Tehničko-tehnološko rješenje postojećeg Postrojenja za

PC PROIZVODNJA GNOJIVA Postrojenje za proizvodnju amonijaka (Sekcija 21)

Tehniko-tehnoloko rjeenje postojeeg Postrojenja za proizvodnju amonijaka

Ugradnja plamenika s niskim sadrajem NOx u primarni reformer

Br. 12-004

Kutina, studeni 2013.g.

Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Ugradnja plamenika s niskim sadrajem NOx u primarni reformer, Br. 12-004

SADRAJ UVOD............................................................................................................................................................................1 1. OPE TEHNIKE, PROIZVODNE I RADNE KARAKTERISTIKE (OPIS PROCESA

PROIZVODNJE) POSTROJENJA ZA PROIZVODNJU AMONIJAKA ..................................................2 1.1. OPIS PROCESA PRIMARNOG REFORMINGA ...............................................................................................4 1.2. NEDOSTATAK POSTOJEEG STANJA ..........................................................................................................7

2. PRIMJENA TEHNIKO-TEHNOLOKOG RJEENJA TEMELJENOG NA NRT-U...........................8 2.1. OPIS PLANIRANOG RJEENJA SMANJENJA EMISIJA NOX NA POSTROJENJU AMONIJAK 2 ........................9

2.1.1. Procjena ostvarenog smanjenja emisija i utede po provedbi planiranih zahvata............................11 2.1.2. Utroak materijala i energije ..............................................................................................................12

3. PLAN S PRIKAZOM LOKACIJE ZAHVATA S OBUHVATOM CIJELOG POSTROJENJA (SITUACIJA)...................................................................................................................................................14

4. BLOK DIJAGRAM POSTROJENJA PREMA POSEBNIM TEHNOLOKIM DIJELOVIMA (PROCESNI DIJAGRAM TOKA) ................................................................................................................15

5. POPIS PROCESNE (RADNE) DOKUMENTACIJE POSTROJENJA .....................................................16 6. OSTALA DOKUMENTACIJA POSTROJENJA.........................................................................................17


UVOD U Petrokemiji d.d se obavljaju djelatnosti kojima se mogu prouzroiti emisije kojima se oneiuje tlo, zrak i voda. Sukladno odredbama Zakona o zatiti okolia NN 110/07 (u daljnjem tekstu: Zakon) za takve djelatnosti koje se nalaze na popisu djelatnosti Priloga 1. Uredbe o postupku utvrivanja objedinjenih uvjeta zatite okolia NN 114/08 (u daljnjem tekstu: Uredba) obvezan je postupak utvrivanja objedinjenih uvjeta zatite okolia. U postupku utvrivanja objedinjenih uvjeta prije pribavljanja rjeenja o objedinjenim uvjetima, a u svrhu usklaivanja postojeeg postrojenja s odredbama Zakona i odredbama Uredbe, operater sukladno Zakonu mora sainiti Analizu stanja postojeeg postrojenja (Obrazac OZ-IPPC) i Elaborat o nainu usklaivanja postojeeg postrojenja to je uinjeno te je podneen Zahtjev za ocjenu i miljenje o Analizi i Elaboratu u skladu sa Uredbom. Dobiven je nalaz i obavijest o daljnjem postupanju Ministarstva zatite okolia i prirode (u daljnjem tekstu MZOIP), Klasa: 351-01/10-02-404 i Urbroj: 517-12-2, u kojem je navedeno da se pristupi podnoenju Zahtjeva za utvrivanje objedinjenih uvjeta zatite okolia. U tu svrhu i u skladu sa Zakonom i Uredbom izraeno je Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Ugradnja plamenika sa niskim sadrajem NOx. Izradu Tehniko-tehnolokih rjeenja, prema Zakonu i Pravilniku o uvjetima za izdavanje suglasnosti pravnim osobama za obavljanje strunih poslova zatite okolia NN 57/10, mogu izraivati samo ovlatene osobe od MZOIP-a za to je Petrokemija, d.d. dobila suglasnost Rjeenjem, Klasa: UP/I 351-02/12-08/16 i Urbroj: 517-12-2 (u privitku). Na Postrojenju za proizvodnju amonijaka (u daljnjem tekstu Amonijak 2) u svrhu usklaivanja s odredbama Zakona i odredbama Uredbe planiraju se provesti izmjene/rekonstrukcije u dijelu proizvodnog procesa i to u smislu smanjenja emisije NOx u zrak ugradnjom plamenika s niskom emisijom NOx na primarnom reformeru i pregrijau. Strune podloge u izradi ovog tehniko-tehnolokog rjeenja su: - tehnika dokumentacija postrojenja Amonijak (Operating manual 1360 MTPD Ammonia plant) - www.epa.gov , - podaci o ostvarenim emisijama NOx (kao NO2) i graninim vrijednostima emisije (nacionalne GVE i NRT) - preliminarna ponuda firme Zecco Burner Division

1

http://www.epa.gov/


1. Ope tehnike, proizvodne i radne karakteristike (opis procesa proizvodnje) Postrojenja za proizvodnju amonijaka

Postrojenje Amonijak 2 (sekcija 21) u tvornici mineralnih gnojiva Petrokemija, d.d. projektiralo je i izradila amerika tvrtka Pullman Kellogg LTD. Proces je koncipiran na originalnoj Kellogg metodi, a temelji se na visokotlanom parnom reformingu prirodnog plina. Projektni kapacitet iznosi 1360 t/dan ili 448800 t/god. bezvodnog tekueg amonijaka. Postrojenje je u radu od 1983. godine kada su proizvedene i prve koliine amonijaka. Sinteza amonijaka odvija se prema osnovnoj reakciji (1):

N2 + 3H2 2NH3 (1) Za proizvodnju amonijaka koristi se prirodni plin kao sirovina (za dobivanje vodika) i kao energent, 40 bar para te zrak kao izvor duika. Kao pomoni medij koristi se voda obraena u skladu sa zahtjevima procesa. Sveukupna oprema i postupak proizvodnje amonijaka mogu se svrstati u pet sekcija: Prerada sirovog sinteznog plina

hidrogenacija desulfurizacija primarna reformacija sekundarna reformacija visokotemperaturna konverzija niskotemperaturna konverzija

Proiavanje sinteznog plina apsorpcija i desorpcija CO2 metanacija

Sinteza amonijaka Sustav za pothlaivanje Sustav obrade procesnog kondenzata Proces proizvodnje amonijaka zapoinje komprimiranjem prirodnog plina (CH4) na tlak od 40 bara koji prolazi postupak desulfurizacije odnosno uklanjanje hidrogeniranih spojeva sumpora iz prirodnog plina. Slijedei stupanj je parcijalno reformiranje ugljikovodika (CH4) u desulfuriziranom napojnom plinu (prirodni plin) do jednog intermedijarnog nivoa u primarnoj reformerskoj pei pri tlaku 31 bar i 834oC. Reakcija reformacije je endotermna reakcija koja se moe prikazati jednadbom (2):

CH4 + H2O CO + 3H2O (2)

Zatim slijedi daljnje reformiranje u sekundarnom reformeru gdje je metan reduciran na nisku koncentraciju uvoenjem dovoljno zraka da se dobije stehiometrijska koliina duika potrebnog za sintezu amonijaka. Izlazna temperatura plina iz sekundarnog reformera je 997 oC. Konano se reformirani plin provodi kroz reaktore za konverziju gdje se CO prevodi u CO2 pomou reakcije s parom proizvodei paralelno ekvivalentnu koliinu vodika prema jednadbi (3):

2


CO + H2O CO2 + H2 (3)

Nakon prolaska kroz visokotemperaturnu i niskotemperaturnu konverziju plin sadri manje od 0,2 vol % CO. Izlazna smjesa plinova iz sekcije konverzije se prije ulaza u sustav za uklanjanje ugljikovog dioksida hladi. Sustav hlaenja sastoji se od kvenanja izlaznog plina na toku roenja injektiranjem recirkulacionog procesnog kondenzata. Uklanjanje CO2 rijeeno je primjenom Benfield procesa tj. uklanjanjem pomou kemijskog reagensa (Voda/K2CO3 + LRS 10). Benfield procesom dobiva se sintezni plin koji prema projektu sadri maksimalno 0,05 % vol. CO2 obzirom na suhu bazu. Uklanjanje preostalog CO i tragova CO2 iz Benfield sustava ostvaruje se u stupnju metanacije u kojem se oksidi ugljika katalitiki prevode u metan i vodu pomou reakcije s malom koliinom vodika u procesnoj struji. Tako proieni i komprimirani sintezni plin, sastavljen od vodika i duika u volumnom omjeru 3:1 i inertnih plinova se tlai u dvokuinom centrifugalnom kompresoru na tlak od oko 170 bara, te odlazi sinteznom petljom u reaktor gdje se odvija sinteza duika i vodika u amonijak.

etverostupanjski amonijani rashladni sustav provodi hlaenje potrebno za kondenzaciju amonijaka u sinteznoj petlji, vraa amonijak iz odunih plinova i daje rashladni medij amonijak u meustepenom hladnjaku kompresora sinteznog plina. Rashladni sustav posjeduje centrifugalni kompresor s meuhladnjacima, rashladnim kondenzatorom, rashladnim prijemnikom, isparivaem i etiri otplinjaa. Sustav za obradu procesnog kondenzata obrauje izlazni kondenzat iz nisko temperaturne konverzije, metanatora i kondenzat iz meustepenog separatora kompresora sinteznog plina. Obrada kondenzata provodi se stripiranjem parom u koloni s pakovanjem koja radi na atmosferskom tlaku.

Tehnoloki proces proizvodnje amonijaka na postrojenju Amonijak 2 kao posljednju sekciju ima sintezni sustav u kojem se provodi sinteza vodika i duika u amonijak. Radi odravanja tlaka u sinteznom reaktoru (koji poveavaju prisutni inertni plinovi) potrebno je kontinuirano otputati odreenu koliinu sinteznog plina. Otputeni (otpadni) sintezni plin koji sadri amonijak i vodik otprema se u sustav za loenje pei primarnog reformera. Spaljivanjem amonijaka sadranog u otputenom sinteznom plinu dodatno se poveavala koncentracija tj. emisija u zrak duikovih oksida u otpadnim dimnim plinovima pei primarnog reformera, dok je spaljivanje vodika izravno smanjivalo kapacitet proizvodnje amonijaka. Ugradnjom jedinice za izdvajanje amonijaka i vodika iz dijela visokotlano otputenog otpadnog sinteznog plina (2009.) smanjena je koliina amonijaka i vodika koja ide na spaljivanje u sustav za loenje pei primarnog reformera, a izdvojene koliine vraaju se u proces proizvodnje.

