Analiza efektów technologicznych po uruchomieniu nowego - drugiego ciągu absorpcji i desorpcji benzolu w Koksowni Przyjaźń JSW KOKS SA

Analiza efektów technologicznych po uruchomieniu nowego - drugiego ciągu absorpcji i desorpcji benzolu w Koksowni Przyjaźń JSW KOKS SA Autorzy: Nowak Sebastian, Wołek Roman JSW KOKS SA Koksownia Przyjaźń

W strukturze organizacyjnej Koksowni Przyjaźń można wyróżnić trzy wydziały produkcyjne: Wydział Produkcji Koksu (PK), Wydział Produkcji Węglopochodnych (PW), Wydział Produkcji Mediów Energetycznych (EM). W skład Wydziału Produkcji Węglopochodnych wchodzą: Oddział Niskociśnieniowego Oczyszczania Gazu (PW1), Oddział Sprężania Gazu i Produkcji Benzolu (PW2), Oddział Oczyszczalni Ścieków (PW3).

Zadania oddziału PW2: sprężanie gazu koksowniczego produkcja benzolu Instalacja desorpcji benzolu z oleju płuczkowego Instalacja absorpcji ciśnieniowej benzolu w oleju płuczkowym Instalacja absorpcji niskociśnieniowej benzolu w oleju płuczkowym Instalacja sprężania gazu koksowniczego

Cele i zadania produkcyjno - jakościowe instalacji absorpcji i destylacji benzolu Produkcja benzolu Utrzymywanie na założonym poziomie wskaźnika ilości wyprodukowanego benzolu o następujących parametrach jakościowych: bieg benzolu min. 95%, gęstość benzolu do 0,890g/cm 3. Desorpcja benzolu z oleju płuczkowego Uzyskiwanie oleju odpędzonego o zawartości benzolu poniżej 0,5%.. Absorpcja niskociśnieniowa i ciśnieniowa benzolu w oleju płuczkowym Oczyszczenie gazu koksowniczego pod niskim ciśnieniem do poziomu zawartości benzolu poniżej 1 g/m 3 Oczyszczenie gazu koksowniczego pod ciśnieniem do poziomu zawartości benzolu poniżej 0,5 g/m 3. Regeneracja oleju płuczkowego Poprawa właściwości fizykochemicznych oleju płuczkowego utrzymywanie gęstości oleju na poziomie poniżej 1,065 g/cm 3. Ograniczenie zużycia oleju świeżego.

Istotne zmiany w instalacji absorpcji i destylacji benzolu mające wpływ na podstawowe wskaźniki produkcyjno - jakościowe. Modernizacja instalacji absorpcji i destylacji benzolu w 2008 r zwiększenie mocy przerobowych instalacji benzolowni z 120 do 240 m 3 /h Uruchomienie ciągu destylacji benzolu z kolumną z wypełnieniem sitowo - mostkowym. Uruchomienie płuczki na absorpcji niskociśnieniowej benzolu z wypełnieniem z siatki cięto ciągnionej. Uruchomienie dwóch płuczek na absorpcji ciśnieniowej benzolu z wypełnieniem pierścieniowym. Zatrzymanie i likwidacja starej instalacji absorpcji niskociśnieniowej benzolu i benzolowni. Modernizacja instalacji absorpcji i destylacji benzolu w 2014 r zwiększenie mocy przerobowych instalacji benzolowni z 240 do 360 m 3 /h Uruchomienie drugiego ciągu destylacji benzolu z zintegrowaną z regeneratorem oleju, kolumną odpędową z wypełnieniem sitowo - mostkowym. Uruchomienie drugiej płuczki na absorpcji niskociśnieniowej benzolu z wypełnieniem z siatki cięto ciągnionej.

