają najlepsze dostępne techniki (BAT).

BATy to najbardziej efektywne oraz zaawansowane technologie rozwoju i metod

prowadzenia danej działalności, wykorzystywane jako podstawa ustalania granicznych

wielkości emisyjnych, mających na celu eliminowanie emisji lub, jeżeli nie jest to

praktycznie możliwe, ograniczanie emisji i wpływu na środowisko jako całość.

 

I. Czystrze technologie na bazie Zakładów Azotowych w Puławach

 

Zakłady Azotowe „Puławy” SA od ponad 40 lat są liderem polskiego przemysłu

nawozowo-chemicznego. Lokalizacja ZAP w centralnej Europie środkowowschodniej

pozwala istnieć firmie zarówno na wymagającym rynku UE, jak i dynamicznie

rozwijających się rynkach wschodnich. Zakłady te produkują między innymi amoniak i

kwas azotowy których technologie produkcji użyje jako przykład do omówienia czystrzej

produkcji tych substancji.

Przy produkcji amoniaku wykorzystywany jest gaz syntezowy. Mieszanina ta składa

się głównie z CO i H2 (teoretycznie - CO 75% i H2 25%). W tzw. surowym gazie

syntezowym znajdują się ponadto zwykle CO2 i N2 oraz małe ilości niepożądanych

zanieczyszczeń (np. H2S, H2O). Jest on produkowany przy użyciu konwersji metanu z

parą wodną. Gaz ziemny użyty do wytworzenia gazu syntezowego nie może zawierać

innych substancji (związków chemicznych) które wykazują silne powinowactwo do

powierzchni aktywnej kontaktu i mają zdolność „zatruwania” katalizatorów w dalszych

etapach procesu. Katalizatory niklowe reformingu parowego są bardzo wrażliwe na

śladowe ilości niektórych związków, które mogą być obecne w reagentach np. związki

siarki, arsenu i halogenki. Z tego powodu gaz ziemny przed skierowaniem do reformera

musi być odsiarczony do zawartości siarki mniejszej niż 5 ppm. Odsiarczanie gazu

ziemnego prowadzi się za pomocą absorpcji w temeperaturze 300-320 K w wodnych

roztworach (10-25%) etanoloamin(mono- MEA, di- DEA lub tri- TEA):

 

2HO-C2H4-NH2 + H2S + H2O <=> (HO-C2H4-NH3)2S

 

Tworzy się wówczas węglan monoetanoloaminy (oraz siarczku monoetanoloaminy z H2S).

Regeneracje absorbenta prowadzi się w obniżonym ciśnieniu i podwyższonej

temperaturze do 383 K powoduje to uwolnienie H2S.

 

 

Kolejnym etapem niepożądanym tym razem już w reaktorze do konwersji metanu

parą wodną jest dezaktywacja katalizatorów w wyniku odkładania depozytu węglowego.

Powstaje wówczas zjawisko trwałego formowania na powierzchni kontaktu określonych

produktów przejściowych, wynikających z braku konkurencji reakcji regeneracji

katalizatora oraz aktywnych granic faz i może prowadzić:

- do blokowania powierzchni aktywnej dostępnej dla reagentów (zjawisko „zatruwania”),

- do formowania struktur o charakterze objętościowym, utrudniających dyfuzję wewnętrzną

oraz zewnętrzną a nawet zakłócających dynamikę węzła kontaktowego.

W praktyce przemysłowej zjawiskom tym zapobiega się poprzez:

- stosowanie nadmiaru reagenta mającego powinowactwo do danego typu depozytu i

zdolność jego „zdejmowania” lub ograniczającego udział niepożądanych zjawisk w

wyniku modyfikacji priorytetów termodynamicznych,

- poprzez modyfikację składu powierzchni aktywnej katalizatora.

W przypadku omawianego procesu w instalacjach w Puławach stosuje się 2 do 4 krotny

nadmiar H2O w stosunku do CH4. Zaś katalizator dotuje inhibitorami zjawiska odkładania

(promotorami zjawiska zgazowania) depozytów, np. alkaliami.

W dalszym etapie oczyszczania następuje korekcja składu. Konieczne jest głębokie

usunięcie związków zawierających tlen (CO, CO2), a zwłaszcza CO, który tworzy

połączenia z Fe – a więc jest trucizną dla katalizatora syntezy amoniaku. Usunąć możemy

go za pomocą konwersji parowej tlenku węgla w procesach WTKCO i NTKCO.