3


1.1. Opis procesa primarnog reforminga Nakon uklanjanja sumpora u desulfurizatorima, prirodni procesni plin s ostatkom vodika uvodi se prema primarnom reformeru s temperaturom od 371C. Protok desulfuriziranog prirodnog plina regulira se preko regulatora FRC-108 koji je smjeten ispred ventila s pogonom na motor SP-6 ija je namjena da daje pozitivni tlak prirodnog plina iz primarnog reformera za vrijeme ispada. Prirodni plin se sastaje s procesnom parom iza ventila SP-6. Procesna para ima tlak od oko 40 barabs. i temperaturu 392C. Protok pare regulira se regulacijskim ventilom preko regulatora FRC-109. Smjesa prirodnog plina i pare struji prema izmjenjivakim cijevima smjetenim u konvekcijskoj zoni primarnog reformera gdje se predgrijava na 510C pomou povrata topline iz dimnih sagorjevnih plinova. Smjesa predgrijane pare i plina se zatim distribuira kroz katalitike cijevi smjetene u radijacijskoj sekciji pei primarnog reformera. Plin prolazi prema dolje kroz katalizator na bazi nikla, ukupnog volumena 22 m3, koji je projektiran da reformira prirodni plin s vodenom parom pri omjeru para-ugljik 3.5:1 dajui na izlazu smjesu plinova od 68.18 % vodika i 10.51 % metana raunajui na bazi suhog plina. Pe radi s plamenicima iji su plameni usmjerene prema dolje, a koji su smjeteni izmeu redova cijevi sa svrhom da razviju temperaturu procesnog plina od 809 C na izlazu iz katalitikih cijevi. Pritisak na izlazu iz katalitikih cijevi je 33,44 barabs. Svaki red cijevi je povezan unutar pei sa kolektorom koji je opet povezan s raiserima koji uzimaju plin vraajui ga natrag kroz radijacijsku zonu prema transfer liniji s temperaturom od oko 834C. Smjesa para-zrak pregrijava se u cijevima predgrijaa u konvekcijskoj zoni primarnog reformera. Projektirana izlazna temperatura je 468C. Temperatura se mjeri pomou termoelementa TI-118. Uvoenje zraka za loenje provodi se ventilatorom 102-BJ. Zrak se predgrijava na oko 260C u predgrijau zraka 105-B u konvekcijskoj zoni, a nakon toga se rasporeuje na svodne plamenike. Dimni plin iz radijacijske zone prelazi u konvekcijsku zonu gdje se, nakon prolaska kroz tri pakovanja izmjenjivakih cijevi, sastaje sa strujom dimnog plina iz pomonog kotla. Dimni plin tada struji prema dolje kroz naredna dva pakovanja izmjenjivakih cijevi: kroz cijevi za dogrijavanje pare i cijevi za predgrijavanje kotlovske napojne prije uvoenja vode u parni dom. Nakon toga dimni plin prolazi kroz predgrija zraka za loenje gdje mu se temperatura sniava na oko 230C. Nakon zranog predgrijaa, dimni plin se odvodi u atmosferu preko dva ventilatora od kojih je jedan pogonjen parnom turbinom, a drugi elektromotorom. U daljnjem tekstu radi lakeg razumjevanja kada se pie primarni reformer, misli se na pomoni kotao 101B, pe 101B, predgrija 101B. U radijacijskoj zoni se odvija reakcija koja je preduvjet za daljnji proces i dobivanje amonijaka. Reakcija se odvija u 520 katalitikih cijevi u kojima se nalazi katalizator na bazi nikla. Termodinamika procesa reforminga Detaljni kemizam procesa reformiranja vrlo je kompleksan no moe se prikazati reakcijama reforminga (4), (5) i konverzije (6): - reakcija reforminga

4


CH4 + H2O CO + 3 H2 H = 206 kJ/mol (4) Vii ugljikovodici se pod utjecajem vodika raspadaju i pretvaraju u metan koji potom sudjeluje u reakciji reforminga tako da opa reakcija reforminga ugljikovodika glasi: CnH2n+2 + n H2O n CO + (2n+1) H2 H > 0 (5) - reakcija konverzije CO + H2O CO2 + H2 H = -41 kJ/mol (6) Gornje reakcije odvijaju se istovremeno. Za prvu reakciju potrebno je dovoenje topline od 206 kJ/mol dok druga reakcija oslobaa toplinu u koliini od 41 kJ/mol. Ukupno, obje reakcije u primarnom reformeru troe toplinu od 165 kJ/mol pa tako reakcije zajedno protjeu samo uz dovoenje topline i mogu se prikazati zbirno: CH4 + 2 H2O CO2 + 2 H2 H =165 kJ/mol (7) Navedene reakcije u primarnom reformeru ne odvijaju se do kraja ve se uspostavlja ravnoteno stanje u ovisnosti o tlaku, temperaturi i omjeru para-ugljik. Uinak poveanja temperature na sastav izlaznog plina jeste smanjenje sadraja ugljikova dioksida i metana i poveanje sadraja ugljikova monoksida i vodika. Tlak u reforming sustavu uslijed toga gotovo je stalan te se moe smatrati nepromjenjivim. Temperaturu za reakciju postie se loenjem prirodnim plinom, preko 198 plamenika rasporeenih u 11 redova (svodni plamenici). Loenje se regulira na nain da plin izgara odozgo prema dolje tako da je grijanje katalitikih cijevi potpuno. Primarni reformer H 21-101 ima etiri loita (sa razliitim udjelom potronje plina za loenje): 1. ukupno 198 svodnih plamenika (67,1 % od ukupne koliine plina) 2. 11 tunelnih plamenika (7,3 % od ukupne koliine plina) 3. 21 plamenik superhitera (13,0 % od ukupne koliine plina) 4. 5 plamenika pomonog kotla (9,7 % od ukupne koliine plina) Treba napomenuti da osim gore navedenih loita na postrojenju postoje i jo dvije pei: grija za start sinteze 102-B koji se koristi samo u startu sintezne sekcije i pregrija prirodnog plina za proces 103-B sa 6 plamenika koji radi kontinuirano s potronjom plina od 800 Nm3/h (2,9 % od ukupne koliine plina). Zbog funkcije primarnog reformera loita imaju odreenu tehnoloku povezanost, ali ipak za svako loite postoji odvojena regulacija plina i zraka za loenje te odvod dimnih plinova, to omoguuje analizu rada svakog pojedinog loita. Emisiju NOx proizvode sva loita i planira se zamjena svih plamenika (198+11+21230), osim plamenika pomonog kotla (5 kom), plamenika grijaa za start sinteze (6 kom) i plamenika pregrijaa prirodnog plina za proces (6 kom). Zamjena tih 17 plamenika je s obzirom na tip plamenika ekonomski neopravdana, a efekt na smanjenje ukupne emisije NOx bio bi vrlo upitan.

5


Slika 1. Zone primarnog reformera Gorenje i emisija NOx Mehanizam izgaranja goriva vrlo je sloen i teak za proraun ako se ele pratiti sve faze procesa gorenja. Za veliki dio praktinih problema proces gorenja prikazuje se samo bilancom tvari i topline to je za veliki dio praktinih problema dovoljno. Na taj je nain proraun izgaranja bitno jednostavniji. Iz stehiometrijskih jednadbi moe se na jednostavan nain izraunati koliina zraka potrebna za izgaranje kao i koliinu dimnih plinova koja pri tome nastaje. Za proraun izgaranja potrebno je poznavati sastav goriva koji se dobiva elementarnom kemijskom analizom. Prema opem izrazu za izgaranje ugljikovodika mogu se napisati stehiometrijske jednadbe za izgaranje svih ugljikovodinih komponenti plina za gorenje:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O (8) C2H6 + 3,5O2 2CO2 + 3H2O (9) C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2O (10) C4H10 + 6,5O2 4CO2 + 5H2O (11) C5H12 + 8O2 5CO2 + 6H2O (12)

Ovim jednadbama potrebno je dodati i jednadbe izgaranja amonijaka i vodika iz otpadnog plina a to su:

NH3 + 1,75O2 NO2 + 1,5 H2O (13) H2 + 0,5 O2 H2O (14)

Osim iz reakcije izgaranja amonijaka, u energetsko-proizvodnim postrojenjima, duikovi oksidi (NOx), tj. duikov monoksid (NO) i duikov dioksid (NO2), nastaju iz tri osnovna mehanizma prema kojima razlikujemo:

6


1. Termalni NOx nastaje termalnom disocijacijom i naknadnom reakcijom duika (N2) i kisika (O2) iz

zraka za izgaranje nastaje u visokotemperaturnom okruju u blizini plamenika a na njegovo nastajanje

utjeu: koncentracija kisika, maksimalna temperatura i vrijeme maksimalne temperature (pika)

s porastom koncentracije N2 i O2 raste i koncentracija NOx 2. Brzi NOx prompt NOx

nastaju reakcijom duika iz zraka za loenje s ugljikovodinim radikalima iz goriva (plina) u plamenu

neznaajni su s obzirom na koliinu koja nastaje termalnim mehanizmom 3. NOx iz goriva (plina) fuel NOx

nastaju reakcijom duika iz goriva s kisikom iz zraka u plamenu uslijed visoke temperature

u plinu je koliina duika vrlo mala stoga je emisija NOx nastala ovim mehanizmom neznaajna

U pei primarnog reformera u proizvodnji amonijaka, gdje se kao gorivo koristi prirodni plin, skoro sva koliina nastalog NOx je termalni NOx (Pollution control in fertilizer production edited by Charles A. Hodge, Neculai N. Popovici). 1.2. Nedostatak postojeeg stanja U Tablici 1. prikazane su ostvarene razine emisije na postrojenju Amonijak 2 (mjerno mjesto 01/01: Dimnjak primarnog reformera H 21101) temeljem rezultata kontinuiranih mjerenja u odnosu na nacionalne granine vrijednosti emisije (GVE) i kriterij NRT. Tablica 1. Prikaz rezultata mjerenja emisija NOx (kao NO2) u 2009. i 2011. godini

Mjesec Maksimalna srednja dnevna

koncentracija NO2 u 2009. godini mg/Nm3

Maksimalna srednja dnevna koncentracija NO2 u 2011. godini

mg/Nm3 Veljaa 661,16 694,65 Oujak 651,41 567,04 Travanj 487,59 573,81 Svibanj 467,36 515,60 Lipanj 534,14 487,28 Srpanj 431,30 483,88 Kolovoz 424,12 493,02 Rujan 464,38 514,99 Listopad 411,12 545,83 Studeni 355,34 703,69 Prosinac 466,09 551,48 GVE* (nakon 31.12.2015.) 500 500

NRT 90 - 230 90 - 230 * Uredba o graninim vrijednostima emisija oneiujuih tvari u zrak iz stacionarnih izvora NN 21/07 lanak 50 i 160 i izmjena iste Uredbe NN 150/08 kao i Uredba o graninim vrijednostima emisija oneiujuih tvari u zrak iz nepokretnih izvora NN 117/12 lanak 53 i 157

7


Iz prikazanog je vidljivo da maksimalne srednje dnevne emisijske koncentracije NO2, ne udovoljavaju graninoj vrijednosti prema najbolje raspoloivim tehnikama (NRT), ali niti nacionalnim GVE (veljaa, oujak i lipanj 2009. te razdoblje veljaa-svibanj i rujan-prosinac 2011. godine). 2. Primjena tehniko-tehnolokog rjeenja temeljenog na NRT-u Kako trenutano ugraena oprema i nain voenja procesa ne mogu zadovoljiti zadane kriterije za emisiju NOx prema kriterijima NRT, ali i nacionalnim GVE uz provedbu planiranog zahvata Smanjenje emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s niskotlanog dijela sinteze (Tehniko-tehnoloko rjeenje 12-006) planira se i ugradnja plamenika s niskom emisijom NOx na pei primarnog reformera H 21-101 i predgrijaa. Najee metode smanjenja emisije NOx iz sagorijevanja prirodnog plina su: I) Recirkulacija dimnih plinova (sekcija 2.4.23 BREF LVIC-AAF) Veina dimnih plinova recirkulira se iz dimnjaka nazad u dovodni kanal zraka za gorenje plamenika, gdje se mijeaju sa svjeim zrakom za izgaranje prije ulaska u plamenik. Reciklirani dimni plinovi sadre produkte izgaranja koji se ponaaju kao inerti tijekom gorenja mjeavine goriva (plina) i zraka. Recirkulacija dimnih plinova smanjuje emisiju NOx pomou dva mehanizma: 1) recirkulirani dimni plinovi ponaaju se kao razrijeiva koji smanjuje odnosno stabilizira

temperaturu izgaranja goriva i na taj nain smanjuje nastanak termalnog NOx 2) recirkulirani dimni plinovi takoer smanjuju koncentraciju kisika u primarnoj zoni

plamena te na taj nain smanjuju emisiju NOx Koliina recirkuliranog dimnog plina je kljuni parametar pri redukciji emisije NOx. Navedeni sistem koristi se u kombinaciji sa specijalno dizajniranim plamenikom koji postie nisku emisiju uz mogunost postizanja kontinuirano stabilnog plamena uz poveanje protoka inertnih plinova. Kada se plamenik s malom emisijom NOx koristi u kombinaciji s recirkulacijom dimnih plinova, navedena tehnika ima mogunost reduciranja emisije NOx od 60 do 90 %. Projekt recirkulacije dimnih plinova radi ugradnje sloenijeg tipa plamenika, dodatnih cjevovoda i nadogradnje regulacijske opreme zahtijeva dodatna financijska sredstva, radi ega nije detaljnije obraivan niti tehniko-tehnoloki, niti trokovno. II) Plamenici s malom emisijom NOx (sekcija 2.4.23 BREF LVIC-AAF) Plamenici s malom emisijom NOx reduciraju emisiju NOx ostvarujui proces izgaranja u fazama odnosno stupnjevima.