Instalacja destylacji benzolu uruchomiona w 2008r - kolumna, regenerator i węzeł chłodzenia opar Kondensatory opar benzolowo - wodnych, wymienniki płaszczowo - rurowe Kolumna odpędowa półkowo kasetowa Kolumna Regenerator odpędowa Wymienniki oleju olejolej płaszczowo zbiornikową parowy oleju z częścią Podgrzewacz sitowo mostkowa rurowe płaszczowo-rurowy Regenerator oleju

Instalacja destylacji benzolu uruchomiona w 2008r węzeł podgrzewania oleju nasyconego Piec rurowy Wymienniki płaszczowo rurowe olej nasycony - olej odpędzony

Instalacja destylacji benzolu uruchomiona w 2008r - węzeł chłodzenia oleju odpędzonego Wymienniki płaszczowo rurowe olej nasycony - olej odpędzony Chłodnice spiralne oleju odpędzonego

Zbiornik oleju nasyconego Schemat blokowy instalacji benzolowni po modernizacji w 2008r 30 o C Olej płuczkowy nasycony Piec rurowy 110 o C 150 o C Kondensator płaszczowo-rurowy Para + pary benzolu 90 o C Kolumna odpędowa benzolu z półkami sitowo mostkowymi refluks benzol Woda separatorowa 140 o C Zbiornik benzolu Zbiornik wody separatorowej Olej płuczkowy odpędzony Wymienniki płaszczowo rurowe olej - olej 80 o C Chłodnice spiralne 30 o C Instalacje absorpcji Regenerator oleju

Drugi ciąg destylacji benzolu uruchomiony w 2014roku - kolumna zintegrowana z regeneratorem i węzeł chłodzenia opar Kolumna odpędowa zintegrowana z regeneratorem Deflegmator COMPABLOCK Kondensatory COMPABLOCK

Drugi ciąg destylacji benzolu uruchomiony w 2014 roku - węzeł podgrzewania oleju nasyconego Podgrzewacze parowe oleju COMPABLOCK Wymienniki spiralne olej - olej

Instalacja destylacji benzolu uruchomiona w 2014r - węzeł chłodzenia oleju odpędzonego Wymienniki spiralne olej olej Chłodnice spiralne oleju odpędzonego

Schemat blokowy drugiego ciągu destylacji benzolu wybudowanego w 2014r Zbiornik oleju nasyconego 30 o C Olej płuczkowy nasycony Deflegmator Compabloc Para + pary benzolu ok. 80 o C Zbiornik benzolu Kondensator Compabloc benzol Podgrzewacze parowe Compabloc Wymienniki spiralne olejolej 160 o C 120 o 120 C o C Para + pary benzol u 90 o C refluks Zintegrowana kolumna odpędowa benzolu z półkami sitowo mostkowymi Olej płuczkowy odpędzony Woda separatorowa 140 o C Zbiornik wody separatorowej 55 o C Chłodnice spiralne 30 o C Instalacje absorpcji

Do 2014 roku proces absorpcji niskociśnieniowej i desorpcji benzolu był prowadzony na jednym ciągu instalacji. W 2014 roku, w związku z budową bloku energetycznego i zmianami w zagospodarowaniu oczyszczonego gazu koksowniczego, zaistniała konieczność przeprowadzenia drugiej znaczącej modernizacji instalacji absorpcji i desorpcji benzolu. Modernizacja polegała na budowie drugiej niskociśnieniowej płuczki benzolu i drugiego ciągu desorpcji benzolu. Gaz koksowniczy odbenzolowywany pod niskim ciśnieniem na potrzeby własne koksowni: do wydziału produkcji koksu i wydziału produkcji mediów energetycznych. Wzrost z 80 do 120 tys. m 3 /h Gaz koksowniczy odbenzolowywany pod ciśnieniem, przeznaczony do odbiorców zewnętrznych. Spadek z 75 do 35 tys. m 3 /h

Założenia modernizacji w 2014 roku Wyłączenie dwóch sprężarek gazu i tym samym zmniejszenie zużycia energii elektrycznej o ok. 5 MW. Utrzymanie stopnia oczyszczenia gazu z naftalenu i benzolu na poziomie gwarantującym poprawną pracę armatury i palników na instalacjach zużywających gaz koksowniczy. Utrzymanie na stałym poziomie produkcji benzolu. Polepszenie jakości oleju płuczkowego obiegowego.

