Σχεδιασμός και Λειτουργία Χημικών Βιομηχανιών

Transcript

1 1

2 2

3 ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Ι. ΜΑΡΜΑΝΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΩΝ Καβάλα

4 ISBN : Τίτλος : Συγγραφέας : Δημήτριος Ι. Μαρμάνης Dr. Δημήτριος Ι. Μαρμάνης ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου & Φυσικού Αερίου Μηχανολόγων Μηχανικών Άγιος Λουκάς, Καβάλα Τηλ. : E- mail : marmanis@teiemt.gr Εκδότης : Δημήτριος Ι. Μαρμάνης Δεν επιτρέπεται η αναδημοσίευση, αναπαραγωγή ή αντιγραφή μέρους ή όλου του βιβλίου με οποιονδήποτε τρόπο χωρίς τη γραπτή άδεια του συγγραφέα. 4

5 Στην οικογένειά μου 5

6 6

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η έκδοση του παρόντος συγγράμματος έχει σαν σκοπό την παροχή εξειδικευμένων γνώσεων σε σπουδαστές, φοιτητές για να τους καταστήσει ικανούς: να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις ενός γραφείου μελετών μιας χημικής βιομηχανίας. να εργασθούν στον τομέα της παραγωγής στην βιομηχανία. To βιβλίο αποτελεί συμπλήρωση και αναδιάταξη της ύλης των σημειώσεων του μαθήματος Σχέδιο Χημικών Βιομηχανιών το οποίο διανέμονταν στους σπουδαστές του τμήματος Μηχανικών Τεχνολογίας Πετρελαίου & Φυσικού Αερίου Μηχανολόγων Μηχανικών του ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης. Η ύλη του συγγράμματος περιλαμβάνει δύο μέρη : Το Μέρος Ι στο οποίο περιγράφονται διάφορες μονάδες χημικών βιομηχανιών, και Το Μέρος ΙΙ στο οποίο περιλαμβάνονται μερικές βασικές έννοιες και ασκήσεις χημικής μηχανικής. 7

8 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΜΕΡΟΣ Ι 1. ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΡΟΗΣ ΣΕΛ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΗΧΑΝΙΚΈΣ ΔΙΕΡΓΑΣΊΕΣ ΘΕΡΜΙΚΈΣ ΔΙΕΡΓΑΣΊΕΣ ΦΥΣΙΚΟΙ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟ ΧΗΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΣΥΝΕΧΕΙΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΤΥΠΟΙ ΤΩΝ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΡΟΗΣ BLOCK DIAGRAMS (ΜΠΛΟΚ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ) FLOW SHEETS Η FLOW CHARTS Η FLOW DIAGRAMS PIPING AND INSTRUMENT DIAGRAM OF ENGINEERING FLOW DIAGRAM (P & I DIAGRAM) COMPINATED PROCESS & PIPING FLOW SHEET Η DIAGRAM SPECIAL FLOW SHEET Ή SPECIAL FLOW DIAGRAMS 1.5 ΣΥΜΒΟΛΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΑΡΙΘΜΗΣΗ ΤΟΥ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ ΌΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ- ΕΛΕΓΧΟΥ ΚΑΙ ΡΥΘΜΙΣΗΣ.39 8

9 2. ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΕΙΤΑΙ ΣΕ ΧΗΜΙΚΕΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΕΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΗΤΕΣ ΚΥΚΛΩΝΕΣ ΠΥΡΓΟΙ ΜΕ ΠΛΗΡΩΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΠΥΡΓΟΙ ΨΥΞΗΣ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΜΗΧΑΝΗΜΑΤΑ ΚΙΝΗΣΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΑΝΤΛΙΕΣ ΣΥΜΠΙΕΣΤΕΣ ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΕΣ ΦΥΣΗΤΗΡΕΣ ΑΝΑΔΕΥΤΗΡΕΣ ΚΑΥΣΤΗΡΕΣ ΛΕΒΗΤΕΣ ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΙ ΣΥΣΚΕΥΕΣ ΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΨΥΞΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΘΡΑΥΣΤΗΡΕΣ ΦΙΛΤΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΑ ΦΙΛΤΡΑ ΣΩΛΗΝΩΣΕΙΣ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ, ΕΝΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΒΑΝΕΣ ΤΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ

10 3.1. ΚΑΤΕΡΓΑΣΊΑ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΎ ΑΕΡΊΟΥ ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ (Μ.Σ.Κ.) ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΦΥΣΙΚΟ ΑΕΡΙΟ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΟΥ ΥΦΑ ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΥΦΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΠΑΡΑΛΑΒΗΣ LNG ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΝΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΡΟΗΣ ΤΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΛΩΤΗ ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΑΝΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ (L.N.G) ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΠΛΩΤΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ ΠΛΩΤΌΣ ΣΤΑΘΜΌΣ ΚΑΙ ΜΟΝΆΔΑ ΑΕΡΙΟΠΟΊΗΣΗΣ ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΤΟΥ L.N.G ΔΕΞΑΜΕΝΈΣ MOSS ΔΕΞΑΜΕΝΈΣ ΤΎΠΟΥ ΜΕΜΒΡΆΝΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗΣ ΥΦΑ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΛΕΒΗΤΑ ΕΜΒΑΠΤΙΣΜΕΝΟΥ ΚΑΥΣΤΗΡΑ ΛΕΚ Η ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΤΜΟΥ ΜΕ ΚΥΚΛΩΜΑ ΓΛΥΚΟΛΗΣ ΨΥΧΡΗ ΚΑΜΙΝΑΔΑ

11 6. ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΤΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ CRACKING ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΕΞΕΥΓΕΝΙΣΜΟΥ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΩΝ ΥΔΡΟΓΟΝΑΝΘΡΑΚΩΝ ΒΑΣΙΚΑ ΠΡΟΪΟΝΤΑ ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΩΝ ΒΕΝΖΙΝΗ ΚΗΡΟΖΙΝΗ ΚΑΥΣΙΜΑ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ ΥΓΡΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΑΕΡΙΟ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ (LPG) ΥΠΟΛΕΙΜΜΑΤΙΚΑ ΚΑΥΣΙΜΑ ΚΩΚ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΤΟΣ ΛΙΠΑΝΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΤΕΣ ΠΕΤΡΟΧΗΜΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΔΙΥΛΙΣΗΣ ΠΡΟΣΜΙΞΕΙΣ ΣΤΟ ΑΡΓΟ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟ

12 ΕΝΩΣΕΙΣ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΥΔΡΟΘΕΙΟ EΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ ΔΙΑΧΩΡΙΣΤΗΣ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΑΡΓΟΥ (ΑΦΑΛΑΤΩΣΗ) ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΟΞΙΝΩΝ ΑΕΡΙΩΝ ΣΕ ΜΟΝΑΔΑ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΕ ΑΜΙΝΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΑΡΓΟΥ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ (ΚΛΑΣΜΑΤΩΣΗ) ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΣΕ ΠΥΡΓΟ ΚΕΝΟΥ ΆΛΛΕΣ ΣΤΗΛΕΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΜΕ ΔΙΑΛΥΤΗ ΚΑΙ ΑΠΟΚΗΡΩΣΗ ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΜΕ ΔΙΑΛΥΤΕΣ ΑΠΟΚΗΡΩΣΗ ΜΕ ΔΙΑΛΥΤΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΠΥΡΟΛΥΣΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΤΑΠΕΙΝΩΣΗΣ ΤΟΥ ΙΞΩΔΟΥΣ ΑΤΜΟΠΥΡΟΛΥΣΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΠΥΡΟΛΥΣΗΣ ΥΓΡΗ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΚΙΝΗΤΗΣ ΚΛΙΝΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΠΥΡΟΛΥΣΗ

13 7.8. ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΠΥΡΟΛΥΣΗΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΑΝΑΜΟΡΦΩΣΗ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΑΠΟΘΕΙΩΣΗΣ ΆΛΛΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΥΔΡΟΓΟΝΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΟΝΑΔΑ ΥΔΡΟΓΟΝΟΚΑΤΕΡΓΑΣΙΑΣ ΝΑΦΘΑΣ ΙΣΟΜΕΡΙΣΜΟΣ ΑΛΚΥΛΙΩΣΗ ΤΑ ΤΕΛΙΚΑ ΠΡΟΙΟΝΤΑ BIODIESEL ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΒIODIESEL ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΚΑΛΛΙΕΡΓΕΙΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ BIODIESEL ΗΛΙΕΛΑΙΟ ΚΡΑΜΒΕΛΑΙΟ ΆΧΡΗΣΤΑ ΤΗΓΑΝΟΛΑΔΑ ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ BIODIESEL ΚΑΙ ΠