Procesy przemysłowe wytwarzania urządzeń do produkcji energii z biogazu a zanieczyszczenie atmosfery i sposoby ich ograniczenia.docx

Procesy przemysłowe wytwarzania urządzeń do produkcji energii z biogazu a zanieczyszczenie atmosfery i sposoby ich ograniczenia.

Urządzenia stosowane w instalacjach wykorzystujących biogaz rolniczy

Rynek urządzeń biogazowych jest rynkiem bardzo złożonym i rozbudowanym. Ciąg technologiczny biogazowni to w zasadzie zestaw urządzeń produkowanych przez bardzo rożnorodne branże (tabelka). Instalacje do produkcji biogazu rolniczego mogą się rożnić pod względem doboru poszczegolnych elementow ciągu technologicznego, w zależności od lokalnych uwarunkowań, takich jak rodzaj i właściwości zastosowanych substratow, sposob wykorzystania biogazu czy zagospodarowania masy pofermentacyjnej. Konfiguracja elementow biogazowni, ktora odbywa się już na etapie planowania i projektowania, zależy w pierwszej kolejności od dostępnych substratow. Rodzaj, ilość i jakość stosowanych substratow (zawartość suchej masy, produktywność metanu, pochodzenie) decyduje o wielkości produkcji biogazu, a także o objętości zbiornikow, rodzaju i wielkości urządzeń i instalacji oraz o mocy układow kogeneracyjnych do skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła. Schemat przykładowej instalacji biogazowej przedstawia rys. 3.8

Urządzenia te można pogrupować na kategorie (tabela poniżej) i podkategorie, przy czym każda

biogazownia będzie bazowała na typowych dla danego schematu technologicznego, wybranych

urządzeniach. Najważniejszymi składnikami ciągu technologicznego wykorzystującego biogaz w

procesie kogeneracji są komora fermentacyjna oraz układ do skojarzonej produkcji energii

elektrycznej i ciepła (kogeneracyjny), stanowią one zazwyczaj sumarycznie od 35-45% całkowitych

nakładow inwestycyjnych dla biogazowni. Natomiast w przypadku produkcji biogazu przeznaczonego

do zatłaczania do sieci gazu ziemnego układ kogeneracyjny wraz z oprzyrządowaniem i orurowaniem

będzie zastąpiony instalacją do zatłaczania i oczyszczania biogazu.

BETON-cement
Analizy prowadzone przez grupę naukowców współpracujących z prof. Haselbach wykazały, iż beton w trakcie swojego "życia" pochłania ponad 5% dwutlenku węgla emitowanego podczas produkcji cementu. Nowatorski cement składa się z tlenku magnezu (MgO) i uwodnionego węglanu magnezu (MgCO3). Proces produkcyjny wykorzystuje przyspieszoną karbonatyzację (wietrzenia chemicznego) krzemianów magnezu w temperaturze 180oC i pod ciśnieniem 15MPa. Powstający w ten sposób węglan magnezu w temperaturze 700oC rozkłada się na tlenek magnezu (MgO) i dwutlenek węgla (CO2), który używany jest ponownie w procesie. Atmosferyczny lub przemysłowy CO2 służy wtedy do ponownej karbonatyzacji części przetworzonego MgO by otrzymać węglan magnezu. Co więcej wykorzystanie w procesie krzemianów magnezu eliminuje emisje CO2 podczas przetwarzania innych surowców jak np. biomasy. Proces produkcyjny nowego cementu charakteryzuje się więc ujemnym śladem węglowym, ponieważ podczas wytwarzania 1 tony absorbuje o 100 kg dwutlenku węgla więcej niż jest go produkowane.

Prognozę dalszego wzrostu zastosowania paliw alternatywnych w przemyśle cementowym uzasadniają efekty ekonomiczne i uwarunkowania ekologiczne ich utylizacji. Ten drugi czynnik jest szczególnie istotny, ponieważ warunki procesowe panujące w piecu do produkcji cementu pozwalają na bezpieczne spalanie, z wykorzystaniem wartości opałowej odpadów komunalnych, zwierzęcych i przemysłowych. (odpady niebezpieczne).