3,2 3 2,8 2,6 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Stopień oczyszczenia gazu koksowniczego z benzolu pod niskim ciśnieniem przy pracy jednej i dwóch płuczek Wskaźnik przepływu oleju płuczkowego do gazu 2 kg /tys. m 3 Wskaźnik przepływu oleju płuczkowego do gazu 2,5 kg /tys. m 3 zawartość benzolu po NC w 2013r g/m3 zawartość benzolu po NC w 2015r g/m3 norma benzolu w gazie po NC g/m3

Stopień oczyszczenia gazu koksowniczego z naftalenu pod niskim ciśnieniem po modernizacjach w 2008 i w 2014 roku 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 zawartość naftalenu po NC w 2013r g/100 m3 zawartość naftalenu po NC w 2015r g/100 m3 norma naftalenu w gazie po NC g/100 m3 zawartość naftalenu po NC w 2009 r g/100 m3

1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Stopień oczyszczenia gazu koksowniczego z benzolu pod ciśnieniem przed i po modernizacjach w 2008 i w 2014r Skierowanie oleju odpędzonego do IC zawartość benzolu po IC w 2007 r g/m3 norma benzolu w gazie po IC g/m3 zawartość benzolu po IC w 2015r g/m3 zawartość benzolu po IC w 2013r g/m3 zawartość benzolu po IC w 2009 r g/m3

Stopień oczyszczenia gazu koksowniczego z naftalenu pod ciśnieniem po modernizacjach w 2008 i w 2014r 12 10 8 6 4 2 0 zawartość naftalenu po IC w 2013r g/100 m3 zawartość naftalenu po IC w 2009 r g/100 m3 norma naftalenu w gazie po IC g/100 m3 zawartość naftalenu po IC w 2015r g/100 m3

Czynniki wpływające na poprawę stopnia absorpcji benzolu z gazu koksowniczego 1. Zmniejszenie obciążenia gazem koksowniczym węzła absorpcji niskociśnieniowej przez dobudowanie bliźniaczej płuczki z ok. 80 tys. m 3 /h do ok. 60 tys. m 3 /h, a tym samym wzrost wskaźnika stosunku absorbenta do gazu z ok. 2 do ok. 2,5 kg / tys. m 3.

Czynniki wpływające na poprawę stopnia absorpcji benzolu z gazu koksowniczego 2. wysoki stopień desorpcji benzolu z oleju płuczkowego na kolumnach odpędowych pracujących pod obciążeniem nominalnym. Przy pracy jednej kolumny odpędowej przy obciążeniu maksymalnym równym 240 m m 3 /h, ilość benzolu w oleju odpędzonym kształtowała się na poziomie 0,5-0,6 %. Przy pracy dwóch kolumn obciążonych nominalnie po 180 m 3 /h ilość benzolu w oleju odpędzonym kształtuje się na poziomie 0,3 0,4%.

Czynniki wpływające na poprawę stopnia absorpcji benzolu z gazu koksowniczego 3. wysoka sprawność i bezawaryjność węzła chłodzenia oleju odpędzonego po ciągach destylacji benzolu pozwalająca schładzać olej odpędzony nawet do temperatury ok. 26 29 o C. Zastosowanie wysokosprawnych i bezawaryjnych spiralnych chłodnic i wymienników ciepła w węzłach chłodzenia oleju odpędzonego.

Wpływ zmian w instalacjach absorpcji i desorpcji benzolu na wielkość produkcji benzolu zwiększenie udziału metody niskociśnieniowego oczyszczania gazu koksowniczego z benzolu 11,5 Wskaźnik produkcji benzolu w kg / tsw 11 10,5 10 9,5 Od stycznia 2015 r praca dwóch ciągów absorpcji i desorpcji benzolu równolegle 9

WPŁYW MODERNIZACJI INSTALACJI BENZOLOWNI W 2008r NA WŁAŚCIWOŚCI OLEJU PŁUCZKOWEGO OBIEGOWEGO gęstości g/cm 3 1,09 1,085 1,08 1,075 1,07 Zmiany gęstości oleju płuczkowego odpędzonego Pierwsza modernizacja benzolowni Zabudowa grzałki w regeneratorze Intensyfikacja regeneracji oleju 1,065 1,06 05.2008 09.2008 03.2009 12.2010 Od chwili uruchomienia zmodernizowanej w 2008r instalacji destylacji benzolu zaobserwowano wzrost gęstości oleju płuczkowego nasyconego jak i odpędzonego. Wraz ze wzrostem gęstości oleju obiegowego wzrasta temperatura krzepnięcia oleju, co wymusza prowadzenie technologii w temperaturach wyższych - uniemożliwiających zestalenie się oleju obiegowego.