8


Stupanj kod kojeg djelomino kasni/zaostaje brzina protoka prirodnog plina rezultira s hladnijim plamenom odnosno stabilnijim plamenom koji smanjuje temperaturne vrhove (pikove), a time i nastajanje termalnog NOx. Dva najea tipa plamenika s niskim sadrajem NOx su: 1) plamenik koji stabilizira plamen pomou zraka 2) plamenik koji stabilizira plamen pomou goriva Plamenici s niskim sadrajem NOx smanjuju emisiju NOx od 40 do 85 %. Emisija NOx ovisi o vrsti plamenika, procesnim uvjetima, temperaturi zraka za izgaranje, volumenu loita i koncentraciji kisika. 2.1. Opis planiranog rjeenja smanjenja emisija NOx na postrojenju Amonijak 2 Budui da najvea koliina NOx nastaje na primarnom reformeru i superhiteru termalnim mehanizmom, smanjenje emisije NOx moe se postii zamjenom postojeih i ugradnjom novih plamenika s niskim sadrajem NOx. Kako je ve navedeno termalni NOx nastaje kad temperatura plamena dostigne granicu prekida kovalentne veze u molekuli duika i tada slobodni duik (N-radikal) reagira sa kisikom i nastaje NOx. Poznato je da se zrak sastoji od 21 % vol. kisika i 79 % vol. duika, pa prilikom izgaranja odnosno spajanja gorive tvari sa kisikom uz oslobaanje topline, duik, ako nije postignuta visoka temperatura za prekid njegove kovalentne veze, prolazi kroz plamen kao inert. Meutim, ako prilikom izgaranja postoje temperaturni vrhovi (pikovi), nastaje nestabilan plamen. Izvedba plamenika moe smanjiti emisiju NOx reducirajui temperaturne vrhove (pikove) tj. stabilizirajui temperaturu u plamenu kako bi se sprijeilo stvaranje uvjeta za pucanje kovalentne veze u molekulama duika. Redukcija se generalno postie pomou faznog zaostatka brzine izgaranja. Budui da je proces izgaranja reakcija izmeu gorive tvari (plina) i kisika, cilj usporavanja izgaranja je redukcija brzine pri kojoj se goriva tvar i kisik mjeaju i izgaraju. to je vea brzina mjeanja gorive tvari i kisika, vea je brzina izgaranja, a posljedica toga su vei temperaturni vrhovi (pikovi) odnosno nestabilniji plamen. Na smanjenje emisija NOx na postrojenju Amonijak 2 moe se utjecati dvojako: I) Smanjenjem koliine otputenog sinteznog plina (otpadnog plina) koji dolazi u sustav za

loenje pei primarnog reformera Linija otpadnog plina koja ide na loenje odnosno plamenike, nastaje spajanjem niskotlanog otpadnog plina (otpadni plin iz 107F i otpadni plin iz 109F) i visokotlanog otpadnog plina (otpadni plin iz 108F) koji izlazi iz jedinice za izdvajanje vodika i amonijaka. Sastav plina je slijedei:

N2 43 % vol. H2 19 % vol. NH3 2 % vol. CH4 23 % vol. Ar 13 % vol.

9


Ugradnjom jedinice za izdvajanje amonijaka i vodika iz visokotlanog otpadnog plina (2009.) te dvije komponente ne idu na spaljivanje ve se vraaju u proces proizvodnje. Amonijak se izdvaja u visokotlanom skruberu u kontaktu s vodom, a nastala amonijana voda se stripira. Time se rijeila emisija NOx koji nastaju sagorjevanjem amonijaka iz visokotlanog otpadnog plina i smanjila emisija NOx (kao NO2) sa oko 650 na oko 450 mg/Nm3 (vidi tablicu 1). U 2014. planira se realizirati zahvat Smanjenje emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s niskotlanog dijela sinteze (Br. 12-006) ime bi se rijeio i drugi izvor amonijaka, iz niskotlanog otpadnog plina, to e rezultirati smanjenjem emisije NOx (kao NO2) s oko 450 na oko 250 mg/Nm3. Ovdje treba napomenuti da e zahvat Smanjenje emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s niskotlanog dijela sinteze radi prvog koraka smanjenja emisije NOx uz nie potrebno ulaganje predhoditi zahvatu Ugradnje plamenika s niskim sadrajem NOx. Ukoliko se realizacijom prvog zahvata emisije NOx (kao NO2) smanje na 250 mg/Nm3 postoji mogunost odustajanja od projekta Ugradnje plamenika s niskim sadrajem NOx u primarni reformer zbog visoke cijene opreme ili eventualno zamjena samo manjeg broja plamenika, to iziskuje puno manja ulaganja, kako bi se emisije NOx (kao NO2) smanjile ispod granice NRT-a od 230 mg/Nm3. II) Ugradnjom novih plamenika s niskim sadrajem NOx na primarni reformer H21-101. Ovim zahvatom predvia se 40-85 % smanjenje emisije NOx (kao NO2) tj. s 250 na 40-150 mg/Nm3 odnosno na srednju vrijednost od 95 mg/Nm3, ime bi se zadovoljile granine vrijednosti prema NRT-u. Kako ne moemo sa sigurnou tvrditi bez detaljne studije da e se emisija NOx realizacijom projekta Smanjenja emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s niskotlanog dijela sinteze smanjiti na predvienih 250 mg/Nm3 uzeli smo u razmatranje zamjenu svih 230 plamenika. Plamenik s malom emisijom NOx radi na nain stabilizacije plamena pomou goriva (plina) i koristi jednu sapnicu za nastajanje primarne i sekundarne zone plina koji formira poetnu zonu izgaranja gdje se odvija izgaranje uz visoku lokaliziranost vika zraka. Plin izbaen sa zaostatkom iz centra plamenika (sapnice) mijea se direktno sa gornjim inertnim produktima izgaranja koji su formirani prilikom izgaranja u primarnoj i sekundarnoj zoni. Takva mjeavina plina i inerata nastalih izgaranjem gori pri manjim temperaturnim pikovima, a rezultat je stabilniji plamen uz manju emisiju termalnog NOx. Emisija NOx poveava se poveanjem adijabatske temperature plamena. Usporavanjem procesa izgaranja stabilizira se temperatura plamena odnosno navedena temperatura postaje ujednaenija to za posljedicu ima smanjenu emisiju NOx. Plamenik s niskim sadrajem NOx vrlo je jednostavan i nudi slijedee prednosti: stabilan plamen poboljana je karakteristika plamena (plamenik ima veu toplinsku mo) jeftinije odravanje (zbog svog jednostavnog dizajna s 1 sapnicom i 1 konusom) mala vjerojatnost interakcije izmeu plamena (plamenik e proizvoditi kompaktan

stabilan plamen koji nee doi u interakciju sa susjednim plamenima odnosno plamenicima)

10


Planirani zahvat izvriti e se do 31.12.2017. ukoliko se mjerom opisanom u TTR-u 12-006 ne ostvari udovoljavanje GVE prema svim kriterijima iz lanka 16 Uredbe o graninim vrijednostima emisija oneiujuih tvari u zrak iz nepokretnih izvora NN 117/12. 2.1.1. Procjena ostvarenog smanjenja emisija i utede po provedbi planiranih zahvata Temeljem ostvarenih smanjenja emisije NOx provedbom zahvata opisanih u toki 2.1. ostvarilo bi se i smanjenje iznosa naknade za emisije NOx u zrak. Naknada na emisiju u okoli duikovog oksida izraen kao NO2 izraunava se temeljem Uredbe o jedininim naknadama, korektivnim koeficijentima i pobliim kriterijima i mjerilima za utvrivanje naknade na emisiju u okoli oksida sumpora izraenih kao sumporov dioksid i oksida duika izraenih kao duikov dioksid, NN 71/2004 Iznos naknade na emisiju NO2 izraunava se prema izrazu: N =N1 * E * kk, gdje je : N iznos naknade na emisiju NO2 - u kunama N1 naknada za jednu tonu emisije NO2 - (jedinina naknada) (310 kn/tNO2) E koliina emisije u tonama u kalendarskoj godini kk korektivni poticajni koeficijent ovisan o koliini i podrijetlu emisije: kk = k1 * k2 *k3

u kojem je:

k1 korektivni poticajni koeficijent ovisan o godinjoj koliini emisije (za koliinu emisije jednaku ili veu od 500 t/god , k1 =1 ;za koliinu emisije jednaku ili veu od 50, a manju od 500 t/god; k1=0,83)

k2 korektivni poticajni koeficijent ovisan o podrijetlu emisije (za emisiju uslijed izgaranja goriva, k2=1)

k3 korektivni poticajni koeficijent ovisan o graninoj vrijednosti emisije (za GVE3 =500 mg/Nm3), vidi tablicu 1.tj. udovoljavanje GVE i emisije dobivene kontinuiranim mjerenjem, k3=0,8)

Slijedi primjer izrauna naknada uz koncentraciju NO2 = 250 mg/Nm3 i koncentraciju NO2 = 95 mg/Nm3 (prosjena vrijednost od 40 i 150 mg/Nm3): Primjer izrauna naknada za emisije NO2 iz dimnjaka primarnog reformera H-21101 Naknada se rauna na temelju slijedeih ulaznih podataka: 1. koncentracije NO2 = 250 mg/Nm3 i 95 mg/Nm3 2. protok otpadnog plina = 260 000 Nm3/h (u razdoblju 10-12 mj. 2009.g.) 3. sati rada= 6776 h/god (temeljem 2009.g.) Ovisno o koliini emisije NO2 (tona u godini) u koloni 4 tablice 3 potrebno je mijenjati koeficijent k1: a) za emisiju NO2 >500t/god k1=1 b) za emisiju NO2 veu/jednaku od 50 t/god, a manju od 500 t/god k1=0,83

11


Tablica 2. Izraun naknade za emisije NO2

Koncentracija NO2

(mg/Nm3)

protok otpadnog

plina, (Nm3/h)

sati rada postrojenja

u god (h)

E (tona)

N1 (kn/t NO2)

k1 k2 k3 N (kuna)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.) 250 260000 6776 440,44 310 0,83 1 0,8 90.660,17 2.) 95 260000 6776 176,176 310 0,83 1 0,8 34.450,86

Izraunata god. naknada za emisije NOx na primarnom reformeru H-21101 na Amonijaku 2 nakon provedenog projekta Ugradnja plamenika s niskim sadrajem NOx iznositi e 34.450,86 kn. Procjenjuje se da bi se realizacijom ovog projekta godinja naknada umanjila za 56.209,31 kn. 2.1.2. Utroak materijala i energije U tablici 3 je prikazano na kojim pozicijama e se ugraditi plamenici s malom emisijom NOx. Tablica 3. Odabir plamenika za zamjenu

ITEM KOM NAPOMENA 101B -SVODNI PLAMENIK SA PILOT PLAMENIK

110 -ODABRANO

101B -SVODNI PLAMENIK BEZ PILOT PLAMENIKA

88 -ODABRANO

101B -TUNELNI PLAMENIK

11 -ODABRANO

101B -SUPERHEATER 21 -ODABRANO 101B -POMONI KOTAO 5 -veinom je jedan ugaen. Proizvoa

plamenika je Hamworthy, a i sami plamenici su spojeni na sustav automatske potpale pomonog kotla tako da bi bila prevelika ulaganja, a ne bi bilo vidljivih uinaka na smanjenje NOx.