Jednocześnie zabezpieczone są ekstremalnie niskie wartości emisji pyłu i gazów, w tym związków dioksynowych (PCDD/F), których stężenie jest zdecydowanie poniżej dopuszczalnej wartości. Praktycznie w każdym z ponad 600 raportowanych pomiarów wykonanych w cementowniach na całym świecie stężenie dioksyn w emitowanych spalinach, poza kilkoma przypadkami, było niższe od dopuszczalnych wartości, tj. 0,1 ng TEQ/m³

STAL

PRODUKCJA STALI ELEKTRYCZNEJ

Obecnie w świecie dominują dwa sposoby wytwarzania stali. Pierwszy sposób wytwarzania

realizowany jest w tak zwanych hutach zintegrowanych, wytwarzających surówkę żelaza w

wielkich piecach i przerabiających ją na stal w konwertorach tlenowych z udziałem złomu

stalowego. Druga metoda wytwarzania stali realizowana jest w oparciu o złom stalowy w procesie

elektrycznym w stalowniach wyposażonych w piece łukowe.

W Polsce stal w procesie konwertorowym wytapiana jest w dwóch hutach zintegrowanych.

Zdolności produkcyjne tych hut w skali roku sięgają 7,6 mln Mg stali surowej.

Pozostała część stali produkowana jest w ośmiu stalowniach elektrycznych wyposażonych w

elektryczne piece łukowe prądu zmiennego, tabl.2. Produkcja stali surowej ogółem w Polsce, w

2003 roku wyniosła około 9,1 mln Mg, z czego 66,6% (ok. 6,1 mln Mg) stanowiła stal

konwertorowa a pozostałe 33,4% (ok. 3,0 mln Mg) stal elektryczna.

Miernikiem uciążliwości oddziaływania hut na środowisko naturalne jest wielkość emisji zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia pyłowe są obecnie zatrzymywane w nowoczesnych urządzeniach odpylających. Obserwuje się również znaczną redukcję emisji gazów, głównie w wyniku modernizacji procesów produkcyjnych.

Procesy te umożliwiają uzyskanie znacznie czystszych stali o ścisłym i bardziej powtarzalnym

składzie chemicznym niż przy wykorzystaniu samych pieców elektrycznych. Dzięki znacznie

korzystniejszym warunkom metalurgicznym umożliwiają zmniejszenie zużycia jednostkowej

energii na wyprodukowanie tony stali i wzrost uzysku wprowadzanych dodatków stopowych i

żużlotwórczych, obniżając koszty wytapiania stali. Operacje wdmuchiwania reagentów sproszkowanych przeprowadza się na specjalnie

przygotowanych stanowiskach (np. SL) lub w na stanowiskach pieca kadziowego (LF).

Konieczne jest przedsięwzięcie odpowiednich środków ostrożności w celu eliminacji szkodliwych

lub toksycznych emisji. Obecnie technikę wdmuchiwania reagentów sproszkowanych wypiera technika ich wprowadzania w postaci drutów rdzeniowych. Metoda ta jest bardziej uniwersalna, pozwala także na

wprowadzanie dokładnych ilości odtleniaczy, modyfikatorów i dodatków stopowych, w

szczególności dodatków o wysokich prężnościach par i dodatków szkodliwych lub toksycznych,

zapewniając maksymalny ich uzysk i ograniczając do minimum emisje. Pozapiecowa obróbka stali obejmuje również procesy próżniowe polegające na odgazowywaniu

stali (usuwaniu rozpuszczonego wodoru i azotu) przy użyciu urządzeń typu: komora próżniowa

(VD), odgazowanie porcjowe (DH) lub obiegowe (RH).

PRODUKCJA ŻELBETONU – żelbeton podczas eksploatacji ulega procesom karbonizacji i obniża swoje pH przez co staje się nietrwały. Można temu zapobiec poprzez zaimpregnowanie go ośrodkami hydrofobizującymi oraz nałożenie powłoki malarskiej, która ograniczy wnikanie dwutlenku węgla w konstrukcje żelbetonowe. Można także dodawać do masy betonowej dodatki mineralne hydrauliczno-puculanowe lub zastosować tzw. warstwę sczepną (renowacja już istniejących uszkodzeń spowodowanych karbonizacją

PIANKA POLIURETANOWA

Pianki poliuretanowe są to tworzywa sztuczne składające się z komórek litego poliuretanu, który otacza pęcherzyki gazu, najczęściej dwutlenku węgla. Charakteryzują się dużą trwałością, odpornością chemiczną i fizyczną, w tym szczególnie odpornością na ścieranie. Do głównych składników z jakich wytwarza się pianki poliuretanowe, zaliczyć możemy żywice z łańcuchami zakończonymi grupami wodorotlenowymi, poliestry lub polietery i izocyjaniany o dwóch lub więcej grupach izocyjanianowych w cząsteczce oraz wodę jako główny czynnik dostarczający gazu do spieniania mieszaniny. Ponadto w procesie ich powstawania udział biorą także substancje pomocnicze regulujące właściwości wytwarzanego wyrobu. Mogą nimi być katalizatory, środki powierzchniowe i barwiące, porofory, środki zmniejszające palność oraz napełniacze. Pianki poliuretanowe można wytwarzać metodą prepoli-merową lub jednoetapową.

