Embed Size (px)
DESCRIPTION
Univerzitet u Beogradu Tehnološko–metalurški fakultetDIPLOMSKI RADAnaliza uticaja na životnu sredinu proizvodnje bitumena primenom algoritma za redukovanje otpadaBeograd, 2010.Tehnološko–metalurški fakultet Univerziteta u BeograduDatum odbrane rada: ________________________Ocena rada: Ocena odbrane rada: Srednja ocena:________________________ ________________________ ________________________Referent:________________________Koreferent:_________________________Kandidat: __
Citation preview
Univerzitet u Beogradu
Tehnološko–metalurški fakultet
DIPLOMSKI RAD
Analiza uticaja na životnu sredinu proizvodnje bitumena primenom algoritma za redukovanje
otpada
Beograd, 2010.
2
Tehnološko–metalurški fakultet
Univerziteta u Beogradu
Datum odbrane rada: ________________________ Ocena rada: ________________________ Ocena odbrane rada: ________________________ Srednja ocena: ________________________ Referent: ________________________ Koreferent: _________________________ Kandidat: ______________
Beograd, 2010.
3
Sadržaj strana
Uvod .................................................................................................................................... 5
I DEO
PROIZVODNJA BITUMENA ........................................................................................... 6
1. Tipovi rafinerija ............................................................................................................. 7
2. Procesi prerade nafte ...................................................................................................... 9
2.1. Atmosferska destilacija .......................................................................................... 102.2. Vakuum destilacija ................................................................................................. 142.3. Proizvodnja bitumena ............................................................................................ 17
3. Emisije u naftnoj industriji ........................................................................................... 19
II DEO
SOFTVERSKI MODEL WAR ......................................................................................... 24
1. Program WAR ............................................................................................................. 25
1.1. Uticaji hemikalija na životnu okolinu .................................................................... 261.2. Izraz hemijskih uticaja ........................................................................................... 271.3. Baza podataka hemijskih kategorija ...................................................................... 27
1.3.1. Globalne atmosferske kategorije ..................................................................... 281.3.2. Lokalne toksikološke kategorije ..................................................................... 29
1.4. PEI indikatori životne sredine ................................................................................ 301.5. Rad sa softverskim modelom WAR ...................................................................... 31
2. Definisanje ulaznih podataka ....................................................................................... 33
2.1. Postrojenje za atmosfersku destilaciju nafte .......................................................... 342.1.1. Kapacitet postrojenja ...................................................................................... 342.1.2. Vrste, karakteristike i količine sirovina i produkata ....................................... 352.1.3. Vrste, količine i karakteristike energije i fluida .............................................. 392.1.4. Otpadni tokovi ................................................................................................ 40
2.2. Postrojenje za vakuum destilaciju .......................................................................... 412.2.1. Kapacitet postrojenja ...................................................................................... 412.2.2. Vrste i karakteristike sirovina ......................................................................... 422.2.3. Vrste, količine i karakteristike energije i fluida .............................................. 442.2.4. Otpadni tokovi ................................................................................................ 45
2.3. Postrojenje bitumena .............................................................................................. 462.3.1. Kapacitet postrojenja ...................................................................................... 462.3.2. Karakteristike procesnih fluida ....................................................................... 472.3.3. Vrste, količine i karakteristike energije i fluida .............................................. 472.3.4. Otpadni tokovi ................................................................................................ 48
4
III DEO
REZULTATI PROCENE UTICAJA NA ŽIVOTNU
SREDINU ......................................................................................................................... 49
1. Rezultati i diskusija ...................................................................................................... 50
1.1. Rezultati WAR-a za postrojenje atmosferske destilacije ....................................... 501.2. Rezultati WAR-a za postrojenje vakuum destilacije ............................................. 531.3. Rezultati WAR-a za postrojenje bitumena ............................................................ 551.4. Diskusija rezultata .................................................................................................. 57
Zaključak ........................................................................................................................... 63
Literatura ........................................................................................................................... 64
SAŽETAK ........................................................................................................................ 66
SUMMARY ...................................................................................................................... 66
5
Uvod Naftna industrija je industrijska grana za koju je karakteristična visoka emisijska
intenzivnost. Osim što u proizvodnji nafte i gasa dolazi do direktne emisije CO2 i
CH4
Za analizu uticaja na životnu sredinu izabrana je proizvodnja bitumena, koji je jedan
od energetski najzahtevnijih derivata nafte. U radu je analiziran proces proizvodnje
bitumena, od sirove nafte do finalnog proizvoda. Primenom softverskog modela WAR
(engl. Waste Reduction Algorithm) razvijenog od strane Agencije za zaštitu životne
sredine SAD (engl. US EPA) dobijaju se kvantifikovane vrednosti potencijalnih
uticaja na životnu sredinu (engl. Potential Environmental Impact-PEI). Cilj rada je da
se primenom izabranog softvera dobiju podaci, čijom daljom analizom se mogu
sagledati kritične tačke procesa sa stanovišta zaštite životne sredine.
U prvom delu rada predstavljeni su procesi dobijanja bitumena. U drugom delu rada,
opisana je metodologija i definisane su osnovne karakteristike procesa i proizvoda
neophodnih za modelovanje korišćenjem WAR softvera. U trećem delu rada su
predstavljeni i analizirani rezultati dobijeni primenom izabranog algoritma u cilju
analize uticaja na životnu sredinu.
, za ovu industrijsku granu je karakteristična i visoka potrošnja energije i
proizvodi visokih emisijskih potencijala.
Industrija prerade nafte je aktivno uključena u ostvarivanje ciljeva politike zaštite
životne sredine, uvođenja čistije proizvodnje i racionalnog korišćenja energetskih
resursa. Analize uticaja tehnoloških postrojenja na životnu sredinu predstavljaju važne
aktivnosti koje se obavljaju u funkciji smanjenja industrijskih zagađenja. Pri izradi
analiza uticaja poželjno je koristiti savremene metode za kvantifikaciju njenih
pojedinih elemenata.
6
I DEO
PROIZVODNJA BITUMENA
7
1. Tipovi rafinerija
Rafinerije nafte su industrijska procesna postrojenja u kojima se iz sirove nafte
različitim procesima dobijaju naftni derivati. Promene na tržistu, kao i rigorozni
propisi koji se odnose na zaštitu životne sredine zahtevaju od rafinerija veliku
fleksibilnost da bi opstale na tržištu. U razvijenim zemljama rafinerije su u poslednjih
nekoliko godina prošle fazu restruktuiranja, modernizacije i udruživanja. Rafinerije se
dele na tri osnovne vrste:
-Jednostavne (engl. Hydroskimming) rafinerije;
-Kompleksne i
-Rafinerije duboke konverzije.
Jednostavna rafinerija najjednostavniji je tip rafinerije, a u svom sastavu ima sledeće
procese:
-Atmosfersku destilaciju;
-Obradu gasova;
-Obradu benzina (slađenje ili hidrodesulfurizaciju);
-Katalitičko reformiranje i
-Hidrodesulfurizaciju gasnih ulja.
Kompleksna rafinerija ima u svom sastavu, osim postrojenja jednostavne rafinerije i
konverzijske procese:
-Vakuum destilaciju;
-Hidrodesulfurizaciju vakuum gasnih ulja;
-Katalitičko krekovanje (FCC) s alkilacijom i
-Lom viskoznosti.
Ovaj tip rafinerije može u svom sastavu, umesto katalitičkog krekovanja i alkilacije,
imati procese hidrokrekovanja i izomerizacije.
Rafinerija duboke konverzije je razvijena zbog primenjivanja strožijih zakona, u cilju
poboljšanja kvaliteta naftnih proizvoda (sadržaj sumpora), kao i smanjenja emisije
štetnih gasova u životnu sredinu. Uvode se novi procesi u rafinerije i smanjuje se
proizvodnja teških ostataka (lož ulje, koks) na maksimalno 10 %. Ti novi procesi su:
8
-hidrokrekovanje,
-koksiranje i
-deasfaltizacija
koji prerađuju vakuum ostatak u visoko vredne proizvode, tzv. «bele» proizvode ili
sirovine za hidrokreking ili FCC, kao i za proces koregeneracije [1].
Osim navedenih rafinerija postoje i rafinerije za proizvodnju baznih ulja i parafina.
Slika 1. Evolucija primene različitih vrsta rafinerija u Evropi.
Na slici 1. prikazana je evolucija različitih vrsta rafinerija u Evropi. Tip I su
jednostavne rafinerije, a Tip II + III su kompleksne i rafinerije sa dubokom
konverzijom. Može se videti da je broj rafinerija tipa I opao tokom godina i da je, radi
efikasnijeg iskorišćenja nafte, sve zastupljenije prevođenje jednostavnih rafinerija u
kompleksne rafinerije i rafinerije duboke konverzije [1].
Proizvodnja bitumena odvija se u kompleksnim rafinerijama ili rafinerijama sa
dubokom konverzijom. Proces dobijanja bitumena odvija se u tri faze. Prva faza je
9
atmosferska destilacija, druga vakuum destilacija i treća je dobijanje bitumena iz
vakuum ostatka.
2. Procesi prerade nafte
Prerada nafte deli se na primarnu i sekundarnu. Primarna prerada nafte obuhvata
razdvajanje sirove nafte atmosferskom i vakuum destilacijom na više frakcija, tj.
primarnih proizvoda različitog intervala ključanja. Primarni proizvodi su gas,
benzinska i kerozinska frakcija, vakuum-uljne frakcije i ostatak vakuum destilacije.
Sekundarna prerada nafte obuhvata procese i operacije kojima se podvrgavaju frakcije
ugljovodonika dobijene primarnom preradom. Hemijski sastav i relativni udeo
dobijenih primarnih destilata uslovljeni su hemijskim sastavom polazne nafte. Dok su
u primarnoj preradi nafte zastupljene operacije separacije ugljovodonika uglavnom
rektifikacijom, u sekundarnoj preradi dominantni su tehnološki procesi kao:
krekovanje, hidrokrekovanje, reformiranje, hidrodesulfurizacija, alkilacija,
oligomerizovanje, koksovanje i dr [1,2]. Na slici 2. data je šema procesa proizvodnje
bitumena [3].
10
Slika 2. Šema procesa proizvodnje bitumena iz sirove nafte.
2.1. Atmosferska destilacija
Destilacija je operacija kojom se vrši razdvajanje komponenata tečne smeše, na
osnovu razlike u temperaturama ključanja. Ova operacija zasnovana je na različitim
isparljivostima, odnosno naponima pare komponenata smeše, tako da se u toku
ključanja kao proizvod dobija para, obogaćena lakše isparljivom komponentom.
Postrojenje za atmosfersku destilaciju nafte je primarno i najvažnije postrojenje u
svakoj rafineriji (slika 3 [3]). U njega je uključeno više operacija povezanih
11
međusobno u kontinualan sistem. Tu spadaju: predgrevanje sirove nafte,
odstranjivanje soli (odsoljavanje), zagrevanje na temperaturu rektifikacije,
stabilizovanje i depentanizacija benzina i stripovanje (ispiranje) primarnih destilata
[2].
Slika 3. Postrojenje atmosferske destilacije.
Atmosferska destilacija se odigrava pri atmosferskom pritisku u kolonama visine oko
40 m prečnika od 4 do 6,5 m, sa oko 35-40 podova. Optimalni kapacitet kolone je pet
miliona tona godišnje sirove nafte, a pojedine rafinerije imaju različit broj
destilacionih kolona, pa njihov ukupni kapacitet određuje kapacitet rafinerijske
prerade (slika 4 [3]).
12
Slika 4. Destilaciona kolona. Proces atmosferske destilacije obuhvata sledeće stupnjeve:
-Zagrevanje nafte na temperaturu od 360 °C;
-Razdvajanje na frakcije u destilacionoj koloni i
-Stripovanje (desorpcija lakših komponenti).
Na slici 5. prikazana je šema procesa atmosferske destilacije [3]. Zagrevanje nafte se
sprovodi na dva načina. Za zagrevanje se upotrebljavaju razmenjivači topolote koji su
obično sastavljeni od snopova čeličnih cevi u cilidričnom omotaču. Konačna
temperatura sirovine postiže se u cevnim pećima u kojima se nafta zagreva. Kao
goriva za peći primjenjuju se: ulje za loženje, rafinerijski gasovi i zemni gas.
Konstrukciju peći uslovljava kapacitet, namena i uslovi rada. Peći mogu biti
konstruisane i tako da nafta prvo ulazi u predgrejač (mala peć), u kojem se postiže
temperatura do 200 °C, pri čemu se odvajaju samo dve frakcije: vršna, koja se sastoji
od gasova i lakog benzina, i ostatak koji odlazi u glavnu peć, čime se povećava
kapacitet. Osim za zagrevanje nafte pre atmosferske destilacije i ostatka atmosferske
destilacije pre ulaza u kolonu za vakuumsku destilaciju, peći se primenjuju i za
zagrevanje sirovina i međuprodukata endotermnih procesa (katalitičko krekovanje,
katalitičko reformiranje benzina).
13
Iz cevne peći nafta se dozira na 1/3 donjeg dela kolone uz ekspanziju (smanjenje
pritiska sa 30 bar na 1 bar), pri čemu se odigrava naglo isparavanje u zoni brze
destilacije (engl. flash).
Slika 5. Šema procesa atmosferske destilacije. Pare odlaze prema vrhu kolone, preko podova na kojima se odvija delimična
kondenzacija težih komponenti, koje se vraćaju prema dnu kolone. Na svakom podu
se uspostavlja dinamička ravnoteža između parne i tečne faze (princip procesa
rektifikacije).
Izdvajanje komponenata niže tačke ključanja u struji pregrejane vodene pare sprovodi
se pomoću malih frakcionih kolona, tzv. stripera. Na dnu kolone dozira se pregrejana
vodena para radi smanjenja parcijalnog pritiska ugljenovodoničnih para, čime se
povećava kapacitet destilacione kolone. Frakcije atmosferske destilacije su:
-laki benzin (<150 °C),
-teški benzin (150-200 °C),
-petrolej (200-260 °C),
14
-lako gasno ulje (260-300 °C),
-teško gasno ulje (300-360 °C) i
-ostatak (>360 °C).
Vršni proizvod je gasna frakcija iz koje se odvajanjem dobija tečni naftni gas (TNG)
(engl. liquefied petroleum gas) i laki benzin. Prvi bočni produkt je teški benzin, a
primenjuje se kao sirovina za proces katalitičkog reformiranja benzina. Frakcija
petroleja namešava se u mlazno i dizel gorivo, a gasna ulja su osnovne frakcije
dizelskih goriva i loživih ulja. Ostatak atmosferske destilacije je sirovina za
vakuumsku destilaciju [2].
2.2. Vakuum destilacija
Najviša temperatura atmosferske destilacije ne sme da pređe 350 °C jer na višoj
temperaturi dolazi do razlaganja ugljovodonika i obrazovanja koksa. Zato se
atmosferskom destilacijom ne mogu dobiti destilati tačke ključanja preko 360 °C.
Teže frakcije mogu se dobiti iz atmosferskog ostatka samo destilacijom pod
smanjenim pritiskom, odnosno vakuum destilacijom koja je prikazana na slici 6 [3].
Dobijanje frakcija višeg intervala ključanja od gasnih ulja vrši se u vakuum koloni jer
se temperatura ključanja snižava sa sniženjem pritiska [1,4].
Postrojenja za vakuum destilaciju (slika 7) vrlo su slična onima za atmosfersku
destilaciju, samo što su za isti kapacitet prerade mnogo veća jer je volumen para veći
pri sniženom pritisku nego pri atmosferskom.
15
Slika 6. Šema vakuum destilacije.
Pre ulaza u vakuum destilacionu kolonu atmosferski ostatak se zagreva u cevnoj peći
na temperaturu od 350 do 380 °C (max. 400 °C) a zatim se uvodi na napojni pod u
zonu isparavanja gde je pritisak 30-40 mmHg. Frakcionisanje ugljovodonika u
vakuum koloni se odvija po istom principu kao u atmosferskoj koloni. Sniženje
pritiska, čak do 10 mmHg, postiže se uvođenjem vodene pare sa šaržom pre
zagrevanja, kao i na dnu vakuum kolone. Dodatkom vodene pare smanjuje se
parcijalni pritisak ugljovodonika u koloni, a u cevnoj peći sprečava se taloženje
koksa. Količina dodate pare zavisi od intervala ključanja napojne sirovine i frakcije
koja isparava [2].
Za frakcionisanje atmosferskog ostatka u vakuum koloni primenjuju se sledeći uslovi
(prosečne vrednosti):
-temperatura atmosferskog ostatka u zoni isparavanja 350-400 °C
-pritisak u zoni isparavanja 30-40 mmHg
-pritisak na vrhu kolone 12-15 mmHg
-temperatura na vrhu kolone 225-250 °C
-broj podova između dve bočne frakcije 3-4
-potrošnja pare (370 °C) 0,03-0,15 kg/l
16
Proizvodi vakuum destilacije su :
-Vakuum lako gasno ulje;
-Vakuum teško gasno ulje;
-Nekondiciona frakcija i
-Vakuum ostatak.
Destilacija atmosferskog ostatka u vakuumu primenjuje se u cilju pripreme napojne
sirovine za katalitičko krekovanje i hidrokrekovanje kao i za dobijanje uljnih frakcija
iz kojih se daljom preradom dobijaju bazna ulja koja služe kao komponente za
proizvodnju mazivih ulja. Ostatak vakuum destilacije je najteža frakcija, tačka
ključanja je oko 450 °C.
Slika 7. Postrojenje vakuum destilacije.
17
2.3. Proizvodnja bitumena
Kao sirovina za proizvodnju bitumena koristi se vakuum ostatak iz procesa vakuum
destilacije. Vakuum ostatak mora da bude odgovarajućeg kvaliteta i ograničenog
sadržaja parafina [2]. Na slici 8. prikazana je šema procesa proizvodnje bitumena [3].
Slika 8. Šema procesa proizvodnje bitumena.
Tehnološki proces dobijanja bitumena sastoji se u kontinualnoj oksidaciji vakuum
ostatka u reaktoru pri temperaturi od 250 do 270 °C. Na slici 9. vidi se izgled
postrojenja bitumena [3]. Oksidacija se vrši ubacivanjem vazduha pomoću
kompresora pod pritiskom i na temperaturi od 60 °C. Duvanjem vazduha preko
zagrejane sirovine, kiseonik iz vazduha oksidiše lako isparljive supstance. Oksidaciju
sirovine prati izdvajanje toplote reakcije. Za održavanje toplotnog režima u reaktoru
predviđena je mogućnost ponovnog dovođenja dela bitumena u reaktor (refluks).
Radi mogućnosti kontrole reakcije u vršni deo reaktora dodaje se vodena para. Iz
reaktora gotov bitumen se odvodi preko hladnjaka u skladište. Vodena para, gasovi i
ostali produkti nastali oksidacijom sa vrha reaktora odvode se, preko separatora, na
spaljivanje u peć [4].
18
Slika 9. Postrojenje za proizvodnju bitumena
Na slici 10. prikazan je bitumen u tečnom stanju [3]. Bitumen je mešavina visoko
viskoznih organskih tečnosti. Kao što se vidi na slici, crne je boje i lepljiv je. Potpuno
je rastvoran u ugljen-disulfidu i sastoji se od visoko kondenzovanih policikličnih
aromatičnih ugljovodonika.
Slika 10. Bitumen
19
3. Emisije u naftnoj industriji Naftna industrija i ostale industrijske grane, su istorijski vezane za zagađenje okoline,
bilo putem neodrživog korišćenja resursa ili putem neodrživog korišćenja okoline kao
deponije otpada iz svojih aktivnosti. Iako naftne kompanije, već više od pola veka, u
svoje poslovanje imaju inkorporirane i složene sisteme zaštite okoline, smanjenje
zagađenja u naftnoj industriji je još uvek jedno od najkritičnijih pitanja menadžmenta
zaštite životne sredine. Dugo je vremena, među industrijskim, a naročito naftnim
kompanijama, bilo opšte prihvaćeno mišljenje da zakonska regulativa iz područja
zaštite okoline ima negativan uticaj na industrijske aktivnosti, tj. da ih ograničava, a
time ograničava i proizvodnost kompanija.
Tokom proteklih nekoliko desetina godina to se mišljenje promenilo, tako da danas
sve više naftnih kompanija zauzima stav da se uz pomoć zakonske regulative iz
područja zaštite životne sredine može postići dobitna situacija, kako za okolinu, tako i
za vlastito poslovanje, ili, ako već ne dobit za naftnu kompaniju, tada bar situacija u
kojoj naftna kompanija neće biti finansijski oštećena. Tako, u novije vreme, veliki
broj naftnih kompanija povećanju regulacije i povećanim ekološkim standardima
pristupa sa stanovišta da oni podstiču rast proizvodnosti kompanija zbog toga što su
upravo zbog njih kompanije prisiljene uvesti nove tehnologije u svoje poslovanje i
postati još efikasnije u korišćenju sredstava.
Prema današnjim procenama iz naftne se industrije godišnje proizvodi oko 1,2×109 t
ekivalentne količine CO2 [5]. Od toga, prema istraživanju koje je sproveo Američki
naftni institut (engl. American Petroleum Institute-API), na rafinerije otpada 75 %
ukupnih emisija iz naftne industrije, dok preostalih 25 % dolazi iz sektora istraživanja
i proizvodnje nafte i gasa. Što se tiče navedenih emisija gasova iz rafinerije,
odgovornih za efekat staklene bašte, od kojih su najznačajnije emisije ugljen-dioksida
(CO2), oko 22 % se javlja u procesima katalitičkog krekovanja, oko 18 % dolazi od
prerade nafte, oko 15 % se javlja kao posledica hidroobrada, a oko 8 % se javlja u
procesima reformiranja. Kod istraživanja i proizvodnje nafte i prirodnog gasa više od
50 % emisija CO2 se javlja kao posledica spaljivanja prirodnog gasa ili otpadnih
20
gasova na baklji. Što se tiče emisija metana (CH4), značajnije su tokom prerade nafte
(oko 27 %), rada kompresora (oko 25 %) i rada pneumatskih uređaja (oko 14 %) [6].
Za naftnu industriju, osim direktne proizvodnje nekih gasova koji stvaraju efekat
staklene bašte, takođe je karakteristična i visoka energetska intenzivnost, koja je
uglavnom praćena i visokom emisijskom intenzivnošću, najčešće kod starijih
postrojenja. Obzirom na proizvodne procese u kojima se pojavljuju, emituju štetne
materije u naftnoj industriji se dele na [7]:
-Emisije od sagorevanja
Sagorevanje goriva, koje sadrži ugljenik, u uređajima, kao što su motori, ložišta,
grejači, parni kotlovi i baklje, rezultira, usled oksidacije ugljenika, stvaranjem CO2.
Pri tome se, usled reakcije kiseonika i azota, stvara i vrlo mala količina N2O.
Teoretski, potpunim sagorevanjem čistih ugljovodonika nastaju samo ugljen-dioksid i
voda. U slučaju nepotpunog sagorevanja, prilikom sagorevanja čistih ugljovodonika
će, osim CO2 i vode, doći do stvaranja i ugljen-monoksida (CO) i nižih ugljovodonika
(najčešće CH4
Tokom proizvodnje nafte i gasa često, bilo iz operativnih ili iz sigurnosnih razloga, se
javlja potreba za ispuštanjem određene količine gasa direktno u atmosferu kroz
izduvne ventile (ukoliko se ta količina ne šalje na spaljivanje na baklji). Emisije zbog
ispuštanja gasa kroz izduvne otvore su najčešće emisije CH
).
-Emisije zbog ispuštanja gasa kroz izduvne otvore
4 i CO2, dok se VOC
(engl. Volatile Organic Compaunds), SOx i NOx javljaju u manjim količinama.
Najznačajniji izvori emisija zbog ispuštanja kroz izduvne ventile su: rezervoari,
pumpe za ubrizgavanje hemijskih aditiva i pneumatski uređaji, tj. sva oprema koja je
pod pritiskom. Kao izvore emisija zbog ispuštanja kroz izduvne otvore se posmatraju
i procesi u kojima se takva vrsta emisija pojavljuje kao posledica hemijskih
transformacija. Primeri takvih procesa su: dehidratacija nafte i gasa, izdvajanje kiselih
gasova iz prirodnog gasa, neki rafinerijski procesi (reformiranje, katalitičko
krekovanje, komorni koking i kalcinacija koksa). Osim navedenih, izvori emisija zbog
ispuštanja kroz izduvne ventile su i razne operacije održavanja opreme, kao i slučajne
21
situacije prilikom kojih se automatski smanjuje pritisak u sistemu iz sigurnosnih
razloga;
-Fugitivne emisije
Fugitivne emisije su emisije isparljivih organskih jedinjenja (VOC), koje se ne
oslobađaju u okolinu kroz izduvne otvore, već se javljaju kao posledica
nehermetičnosti opreme i/ ili grešaka u sistemu. Najveći deo VOC emisija u naftnoj
industriji se javlja kao fugitivne emisije [8]. Fugitivne emisije u naftnoj industriji se
najčešće javljaju na spojnim elementima kao što su ventili, spojnice, zaptivke na
sisaljkama i kompresorima i dr. Značajan izvor fugitivnih emisija u naftnoj industriji
predstavljaju i rezervoari sirove nafte i kondenzata.
Obzirom na grane delatnosti, u kojima se mogu pojaviti emisije gasova koji stvaraju
efekat staklene bašte i ostalih štetnih materija, emisije u naftnoj industriji se mogu
podeliti na [7]:
-emisije iz istraživanja i proizvodnje ugljovodonika i procesa obrade prirodnog gasa,
-emisije iz transporta i distribucije ugljovodonika,
-emisije iz procesa prerade sirove nafte (emisije iz rafinerija nafte) i
-emisije iz prodaje i marketinga ugljovodonika.
Primarni izvori emisija u segmentu istraživanja nafte i gasa su motori sa unutrašnjim
sagorevanjem, koji se koriste u operacijama bušenja, zatim baklje, koje se koriste za
spaljivanje nepoželjnog ili ekonomski neisplativog prirodnog gasa koji se pojavljuje
tokom bušenja. Tokom istraživačkih radova i bušenja ugljovodonika u najvećoj se
meri javljaju emisije CO2, a u znatno manjim količinama emisije CH4, NMVOC
(engl. Non- Methane Volatile Organic Compounds- sve isparljive organske materije,
osim metana) i N2O. Emisije CH4 se tokom bušenja, u većim količinama, javljaju
jedino kod slučajnih situacija ili u slučaju korišćenja prirodnog gasa kao isplake.
Ukoliko prirodni gas, koji se pojavljuje u pomenutim situacijama, sadrži značajnije
količine CO2, osim emisija CH4, u navedenim će se situacijama pojaviti i emisije
CO2.
22
Proces proizvodnje ugljovodonika predstavlja niz operativnih postupaka koji
obuhvataju separaciju proizvedenih fluida, njihovo sabiranje, merenje i skladištenje.
Tokom izvođenja svih navedenih operativnih postupaka moguće su pojave emisije
gasova koji stvaraju efekat staklene bašte i ostalih štetnih materija. U procesu
proizvodnje ugljovodonika javljaju se emisije od sagorevanja, emisije od ispuštanja
kroz izduvne otvore i fugitivne emisije. Gasovi koji se pritom ispuštaju su CO2 i CH4
a u manjoj meri NMVOC, N2O, CO, SO2 i NOx.
Potencijalni izvori emisija u transportu i distribuciji ugljovodonika su cevovodi i
mesta punjenja i pražnjenja putnih (autocisterne), železničkih (vagoni cisterne) zatim
morskih i rečnih vozila (brodova), koji služe za prevoz sirove nafte, prirodnog gasa u
različitim oblicima i naftnih derivata. Emisije, koje se javljaju u transportu i
distribuciji ugljovodonika, posledica su, ili isparavanja fluida koji se transportuje, ili
sagorevanja goriva koje se koristi za pokretanje prevoznih sredstava u transportu
ugljovodonika. Pri tome je potrebno uzeti u obzir da se određena količina emisija
javlja i tokom punjenja balastnih voda u morska i rečna vozila, koja služe za prevoz
ugljovodonika i njihovih derivata. Uz navedeno, u sektoru transporta i distribucije
ugljovodonika i njihovih derivata javljaju se takođe i fugitivne emisije tokom prenosa
i skladištenja ugljovodonika ili njihovih derivata, te fugitivne emisije iz opreme. Od
gasova u sektoru transporta i distribucije, dominantne su emisije CH4, koje se javljaju
prilikom ispuštanja kroz izduvne otvore ili kao fugitivne emisije. Emisije CO2 i vrlo
male količine emisija N2
Rafinerijski procesi obuhvataju brojne destilacione procese prilikom kojih, u uskim
temperaturnim intervalima, dolazi do izdvajanja ugljovodonika. Osim toga postoje i
brojni procesi kojima se i ugljovodonici tretiraju kao što su krekovanje, koking,
reformiranje, alkilacija i izomerizacija. Štetne materije koje se pojavljuju u
rafinerijskim procesima, a koje su potencijalne zagađujuće materije atmosfere, su
ugljovodonici, sumporovodonik (H
O, se pojavljuju zbog sagorevanja fosilnog goriva u
motorima s unutrašnjim sagorevanjem, parnim kotlovima na brodovima i turbinama
gasnih kompresora.
2S), amonijak (NH3), merkaptani (RSH) i neki
rastvarači. Emisije gasova koji stvaraju efekat staklene bašte u rafinerijama se
primarno javljaju zbog sagorevanja goriva, koje se koristi za proizvodnju energije
potrebne u rafinerijskim procesima. Navedene emisije od sagorevanja su najvećim
23
delom emisije CO2, dok se emisije N2O, CH4
, ugljen-(II)-oksid (CO), isparljive
organske materije (VOC) i oksidi sumpora (SOx) pojavljuju u većim ili manjim
količinama, zavisno od kvaliteta sagorevanja goriva. Izvori emisija od sagorevanja u
rafinerijama su parni kotlovi, grejači, turbine, baklje i ložišta [7].
Poslednjih decenija pitanje zaštite životne sredine dobija na značaju. Naftna industrija
spada u industrijske grane čije aktivnosti direktno utiču na životnu sredinu. Zbog
velikih ekoloških katastrofa uzrokovanih najčešće izlivima nafte, naftna industrija je
pod stalnim budnim okom javnosti. Radi poboljšanja svog negativnog imidža u
javnosti, naftne kompanije preduzimaju razne projekte u cilju zaštite životne sredine.
24
II DEO
SOFTVERSKI MODEL WAR
25
1. Program WAR U tradicionalnom projektovanju hemijskog procesa, pažnja je prvenstveno usmerena
na smanjenje troškova, dok se često previdi uticaj procesa na životnu sredinu.
Posledica ovakog previda jasno se odražava na povećanje količine otpada tokom
procesa proizvodnje.
Program WAR (engl. Waste Reduction Algorithm) razvijen je od strane agencije za
zaštitu životne sredine SAD (engl. US EPA). Prvi put je predstavljen 1994. godine kao
nova metoda za smanjenje otpada tokom procesa proizvodnje od strane A.K. Hilali-a i
S.K. Sikdar-a. (A.K. Hilaly i S.K. Sikdar). Oni su uveli koncept bilansa zagađenja što
je bila preteča PEI (engl. Potential Environmental Impact-PEI) bilansa. Bilans
zagađenja je u osnovi metoda kojom pratimo kretanje polutanta kroz proces [9]. PEI
bilans kvantifikuje uticaj polutanata na proces. Kano-Ruiz i Mekre (Cano-Ruiz i
McRae) su pružili sveobuhvatan pregled različitih tehnika koje se koriste za uvođenje
životne sredine u proces projektovanja. Minimiziranje količine otpada ili zagađujućih
materija nastalih u procesu proizvodnje je uobičajen metod za uključivanje životne
sredine u projektno razmatranje [10].
Uticaj procesa na životnu sredinu izražava se preko vrednosti četiri PEI indikatora.
Ovi indikatori koriste se na uporedan način u procesu projektovanja u cilju smanjenja
uticaja tog procesa na životnu sredinu. Osam PEI kategorija (četiri globalne i četiri
toksikološke) se koriste za formiranje PEI indikatora. Značajna modifikacija WAR
algoritma izvršena od strane Daglasa Janga i Heriberta Kabeza (Douglas M. Young i
Heriberto Cabezas) jeste uključenje energije u proračun. Ova izmena uticala je na
tačniji prikaz nastalog PEI u procesu proizvodnje [11].
26
Slika 11. Životni ciklus proizvoda.
Na slici 11. prikazane su faze životnog ciklusa proizvoda [3]. Te faze predstavljaju
obezbeđenje sirovog materijala, prevođenje sirovog materijala u željene proizvode
(proizvodnja), distribuciju tih proizvoda, njihov upotrebu (korišćenje) i na kraju
recikliranje ili odlaganje istih. Tokom svake od ovih faza, na različite načine se utiče
na životnu sredinu.
Softverski model WAR ima za cilj da proceni samo uticaj procesa proizvodnje na
životnu sredinu [9].
1.1. Uticaji hemikalija na životnu okolinu
Korišćenje WAR algoritma zahteva definisanje uticaja kategorija za koje specifični
hemijski uticaji na životnu sredinu mogu biti kvantifikovani. Ovi specifični hemijski
uticaji na životnu okolinu će se koristiti za određivanje PEI indikatora procesa [12].
27
1.2. Izraz hemijskih uticaja
Ukupan PEI hemikalije k, ψk, se određuje sabiranjem svih specifičnih PEI kategorija
uticaja hemikalije k, ψkl.
Ψk =∑αlψkl
α
(1) l
l
1.3. Baza podataka hemijskih kategorija
predstavlja težinski faktor uticaja kategorije l. Težinski faktor se koristi da izrazi
značaj uticaja kategorija. Vrednost težinskog faktora izražava se skalom od 0 do 10 ali
to nije strogo pravilo. Korisnik treba da dodeli vrednost težinskom faktoru u
zavisnosti od uslova procesa, a njegovo podešavanje treba da naglasi probleme
relevantne za konkretan proces u zavisnosti od uslova i lokacije. Osnovni značaj
težinskih faktora za ovu metodologiju je u tome što oni dozvoljavaju kombinovanje
specifičnih PEI kategorija [9,12].
Za korišćenje WAR-a neophodno je određivanje specifičnih PEI kategorija za svaku
od hemikalija u bazi podataka. Baza podataka sadrži vrednosti za oko 1600
hemikalija. Te specifične vrednosti PEI kategorija su normalizovane za svaku
kategoriju uticaja. Postoje dva razloga za normalizovanje vrednosti uticaja:
-obezbeđivanje da vrednosti različitih kategorija sadrže iste jedinice da bi se mogle
koristiti u jednačini (1);
-obezbeđuje da vrednosti iz različitih kategorija imaju prosečno ekvivalentne
rezultate. Bez ovog drugog uslova, impicitne težine faktora prisutne u bazi podataka
hemikalija mogu izazvati nenamernu pristrasnost u izračunavanju vrednosti indikatora
PEI [9].
Razlikuju se 2 grupe kategorija: globalne atmosferske i lokalne toksikološke. Postoje
četiri globalne atmosferske PEI kategorije:
28
-potencijal globalnog zagrevanja (engl. Global Warming Potential-GWP),
-potencijal razgradnje ozona (engl. Ozone Depletion Potential-ODP),
-potencijal zakiseljenosti (engl. Acidification Potential-AP) i
-potencijal fotohemijske oksidacije (engl. Photochemical Oxidation Potential-
PCOP).
i četiri lokalne toksikološke PEI kategorije:
-potencijal trovanja čoveka injekcionim putem (engl. Human Toxicity Potential by
Injection-HTPI),
-potencijal trovanja čoveka putem udisanja ili preko kože (engl. Human Toxicity
Potential by either Inhalation or Dermal Exposure-HTPE),
-potencijal akvatične toksičnosti (eng. Aquatic Toxicity Potential-ATP) i
-potencijal terestijalne toksičnosti (eng. Terrestrial Toxicity Potential-TTP).
Težinski faktori iz jednačine (1) trebalo bi da se koriste da naglase moguće uticaje
procesa na životnu okolinu od strane projektanta [12]. Na primer, ako se proces izvodi
u ruralnom, močvarnom području projektant neće pri podešavanju vrednosti težinskog
faktora naglasiti kao mogući problem potencijal fotohemijske oksidacije (PCOP) već
će vrednost težinskog faktora podesiti tako da se obrati pažnja na potencijal akvatične
toksičnosti (ATP).
1.3.1. Globalne atmosferske kategorije
Potencijal globalnog zagrevanja (GWP) se određuje u odnosu na količinu
apsorbovanog infracrvenog zračenja jedinice mase nekog jedinjenja tokom njegovog
života u atmosferi, prema meri u kojoj CO2 apsorbuje istu količinu tog infracrvenog
zračenja tokom svojih života. Vreme poluraspada svake hemikalije uzeto je u obračun
za utvrđivanje GWP.
Potencijal razgradnje ozona (ODP) se određuje u odnosu na brzinu reagovanja
jedinice mase nekog jedinjenja sa ozonom, prema brzini reagovanja jedinice mase
CFC-11 (trihlorflulorometana) sa ozonom.
29
Da bi neko jedinjenje uticalo na razgradnju ozona neophodno je da opstane u
atmosferi dovoljno dugo da dosegne stratosferu i da u sebi sadrži atome hlora ili
broma.
Potencijal zakiseljenja (AP) se određuje na osnovu poređenja brzine oslobađanja jona
vodonika nekog jedinjenja usled prisustva SO
1.3.2. Lokalne toksikološke kategorije
2.
Potencijal fotohemijske oksidacije (PCOP) definiše se poređenjem brzine reagovanja
jedinice mase nekog jedinjenja, koje reaguje sa hidroksi radikalom, prema brzini
reagovanja jedinice mase etilena sa hidroksi radikalom [9,13].
Dve kategorije se koriste za procenu uticaja hemijskog procesa na zdravlje čoveka. To
su potencijali trovanja čoveka injekcionim putem, udisanjem ili preko kože (HTPI i
HTPE). Ove dve kategorije korišćene su za procenu potencijala toksičnosti, jer su to
najčešći vidovi izlaganja čoveka uticaju hemikalija.
HTPI je određen za hemikaliju u tečnom ili čvrstom stanju na temperaturi od 0 °C i
atmosferskom pritisku, a HTPE se određuje za hemikaliju koja je pri istim uslovima u
stanju gasa.
U ovom programu, za procenu HTPI koristi se letalna doza (engl. Lethal Dose-LD)
koja je dovela do uginuća kod 50 % eksperimentalnih životinja, u konkretnom slučaju
pacova, direktnim ubrizgavanjem. LD50 je obično izražena u jedinici mg hemikalije
po telesnoj masi eksperimentalne životinje (kg). Što je viša vrednost LD50 to je manje
toksična hemikalija u pitanju. U WAR-u je vrednost HTPI kategorije izražena kao
inverzna vrednost LD50. Stoga u WAR-u veća vrednost HTPI predstavlja veću
opasnost po okruženje nego niža vrednost. Ova vrednost održava proporcionalan
odnos između hemikalija.
Potencijal terestijalne toksičnosti (TTP) se procenjuje na identičan način.
30
Za procenu HTPE korišćeni su vremenski ponderisani proseci (engl. Time Weighted
Average-TWA) i ograničene vrednosti praga izlaganja (engl. Treshold Limit Values-
TLV). Podaci su dobijeni preko OSHA (engl. Ohio Sickle Cell and Health
Association), ACGIH (engl. American Conference of Governmental Industrial
Hygienists)
1.4. PEI indikatori životne sredine
i NIOSH (engl. National Institute of Occupational Safety and Health)
predstavljaju graničnu izloženost po bezbednost na radu. Vrednost HTPE kategorije
izražena je preko inverznih vrednosti TWA i TLV, kao i HTPI, u cilju održavanja
odgovarajućeg odnosa unutar baze podataka.
Potencijal akvatične toksičnosti (ATP) procenjen je korišćenjem toksikoloških
podataka za jednu vrstu ribe-Pimephales Promelas. Ova vrsta je izabrana zbog
korišćenja Pimephales Promelas kao univerzalnog vodenog indikatora i postojanja
literaturnih podataka. Podatak koji koristimo za određivanje ATP je LC50 (engl.
Lethal Concentration-LC), letalna koncentracija koja izaziva uginuće kod 50 % test
primeraka. Vrednost ATP izražena je kao inverzna vrednost LC50 [9].
Softverski model WAR omogućava korisniku da izračuna nekoliko PEI indikatora.
Procesi sa nižim vrednostima PEI indikatora će biti povoljniji po životnu sredinu.
Četiri osnovna indikatora uticaja procesa na životnu sredinu su:
-Ukupna stopa generisanog PEI-a u sistemu (Igen PEI/h) u jedinici vremena (engl.
Total Rate of PEI generated within a system);
-Ukupna stopa generisanog PEI-a u sistemu izražena po masi proizvoda (engl. Total
Rate of PEI generated within a system per mass of product stream leaving the system-
Igen PEI/kg);
-Ukupna stopa PEI-a koja napušta sistem u jedinici vremena (engl. Total Rate of PEI
leaving a system-Iout PEI/h) i
31
-Ukupna stopa PEI-a koja napušta sistem izražena po masi proizvoda (engl. Total
Rate of PEI leaving a system per mass of product leaving the system- Iout PEI/kg)
[12].
Pored osnovnih PEI indikatora, zahvaljujući Daglasu Jangu i Heribertu Kabezi koji su
unapredili softverski model WAR, postoje i dva PEI indikatora, koji pokazuju
energetsku katakteristiku procesa. Za energiju iskorišćenu u procesu pretpostavlja se
da potiče direktno iz proizvodnih snaga objekta. Energija nastala u procesu direktno je
povezana sa emitovanom energijom.Ove emisije su osnova za kvantifikovanje PEI
procesa [11].
1.5. Rad sa softverskim modelom WAR
Pokretanje samog programa se ostvaruje preko Windows Start menu-a. Nakon
pokretanja programa na monitoru se otvara glavni meni programa WAR koji sadrži
tri opcije: fajl (file), opcije (options) i pomoć (help).
File opcija omogućava otvaranje nove klijentske baze podataka, ili promenu njene
lokacije.
Options opcija pruža mogućnost uvida u bazu podataka kao i u prosečne vrednosti
PEI indikatora.
Help opcija pomaže kod bilo kog problema vezanog za program.
Na glavnom meniju nalaze se instrukcije korak po korak neophodne za rad u
programu.
32
Slika 12. Glavni meni Sa glavnog ekrana korisnik može u bilo kom trenutku da :
-kreira datoteku novog slučaja,
-sačuva kreirani dosije,
-uvede studiju slučaja iz ASPEN datoteke izveštaja,
-dodaje hemikalije u bazu podataka,
-uređuje hemikalije u bazi podataka i
-pogleda prosečne ocene kategorija u bazi podataka.
Neophodni podaci za rad WAR-a su:
-spisak svih hemikalija na ulazu i izlazu iz procesa,
-podaci o svim tokovima u procesu,
-mase protoka za svaki tok,
-sastav svakog toka,
-vrsta toka ( ulazni tok, otpadni tok ili proizvod) i
33
-potrošnja električne energije za svaki proces.
Program rezultate prikazuje na dva načina: tabelarno i grafički. Klikom na dugme
Create Results File kreira se fajl sa rezultatima, a klikom na Save Results File je
sačuvan fajl sa rezultatima.
Pritiskom na dugme EXIT WAR napušta se program [12].
2. Definisanje ulaznih podataka Obzirom na činjenicu da program WAR u svojoj bazi nema podatke o sirovoj nafti,
lakom gasnom ulju (LGU), teškom gasnom ulju (TGU), lož ulju, primarnom benzinu,
nekondicionoj frakciji, vakuum ostatku i bitumenu tj. nema neophodne literaturne
podatke za izračunavanje PEI indikatora, izvršena je dopuna baze podataka. Baza
podataka WAR programa dopunjena je neophodnim literaturnim podacima, a kao
izvor korišćeni su podaci iz bezbednosnog lista (engl. Material Safety Data Sheet-
MSDS) [14]. U tabeli 1. prikazane su unesene literaturne vrednosti:
Tabela 1. Podaci o toksičnosti supstanci
Supstanca LD50, mg/kg TWA, mg/m LC50, mg/l 3 Sirova nafta 4300 1600 14 LGU 5000 100 182 TGU 4320 0,2 48 Lož ulje 2500 14 5 Primarni benzin 21,2 5 3,6 Nekondiciona frakcija
4300 5 4,7
Vakuum ostatak
5000 5 30
Bitumen 5000 5 9,9
LD50 predstavlja nivo doze toksina unete oralno, koja dovodi do uginuća 50 %
eksperimentalne populacije.
TWA predstavlja dozvoljenu granicu izlaganja radnika uticaju hemikalije.
LC50 predstavlja nivo koncentracije toksina u rastvoru, koja dovodi do uginuća 50 %
eksperimentalne populacije.
34
2.1. Postrojenje za atmosfersku destilaciju nafte
Atmosferska destilacija nafte projektovana je za preradu sirove nafte, nakon čega
granicu postrojenje napuštaju sledeći polu proizvodi ili proizvodi:
-Loživi gas;
-Tečni naftni gas (TNG);
-Laki benzin;
-Primarni benzin;
-Mlazno gorivo;
-Lako gasno ulje (LGU);
-Teško gasno ulje (TGU) i
-Laki ostatak.
2.1.1. Kapacitet postrojenja Kapacitet rafinerijske prerade sirove nafte zavisi od broja destilacionih kolona. Podaci prikazani u tabeli 2. odnose se na optimalni kapacitet jedne destilacione kolone.
Tabela 2. Kapacitet postrojenja
Redni Broj
Procesni tok
Dnevni kapacitet u tonama
Godišnji kapacitet u tonama
1 Sirova nafta 15.151,5 5.000.000 2 Loživi gas 3,0 993 3 TNG 203,1 67.008 4 Laki benzin 301,2 99.384 5 Primarni benzin 3.017 995.597 6 Mlazno gorivo 660,3 217.904 7 LGU 2.737,5 903.384 8 TGU 1.651,5 545.009 9 Laki ostatak 6.467,8 2.134.371
Napomena: Godišnji kapacitet je računat za rad postrojenja od 330 dana u toku godine [4].
35
2.1.2. Vrste, karakteristike i količine sirovina i produkata
Nafta na molekulskom nivou sadrži ugljovodonike, kao i organska jedinjenja
sumpora, azota i kiseonika, a mogu biti prisutni i metali, ali u manjoj količini. Iako
veći deo nafte čine ugljovodonici, njena svojstva većinom su određena
neugljovodoničnim sastavom (sumpor, kiseonik i azot). Organska jedinjenja sumpora,
azota i kiseonika imaju tendenciju koncentrisanja u naftnim frakcijama sa višim
temperaturama ključanja i na taj način, bez obzira na njihov početni sadržaj u sirovoj
nafti znatno otežavaju obradu tih naftnih frakcija.
Ugljovodonični deo nafte većinom se sastoji od parafinskih, naftenskih i aromatičnih
organskih jedinjenja. Olefini se obično ne nalaze u sirovoj nafti, kao ni acetilenski
ugljovodonici. Udeo parafina u sirovoj nafti zavisi od vrste nafte, međutim,
uobičajeno je da se udeo parafinskih ugljovodonika smanjuje sa povećanjem
molekulske mase. U benzinskim frakcijama će tako udeo parafinskih ugljovodonika
dosezati 80 %, dok će u mazivim uljima iznositi do 30 % [2,13].
Količina različitih jedinjenja nekog homolognog niza znatno varira s obzirom na
njihov apsolutni i relativni sadržaj. U bilo kojoj frakciji sirove nafte može postojati
manji broj jedinjenja koja čine veći deo sadržaja te frakcije, a vrsta tih jedinjenja
zavisiće od prirode izvornog materijala, kao i od relativnog sadržaja pojedinih
jedinjenja koja prevladavaju u uslovima starenja sirovine [16]. U tabeli 3. dat je
prosečan kvalitet sirove nafte [15].
36
Tabela 3. Prosečan kvalitet sirove nafte Fizičko hemijske karakteristike Jedinica Sirovina Težina o 32,2 API Specifična težina,60/60o F 0,8644 Sadržaj sumpora % mas. 0,32 Soli lbs/1000bbl 24,7 Viskozitet na 100o SUS F (38°C) 73,0 Viskozitet na 130o SUS F(54°C) 51,3 Tačka stinjavanja °C 26,7 Sadržaj pepela % mas. 0,084 Sadržaj asfaltena % mas 5,0 Sadržaj koksa po Konradsonu % mas. 3,5 Sadržaj vode % mas. 1,2 Molekulska masa, računato 312 Napon para (Reid) Lbs 2,5 Laki ugljovodonici do C % mas. 4 0,473
Prema intervalu ključanja, proizvodi nafte dele se na lake destilate, srednje destilate,
teške destilate i proizvode koji se ne destilišu. Laki i srednji destilati su proizvodi
atmosferske destilacije. Najznačajniji laki destilati su rafinerijski gasovi, tečni naftni
gas (TNG) i benzini. U destilate srednjeg intervala ključanja spadaju: kerozin (gorivo
za mlazne motore), dizel-goriva i lako lož-ulje [2].
Laki benzin se koristi u proizvodnji motornih goriva. Sastoji se uglavnom od C5 i C6
ugljovodonika [15]. Kvalitet lakog benzina dobijen atmosferskom destilacijom nafte
prikazan je u tabeli 4.
Tabela 4. Kvalitet lakog benzina Gustina, g/cm3 0,56 – 0,58 Destilacija, °C Početak Ne propisuje se Kraj 60 Sastav – C3 do C5 ugljovodonici ali se ne propisuje Voditi računa da saržaj C6 ne bude veći od 1%
Tečni naftni gas (TNG) predstavlja smešu C3 i C4 ugljovodonika prevedenih u tečno
stanje na sobnoj temperaturi i odgovarajućem pritisku. Neophodno je izvršiti
rafinaciju tečnog naftnog gasa radi uklanjanja korozivnih sumpornih jedinjenja. Tako
obrađen TNG može se plasirati na tržište [16]. Kvalitet TNG-a dobijen atmosferskom
destilacijom prikazan je u tabeli 5 [15].
37
Tabela 5. Kvalitet tečnog naftnog gasa Gustina, g/cm3 0,56 – 0,58 Destilacija, °C Početak Ne propisuje se Kraj 60 Sastav – C3 do C5 ugljovodonici ali se ne propisuje Voditi računa da sadržaj C6 ne bude veći od 1%
Primarni benzin se koristi u petrohemijskim fabrikama kao napojna sirovina za
proces pirolize, kojim se dobijaju niži olefini, pre svega etilen i propilen, a koji služi
kao sirovina za veliki broj petrohemijskih proizvoda [2]. Kvalitet primarnog benzina
prikazan je u tabeli 6 [15].
Tabela 6. Karakteristike primarnog benzina Parametar Primarni benzin
Gustina na 15°C upisuje se Sumpor %m/m max 0,08 Parafini %v/v min 60,0 Olefini %v/v 0 Nafteni %v/v razlika Aromati %v/v max 9,0 Destilacija, početak u °C 50 %v/v kraj ostatak/gubitak
min 35 upisuje se max 180 max 2,5
Napon para (Reid), bara max 0,8 Dejstvo korozije na bakar, 3h/50°C max 3c Boja (po ISO 2049) max 2 Olovo, % m/m max 50x10-7 Izgled bistar Mehaničke primese ne sadrži Voda ne sadrži
Kerozin je zapaljivi destilat sirove nafte. Bezbojan je i koristi se kao gorivo u
turbinskim motorima. On je osnovna komponenta za dobijanje mlaznih goriva. Ovaj
poluproizvod predstavlja sirovinu za postrojenje za merox mlaznog goriva i
postrojenje za hidrodesulfurizaciju, koja vrše rafinaciju ovog derivata, može se
smatrati gotovim proizvodom, ali zbog neophodnog namešavanja dizelskih proizvoda,
uglavnom se koristi kao poluproizvod. Prinos ove frakcije iz primarne prerade, tj.
atmosferske destilacije nedovoljan je za rastuću potrošnju mlaznih goriva, a kao
dodatna komponenta se koristi i odgovarajuća frakcija ugljovodonika koja se dobija
38
hidrokrekovanjem vakuum gasnih ulja [2]. Kvalitet mlaznog goriva prikazan je u
tabeli 7 [15].
Tabela 7. Kvalitet mlaznog goriva
Gustina, g/cm3 0,84 Destilacija, °C Početak 210 Kraj 315 Tačka paljenja Min 45 Filtrabilnost, °C - 20 Ukupan S, % mas 0,2 – 0,7 Cetenski indeks 50-55
Lako gasno ulje (LGU) se koristi u procesu namešavanja dizelskih proizvoda, što
znači da ne ide na dalju preradu [15]. Karakteristike lakog gasnog ulja prikazane su u
tabeli 8.
Tabela 8. Karakteristike lakog gasnog ulja
Gustina, g/cm3 0,85 Destilacija, °C Početak 280 Kraj 390 Tačka paljenja 65 Filtrabilnost, °C 0 Sadržaj S, % mas 1 – 1,5 Cetenski indeks 50-60
'
Teško gasno ulje (TGU) je poluproizvod koji se koristi u procesu namešavanja
dizelskih proizvoda, lož ulja, a ponekad i kao dopuna sirovini za proces katalitičkog
hidrokrekovanja [2]. Njegove karakteristike prikazane su u tabeli 9 [15].
Tabela 9. Karakteristike teškog gasnog ulja
Gustina, g/cm3 0,88 Destilacija, °C Početak 330 Kraj 400/65 Tačka paljenja Min. 80 Filtrabilnost, °C > +20 Boja, union Max. + 4 Sadržaj S, % mas 1,5 – 2,0
Laki ostatak se koristi kao sirovina za vakuum destilaciju, a izuzetno i kao dodatak
sirovini za proces katalitičkog hidrokrekovanja [2].
39
2.1.3. Vrste, količine i karakteristike energije i fluida
Tokovi i bilans energije svake rafinerije nafte zavise od konkretnih rešenja koja su
odabrana, radi podmirenja energetskih potreba u raznim procesima prerade nafte.
Kod postrojenja atmosferske destilacije, sirova nafta se pre ulaska u procesnu peć
predgreva u razmenjivačima toplote, pomoću tokova produkata prerade nafte.
Tehnološki vazduh koji je potreban za sagorevanje predgreva se u razmenjivaču
toplote, pomoću fluksa dimnih gasova iz peći.
U procesnoj peći kao gorivo troši se uglavnom loživi gas koji se ne predgreva, kao i
deo loživog ulja za koje se koristi vodena para za predgrevanje i raspršivanje u
gorionicama.
Vodena para srednjeg pritiska se koristi i za pogon ejektora na izlazu iz sušionika
pomoćnih kolona- stripera, i za rezervne sisteme pogona glavnih pumpi, preko parnih
turbina, na dovodu sirove nafte i odvodu glavnih frakcija. Jedan mali deo potrebne
vodene pare srednjeg pritiska se proizvodi na samom postrojenju, u razmenjivaču
toplote a pomoću toplotnog fluksa lakog ostatka.
Sem vodene pare srednjeg pritiska, u atmosfersku destilaciju se dovodi i vodena para
niskog pritiska, koja se troši kao tehnološka para u glavnoj koloni za rektifikaciju i u
pomoćnim kolonama-striperima.
Električna energija se koristi za normalan pogon pumpi, ventilatora (vazdušno
hlađenje) i drugih uređaja kao i pomoćnih instalacija [4].
U tabelama 10. i 11. prikazane su vrste i kvalitet energije, kao i vrste i kvalitet
pomoćnih fluida koji se troše u postrojenju atmosferske destilacije.
40
Tabela 10. Vrste i kvalitet energije Red.broj
Tip energije ili fluida Specifična potrošnja
Kvalitet energije
1 Električna energija 5.6 kwh/t Visoki napon 3x6000V, 50Hz Niski napon 3x380V/220V, 50Hz
2 Vodena para 16 bar 169,4 kg/t P= 16 bar ±5%, T = 270°C ±5% 3 Vodena para 4 bar 77,14 kg/t P= 4 bar ±5%, T = 150°C ±5% 4 Lož ulje 23,47 kg/t P= 10bar, T= 90 - 175°C, ρ=0.940
Viskozitet na 175°C (max.)= 25cSt
Tabela 11. Vrste i kvalitet pomoćnih fluida
Redni broj
Tip energije ili fluida Specifična potrošnja
Kvalitet energije ili fluida
1 Rashladna voda 35,27 m3 P = 4.5 bar, T = 22 - 25°C /t 2 Kondenzat ili
demi voda 0,12 m3 P = 1.5 bar, T = 50 - 60/t °C
P=1.5 bar
3 Instrumentalni vazduh 0,45Nm3 P(min.)=7 bar, Tačka rose =-30°C /t 4 Pogonski vazduh 5000 Nm3 P=7 bar /h 5 Rastvor NaOH 0,15 kg/t 3% rastvor 6 Rastvor NH 0,0142 kg/t 3 7 Inhibitor korozije 0,0191 kg/t 8 Inhibitor zaprljanja 0,0072 kg/t 9 Deemulgator 0,004
2.1.4. Otpadni tokovi
Pri atmosferskoj destilaciji sirove nafte dolazi do emitovanja dimnih gasova iz
postrojenja. Ti otpadni gasovi su sumpor-dioksid, ugljen-dioksid i oksidi azota. Za
tipsko postrojenje atmosferske destilacije dnevna količina ispusta sumpor-dioksida
iznosi 3.490 kg, za ugljen-dioksid 360.000 kg dok je dnevna količina ispusta oksida
azota oko 623 kg [15].