102B 4 -radi samo u startu postrojenja cca.8 h. 103B 6 -preveliko ulaganja, a ne bi bilo vidljivih

uinaka na smanjenje NOx ODABIR DOBAVLJAA Projektno izvedeni plamenici su od firme John Zink, USA. Prilikom prikupljanja preliminarnih ponuda uvjet je bio da konstrukcija plamenika s niskim sadrajem NOx mora biti takva da ne zahtijeva nikakvu rekonstrukciju postojeih leita plamenika, a tako ni dolaznih cjevovoda.

12


13

Na osnovu naih poslanih projektnih podataka, trenutanih parametara u proizvodnji, kao i crtea predmetnih plamenika dobili smo preliminarne ponude s cijenama za pojedine plamenike radi planiranja trokova i buduih ulaganja samo od firme Zecco Burner Division (tablica 4). Tablica 4. Procjena trokova ulaganja za plamenike s niskim sadrajem NOx

ITEM i POZICIJA BR.KOM JEDININA CIJENA

UKUPNO

H-21101 B -SVODNI PLAMENIK SA PILOT PLAMENIKOM

110

2.092,00$ 230.120,00$ / 1.288.672,00kn

H-21 101 B -SVODNI PLAMENIK BEZ PILOT PLAMENIKA

88 1.980,00$ 174.120,00$ / 975.072,00kn

H-21 101 B -TUNELNI PLAMENIK

11 3.480,00$ 38.280,00$ / 214.368,00kn

H-21101 B-SUPERHEATER (PREGRIJA)

21 2.765,00$ 58.065,00$ / 325.164,00kn

TROKOVI PAKIRANJA 230 298,00$ 68.540,00$ / 383.824,00kn

TROKOVI TRANSPORTA 40.000,00$ / 224.000,00kn

TROKOVI ZAMJENE (20 radnih dana, 10h/dan,12 strojobravara)

252.000,00kn

OSTALI TROKOVI 183.155,00 kn UKUPNO 3.846.255 kn

1$=5,6kn Ugradnja plamenika s niskim sadrajem NOx u primarni reformer provesti e se, prema potrebi nakon realizacije TTR 12-006, tijekom 2017. Rok realizacije je 31.12.2017. UKUPNI FINANCIJSKI EFEKT Ukupna planirana ulaganja za izvoenje ovog projekta su 3.846.255 kn a godinja uteda na naknadi emisije u okoli duikovog oksida je 56.209,31 kn. Projekt zamjene plamenika na postrojenju Amonijak je opravdan sa ekolokog aspekta, ali ne i financijskog.


3. Plan s prikazom lokacije zahvata s obuhvatom cijelog postrojenja (situacija)

Slika 2. Plan postrojenja Amonijak 2 s prikazanom lokacijom ugradnje plamenika s niskim sadrajem NOx u primarni reformer Napomena: Zeleno oznaeni dio predstavlja tajni podatak prema odluci Uprave Petrokemije d.d.

14

Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Ugradnja plamenika s niskim sadra

4. Blok dijagram postrojenja prema posebnim tehnolokim dijelovima (procesni dijagram toka) 4. Blok dijagram postrojenja prema posebnim tehnolokim dijelovima (procesni dijagram toka)

jem NOx u primarni reformer, Br. 12-004

15

2-004

15

Slika 3. Blok dijagram Postrojenja za proizvodnju amonijak

Napomena: Zeleno oznaeni dio predstavlja tajni podatak prema odluci Uprave Petrokemije d.d.


5. Popis procesne (radne) dokumentacije postrojenja 21-05-1-5-9-008 Tijek informiranja na postrojenju Amonijak 2 21-05-1-5-9-010 Popis uputstava 21-05-1-5-9-012 Upravljanje neusklaenim proizvodom 21-05-1-5-9-014 Preventivne i korekcijske aktivnosti u proizvodnji amonijaka 21-05-1-5-9-015 Uputstvo za start postrojenja Amonijak-2 21-05-1-5-9-017 Uputstvo za obustavu postrojenja Amonijak-2 21-05-1-5-9 018 Rad jedinice za obradu otpadnog sinteznog plina na postrojenju Amonijak 21-05-1-5-9-020 Uputa za rad s turbinom 101 BJAT 21-05-1-5-9-021 Uputa za rad s turbinom 102 BJT 21-05-1-5-9-022 Kljuna procesna mjerna oprema postrojenja AMONIJAK, rev.7 21-05-1-5-9-023 Kljuna strojna oprema 21-05-1-5-9-033 Kontrolne toke postrojenja amonijak 21-05-1-5-9-037 Matrica odgovornosti na postrojenju Amonijak-2 za osiguranje kvalitete proizvoda rev 3 21-05-1-5-9-040 Test blokadnog sustava sinteznog kompresora 103-JT 21-05-1-5-9-041 Uputstvo za dreniranje sistema za proizvodnju pare - Amonijak-2 21-05-1-5-9 042 Uputstvo za odravanje postrojenja u radu i zastoju tijekom zimskog perioda 21-05-1-5-9-043 Sistem instrumentacije i sredstva za obustavu 21-05-1-5-9-044 Uputa za potpalu i rad pomonog kotla 21-05-1-5-9-045 Korektivne aktivnosti kod pojave alarma na sustavu kontinuiranog

monitoringa 21-05-1-5-9-046 Uputstvo za rad i odravanje blok ventila 126 bar pare za turbinu 21103-JT -

SP13 21-05-1-5-9-048 Procesni pristup 21-05-1-5-9-051 Uputstvo za pranjenje reaktora hidrogenatora 101-D i odsumporivaa 102

DA-B 21-05-1-5-9-052 Pranjenje i punjenje reaktora hidrogenatora 10-D i odsumporivaa 102 DA-B 21-05-1-5-9-053 Uputstvo za pranjenje katalitikih cijevi s katalizatorom za primarni

reforming rev.1 21-05-1-5-9-054 Uputstvo za punjenje katalizatora primarnog reforminga, rev.1 21-05-1-5-9-055 Uputstvo za pranjenje reaktora sekundarnog roforminga 103-D 21-05-1-5-9-056 Uputstvo za punjenje reaktora sekundarnog reforminga 103-D 21-05-1-5-9-057 Uputstvo za pranjenje reaktora visokotemperaturne konverzije 104D1 21-05-1-5-9-058 Uputstvo za punjenje reaktora visokotemperaturne konverzije 104-D1 21-05-1-5-9-059 Uputstvo za pranjenje reaktora niskotemperaturne konverzije 104-D2 21-05-1-5-9-060 Uputstvo za punjenje reaktora niskotemperaturne konverzije 104-D2 21-05-1-5-9-061 Uputstvo za pranjenje reaktora za metanaciju 106-D 21-05-1-5-9-062 Uputstvo za punjenje reaktora za metanaciju 106-D 21-05-1-5-9-063 Uputstvo za pranjenje reaktora za sintezu 21105 D 21-05-1-5-9-064 Uputstvo za punjenje sinteznog rasktora 21105 D21105 D 21-05-1-5-9-065 Uputstvo za rad s kemikalijama na postrojenju AMONIJAK, rev. 2 21-05-1-5-9-080 Uputa za zamjenu snopa primarnog parnog kotla 21-09-1-5-9-071 Zatita, spaavanje i evakuacija u sluaju tehnoloke nesree na postrojenju

AMONIJAK 2 21-09-1-5-9-071 Zatita, spaavanje i evakuacija u sluaju tehnoloke nesree na postrojenju

AMONIJAK 2 01-05-1-5-9-111 Ex Prirunik za odravanje, instaliranje i popravak ureaja u

protueksplozijskoj izvedbi

16


69-05-2-5-9-620/0002 Plan kontrole emisije oneiujuih tvari u zrak iz postrojenja Petrokemije d.d.

69-05-2-5-9-720/0013 Plan kontrole kvalitete procesnih i pitkih voda 6. Ostala dokumentacija postrojenja 02-06-1-5-9-302 Operativni plan intervencije kod proboja prirodnog plina 02-09-1-5-9-072 Standardne operativne procedure kod isputanja amonijaka

17



Rekonstrukcija sustava za stripiranje procesnog kondenzata

Br. 12-005


Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Rekonstrukcija sustava za stripiranje procesnog kondenzata, Br. 12-005

SADRAJ UVOD............................................................................................................................................................................1 1. OPE TEHNIKE, PROIZVODNE I RADNE KARAKTERISTIKE (OPIS PROCESA

PROIZVODNJE) POSTROJENJA ZA PROIZVODNJU AMONIJAKA ..................................................2 1.1. OPIS PROCESA STRIPIRANJA PROCESNOG KONDENZATA..........................................................................4 1.2. NEDOSTATAK POSTOJEEG STANJA ..........................................................................................................4

2. PRIMJENA TEHNIKO-TEHNOLOKOG RJEENJA TEMELJENOG NA NRT-U...........................7 2.1. OPIS PLANIRANOG RJEENJA STRIPIRANJA PROCESNOG KONDENZATA UPOTREBOM SREDNJETLANE

PARE .........................................................................................................................................................7 2.1.1. Procjena ostvarenog smanjenja emisija i utede po provedbi planiranih zahvata............................10 2.1.2. Utroak materijala i energije ..............................................................................................................10

3. PLAN S PRIKAZOM LOKACIJE ZAHVATA S OBUHVATOM CIJELOG POSTROJENJA (SITUACIJA)...................................................................................................................................................12

4. BLOK DIJAGRAM POSTROJENJA PREMA POSEBNIM TEHNOLOKIM DIJELOVIMA (PROCESNI DIJAGRAM TOKA) ................................................................................................................13

5. POPIS PROCESNE (RADNE) DOKUMENTACIJE POSTROJENJA ....................................................14 6. OSTALA DOKUMENTACIJA POSTROJENJA.........................................................................................15