Produkcja pianek poliuretanowych polega na tym, że ciekła mieszanina surowców o gęstości około 1000 kg/m3, w wyniku złożonych reakcji chemicznych, zwiększa swoją objętość nawet 60-krotnie, tworzy strukturę komórkową i staje się tworzywem o odpowiednich właściwościach fizyko-mechanicznych (twardość, gęstość, elastyczność, odporność na zrywanie, itp.). Cały ten proces trwa około dwóch minut i powoduje wzrost temperatury wewnątrz bloku nawet do 160° C.
Gaz wypełniający pory w litym poliuretanie, powodujący zwiększenie objętości, powstaje w wyniku reakcji izocyjanianu z wodą (dwutlenek węgla). W trakcie spieniania można dodatkowo wprowadzać zarówno ciekły dwutlenek węgla w tzw. metodzie „CarDio” , jak i inne substancje chemiczne o niskiej temperaturze wrzenia (różnego rodzaju chloro-fluoro-węglowodory, chlorek metylenu, itp.). Jednak stosowanie substancji wspomagających spienianie innych niż dwutlenek węgla, jest zabronione.

--- Idealnym wyjściem z tych ograniczeń jest produkcja pianek poliuretanowych np. w kosmosie, wysokich górach lub stworzenie podobnych warunków w instalacji produkcyjnej. zbudowaliśmy instalację do produkcji pianek poliuretanowych w warunkach zmiennego ciśnienia (metoda próżniowa).
Wytwarzanie pianki poliuretanowej metodą próżniową daje szereg istotnych korzyści, z których najistotniejsze to :
1. Możliwa jest produkcja pianek lekkich bez konieczności stosowania zabronionych prawem substancji wspomagających spienianie oraz ryzyka degradacji termicznej pianek
2. Ulegają poprawie właściwości fizyko-mechaniczne pianek poprzez ograniczenie ilości „sztywnych” wiązań mocznikowych na korzyść „elastycznych” wiązań poliuretanowych („więcej poliuretanu w poliuretanie”)
3. Właściwości pianek są lepsze z uwagi na większą ilość komórek otwartych, w stosunku do metod tradycyjnych
4. Następuje poprawa ekologicznych i zdrowotnych właściwości pianki (nie wprowadza się dodatkowych substancji wspomagających spienianie, natomiast „wyciąga się” gazowe produkty reakcji).

PRODUKCJA TWORZYW SZTUCZNYCH

Cele i zadania zawarte w programie srodowiskowym na lata 2010 – 2011 :

Zmniejszenie wielkosci emisji pyłu do powietrza z działalnosci produkcyjnej – zadanie Zainstalowanie systemu odpylającego na stanowisku do mielenia odpadów tworzyw sztucznych (młynkownia).

System odpylania zostanie uruchomiony w nowo-wybudowanej czesci zakładu gdzie zostanie przeniesiona młynownia.  Na przykładzie DEKLARACJi SRODOWISKOWej ALPHA PZ Zakładu Przetwórstwa Tworzyw Sztucznych Dobczyce

Stosuje się też filtry z węgla aktywnego, które adsorbują lotne związki organiczne. Filtr pracuje do momentu wysycenia węgla aktywnego. Gdy nastąpi wysycenie węgla aktywnego filtr jest zastępowany nowym, wypełnionym świeżym węglem. Eliminuje to potrzebę składowania zużytego węgla przez użytkownika filtra i minimalizuje koszty przeładunku i transportu. Kiedy filtr wraca do firmy jest opróżniany ze zużytego węgla, czyszczony, sprawdzany i napełniany świeżym. REGENERACJA przez termiczną reaktywację-
Kiedy formowany węgiel aktywny zostanie nasycony lub osiągnie się cel uzdatniania może być on zregenerowany poprzez termiczną reaktywację i ponownie użyty. Reaktywacja polega na wygrzaniu w piecu zużytego węgla w wysokiej temperaturze - ponad 800°C. Podczas tego procesu związki organiczne, które zostały zaadsorbowane przez węgiel ulegają termicznemu zniszczeniu. Regeneracja poprzez reaktywację jest procesem wymagającym dużych umiejętności, ponieważ musi on zapewnić odpowiednią jakość zregenerowanego węgla, tak, aby mógł on być ponownie użyty.