Proces WTKCO NTKCO

 

 

Tlenek węgla następnie usuwa się za pomocą mycia miedziowego w temperaturze

278-283 K przy ciśnieniu 10-12 MPa amoniakalnym roztworem mrówczanu (lub węglanu)

miedzi tworząc kompleks rozkładający się już w temperaturze 80 C:

 

HCOO-[Cu(NH3)n] + CO <=> HCOO-[Cu(NH3)nCO]

 

Roztwór wiąże CO i CO2 a także O2. Pozostałe ilości tlenków węgla wyłapuje się za

pomocą metanizacji oraz płukania węglanami lub potasami w reakcjach Bensona-Fielda.

CO + 3H2 <=> CH2 + H2O

CO2 + 4H2 <=> CH4 + 2H2O

K2 CO3 + CO2 + H2O <=> 2 KHCO3

Tak oczyszczony gaz syntezowy kieruje się do instalacji tworzenia amoniaku.

Dalszym etapem, który często jest wykożystywany w zakładach azotowych jest

wytwarzanie kwasu azotowego przy pomocy wcześniej uzyskanego amoniaku. Na

szczególną uwagę dotyczącą czystrzych technologii trzeba zwrócić przy standardach

katalizatora reakcji. Katalizatorem reakcji jest siatka Pt-Rh (5-10%) w której na 1 cm2

powierzchni przypadaja 1024 oczka. Podczas pracy katalizatora zmiejsza się jego

wytrzymałość mechaniczna, a pewna ilość Pt unoszona jest z gazami poreakcyjnymi. Taki

katalizator może pracować w danych warunkach do kilkunastu miesięcy, jednak wraz z

ciągłym zaostrzaniem przepisów o czystych technologiach jego żywotność wraz ze

zmianami zawartymi w przepisach spadła do kilku miesięcy.

 

II. Czystrze technologie CCS

Jedną z najmodniejszych ostatimi czasy oraz nowo-wdrażaną czystą technologią

węglową jest technologia CCS (Carbon Capture and Storage). Polega ona na

wychwytywaniu i składowaniu dwutlenka węgla np: z elektrowni konwencjonalnych.

Stanowi ona sposób złagodzenia efektów globalnego ocieplenia i jest skuteczniejsza od

zwykłego poboru CO2 do fotosyntezy przez rośliny o około 50-80% niestety technalogia ta

przy wdrażaniu jej potrzebuje bardzo wysokich nakładów funduszy rozruchowych, jednak

większość specjalistów sądzi, że taka inwestycja powinna się stosunkowo szybko zwrucić.

Obecnie technologię tą wykorzystuje nieco zmodyfikowaną już Australia od 2000

roku oraz w Europie np: Niemcy od 2008 roku. W Polsce został przyjęty projekt o

wprowadzeniu tej technologi w czterech obiektach:

- blok 858 MW z usuwaniem dwutlenku węgla w elektrowni Bełchatów,

- blok 950 MW w technologii IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) z usuwaniem

dwutlenku węgla w elektrowni Bełchatów. Blok docelowo ma być opalany węglem

kamiennym,

- zeroemisyjna elektrociepłownia PKE (Południowy Koncern Energetyczny) – EC Bielsko

Północ (EC2),

- elektrownia poligeneracyjna z usuwaniem dwutlenku węgla wspólnie dla Elektrociepłowni

Zakładów Azotowych Kędzierzyn oraz Elektrowni Blachownia (PKE).

Technologię CCS możemy podzielić na:

- BCCS wykorzystywaną obecnie w największych elektrowniach Australi (Tarong,

Queensland, Eraring, NSW, Loy Yang, Victoria) - polega ona na wykorzystaniu

wyłapanego CO2 do wzrostu glonów które później wykorzystywane są do produkcji

tworzyw sztucznych, paliw transportowych i odżywczych pasz dla zwierząt.

- Geo CCS inaczej magazynowanie CO2 pod ziemią. Narazie wykorzystuje się ją do

wypychania ropy naftowej pompując do złoża CO2 i dzięki tak uzyskanemu ciśnieniu

wypompowując ropę. Naukowcy stwierdzili również że powolne uwalnianie CO2 z ziemi

będzie korzystniejsze dla atmosfery.

Zaletą owej technologii jest napewno kontrolowanie emisji CO2 do atmosfery, już

teraz pracuje się nad stworzeniem tańszego paliwa dla samolotów pasażerskich przy

wykorzystaniu wyłapanego CO2, niestety wraz z ciągłym wdrażaniem CCS na świecie

Greenpeaces które było jednym z pomysłodawców owej technologii staje się jego

największym wrogiem, co skutkuje jeszcze bardziej zakrojonymi normami w stosunku do

instalacji co czynni ją dość drogą inwestycją.

 

Zgłoś jeśli naruszono regulamin