Procena vrste i količine otpadne vode za tipsko postrojenje atmosferske destilacije
prikazana je u tabeli 12.
41
Tabela 12. Procena vrsta i količine otpadne vode Vrsta otpadne
vode Merna
jedinica Količina
Ostvareno/ dan
Projektovano/ dan
Voda iz otsoljivača t 430 720 Voda iz FA-2101 t 150 400
Postrojenje atmosferske destilacije nema čvrstih otpadnih materija iz proizvodnje.
2.2. Postrojenje za vakuum destilaciju
Osnovu tretiranog vakuum postrojenja čini destilacija lakog ostatka teške nafte tipa
"Romaškino" i lake nafte tipa "Kirkuk" pri čemu se dobija vakuum gasno ulje
(frakcija 350-500 0
C) i vakuum ostatak. Vakuum gasno ulje se koristi kao sirovina za
katalitički kreking, a vakuum ostatak se jednim delom koristi kao sirovina za
proizvodnju bitumena, a drugim delom kao sirovina za visbrejking. Vakuum
postrojenje se sastoji iz:
-bloka za destilovanje pod sniženim pritiskom lakog ostatka koji dolazi iz
postrojenja za atmosferski destilaciju (vakuum destilacija lakog ostatka),
-bloka za proizvodnju vodene pare pritiska 11 at iskorišćenjem toplote dimnih
gasova. Za iskorišćenje toplote dimnih gasova koristi se kotao – utilizator,
-bloka za proizvodnju vodene pare pritiska 16 at i temperature 250 °C
iskorišćenjem toplote vakuum ostatka. Za iskorišćenje toplote vakuum ostatka
primenjen je agregat sa termosifonskim bojlerima [15].
2.2.1. Kapacitet postrojenja U tabeli 13. prikazan je kapacitet tipskog postrojenja za vakuum destilaciju.
Tabela 13. Kapacitet postrojenja Red.br.
Tok Dnevni kapacitet, t
Godišnji kapacitet*, t
1 Laki ostatak 6.430,5 2.122.065 2 Lako vakuum gasno ulje 456,6 150.666 3 Teško vakuum gasno ulje 2.488,6 821.239 4 Nekondiciona frakcija 218,6 72.150 5 Vakuum ostatak 3.234,54 1.067.399
*Godišnji kapacitet računat na 330 radnih dana.
42
2.2.2. Vrste i karakteristike sirovina
Sirova nafta lakša je od vode i ne rastvara se u njoj. Za merenje specifične težine
najčešće se koristi skala Američkog instituta za petrolej (API), u kojoj je čistoj vodi
dodeljena vrednost 10 API, dok tečnosti lakše od vode, kao nafta, u ovoj skali imaju
veće vrednosti (za vrednosti ispod 20 API sirova nafta se smatra teškom, od 20 do 25
API srednjom, a preko 25 API laganom). Generalno, prema specifičnoj težini i
relativnoj mobilnosti, razne vrste sirove nafte klasifikuju se na čvrste katrane, teška
ulja, srednja i lagana ulja. Za razliku od katrana, ulja su dovoljno pokretna i mogu su
nesmetano izvlačiti iz svojih ležišta. Specifična težina i mobilnost ključne su osobine
sirove nafte, one uslovljavaju način njenog izvlačenja, vrstu transporta, tehnologiju
obrade i cenu po barelu, međutim, vrednosti ovih karakteristika znatno se razlikuju na
raznim nalazištima. Kada su u pitanju druge karakteristike nafte, zbog složenosti
sastava, teško ih je proceniti makar i okvirno. Srednju tačku ključanja sirove nafte
praktično je nemoguće odrediti. Pojedinačne vrednosti za tačku ključanja kod njenih
brojnih komponenti mnogo variraju, a neke su toliko visoke da se ne mogu izmeriti. S
druge strane, pojedine komponente nafte imaju toliko nisku tačku ključanja da
isparavaju na normalnim temperaturama. Ove lako isparljive komponente stalno otiču
u atmosferu, ako se ne konfiniraju. Takođe, nemoguće je odrediti srednju tačku
mržnjenja, pošto različite komponente očvršćavaju na različitim
temperaturama. Međutim, kod sirove nafte uvek se meri takozvana tačka tečenja.
Ispod ove temperature nafta postaje plastična i prestaje da teče, pa je njeno
poznavanje izuzetno važno za izvlačenje i transport. Vrednost tačke tečenja kreće se
od 57 °C do 32 °C, u zavisnosti od naftonosnog izvora [13,16].
Postrojenje za vakuum destilaciju je projektovano da prerađuje mazute sirove nafte
Romaškino i nafte KIRKUK, a može raditi i sa drugim standardnim kvalitetima. U
tabelama 14. i 15. prikazane su karakteristike nafte tipa KIRUK i nafte tipa URAL
SEB [15].
43
Tabela 14. Kvalitet sirove nafte tipa KIRKUK
LVGU
TVGU Nekondiciona
frakcija (NF)
Vakuum ostatak (VO)
TBP cut rang, °C 350-400 400-568 (1) 568 + API gustina 26,6 19,9 14,9 7,6 Sumpor, % tež. 2,15 2,6 3,8 5,8 Viskozitet, cSt na 37 °C/99 °C 16,2/1,7 96,3/9,5 Viskozitet, cSt na 60 °C/99 °C 280/50 2.200/3.400 Tačka tečenja, °C 21 42 42 55 Nikal, ppm (2) (2) (2) 63 Vanadium, ppm (2) (2) 151 Koks po Conradson-u, % tež (3) (3) (3) 22,7 Penetracija, ma 25 °C mm/10 - - - 48 Tačka razmekšanja (prsten & lopta) °C
- - - 53
Asfalteni, % tež. - - - 9,1 Sadržaj parafina (SMS 55) % tež.
- - - 1,5
Tabela 15. Kvalitet sirove nafte tipa URAL SEB (projektovani podaci) LVGU TVGU Nekondiciona
frakcija (NF)
Vakuum ostatak (VO)
TBP cut rang, °C 350-400 400-555 (1) 555 + API gustina 28,1 20,4 16,8 8,9 Sumpor, % tež. 1,75 2,2 2,5 3,1 Viskozitet, cSt na 50 °C/100 °C
15,7/3,6 104,1/14,1 850/53 95000/940
Tačka tečenja, °C 24 31 39 51 Nikal, ppm (2) (2) (2) 59 Vanadium, ppm (2) (2) (2) 232 Ugljenik Conradson, % tež (3) (3) (3) 18,8 Penetracija, ma 25 °C mm/10 - - - (4) Tačka razmekšanja (prsten & lopta) °C
- - - (4)
Asfalteni % tež. - - - 4,1 Rams bottom (Ugljenik % tež.)
- - - 17,9
44
2.2.3. Vrste, količine i karakteristike energije i fluida
U tipskom postrojenju procesa vakuum destilacije laki ostatak iz atmosferske
destilacije predgreva se, pre ulaska u procesnu peć, u razmenjivačima toplote, pomoću
tokova produkata ovog procesa.
U procesnoj peći kao gorivo se koristi lož ulje za koje se troši vodena para srednjeg
pritiska radi predgrevanja i raspršivanja u gorionicama. Jedan deo vodene pare
srednjeg pritiska se proizvodi u razmenjivaču toplote pomoću toplotnog fluksa
vakuum-ostatka.
Korišćenjem toplote dimnih gasova u kotlu-utilizatoru se, takođe, proizvodi vodena
para srednjeg pritiska. Ta celokupna proizvedena para se koristi za pogon ejektora,
pomoću kojih se vodena para i pare lakih ugljovodonika izvode iz vakuum kolone a u
njoj se stvara vakuum. Pored proizvedene pare srednjeg pritiska u proces vakuum
destilacije se spolja dovodi i vodena para niskog pritiska koja se koristi u vakuum
koloni za stripovanje, posle pregrevanja toplotom dimnih gasova u procesnoj peći.
Električna energija se koristi za pogon pumpi, ventilatora (vazdušno hlađenje i
odvođenje dimnih gasova iz kotla-utilizatora) i drugih uređaja [4].
U tabelama 16. i 17. su prikazane vrste i kvalitet energije kao i vrste i kvalitet
pomoćnih fluida koji se troše u postrojenju vakuum destilacije [15].
Tabela 16. Vrste, količine i karakterististike energenata
Rb. Tip Specifična pot.
Kvalitet
1 Električna energija 4.9 KWt/h 5,2 KWt/h
Visoki napon 3x6000V, 50Hz Niski napon 3x380V/220V, 50Hz
2 Vodena para 16 at. 0,036 t 60 kg/t
P= 16 bar ±5%, T = 270°C ±5%
3 Vodena para 11 at. 0,02 t P= 4 bar ±5%, T = 150°C ±5% 4 Lož ulje 0,015 t
16 kg/t P= 10bar, T= 90 - 175°C, ρ=0.940 Viskozitet na 175oC(max.)= 25cSt
5 Lož gas 0,014 t 6 Rashladna voda 6,2 m P=4,5 bar, T=22 - 25°C 3 7 Demi voda 0,06 m P=1,5bar, T=50 - 60°C 3
8 Instrumentalni vazduh 0,43 Nm P(min.)=7bar, Ta~ka rose=-30°C 3 9 Inertni gas 1,24 Nm P=7bar 3
45
Tabela 17. Vrste, količine i karakteristike pomoćnih fluida
R.b. Tip Specifična pot.
Kvalitet
1 Rashladna voda 3,8 m P=4,5 bar, T=22 - 25°C 3 2 Demi voda 0,06 m P=1,5bar, T=50 - 60°C 3
3 Instrumentalni vazduh 0,43 Nm P(min.)=7bar, Ta~ka rose=-30°C 3 4 Inertni gas 1,24 Nm P=7bar 3
2.2.4. Otpadni tokovi
Pri vakuum destilaciji sirove nafte dolazi do emitovanja dimnih gasova iz postrojenja.
Ti otpadni gasovi su sumpor-dioksid, ugljen-dioksid i oksidi azota. Za tipsko
postrojenje vakuum destilacije dnevna količina ispusta sumpor-dioksida iznosi 2.320
kg, za ugljen-dioksid 180.000 kg dok je dnevna količina ispusta oksida azota oko 350
kg.
Procena vrste i količine otpadne vode za tipsko postrojenje vakuum destilacije data je
u tabeli 18 [15].
Tabela 18. Procena vrsta i količina otpadne vode Vrsta otpadne vode
Merna jedinica
Količina Ostvareno/ dan
Projektovano/ dan
Voda iz barometarske posude
t 150 240
Postrojenje za vakuum destilaciju nema čvrstih otpadnih materija iz proizvodnje.
46
2.3. Postrojenje bitumena
Bitumen predstavlja mešavinu vrlo viskoznih organskih tečnosti. On je crn, lepljiv,
potpuno je rastvoran u ugljen-disulfidu i sastoji se od visoko kondezovanih
policikličnih aromatičnih jedinjenja.
Sirovina za dobijanje bitumena je vakuum ostatak (VO) sa nekondicionom frakcijom
(do 40 %).
Vodena para, destilat i gasovi nastali oksidacijom odvode se u separator gasova, gde
se vrši odvajanje parno-gasne faze od tečne faze (destilata). Parno-gasna faza se
odvodi u peći gde se sagorevanjem uklanjaju štetna jedinjenja iz gasova oksidacije.
Vazduh za spaljivanje gasova oksidacije u zonu sagorevanja i prema peći se dovodi
ventilatorima. Sigurnosni ventili ispuštaju produkte u odgovarajuću posudu. Para i
gasovi sa vrha te posude se odvode u peć na spaljivanje [4,16].