PRODUKCJA GUMY

Produkcja elementów gumowych to ok.30% ogólnego zużycia sadzy. Produkcja sadzy przyczynia się do emisji siarki. Poziom emisji siarki można zmniejszyć stosując materiał wsadowy o mniejszej zawartości siarki, np. gaz ziemny lub inne ciekłe lub gazowe węglowodory.

Wytwarzaniu i przetwarzaniu mieszanki gumowej towarzyszy emisja do powietrza wielu związków chemicznych w postaci gazów, par i pyłów. Emitowane zanieczyszczenia zawierają zarówno komponenty mieszanki gumowej, produkty ich termicznej destrukcji, jak i produkty reakcji ubocznych.

Szacuje się, że w powietrzu na stanowiskach przetwarzania mieszanki gumowej może znajdować się do 700 różnego rodzaju związków chemicznych, które możemy podzielić na:

·         związki azotu (amoniak, aminy, nitrozoaminy, izocyjaniany) - powstają w reakcjach, w których uczestniczą składniki mieszanki gumowej zawierające w cząsteczce azot. Azot może też być wprowadzany do mieszanki gumowej w postaci tlenków azotu zaadsorbowanych na powierzchni wypełniaczy lub białka będącego naturalnym zanieczyszczeniem kauczuku,

·         związki siarki (merkaptany, siarkowodór, disiarczek węgla, ditlenek siarki) - powstają w wyniku reakcji siarki i innych związków zawierających siarkę z elastomerami,

·         związki tlenu (kwasy organiczne, estry, aldehydy i ketony) - powstają w wyniku utleniania produktów destrukcji elastomerów, plastyfikatorów i innych składników mieszanki, są to również zanieczyszczenia kauczuku naturalnego zawierające tlen,

·         węglowodory (alifatyczne, aromatyczne, nasycone i nienasycone) - powstają w wyniku destrukcji kauczuków, plastyfikatorów i innych składników mieszanki gumowej.

Związki te, jak już wspomniano, w różnym stopniu zagrażają zdrowiu człowieka. Najbardziej niebezpieczne są substancje kancerogenne i prawdopodobnie kancerogenne. Do tej grupy związków zaliczane są N-nitrozoaminy, które mogą występować w powietrzu na stanowiskach pracy. Z tej grupy związków N-nitrozo-dietyloamina oraz N-nitrozodimety loamina wymienione są w rozporządzeniu Ministra Zdrowia i Opieki Społecznej w sprawie czynników rakotwórczych w środowisku pracy oraz nadzoru nad stanem zdrowia pracowników zawodowo narażonych na te czynniki (Dz.U. nr 121 poz. 571, 1996). W rym rozporządzeniu wymienia się również przemysł gumowy, w którym na stanowiskach pracy występują substancje o działaniu kancerogennym lub prawdopodobnie kancerogennym. Zabroniona jest praca kobiet ciężarnych oraz młodocianych na tych stanowiskach. Pracodawca zobowiązany jest do zorganizowania stanowisk pracy tak, aby maksymalnie zmniejszyć ryzyko narażenia na działanie tych substancji. Ponadto zobowiązany jest do informacji o zagrożeniach pracowników, zapewnienia badań lekarskich oraz systematycznego monitorowania zagrożonych stanowisk pracy.
W Polsce najwyższe dopuszczalne stężenie dla N-nitrozoamin nie jest określone. Podobna sytuacja prawna jest w innych krajach europejskich. Jedynie w Niemieckiej Republice Federalnej określono dopuszczalne stężenie tych związków, które dla przemysłu gumowego wynosi 2,5 mg/m3. Wyszczególniono również dwanaście N-nitrozoamin, które najczęściej są spotykane w środowisku przemysłowym. Są to: [slajd]

Tabela -  Stężenia N-nitrozoamin na stanowiskach wulkanizacji w stopionych solach w prasach bębnowych.

Tabela 2 – Stężenia N-nitrozoamin na stanowiskach wulkanizacji w dużych prasach

Uzyskane wyniki wskazują na podobny rozkład stężeń N-nitrozoamin, jak w przypadku wulkanizacji w prasach bębnowych i w stopionych solach.