WPŁYW MODERNIZACJI INSTALACJI BENZOLOWNI W 2014r NA WŁAŚCIWOŚCI OLEJU PŁUCZKOWEGO OBIEGOWEGO 1,08 1,075 1,07 Praca jednego ciągu benzolowni z 2008r Praca jednego ciągu benzolowni z 2014r 1,065 1,06 1,055 1,05 Praca dwóch ciągów benzolowni i regeneracja oleju w nowym regeneratorze gęstość oleju odpędzonego w 2014r gęstość oleju odpędzonego w 2015r

Wpływ modernizacji na zmiany w składzie chemicznym oleju obiegowego 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Po uruchomienia zmodernizowanej instalacji destylacji benzolu w 2008r następuje: nagły spadek naftalenu (balast), spadek pożądanych składników w oleju płuczkowym jakimi są metylonaftaleny, gwałtowny wzrost związków wysokowrzących i zarazem krystalizujących w wysokich temperaturach jakimi są acenaften i fluoren.. 2005 2009 2011 2015 naftalen 2-metylonaftalen 1-metylonaftalen 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2005 2009 2011 2015 acenaften fluoren fenantren Po uruchomieniu drugiego ciągu benzolowni w 2014 znaczącej poprawie ulega jakość olej następuje wzrost metylonaftalenów i znaczący spadek acenaftenu w oleju.

50 45 Wpływ modernizacji na zmiany w składzie chemicznym oleju obiegowego 40 35 30 25 20 15 10 5 0 2005 2011 2015 naftalen składniki o niskiej temp. wrzenia i topnienia składniki o wysokiej temp. wrzenia i topnienia

Czynniki wpływające na poprawę właściwości fizykochemicznych oleju wzrost udziału metylonaftalenów w oleju obiegowym Jednoetapowy układ chłodzenia opar benzolu w instalacji z 2008r Dwuetapowy układ chłodzenia opar benzolu w instalacji z 2014r Ograniczenie ilości przedostawania się lekkich składników oleju (metylonaftalenów i bifenylu) do benzolu poprzez zastosowanie dwuetapowego układu chłodzenia opar (deflegmator + kondensator) na instalacji benzolowni uruchomionej w 2014roku lekkie frakcje olejowe stwierdzone w lekkie frakcje olejowe stwierdzone w benzolu: 2,08% benzolu: 1,37% 0,71% różnicy to zatrzymanie w układzie ok. 11 ton oleju płuczkowego miesięcznie dla jednego ciągu benzolowni

Czynniki wpływające na poprawę właściwości fizykochemicznych oleju spadek udziału acenaftenu i fluorenu w oleju obiegowym Poprawa parametrów regeneracji oleju w nowym zintegrowanym z kolumną odpędową regeneratorze oleju: Podwyższenie temperatury regeneracji oleju z 155 do 175 o C poprzez zastosowanie grzałki parowej o dużej mocy, Intensyfikacja regeneracji oleju z ok. 200 do ok. 350 m 3 /miesiąc, zwiększenie ilości wycofywanego balastu z układu olejowego o ok. 25%.

Wnioski Realizacja założeń modernizacji z 2014 roku Wyłączono dwie sprężarki gazu i tym samym zmniejszono zużycie energii elektrycznej o ok. 43 800 MW w skali roku. Zmiana dystrybucji strumienia gazu: 75 % do instalacji absorpcji niskociśnieniowej i 25 % do instalacji absorpcji ciśnieniowej, nie spowodowała strat w produkcji benzolu. Polepszono jakość oleju płuczkowego obiegowego przy jednoczesnym utrzymaniu stałego poziomu jego zużycia. Dzięki polepszeniu parametrów oleju, aparaty i zbiorniki nie wymagają dodatkowego czyszczenia z osadów, w których największy udział miał acenaften. Zapewniono niski poziom naftalenu w gazie kierowanym do Wydziałów PK i EM

Dziękuję za uwagę