UVOD U Petrokemiji d.d se obavljaju djelatnosti kojima se mogu prouzroiti emisije kojima se oneiuje tlo, zrak i voda. Sukladno odredbama Zakona o zatiti okolia NN 110/07 (u daljnjem tekstu: Zakon) za takve djelatnosti koje se nalaze na popisu djelatnosti Priloga 1. Uredbe o postupku utvrivanja objedinjenih uvjeta zatite okolia NN 114/08 (u daljnjem tekstu: Uredba) obvezan je postupak utvrivanja objedinjenih uvjeta zatite okolia. U postupku utvrivanja objedinjenih uvjeta prije pribavljanja rjeenja o objedinjenim uvjetima, a u svrhu usklaivanja postojeeg postrojenja s odredbama Zakona i odredbama Uredbe, operater sukladno Zakonu mora sainiti Analizu stanja postojeeg postrojenja (Obrazac OZ-IPPC) i Elaborat o nainu usklaivanja postojeeg postrojenja to je uinjeno te je podneen Zahtjev za ocjenu i miljenje o Analizi i Elaboratu u skladu sa Uredbom. Dobiven je nalaz i obavijest o daljnjem postupanju Ministarstva zatite okolia i prirode (u daljnjem tekstu MZOIP), Klasa: 351-01/10-02-404 i Urbroj: 517-12-2, u kojem je navedeno da se pristupi podnoenju Zahtjeva za utvrivanje objedinjenih uvjeta zatite okolia. U tu svrhu i u skladu sa Zakonom i Uredbom izraeno je Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Rekonstrukcija sustava za stripiranje procesnog kondenzata. Izradu Tehniko-tehnolokih rjeenja, prema Zakonu i Pravilniku o uvjetima za izdavanje suglasnosti pravnim osobama za obavljanje strunih poslova zatite okolia NN 57/10, mogu izraivati samo ovlatene osobe od MZOIP-a za to je Petrokemija, d.d. dobila suglasnost Rjeenjem, Klasa: UP/I 351-02/12-08/16 i Urbroj: 517-12-2 (u privitku). Na Postrojenju za proizvodnju amonijaka (u daljnjem tekstu Amonijak 2) u svrhu usklaivanja s odredbama Zakona i odredbama Uredbe planiraju se provesti izmjene/rekonstrukcije u dijelu proizvodnog procesa i to u smislu smanjenja emisije amonijaka u zrak iz stripera procesnog kondenzata T-21 103 uz iskoritenje vodene pare u procesu primarnog reformera. Strune podloge u izradi ovog tehniko-tehnolokog rjeenja su: - tehnika dokumentacija postrojenja Amonijak (Operating manual 1360 MTPD Ammonia plant) - www.epa.gov - studija izvodljivosti tvrtke KBR, Ujedinjeno Kraljevstvo (UK)

1

http://www.epa.gov/


1. Ope tehnike, proizvodne i radne karakteristike (opis procesa proizvodnje)

Postrojenja za proizvodnju amonijaka Postrojenje Amonijak 2 (sekcija 21) u tvornici mineralnih gnojiva Petrokemija, d.d. projektiralo je i izradila amerika tvrtka Pullman Kellogg LTD. Proces je koncipiran na originalnoj Kellogg metodi, a temelji se na visokotlanom parnom reformingu prirodnog plina. Projektni kapacitet iznosi 1360 t/dan ili 448800 t/god. bezvodnog tekueg amonijaka. Postrojenje je u radu od 1983. godine kada su proizvedene i prve koliine amonijaka. Sinteza amonijaka odvija se prema osnovnoj reakciji (1):





CH4 + H2O CO + 3H2O (2)


2


CO + H2O CO2 + H2 (3)

Nakon prolaska kroz visokotemperaturnu i niskotemperaturnu konverziju plin sadri manje od 0,2 vol % CO. Izlazna smjesa plinova iz sekcije konverzije se prije ulaza u sustav za uklanjanje ugljikovog dioksida hladi. Sustav hlaenja sastoji se od kvenanja izlaznog plina na toku roenja injektiranjem recirkulacionog procesnog kondenzata. Uklanjanje CO2 rijeeno je primjenom Benfild procesa tj. uklanjanjem pomou kemijskog reagensa (Voda/K2CO3 + LRS 10). Benfild procesom dobiva se sintezni plin koji prema projektu sadri maksimalno 0,05 % vol. CO2 obzirom na suhu bazu. Uklanjanje preostalog CO i tragova CO2 iz Benfild sustava ostvaruje se u stupnju metanacije u kojem se oksidi ugljika katalitiki prevode u metan i vodu pomou reakcije s malom koliinom vodika u procesnoj struji. Tako proieni i komprimirani sintezni plin, sastavljen od vodika i duika u volumnom omjeru 3:1 i inertnih plinova se tlai u dvokuinom centrifugalnom kompresoru na tlak od oko 170 bara, te odlazi sinteznom petljom u reaktor gdje se odvija sinteza duika i vodika u amonijak.


Tehnoloki proces proizvodnje amonijaka na postrojenju Amonijak 2 kao posljednju sekciju ima sintezni sustav u kojem se provodi sinteza vodika i duika u amonijak. Radi odravanja tlaka u sinteznom reaktoru (koji poveavaju prisutni inertni plinovi) potrebno je kontinuirano otputati odreenu koliinu sinteznog plina. Otputeni (otpadni) sintezni plin koji sadri amonijak i vodik otprema se u sustav za loenje pei primarnog reformera Spaljivanjem amonijaka sadranog u otputenom sinteznom plinu dodatno se poveavala koncentracija tj. emisija u zrak duikovih oksida u otpadnim dimnim plinovima pei primarnog reformera, dok je spaljivanje vodika izravno smanjivalo kapacitet proizvodnje amonijaka Ugradnjom jedinice za izdvajanje amonijaka i vodika iz dijela visokotlano otputenog otpadnog sinteznog plina (2009.) smanjena je koliina amonijaka i vodika koja ide na spaljivanje u sustav za loenje pei primarnog reformera, a izdvojene koliine vraaju se u proces proizvodnje.

3


1.1. Opis procesa stripiranja procesnog kondenzata Procesni kondenzat nastaje od suvika procesne pare poslije reakcija reforminga i konverzije, te kao posljedica kemijske reakcije CO i CO2 s vodikom u metanatoru. Zagaenje procesnog kondenzata odvija se prolaskom kroz navedene reaktore gdje se pored glavnih odvijaju i sporedne kemijske reakcije te nastaju sporedni produkti kao to su amonijak i metanol. Procesni kondenzat kontaminiran amonijakom i metanolom odvodi se u striper kolonu gdje se zagrijava i djelomino otparava. U toj operaciji osim amonijaka i metanola oslobaa se i znaajna koliina vodene pare. Para oneiena amonijakom i metanolom isputa se u atmosferu. Obraeni procesni kondenzat odvodi se na Postrojenje za pripremu, obradu i distribuciju voda, gdje mu se dodatnom obradom poveava istoa do granice potrebne za koritenje kao napojna kotlovska voda. 1.2. Nedostatak postojeeg stanja Obrada procesnog kondenzata na postrojenju Amonijak 2 provodi se postupkom stripiranja pomou pare niskog tlaka. Kondenzat se zagrijava na 102 0C, djelomino isparava i parom odstranjuju amonijak i metanol koji se isputaju u atmosferu. Ovim postupkom dobiva se relativno ist procesni kondenzat koji se nakon daljnje obrade ionskim izmjenjivaima koristi u proizvodnji pare kao napojna kotlovska voda. Meutim, navedeni postupak je neekonomian i djelomino neprihvatljiv s ekolokog aspekta. Osloboena para (cca 10t) nepovratno se baca umjesto da se iskoristi njezina energija. Amonijak i metanol koji su sastavni dio te pare isputaju se u atmosferu te oneiuju okoli. Na postojeem postrojenju procesni kondenzat nastaje u slijedeim procesnim posudama:

- Separator sirovog sinteznog plina, D-21 102 - Usisna posuda kompresora sinteznog plina, D-21 104 - Meustupanjski separator kompresora sinteznog plina drugog stupnja, D-21 142 - Meustupanjski separator kompresora sinteznog plina prvog stupnja, D-21 105

Procesna shema postojeeg naina stripiranja prikazana je na slici 1. Zagaeni kondenzat (1) u koliini od 64 t/h ulazi u striper kolonu T-21 103 iznad drugog sloja pall prstenova i protie prema dolje kroz ovaj sloj i slijedei sloj ispod njega. Proces obrade procesnog kondenzata nastavlja se zagrijavanjem u izmjenjivau topline E-21 146 (6). Zagrijavanje se provodi niskotlanom parom 3,5 bar i 148oC u koliini 9 t/h. U izmjenjivau kondenzat djelomino prelazi u parno/plinovitu fazu. Para proizvedena u reisparivau E-21 146 die se prema gore (5) i uklanja nepoeljne elemente. Iz stripera, na vrhu, u atmosferu (3) izlazi 55,93 kg/h amonijaka, 4,894 kg/h metanola i 9,94 t/h vodene pare odnosno oko 10 t/h parno/plinovite smjese, a na dnu 56 t/h obraenog procesnog kondenzata. Stripirani procesni kondenzat (2) s dna stripera (T-21 103) odvodi se pumpom P-21 121 prema Postrojenju za pripremu, obradu i distribuciju voda (sekcija 40). Proces stripiranja odvija se na tlaku 1,1 bara i temperaturi 102oC. Sastavi kondenzata na ulazu i izlazu iz stripera prikazani su u tablici 1.

4


5

Tablica 1. Sastav procesnog kondenzata na ulazu i izlazu stripera T-21 103

ULAZ IZLAZ Komponenta Koncentracija

mg/l Koliina

kg/h Koncentracija

mg/l Koliina

kg/h Amonijak (NH3) 850 56,1 3,08 0,172 eljezo 0,024 0,0015 0,051 0,0028 Silicijev oksid (SiO2) 0,011 0,00099 0,015 0,0008 Metanol (CH3OH) 75 4,95 1,0 0,056 Voda - 61795,0 - 53922,0 Para - 1911,0 Ukupno 63767,05 53922,23

Koliine komponenti u parno/plinovitoj fazi (3) na izlazu stripera T- 21 103 u atmosferu su sljedee:

Amonijak (NH3) = 56,1 kg/h 0,172 kg/h = 55,93 kg/h

Metanol (CH3OH) = 4,95 kg/h 0,056 kg/h = 4,894 kg/h

Voda = 63767,05 kg/h 53922,23 kg/h = 9 844,82 kg/h = 9,84 t/h

Rekonstrukcijom ili zamjenom postojeeg naina stripiranja ostvarili bi se slijedei uinci:

- para koja izlazi iz stripera iskoristila bi se u procesu proizvodnje amonijaka u dijelu primarnog reformera ime bi se ostvarila znaajna financijska uteda

- amonijak i metanol koji se sada isputaju u atmosferu zajedno s parom vratili bi se u proces ime bi se eliminirala njihova emisija u okoli

- uinkovitije stripiranje procesnog kondenzata tako da je kvaliteta obraenog kondenzata znatno bolja pa se njegov tretman na Postrojenje za pripremu, obradu i distribuciju voda, pojednostavljuje