2.3.1. Kapacitet postrojenja
Kapacitet postrojenja je 285,8 t/dan odnosno 93.371 t/god.
Od ukupnog ulaska sirovine na postrojenje VO: 99,9 % je bitumen a 0,1 % su gubici
(gasovi oksidacije koji se sa vrha reaktora odvode na spaljivanje u peći a odatle u
atmosferu) [15].
47
2.3.2. Karakteristike procesnih fluida U tabeli 19 prikazan je kvalitet procesnih fluida [15].
Tabela 19. Kvalitet procesnih fluida Sirovina PK
oPEN. mmC
Viskozitet, cst -1
Gustina gr/cm
Temp. paljenja 3
oC
Vakuum ostatak 35-42 250-300 400-900 Nekondiciona frakcija
10-25 0,90-0,93 >200
2.3.3. Vrste, količine i karakteristike energije i fluida
U tipskom postrojenju za proizvodnju bitumena vakuum-ostatak koji iz vakuum
destilacije stiže ohlađen na temperaturi od 130 do 150 °C, ponovo se zagreva u
procesnoj peći i odvodi u reaktor. Kao gorivo, u procesnoj peći i peći za spaljivanje
gasova, se koristi loživi gas.
Vodena para srednjeg pritiska troši se za pogon pumpi, grejanje rezervoara i
cevovoda, kontrolisano vođenje reakcije proizvodnje bitumena u reaktoru, i za
zagrevanje komprimovanog vazduha.
Električna energija se koristi za pogon nekih manjih pumpi, ventilatora i nekih
pomoćnih uređaja [4].
U tabelama 20 i 21. su prikazane vrste i kvalitet energije kao i vrste i kvalitet
pomoćnih fluida koji se troše u postrojenju za proizvodnju bitumena [15].
Tabela 20. Vrste, količine i karakterististike energenata
Rb. Tip Specifična pot.
Kvalitet
1 Električna energija
400 kw/h Visoki napon 3x6.000V, 50Hz Niski napon 3x380V/220V, 50Hz
2 Vodena para 16 at. 5,5-6,0 t/h p=10-12 bara, temp.=220-270°C 3 Vodena para 4.5 at. 2,0-2,5 t/h p=3,5-4,5 bara, temp.=150°C 4 Lož ulje 70-100kg/h temp=110-120°C p=4-6 bar μ20-25
cst i temp. paljenja>150°C
5 Lož gas 130-180 Nm3
P=2,5-4,5 bar, temp.=70-110°C /h
48
Tabela 21. Vrste, količine i karakteristike pomoćnih fluida
R.b. Tip Specifična pot.
Kvalitet
1 Demi voda 50 m3 p/h za rad tri kompresora istovremeno
ulaz=2,5-3,5 bar pizlaz=2,5-3,5 bar tulaz=20-260C tizlaz=30-35°C
2 Instrumentalni vazduh 0,43 Nm p = 3,5 - 6,0 bara 3
2.3.4. Otpadni tokovi
Tokom proizvodnje bitumena iz vakuum ostatka dolazi do emitovanja dimnih gasova
iz postrojenja. Ti otpadni gasovi su sumpor-dioksid, ugljen-dioksid i oksidi azota.
Dnevna količina ispusta sumpor-dioksida iznosi 138 kg, za ugljen-dioksid 19.330 kg,
dok je dnevna količina ispusta oksida azota oko 21 kg.
Postrojenje nema otpadnih voda.
Postrojenje bitumena nema čvrstih otpadnih materija iz proizvodnje [15].
49
III DEO
REZULTATI PROCENE UTICAJA NA ŽIVOTNU
SREDINU
50
1. Rezultati i diskusija
Kao alat pri analizi uticaja proizvodnje bitumena na životnu sredinu korišćen je
softverski model WAR. Ovim programom analizirana su postrojenja atmosferske i
vakuum destilacije kao i postrojenje bitumena.
1.1. Rezultati WAR-a za postrojenje atmosferske destilacije
Slika 13. Zbirni rezultati ukupnih PEI indikatora za proces atmosferske destilacije
Na slici 13. prikazani su zbirni rezultati ukupnih PEI indikatora za proces atmosferske
destilacije u WAR-u.
51
Tabela 1. Ukupna vrednost PEI indikatora
Slučaj AD*
Iout PEI/h 397.000
Iout PEI/kg 0,633
Igen PEI/h 269.000
Igen PEI/kg 0,429
Ienergy PEI/h 0,12
Ienergy PEI/kg 1,92·10-7
Napomena* AD- atmosferska destilacija
U tabeli 1. prikazane su ukupne vrednosti PEI indikatora za proces atmosferske
destilacije.
52
Uticaj pojedinačnih kategorija na PEI indikatore
Tabela 2. Uticaj pojedinačnih kategorija na vrednost PEI indikatora
Slučaj
Iout PEI/h
Iout PEI/kg
Igen PEI/h
Igen PEI/kg
Ienergy PEI/h
HTPI 94.000 0,15 39.100 0,0625 0,00256
HTPE 88.000 0,14 87.900 0,14 2,1·10-4
TTP 94.000 0,15 39.100 0,0625 0,00256
ATP 30.100 0,048 12.100 0,0194 0,00608
GWP 1,63 2,59·10 1,63 -6 2,59·10 0,00426 -6
ODP 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
PCOP 90.200 0,144 90.200 0,144 9,91·10-7
AP 555 8,86·10 555 -4 8,86·10 0,105 -4
UKUPNO 397.000 0,633 269.000 0,429 0,12
U tabeli 2. date su pojedinačne vrednosti PEI kategorija koje formiraju ukupnu stopu
PEI indikatora.
53
1.2. Rezultati WAR-a za postrojenje vakuum destilacije
Tabela 3. Ukupne vrednosti PEI indikatora
Napomena *VD- vakuum destilacija
U tabeli 3. prikazane su ukupne vrednosti PEI indikatora za proces vakuum
destilacije.
'
Slučaj VD*
Iout PEI/h 3.724.000
Iout PEI/kg 14
Igen PEI/h 3.588.000
Igen PEI/kg 13,5
Ienergy PEI/h 0,0512
Ienergy PEI/kg 1,92·10-7
54
Uticaj pojedinačnih kategorija na PEI indikatore
Tabela 4. Uticaj pojedinačnih kategorija na vrednost PEI indikatora
Slučaj
Iout PEI/h
Iout PEI/kg
Igen PEI/h
Igen PEI/kg
Ienergy PEI/h
HTPI 1.840.000 6,91 1.790.000 6,7 0,00109
HPTE 12.100 0,0455 7.610 0,0285 8,91·10-5
TTP 1.840.000 6,91 1.790.000 6,7 0,00109
ATP 18.200 0,0682 -2.830 -0,0106 0,00258
GWP 0,319 1,2·10 3,19 -6 1,2·10 0,00181 -6
ODP 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
PCOP 10.700 0,0401 10.700 0,401 4,21·10-7
AP 41,3 1,55·10 41,3 -4 1,55·10 0,0445 -4
UKUPNO 3.724.000 14 3.588.000 13,5 0,0512
U tabeli 4. prikazane su vrednosti PEI kategorija za proces vakuum destilacije koje
utiču na PEI indikatore procesa.
55
1.3. Rezultati WAR-a za postrojenje bitumena
Tabela 5. Ukupne vrednosti PEI indikatora
Slučaj PB*
Iout PEI/h 2.810
Iout PEI/kg 0,238
Igen PEI/h 294
Igen PEI/kg 0,0249
Ienergy PEI/h 0,00441
Ienergy PEI/kg 3,74·10-7
Napomena* PB-proizvodnja bitumena
U tabeli 5. prikazane su ukupne vrednosti PEI indikatora za proces proizvodnje bitumena.
56
Uticaj pojedinačnih kategorija na PEI indikatore
Tabela 5. Uticaj pojedinačnih kategorija na vrednost PEI indikatora
U tabeli 5. date su vrednosti PEI kategorija za proces proizvodnje bitumena koje utiču
na vrednost PEI indikatora.
Slučaj
Iout PEI/h
Iout PEI/kg
Igen PEI/h
Igen PEI/kg
Ienergy PEI/h
HTPI 882 0,0748 -8,9 -7,55·10 9,37·10-4 -5
HPTE 569 0,0483 -5,68 -4,81·10 7,68·10-4 -6
TTP 882 0,0748 -8,9 -7,55·10 9,37·10-4 -5
ATP 472 0,0401 314 0,0267 2,22·10-4
GWP 0,648 5,5·10 0,648 -5 5,5·10 1,56·10-5 -4
ODP 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
PCOP 0,866 7,34·10 0,866 -5 7,34·10 3,63·10-5 -8
AP 1,31 1,11·10 1,31 -4 1,11·10 0,00383 -4
UKUPNO 2.810 0,238 294 0,0249 0,00441
57
1.4. Diskusija rezultata
Softverskim modelom WAR tretirana su postrojenja atmosferske destilacije, vakuum
destilacije i bitumena. Ovaj program omogućava korisniku da na osnovu vrednosti
četiri PEI indikatora uporedi koje od postrojenja je bezbednije po životnu sredinu.
Diskusija dobijenih rezultata sastoji se iz dva dela. U prvom delu upoređene su
vrednosti PEI indikatora za sva tri postrojenja i izvedeni zaključci. U drugom delu
predstavljene su PEI kategorije koje formiraju PEI indikatore. Što su vrednosti PEI
indikatora niže, to je proces manje štetan po okolinu.
Četiri PEI indikatora na osnovu kojih poredimo uticaje postrojenja na životnu sredinu
su:
-Ukupan izlazni PEI sistema u jedinici vremena-Iout PEI/h;
-Ukupan izlazni PEI sistema izražen po masi proizvoda-Iout PEI/kg;
-Ukupan PEI generisan u sistemu u jedinici vremena-Igen PEI/h i
-Ukupan PEI generisan u sistemu izražen po masi proizvoda-Igen PEI/kg.
Pored četiri osnovna PEI inidikatora, uvedena su još dva PEI indikatora koji opisuju
energetsku karakteristiku procesa:
-Ukupna emitovana energija iz procesa izražena u jedinici vremena-Ienergy PEI/h i
-Ukupna emitovana energije iz procesa izražena po masi proizvoda-Ienergy PEI/kg.
Jedini indikator za koji WAR program ne pokazuje uticaj pojedinačnih kategorija
jeste ukupna emitovana energije iz procesa izražena po masi proizvoda.
U procesu proizvodnje bitumen prolazi kroz tri faze obrade. Prva faza jeste
atmosferska destilacija gde se iz sirove nafte dobijaju proizvodi i poluproizvodi od
kojih je za dalji proces proizvodnje bitumena značajan atmosferski ostatak. Druga
faza jeste vakuum destilacija gde se atmosferski ili tzv. laki ostatak destiliše u
vakuumu. U vakuum destilaciji nastaje vakuum gasno ulje, nekondiciona frakcija i
vakuum ostatak. Vakuum ostatak predstavlja osnovnu sirovinu za dobijanje bitumena
i istovremeno predstavlja ulaznu sirovinu za treću i poslednju fazu u proizvodnji
bitumena.
58
Na slici 14. predstavljene su vrednosti dva PEI indikatora i to ukupan PEI koji
napušta sistem u jedinici vremena i ukupan PEI proizveden u sistemu u jedinici
vremena.
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
3.500.000
4.000.000
ADVDPB
AD 397.000 269.000
VD 3.724.000 3.588.000
PB 2.810 294
Iout PEI/h Igen PEI/h
Slika 14. PEI indikatori procesa izraženi u jedinici vremena za postrojenja
atmosferske destilacije (AD), vakuum destilacije (VD) i bitumena (PB).