Dopuszczalne maksymalne stężenie N-nitrozoamin na stanowiskach pracy określono na poziomie 2,5 mg/m3 powietrza.
Wulkanizacja mieszanek gumowych w urządzeniach o działaniu ciągłym i zbliżonym do działania ciągłego, jak w przypadku wulkanizacji taśm transportowych może być źródłem emisji N-nitrozoamin na stanowiskach pracy. Rodzaj i ilość emitowanych do powietrza N-nitrozoamin zależy od rodzaju stosowanych mieszanek gumowych.
Pracownicy obsługujący urządzenia wulkanizacyjne narażeni są na działanie N-nitrozoamin. Stopień narażenia zależy nie tylko od rodzaju mieszanki gumowej, ale również od stopnia automatyzacji procesu wulkanizacji oraz czasu przebywania w strefie zagrożenia (w strefie podwyższonego stężenia N-nitrozoamin).
W celu utrzymania bezpiecznego i przyjaznego środowiska pracy należy dążyć do stosowania w czasie produkcji mieszanek gumowych, nie będących źródłem emisji N-nitrozoamin i innych zanieczyszczeń. Trzeba zapewnić też sprawne działanie wentylacji miejscowej oraz szybko usuwać ze strefy pracy gotowe wyroby gumowe.

PRODUKCJA ALUMINIUM

Aluminium otrzymuje się najczęściej z rudy zwanej boksy (Al2O3), która zawiera do 60% wodorotlenku glinu Al(OH)3 oraz takie domieszki jak tlenki siarki (SiO2), wapnia CaO i żelaza (Fe2O3). Podejmowane są próby otrzymywania aluminium z siarczków oraz różnych gatunków gliny, które znajdują się w skorupie ziemskiej w bardzo dużych ilościach. W Polsce ostatnio opracowana została metoda otrzymywania aluminium z tlenku glinu, co znacznie zmniejsza koszty produkcji tego metalu (metoda J. Bretsznajdra). Inna, opracowana również w kraju, metoda otrzymywania aluminium z glin i iłów zwana metodą spiekowo-rozpadową (metoda I. Grzymka).
Na proces otrzymywania aluminium składa się: wytwarzanie czystego tlenku glinu oraz elektroliza stopionego tlenku glinu przy użyciu krolitu jako rozpuszczalnika. Czysty tlenek glinu można otrzymywać wieloma metodami. Najczęściej stosuje się sposób Boyera, polegający na oddziaływaniu związkami alkalicznymi na rudę boksytową. W wyniku reakcji tworzy się glinian sodu, a z niego wodorotlenek glinu. Po wyprażeniu wodorotlenku, otrzymuje się czysty tlenek glinu. Tlenek glinu jest produktem wyjściowym do produkcji aluminium metodą elektrolizy.
Elektrolizę przeprowadza się w elektrolizerach, które zbudowane są w postaci metalowych wanien wyłożonych materiałem izolacyjnym i ubitą masą węglową, która stanowi katodę. Nad wanną natomiast zawiesza się kilkanaście elektrod, które stanowią anody. W wyniku elektrolizy otrzymuje się tzw. aluminium hutnicze o zawartości 99-99,6% Al. Tak otrzymane aluminium stosuje się jako surowiec na odlewy oraz stopy aluminiowe. Zanieczyszczenie usuwa się z aluminium metodą rafinacji elektrycznej.

Emisje: proces elektrolizy przyczynia się do emisji fluorku aluminium. Przetapianie aluminium powoduje emisję dioksyn i PCB. Według inwentaryzacji emisji za rok 2002 r. przeprowadzonej zgodnie z zaleceniami UNEP Chemicals udział sektora metalurgicznego w całkowitej emisji krajowej dioksyn i furanów wynosi 9%.

Dioksyny, a właściwie polichlorowane dioksyny i furany (PCDD/PCDF), to ogólna nazwa całej grupy związków chemicznych zaliczanych do chlorowanych węglowodorów aromatycznych. Związki te zbudowane są z dwóch pierścieni benzenowych połączonych ze sobą jednym (dibenzofurany – PCDF) lub dwoma (dibenzodioksyny – PCDD) atomami tlenu, przy czym w każdym z pierścieni benzenowych od 1 do 4 atomów wodoru może być podstawionych chlorem. Wszystkie związki z tej grupy charakteryzuje duż...