6


2. Primjena tehniko-tehnolokog rjeenja temeljenog na NRT-u

Danas postoje razraeni projekti rekonstrukcije stripiranja procesnog kondenzata kojim se ostvaruje uteda na 3,5 bar pari kao i potpuna eliminaciju emisije amonijaka i metanola u atmosferu. Rekonstrukcije stripera na postrojenjima za proizvodnju amonijaka su ve izvedene na mnogim lokacijama. Sustavi rade uinkovito, bez gubitaka pare za stripiranje i s vrlo malom emisijom amonijaka i metanola u atmosferu. Postoji nekoliko metoda stripiranja:

- stripiranje procesnog kondenzata upotrebom srednjetlane pare - zasienje napojnog plina procesnim kondenzatom - niskotlano stripiranje procesnog kondenzata s izdvajanjem NH3/metanol (CH3OH)

PC Proizvodnja gnojiva je nakon razmatranja svih navedenih metoda donijela odluku o primjeni metode stripiranja procesnog kondenazata upotrebom srednjetlane pare. Struna podloga u izradi ove studije bila je studija izvodljivosti tvrtke KBR iz 2013. 2.1. Opis planiranog rjeenja stripiranja procesnog kondenzata upotrebom

srednjetlane pare U stanju nakon izvedene rekonstrukcije postrojenja stripiranje procesnog kondenzata provoditi e se parom tlaka 40 bar. Para koja nastaje kao produkt stripiranja sa zaostalim oneienjima usmjeravati e se direktno u proces parnog reforminga. Navedenom izvedbom osigurati e se mala potronja energije i potpuni povratak amonijaka i metanola koji oneiuju procesni kondenzat. Stripirani procesni kondenzat sadravati e manje od 10 ppm NH3, 10 ppm CH3OH i 10 ppm CO2. Dobiveni procesni kondenzat uinkovitije e se obraditi na postrojenju za obradu voda te kao takav osigurati kvalitetniju napojnu kotlovsku vodu za proizvodnju pare. Dijagram procesnih tokova rekonstrukcije sustava stripiranja procesnog kondenzata prikazan je na slici 2. Prema podacima prikazanim u Studiji izvodljivosti tvrtke KBR za postojee postrojenje i proizvodni kapacitet od 1360 t/dan NH3 ostvariti e se sljedei pozitivni ekonomski uinci uzimajui u obzir vrijeme rada od 7920 h/god. Ekonomski uinci prikazani su kroz utede na metanolu, amonijaku i pari izraenima kao ekvivalent prirodnog plina:

1. Iskoritenje CH3OH iz procesnog kondenzata (oko 100 mg/dm3) = 49,8 t/god to je ekvivalent od 32.260 Nm3/god prirodnog plina

2. Iskoritenje NH3 iz procesnog kondenzata (oko 1000 mg/dm3) = 498 t/god to je ekvivalent od 305.200 Nm3/god prirodnog plina

3. Smanjenje utroka pare 4 bar za oko 8 t/h = 63.360 t/god to je ekvivalent od 5,400.000 Nm3/god prirodnog plina.

Za postojee postrojenje i proizvodni kapacitet od 1360 t/dan ostvariti e se slijedei negativni ekonomski uinci uzimajui u obzir vrijeme rada od 7920 h/god (trokovi su prikazani kao ekvivalent prirodnog plina):

1. smanjenje entalpije pare 40 bar za koritenje u primarnom reformeru = 158.400 t/god to je ekvivalent od 650.460 Nm3/god prirodnog plina.

2. Utroak elektrine energije za pogon elektromotora pumpe = 9,108.00 kWh/god =

3.280 GJ/god to je ekvivalent od 95.000 Nm3/god prirodnog plina.

7


8

3. Dodatni utroak na pari 40 bar za postupak stripiranja nee se ostvariti, budui da e se ista ponovno vratiti u proces parnog reforminga.

Ukupni ekonomski uinak je pozitivan (ekvivalent prirodnog plina) = 4.992.000

Nm3/god

Izvedbom stripiranja procesnog kondenzata parom 40 bar-a ostvariti e se pozitivan ukupni ekonomski uinak utede prirodnog plina od 4,992.000 Nm3 u godini dana, uz istovremeno zadovoljavanje zakonskih zahtjeva vezanih za isputanje oneiujuih tvari u atmosferu.


9

Procesni tok 1. 2. 3. 4. 5. 6. Sastav kg/h % kg/h % kg/h % kg/h % kg/h % kg/h % H2O 63382 99,50 20000 100 25181 99,99 57700 99,997 330000 100 483 71 NH3 64 0,1 - - 58 0,002 < 1 0,001 - - 5 0,7 CO2 190 0,3 - - 2 7x10-5 < 1 0,001 - - 188 27,7

CH3OH 64 0,1 - - 59 0,002 < 1 0,001 - - 4 0,6 63700 100 20000 100 25300 100 57700 100 330000 100 680 100

1 0 3 E

1 0 3 - X E

1 5 5 - X C

1 5 5 - C

1 6 2 J /J A

F R C A - 1

P A R A Z A 1 0 1 - B

P R O C E S N I K O N D E N Z A T

P R O I E N I K O N D E N Z A T

R A S H L A D N A V O D A

R A S H L A D N A V O D A

P A R A Z A 1 0 1 - B

O T P A D N I P L IN Z A 1 0 1 - B1 1 1 6

2

3

4

5

6

2 4 6 o C

2 5 0 o C

2 3 1 o C

1 2 0 o C4 0 o C

2 0 o C Slika 2. Dijagram procesnih tokova nakon rekonstrukcije sustava stripiranja procesnog kondenzata postrojenja Amonijak 2



2.1.1. Procjena ostvarenog smanjenja emisija i utede po provedbi planiranih zahvata Realizacijom projekta na rekonstrukciji sustava za stripiranje procesnog kondenzata postojea emisija navedena u tablici 1. toke 1.2. praktiki bi bila nula to je i glavni cilj tehniko-tehnolokog rjeenja. Izvoenje ovog projekta imati e pozitivne uinke u vidu uteda sirovina, te negativne uinke u vidu poveanih trokova energenata. Realizacija ovog projekta ostvariti e slijedee pozitivne ekonomske uinke. Ekonomski uinci prikazani su kao vrijednosni ekvivalent prirodnog plina.

1. iskoritenje CH3OH iz procesnog kondenzata (oko 100 mg/dm3) = 49,8 t/god; ekvivalent od 32.260 Nm3/god prirodnog plina: 32.260 x 2,96 kn = 95.490 kn/god

2. iskoritenje NH3 iz procesnog kondenzata (oko 1000 mg/dm3) = 498 t/god;

ekvivalent od 305.200 Nm3/god prirodnog plina: 305.200 x 2,96 kn = 903.392 kn/god 3. smanjenje utroka pare 4 bar-a za oko 8 t/h = 63360 t/god; ekvivalent od 5400000

Nm3/god prirodnog plina: 5,400.000 x 2,96 kn = 15,984.000 kn/god.

Ukupne utede proizvodnog procesa kao rezultat izvedbe ovog projekta na godinjoj razini iznose 16.982.882,00 kn. 2.1.2. Utroak materijala i energije Realizacijom projekta ostvariti e se slijedei negativni ekonomski uinci. Rezultati su prikazani kao ekvivalent prirodnog plina.

1. smanjenje entalpije pare 40 bar-a za koritenje u primarnom reformeru = 158.400 t/god; ekvivalent od 650.460 Nm3/god prirodnog plina:

650.460 x 2,96 kn = 1,925.360 kn/god. 2. utroak elektrine energije za pogon elektropumpe = 910.800 kWh/god = 3.280 GJ/god: 910,80 MWh x 872,11 kn = 794.320 kn/god.

3. dodatni utroak na pari 40 bar-a za postupak stripiranja nee se ostvariti, budui da

e se ista ponovno vratiti u proces parnog reforminga, te nema utjecaj na poveanje trokova proizvodnje.

Ukupno poveanje trokova proizvodnog procesa kao rezultat izvedbe ovog projekta na godinjoj razini iznosi 2.719.680,00 kn.

10


11

ODABIR DOBAVLJAA Projektno izvedeni sustav stripiranja procesnog kondenzata napravljen je od strane tvrtke Kellogg Company Ltd.. Prilikom prikupljanja preliminarnih ponuda uvjet je bio da konstrukcija novog sustava mora biti takva da ne zahtijeva nikakvu dodatnu rekonstrukciju dolaznih tokova procesnog kondenzata te promjenu u sustavu voenja primarnog reforminga. Na osnovu projektnih podataka, trenutanih parametara u proizvodnji, izraena je studija izvodljivosti tvrtke KBR (nasljednik licencora Kellog Company Ltd.) 2013.g. na osnovu koje su izraeni preliminarni trokovi ulaganja u rekonstrukciju sustava za stripiranje procesnog kondenzata.

Tablica 2. Procjena trokova ulaganja u rekonstrukciju sustava stripiranja procesnog kondenzata.

u kn Godina Aktivnost Vrijednost 2014. Licenca i osnovni projekt 2.470.0002014. Izrada idejnog projekta 200.000

2014./2015. Izrada glavnog i izvedbenog projekta 1.780.0002015./2016. Naruivanje i izrada opreme:

Strojarska oprema i radovi 8.850.000 Elektrotehnika oprema i radovi 2.600.000 MIRT oprema i radovi 700.000 Graevinski radovi 320.000

2016./2017. Montaa opreme, test postrojenja i putanje u rad 1.600.000

2016./2017. Tehnika pomo 570.000

U k u p n o 19.090.000

Rok za realizaciju tehniko-tehnolokog rjeenja je 31.12.2017.

UKUPNI FINANCIJSKI EFEKT Ukupno poveanje trokova proizvodnog procesa kao rezultat izvedbe ovog projekta na godinjoj razini iznosi 2.719.680,00 kn, dok je ukupna uteda 16.982.882,00 kn. Ukupna jednokratna planirana ulaganja za izvoenje ovog projekta su 19.090.000kn.


3. Plan s prikazom lokacije zahvata s obuhvatom cijelog postrojenja (situacija)

Slika 3. Plan postrojenja Amonijak 2 s prikazanom lokacijom rekonstrukcije sustava za stripiranje procesnog kondenzata Napomena: Zeleno oznaeni dio predstavlja tajni podatak prema odluci Uprave Petrokemije d.d.