Kao što se vidi na dijagramu vrednosti PEI indikatora najviše su za postrojenje
vakuum destilacije. U odnosu na atmosfersku destilaciju, PEI indikatori vakuum
destilacije su deset puta veći, dok je razlika u vrednostima najizraženija kod
postrojenja bitumena. Ukupan PEI koji napušta sistem u jedinici vremena za
postrojenje vakuum destilacije je 1.325 puta veći, dok je ukupan PEI proizveden u
sistemu u jedinici vremena 12.204 puta veći nego za postrojenje bitumena.
Na slici 15. prikazane su vrednosti ukupnog PEI indikatora koji napušta sistem
izražen po masi proizvoda i ukupan PEI proizveden u sistemu izražen po masi
proizvoda za sva tri postrojenja.
59
0
2
4
6
8
10
12
14
ADVDPB
AD 0,633 0,249
VD 14 13,15
PB 0,238 0,0249
Iout PEI/kg Igen PEI/kg
Slika 15. PEI indikatori procesa izraženi po masi proizvoda za postrojenja
atmosferske destilacije (AD), vakuum destilacije (VD) i bitumena (PB).
Postrojenje vakuum destilacije odlikuju najviše vrednosti i ova dva PEI indikatora.
Ukupan PEI koji napušta sistem izražen po masi proizvoda za postrojenje atmosferske
destilacije je oko 2,5 puta veći nego za postrojenje bitumena, dok je ukupan PEI
proizveden u sistemu izražen po masi proizvoda, 17 puta veći za postrojenje
atmosferske destilacije u odnosu na postrojenje bitumena.
Na osnovu prikazanih vrednosti PEI indikatora za sva tri postrojenja zaključeno je da
je postrojenje bitumena najbezbednije po životnu sredinu jer ima najniže vrednosti
PEI indikatora. Najviše vrednosti PEI indikatora ima postrojenje vakuum destilacije,
stoga ono predstavlja najveću pretnju po životnu sredinu. Razlike u vrednostima PEI
indikatora naglašavaju razlike u stepenu opasnosti koje ova postrojenja imaju po
okolinu.
Energija nastala u procesu direktno je povezana sa emitovanom energijom. Ove
emisije su osnova za kvantifikovanje PEI-a utrošenog u procesu.
60
Na slici 16. prikazana je ukupna emitovana energija iz procesa izražena u jedinici
vremena, za sva tri procesa i na osnovu toga možemo da zaključimo da je postrojenje
atmosferske destilacije energetski najzahtevnije.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
AD VD PB
Ienergy PEI/h
Ienergy PEI/h
Slika 16. Grafički prikaz ukupne emitovane energije iz procesa izražene u jedinici
vremena za sva tri procesa.
Vrednosti PEI indikatora formiraju PEI kategorije, kojih ima osam. PEI kategorije
dele se na globalne atmosferske i lokalne toksikološke. Na osnovu zastupljenosti
svake od njih u PEI indikatorima procenjujemo na koje sve načine proces utiče na
životnu sredinu. U tabeli 6. prikazane su sve PEI kategorije.
61
Tabela 6. Globalne atmosferske i lokalne toksikološke kategorije
Za sva tri postrojenja vrednost ODP, je nula što znači da tretirana postrojenja ne
predstavljaju opasnost po razgradnju ozonskog omotača, jer ni u jednoj od faza
proizvodnje bitumena ne dolazi do emitovanja gasova u atmosferu koji opstaju u njoj
dovoljno dugo da dosegnu stratosferu i pri tom u sebi ne sadrže ni atom hlora ni atom
broma, koji je neophodan da bi došlo do razgradnje.
Za prve dve faze od PEI kategorija, najviše vrednosti su za HTPI i TTP, dok je u
trećoj fazi izražena vrednost ATP. To znači da su produkti koji izlaze iz sistema, kao i
oni generisani u sistemu, štetni najviše za čoveka i zemljište na kom je locirano
postrojenje, što je razumljivo ako se uzme u obzir da naftni derivati, pogotovo uljne
frakcije, uništavaju mikrofloru zemljišta i čine ga neplodnim za duže vreme, jer se
biološki teško i sporo razgrađuju. Derivati atmosferske i vakuum destilacije su
kancerogeni. Postrojenje bitumena predstavlja opasnost po vodene sisteme.
Zatrovanost vode najčešće pogađa vodene sisteme na tri načina:
PEI kategorije
HTPI
Potencijal trovanja čoveka injekcionim putem
HTPE
Potencijal trovanja čoveka preko kože ili inhalacijom
TTP
Potencijal terestijalne toksičnosti
ATP
Potencijal akvatične toksičnosti
GWP
Potencijal globalnog zagrevanja
ODP
Potencijal razgradnje ozona
PCOP
Potencijal fotohemijske oksidacije
AP
Potencijal zakiseljenja
62
-Smanjuje nivo kiseonika u vodi;
-Ubija organizme osetljive na kolebanje temperature i
-Utiče na biohemijske procese (npr. recimo razlaganje materija u vodi).
Ubijanjem samo jedne vrste ili starosne dobi vrste (riblja mlađ osetljiva na promene
temperature) destabilizuje se i oštećuje čitav ekosistem, a time i skup ekosistema.
Za razliku od prve dve faze u procesu dobijanja bitumena, treća faza se odlikuje
negativnim vrednostima HTPI, TTP i HTPE, što znači da je proizvod manje opasan
po prirodnu okolinu za zdravlje čoveka i zemljište u odnosu na ulaznu sirovinu, u
konkretnom slučaju vakuum ostatak. Proizvodi vakuum destilacije su manje štetni za
vodene sisteme od ulazne sirovine (lakog ostatka), što se vidi po negativnoj vrednosti
ATP.
Pored očekivano visokih vrednosti HTPI i TTP, uzevši u obzir fizičko-hemijske
karakteristike sirovina i produkata atmosferske i vakuum destilacije, vrednost PCOP
za postrojenje atmosferske destilacije malo je niža od vrednosti HTPI i TTP.
Fotohemijska oksidacija ili fotohemijski smog predstavljaju složenu smešu hemijskih
jedinjenja, tj. produkata reakcije nastalih interakcijom sunčeve svetlosti i dve osnovne
grupe jedinjenja prisutnih u otpadnim gasovima, azotovih oksida i ugljovodonika.
Takođe, i drugi prisutni polutanti, kao što su sumpor-dioksid i čestice, mogu
učestvovati u reakcijama, ali oni nisu od presudnog značaja za nastajanje velikih
koncentracija oksidanasa koji su povezani sa pojavom fotohemijskog smoga.
Fotohemijski smog izaziva nadraživanje sluzokože očiju, disajnih organa.
63
Zaključak
U ovom radu, korišćenjem softverskog modela WAR, izvršena je analiza procesa
proizvodnje bitumena sa stanovišta zaštite životne sredine.
U prvom delu rada opisani su procesi dobijanja bitumena, od sirove nafte do finalnog
proizvoda.
U drugom delu rada, opisana je metodologija i definisane su osnovne karakteristike
procesa i proizvoda neophodnih za modelovanje korišćenjem WAR softvera.
U trećem delu diplomskog rada predstavljeni su rezultati za sve tri faze u proizvodnji
bitumena i analizirani su dobijeni rezultati.
Na osnovu analize rezultata se može zaključiti sledeće:
-Postrojenje za dobijanje bitumena je najbezbednije po životnu sredinu u poređenju sa
postrojenjima atmosferske i vakuum destilacije, što je zaključujeno po najnižim
vrednostima PEI indikatora.
-Postrojenje za atmosfersku destilaciju je energetski najzahtevnije i predstavlja
opasnost po zdravlje čoveka i zemljište na kom se nalazi postrojenje, a istovremeno
predstavlja i najveći potencijalni izvor smoga.
-Postrojenje vakuum destilacije je najštetnija faza u procesu dobijanja bitumena po
zdravlje čoveka i zemljišta na kom se nalazi postrojenje.
-Postrojenje za dobijanje bitumena predstavlja opasnost po zagađenje vodenih sistema
oko rafinerije.
Rezultati dobijeni WAR programom ističu najkritičnije aspekte uticaja procesa
proizvodnje bitumena na životnu sredinu. Na osnovu dobijenih rezultata rafinerija
može da planira strategiju koja bi dovela do smanjenja uticaja posmatranih
postrojenja na životnu sredinu.
64
Literatura
1. Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) , Reference Document on
Best Available Techniques for Mineral Oil and Gas Refineries , February
2003.
2. D. Stevančević, Petrohemija, Tehnološki fakultet, Novi Sad, 1980.
3. http://www.google.com/ (10.05.2010).
4. Ocić O. i Perišić B. „ Efikasnost i efektivnost rafinerije nafte “, 1998.
5. P. E. Hardisty, The Economics Of Climate Change Management In The
Petroleum Industry, www.petroleumworld.com (10.05.2010.).
6. M. Lev- On, K. Ritter, W. Retzsch, Development of Consistent Methodology
for Estimating Greenhouse Gas Emissions from Oil and Gas Industry
Facilities and Operations, Society of Petroleum Engineers Inc., 1991.
7. T. M. Shires, C. J. Loughran, API's Compendium of Greenhouse Gas
Emissions Methodologies For The Oil and Gas Industry, American Petroleum
Institute, 2004.
8.
9. Hilaly, A. K., & Sikdar, S. K. (1994). Pollution balance: a new method for
minimizing waste production in manufacturing processes. Journal of the Air
and Waste Management Association, 44, 1303–1308.
L. Romić, S. Švel- Cerovečki, Atmospheric Emissions from Sources of Air
Pollution in Petroleum Industry- Emission Inventory, Society of Petroleum
Engineers Inc., 2000.
10. Cano-Ruiz, J. A., & McRae, G. J. (1998). Environmentally conscious chemical
process design. Annul Review of Energy Environment, 23, 499–536.
11. Douglas M. Young, Heriberto Cabezas (1999). Designing sustainable process
with simulation: the waste reduction (WAR) algorithm. Computers and
Chemical and Chemical Engineering 23, 1477-1491.
12. User’s guide to The Waste Reduction Algorithm Graphical User Interface
version 1.0.
13. http://www.epa.gov/ (13.05.2010.).
14. http://www.msdssearch.com/dblinksn.htm (10.05.2010.).
65
15. "Analiza uticaja na životnu sredinu u Južnoj industrijskoj zoni Pančevu,
Pančevo", Srbijaprojekt, Beograd, TMF, Beograd, HIP Razvoj i inženjering,
Pančevo (2004/05).
16. http://en.wikipedia.org. (26.05.2010.).
66
SAŽETAK
U ovom radu je korišćenjem softverskog modela WAR analiziran proces proizvodnje
bitumena sa stanovišta zaštite životne sredine. WAR algoritam predstavlja metodu za
određivanje potencijalnih uticaja proizvodnog procesa na životnu sredinu. Proces
proizvodnje bitumena posmatran je kroz tri faze. Prva faza je atmosferska destilacija,
druga je vakuum destilacija, a treća faza je proizvodnja bitumena iz vakuum ostatka.
Dobijeni rezultati ukazali su na potencijalne uticaje svake od faza na životnu sredinu.
Ključne reči: WAR, potencijalni uticaji na životnu sredinu
SUMMARY
This study evaluates the impact of bitumen production on the environment. For this
purpose, the waste reduction algorithm (WAR) was used. The WAR algorithm is a
methodology for determining the potential environmental impact (PEI) of a chemical
process. Bitumen production process was analysed through three phases. The first
phase is atmospheric distillation, second phase is vacuum distillation and third phase
is bitumen production. Results of the study highlight the most vulnerable aspects of
the environment that arise during the manufacturing process of bitumen.
Key words: the waste reduction algorithm, potential environmental impact