12

e procesnog kondenzata, Br. 12-005

13

Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Rekonstrukcija sustava za stripiranj

4. Blok dijagram postrojenja prema posebnim tehnolokim dijelovima (procesni dijagram toka)

Slika 4. Blok dijagram Postrojenja za proizvodnju amonijaka



5. Popis procesne (radne) dokumentacije postrojenja 21-05-1-5-9-008 Tijek informiranja na postrojenju Amonijak 2 rev1. 21-05-1-5-9-010 Popis uputstava rev. 2 21-05-1-5-9-012 Upravljanje neusklaenim proizvodom 21-05-1-5-9-014 Preventivne i korekcijske aktivnosti u proizvodnji amonijaka 21-05-1-5-9-015 Uputstvo za start postrojenja Amonijak-2 21-05-1-5-9-017 Uputstvo za obustavu postrojenja Amonijak-2 21-05-1-5-9 018 Rad jedinice za obradu otpadnog sinteznog plina na postrojenju Amonijak 21-05-1-5-9-020 Uputa za rad s turbinom 101 BJAT 21-05-1-5-9-021 Uputa za rad s turbinom 102 BJT 21-05-1-5-9-022 Kljuna procesna mjerna oprema postrojenja AMONIJAK, rev.7 21-05-1-5-9-023 Kljuna strojna oprema 21-05-1-5-9-033 Kontrolne toke postrojenja amonijak 21-05-1-5-9-037 Matrica odgovornosti na postrojenju Amonijak-2 za osiguranje kvalitete proizvoda rev 3 21-05-1-5-9-040 Test blokadnog sustava sinteznog kompresora 103-JT 21-05-1-5-9-041 Uputstvo za dreniranje sistema za proizvodnju pare - Amonijak-2 21-05-1-5-9 042 Uputstvo za odravanje postrojenja u radu i zastoju tijekom zimskog perioda 21-05-1-5-9-043 Sistem instrumentacije i sredstva za obustavu 21-05-1-5-9-044 Uputa za potpalu i rad pomonog kotla 21-05-1-5-9-045 Korektivne aktivnosti kod pojave alarma na sustavu kontinuiranog

monitoringa 21-05-1-5-9-046 Uputstvo za rad i odravanje blok ventila 126 bar pare za turbinu 21103-JT -

SP13 21-05-1-5-9-048 Procesni pristup 21-05-1-5-9-051 Uputstvo za pranjenje reaktora hidrogenatora 101-D i odsumporivaa 102

DA-B 21-05-1-5-9-052 Pranjenje i punjenje reaktora hidrogenatora 10-D i odsumporivaa 102 DA-B 21-05-1-5-9-053 Uputstvo za pranjenje katalitikih cijevi s katalizatorom za primarni

reforming rev.1 21-05-1-5-9-054 Uputstvo za punjenje katalizatora primarnog reforminga, rev.1 21-05-1-5-9-055 Uputstvo za pranjenje reaktora sekundarnog roforminga 103-D 21-05-1-5-9-056 Uputstvo za punjenje reaktora sekundarnog reforminga 103-D 21-05-1-5-9-057 Uputstvo za pranjenje reaktora visokotemperaturne konverzije 104D1 21-05-1-5-9-058 Uputstvo za punjenje reaktora visokotemperaturne konverzije 104-D1 21-05-1-5-9-059 Uputstvo za pranjenje reaktora niskotemperaturne konverzije 104-D2 21-05-1-5-9-060 Uputstvo za punjenje reaktora niskotemperaturne konverzije 104-D2 21-05-1-5-9-061 Uputstvo za pranjenje reaktora za metanaciju 106-D 21-05-1-5-9-062 Uputstvo za punjenje reaktora za metanaciju 106-D 21-05-1-5-9-063 Uputstvo za pranjenje reaktora za sintezu 21105 D 21-05-1-5-9-064 Uputstvo za punjenje sinteznog rasktora 21105 D21105 D 21-05-1-5-9-065 Uputstvo za rad s kemikalijama na postrojenju AMONIJAK, rev. 2 21-05-1-5-9-080 Uputa za zamjenu snopa primarnog parnog kotla 21-09-1-5-9-071 Zatita, spaavanje i evakuacija u sluaju tehnoloke nesree na postrojenju

AMONIJAK 2 21-09-1-5-9-071 Zatita, spaavanje i evakuacija u sluaju tehnoloke nesree na postrojenju

AMONIJAK 2 01-05-1-5-9-111 Ex Prirunik za odravanje, instaliranje i popravak ureaja u

protueksplozijskoj izvedbi

14


69-05-2-5-9-620/0002 Plan kontrole emisije oneiujuih tvari u zrak iz postrojenja

Petrokemije d.d. 69-05-2-5-9-720/0013 Plan kontrole kvalitete procesnih i pitkih voda 6. Ostala dokumentacija postrojenja 02-06-1-5-9-302 Operativni plan intervencije kod proboja prirodnog plina 02-09-1-5-9-072 Standardne operativne procedure kod isputanja amonijaka

15



Smanjenje emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s

niskotlanog dijela sinteze Br. 12-006


Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Smanjenje emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s niskotlanog dijela sinteze, Br. 12-006

SADRAJ UVOD .............................................................................................................................................................. 1 1. OPE TEHNIKE, PROIZVODNE I RADNE KARAKTERISTIKE (OPIS PROCESA PROIZVODNJE) POSTROJENJA ZA

PROIZVODNJU AMONIJAKA..........................................................................................................................................2 1.1. Opis sustava za izdvajanje amonijaka iz niskotlanog otpadnog plina sinteze i rashladnog sustava ..........4 1.2. Nedostatak postojeeg stanja .......................................................................................................................4

2. PRIMJENA TEHNIKO-TEHNOLOKOG RJEENJA TEMELJENOG NA NRT-U ...........................................................7 U2.1. Opis planiranog rjeenja izdvajanja amonijaka iz niskotlanog otpadnog plina sinteze.............................7

2.1.1.Procjena ostvarenog smanjenja emisija i utede po provedbi planiranih zahvata ..............................................11 2.1.2.Utroak materijala i energije..............................................................................................................................12

3. PLAN S PRIKAZOM LOKACIJE ZAHVATA S OBUHVATOM CIJELOG POSTROJENJA (SITUACIJA).............................14 4. BLOK DIJAGRAM POSTROJENJA PREMA POSEBNIM TEHNOLOKIM DIJELOVIMA (PROCESNI DIJAGRAM TOKA) 15 5. POPIS PROCESNE (RADNE) DOKUMENTACIJE POSTROJENJA..................................................................................16 6. OSTALA DOKUMENTACIJA POSTROJENJA ..............................................................................................................17


UVOD U Petrokemiji d.d se obavljaju djelatnosti kojima se mogu prouzroiti emisije kojima se oneiuje tlo, zrak i voda. Sukladno odredbama Zakona o zatiti okolia NN 110/07 (u daljnjem tekstu: Zakon) za takve djelatnosti koje se nalaze na popisu djelatnosti Priloga 1. Uredbe o postupku utvrivanja objedinjenih uvjeta zatite okolia NN 114/08 (u daljnjem tekstu: Uredba) obvezan je postupak utvrivanja objedinjenih uvjeta zatite okolia. U postupku utvrivanja objedinjenih uvjeta prije pribavljanja rjeenja o objedinjenim uvjetima, a u svrhu usklaivanja postojeeg postrojenja s odredbama Zakona i odredbama Uredbe, operater sukladno Zakonu mora sainiti Analizu stanja postojeeg postrojenja (Obrazac OZ-IPPC) i Elaborat o nainu usklaivanja postojeeg postrojenja to je uinjeno te je podneen Zahtjev za ocjenu i miljenje o Analizi i Elaboratu u skladu sa Uredbom. Dobiven je nalaz i obavijest o daljnjem postupanju Ministarstva zatite okolia i prirode (u daljnjem tekstu MZOIP), Klasa: 351-01/10-02-404 i Urbroj: 517-12-2, u kojem je navedeno da se pristupi podnoenju Zahtjeva za utvrivanje objedinjenih uvjeta zatite okolia. U tu svrhu i u skladu sa Zakonom i Uredbom izraeno je Tehniko-tehnoloko rjeenje za postojee Postrojenje za proizvodnju amonijaka Smanjenje emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s niskotlanog dijela sinteze. Izradu Tehniko-tehnolokih rjeenja, prema Zakonu i Pravilniku o uvjetima za izdavanje suglasnosti pravnim osobama za obavljanje strunih poslova zatite okolia NN 57/10, mogu izraivati samo ovlatene osobe od MZOIP-a za to je Petrokemija, d.d. dobila suglasnost Rjeenjem, Klasa: UP/I 351-02/12-08/16 i Urbroj: 517-12-2 (u privitku). Na Postrojenju za proizvodnju amonijaka (u daljnjem tekstu Amonijak 2) u svrhu usklaivanja s odredbama Zakona i odredbama Uredbe planiraju se provesti izmjene/rekonstrukcije u dijelu proizvodnog procesa i to u smislu smanjenja emisije NOx uklanjanjem amonijaka iz otpadnog plina s niskotlanog dijela sinteze. Strune podloge u izradi ovog tehniko-tehnolokog rjeenja su: - tehnika dokumentacija postrojenja Amonijak (Operating manual 1360 MTPD Ammonia plant) - www.epa.gov - podaci o ostvarenim emisijama NOx (kao NO2) i graninim vrijednostima emisije (nacionalne GVE i NRT)

1

http://www.epa.gov/


1. Ope tehnike, proizvodne i radne karakteristike (opis procesa proizvodnje)

Postrojenja za proizvodnju amonijaka Postrojenje Amonijak 2 (sekcija 21) u tvornici mineralnih gnojiva Petrokemija, d.d. projektiralo je i izradila amerika tvrtka Pullman Kellogg LTD. Proces je koncipiran na originalnoj Kellogg metodi, a temelji se na visokotlanom parnom reformingu prirodnog plina. Projektni kapacitet iznosi 1360 t/dan ili 448800 t/god. bezvodnog tekueg amonijaka. Postrojenje je u radu od 1983. godine kada su proizvedene i prve koliine amonijaka. Sinteza amonijaka odvija se prema osnovnoj reakciji (1):





CH4 + H2O CO + 3H2O (2)


2


CO + H2O CO2 + H2 (3)

Nakon prolaska kroz visokotemperaturnu i niskotemperaturnu konverziju plin sadri manje od 0,2 vol % CO. Izlazna smjesa plinova iz sekcije konverzije se prije ulaza u sustav za uklanjanje ugljikovog dioksida hladi. Sustav hlaenja sastoji se od kvenanja izlaznog plina na toku roenja injektiranjem recirkulacionog procesnog kondenzata. Uklanjanje CO2 rijeeno je primjenom Benfield procesa tj. uklanjanjem pomou kemijskog reagensa (Voda/K2CO3 + LRS 10). Benfield procesom dobiva se sintezni plin koji prema projektu sadri maksimalno 0,05 % vol. CO2 obzirom na suhu bazu. Uklanjanje preostalog CO i tragova CO2 iz Benfield sustava ostvaruje se u stupnju metanacije u kojem se oksidi ugljika katalitiki prevode u metan i vodu pomou reakcije s malom koliinom vodika u procesnoj struji. Tako proieni i komprimirani sintezni plin, sastavljen od vodika i duika u volumnom omjeru 3:1 i inertnih plinova se tlai u dvokuinom centrifugalnom kompresoru na tlak od oko 170 bara, te odlazi sinteznom petljom u reaktor gdje se odvija sinteza duika i vodika u amonijak.


Tehnoloki proces proizvodnje amonijaka na postrojenju Amonijak 2 kao posljednju sekciju ima sintezni sustav u kojem se provodi sinteza vodika i duika u amonijak. Radi odravanja tlaka u sinteznom reaktoru (koji poveavaju prisutni inertni plinovi) potrebno je kontinuirano otputati odreenu koliinu sinteznog plina. Otputeni (otpadni) sintezni plin koji sadri amonijak i vodik otprema se u sustav za loenje pei primarnog reformera Spaljivanjem amonijaka sadranog u otputenom sinteznom plinu dodatno se poveavala koncentracija tj. emisija u zrak duikovih oksida u otpadnim dimnim plinovima pei primarnog reformera, dok je spaljivanje vodika izravno smanjivalo kapacitet proizvodnje amonijaka Ugradnjom jedinice za izdvajanje amonijaka i vodika iz dijela visokotlano otputenog otpadnog sinteznog plina (2009.) smanjena je koliina amonijaka i vodika koja ide na spaljivanje u sustav za loenje pei primarnog reformera, a izdvojene koliine vraaju se u proces proizvodnje.

3


1.1. Opis sustava za izdvajanje amonijaka iz niskotlanog otpadnog plina sinteze i

rashladnog sustava

Zbog regulacije koncentracije inertnih plinova metana i argona, dio plina iz sintezne petlje se otputa kao otpadni plin. Navedene se komponente inae gomilaju u sustavu smanjujui parcijalni tlak vodika i duika u sinteznoj smjesi to se odraava niom konverzijom i manjim prinosom amonijaka.

Visokotlani otpadni plin (oko 160 baraps.) sintezne petlje se odvaja iz izlazne linije 121 C izmjenjivaa. Struja otpadnog plina prvo se hladi na oko 23 C u 139 C izmjenjivau s recirkuliranim plinom, a nakon toga na -23 C u pothlaivau otpadnog plina 125 C. Ohlaeni visokotlani otpadni plin ulazi u separator otpadnog plina 108 F gdje se izdvaja kondenzirani amonijak. Otpadni plin naputa separator preko demistera i izmjenjivaa 139 C te pomou ventila za regulaciju protoka FC251 odlazi u jedinicu za izdvajanje amonijaka i vodika. Takoer je mogue, u sluaju potrebe, otpadni plin nakon izmjenjivaa 139 C i preko ventila za regulaciju protoka FC166 preusmjeriti direktno na loenje. Tekui amonijak sakupljen na dnu 108 F separatora isputa se u separator 107-F.

Jedan dio niskotlanog otpadnog plina nastaje u 107 F na slijedei nain: amonijak iz 106 F se tlai u ekspanzionu posudu za tekui amonijak 107 F. Tlak u 107 F odrava se na oko 17,6 baraps. otputajui plin prema sustavu plina za loenje koji se regulira regulatorom tlaka PIC200. Tekui amonijak iz 107-F kondenzira se kod tog tlaka, pri emu se oslobaa veina otopljenih inertnih plinova koji odlaze prema sustavu za loenje pei primarnog reformera. Odvojeni tekui amonijak odlazi u 110-F, a drugi dio u visokotlanu posudu-isparivaa rashladnog sustava 112 F.

U 112-F iz djelomino otplinjenog tekueg amonijaka oslobaa se najvea koliina preostalih inertnih plinova. Osloboeni inertni plinovi prolaze kroz rashladni kompresor i akumuliraju se u posudi 109-F. To je drugi dio niskotlanog otpadnog plina koji nastaje u rashladnom sustavu. Za vrijeme normalnog rada u 109-F se oekuje tlak od oko 14,6 baraps. i temperatura od 36 C.

Inertni plinovi osloboeni iz tekueg amonijaka za vrijeme trajanja isparavanja u etiri stupnja e se akumulirati u 109-F. Plinska linija odvaja se iz posude i smjesa amonijaka i inertnih plinova se pothlauje u niskotlanom hladnjaku isparivaa plina 126 C. Tekui kondenzirani amonijak iz izdvojenog plina sakuplja se na suprotnoj strani hladnjaka od ulaza plina i drenira se pomou regulatora nivoa LC171 u liniju tekueg amonijaka koja vodi iz 109-F prema pumpama 123 J/JA i dalje prema proizvodnim postrojenjima. Osloboeni ohlaeni plin naputa hladnjak kroz regulacioni ventil PIC205 i odlazi u sustav otpadnog plina za loenje. PIC205 je normalno podeen da otvara kod 0,5 baraps. veeg tlaka od stvarnog tlaka u 109-F. Zbog potrebe za kontinuiranim isputanjem otpadnih plinova sa sekcije sinteze i rashladnog sustava te radi iskoritenja ogrjevne vrijednosti isti se spaljuju u pei primarnog reformera. Postojei postupak izdvajanja otpadnog plina iz dijela niskotlanog plina sinteze prikazan je na slici 1.

1.2. Nedostatak postojeeg stanja

Spaljivanjem amonijaka sadranog u niskotlanom otpadnom plinu sinteze i rashladnog sustava znaajno se poveava koncentracija duikovih oksida u dimnim plinovima pei primarnog reformera koja, prema mjerenjima u razdoblju od travnja do prosinca 2009. tj.

4


5

nakon ugradnje jedinice za uklanjanje vodika i amonijaka iz visokotlanog otpadnog sinteznog plina, iznosi oko 450 mg/Nm3 (tablica 1.). Tablica 1. Prikaz rezultata mjerenja emisija NOx (kao NO2) u 2009. i 2011. godini

Mjesec

Maksimalna srednja dnevna koncentracija NO2 u 2009.

godini mg/Nm3

Maksimalna srednja dnevna koncentracija NO2 u 2011. godini

mg/Nm3

Veljaa 661,16 694,65 Oujak 651,41 567,04 Travanj 487,59 573,81 Svibanj 467,36 515,60 Lipanj 534,14 487,28 Srpanj 431,30 483,88

Kolovoz 424,12 493,02 Rujan 464,38 514,99

Listopad 411,12 545,83 Studeni 355,34 703,69 Prosinac 466,09 551,48

1GVE (obavezno postii nakon

31.12.2015.) 500 500

NRT (EU BAT) 90 - 230 90 - 230 1Uredba o graninim vrijednostima emisija oneiujuih tvari u zrak iz nepokretnih izvora NN 117/12

Iz prikazanog je vidljivo da maksimalne srednje dnevne emisijske koncentracije NO2, ne udovoljavaju graninoj vrijednosti prema najbolje raspoloivim tehnikama (NRT), ali niti nacionalnim GVE (veljaa, oujak i lipanj 2009. te razdoblje veljaa-svibanj i rujan-prosinac 2011. godine). Realizacijom ovog TTR-a oekuje se smanjenje emisije NOx na razinu koja e zadovoljiti sve kriterije udovoljavanja GVE iz lanka 16 Uredbe o graninim vrijednostima emisija oneiujuih tvari u zrak iz nepokretnih izvora NN 117/12. Planiranom ugradnjom sustava za izdvajanje amonijaka iz niskotlanog otpadnog plina sinteze i rashladnog sustava dio amonijaka vratit e se u rashladni sustav postrojenja, a dio iskoristiti na postrojenju za proizvodnju uree.


6

Slika 1. Postojei sustav izdvajanja otpadnog plina iz dijela niskotlanog plina sinteze.


2. Primjena tehniko-tehnolokog rjeenja temeljenog na NRT-u Kako bi uskladili Postrojenje za proizvodnju amonijaka sa NRT-om potrebno je uvesti izdvajanje amonijaka iz otpadnog plina sa NT dijela sinteze odnosno nakon separatora 109-F instalirati separator S-21202 u obliku, tzv. Inteli Purgera te finalno i skrubiranje otpadnog plina vodom u novom skruberu T-21203.

2.1. Opis planiranog rjeenja izdvajanja amonijaka iz niskotlanog otpadnog plina sinteze

Inertni plinovi osloboeni iz tekueg amonijaka u separatoru 109-F nakon hlaenja i

izdvajanja amonijaka u izmjenjivau 126-C alju se na loenje. Kako ovi plinovi sadre 24,65 mol.% amonijaka ijim sagorijevanjem nastaju duikovi oksidi potrebno je izdvojiti amonijak i vratiti ga u proces, a ostale plinove slati na loenje/spaljivanje u pe primarnog reformera kao i do sada.

Princip izdvajanja amonijaka patentirala je amerika tvrtka IES Corporation, a nazvan je Inteli-Purger (princip rada prikazan je na slici 2.).

Slika 2. Intel Purge princip izdvajanja amonijaka iz otpadnog plina prema patentu tvrtke IES Corporation

Otpadni plin (PURGE GAS) (1) koji sadri amonijak i ostale nekondenzirajue plinove alje se u posudu u kojoj se nalaze rashladna spirala (COOLING COIL) i membranski modul (MEMBRANE). Ovaj plin prolazi oko cijevi rashladne spirale gdje se dio amonijaka kondenzira i skuplja na dnu posude koja slui kao spremnik tekuine. Ostatak plina koji se nije kondenzirao odlazi u membranski modul gdje se dijeli na dvije struje:

- niskotlani plinoviti amonijak (PERMEATE) (2) i - ostali visokotlani plin (NON PERMEATE-RESIDUE FOR DISPOSAL) (3).

Niskotlani amonijak vraa se na usis kompresora (REFRIGERANT VAPOR TO COMPRESSOR SUCTION), a ostatak plina bez amonijaka odlazi na loenje (NON PERMEATE-RESIDUE FOR DISPOSAL) (3). Tok (4) je ukapljeni amonijak koji se vraa u rashladnu spiralu. Tok (5) su amonijane pare koje odlaze na usis kompresora zajedno sa

7


tokom (2). Tok (6) je tekui amonijak iz rashladnog sustava (LIQUID REFRIGERANT) koji napaja rashladnu spiralu.

Na slici 3 crtkano je prikazano mjesto ugradnje Inteli Purgera, dok je na slici 4. prikazan P&I dijagram sustava. Pripadajua materijalna bilanca prikazana je u tablici 2.

Slika 3. Prikaz mjesta ugradnje Intel Purge sustava u postojee stanje

Slika 4. P&I dijagram Intel Purge sustava.

8


Tablica 2. Materijalna bilanca Intel Purge sustava prikazanog na slici 4.

ULAZ Tok (1) - PURGE

GAS Maseni protok

Permeat Tok (2) kg/hr

Uinkovitost izdvajanja

sustava S 21 202

(%)

Ostatak plina za spaljivanje

N2 14.63 10.43 71.31 4.20 H2 2.08 1.09 52.51 0.99

NH3 16.55 15.72 95.02 0.83 CH4 19.35 7.68 39.74 11.67 Ar 8.36 4.26 50.97 4.10

Tekui amonijak izdvojen iz sintezne petlje sadrava odreene koliine absorbiranih

inertnih plinova koji mogu izazvati zagaenje finalnog proizvoda. Zbog toga se padom tlaka u separatoru 107-F isparuje veina otopljenih inertnih plinova koji se otputaju prema sustavu za loenje otpadnog plina. Smjesa ovih plinova sadri 10,81 mol.% amonijaka koji izgaranjem stvara duikove okside u dimnim plinovima pei primarnog reformera. Ovaj amonijak ukloniti e se u skruberu u kontaktu s vodom. Skruber je ugraen na poziciji kako je prikazano na slici 5 kako bi u sluaju potrebe mogao ukloniti i amonijak koji se isputa iz rashladnog sustava, ako iz bilo kojeg razloga ne radi membranski modul (Inteli Purger). Skruber je projektiran tako da moe prihvatiti svu koliinu amonijaka iz obje linije.

Slika 5. Pozicija ugradnje skrubera za pranje amonijaka u otpadnom plinu. Uklanjanje amonijaka iz smjese plinova odvija se u skruberu T 21 203 u kontaktu s vodom. Plin ulazi u skruber na dnu posude i struji prema gore. S gornje strane ulazi demineralizirana voda koja prolaskom kroz niz prokapnih tijela radi to boljeg kontakta plin/voda struji prema dolje i absorbira amonijak. Plin osloboen od amonijaka izlazi na vrhu kolone, dok voda koja sadri 5 mol% amonijaka odlazi u spremnik TK 23171 na postrojenje za proizvodnju uree. Dobivena amonijana voda obrauje se 4 barskom parom kako bi se dobio amonijak koji se ugrauje u proces proizvodnje uree. Na slici 6. prikazan je P&I

9

Tehniko-tehnoloko rjeenje za

Documents

Tehničko-tehnološko rješenje postojećeg Postrojenja za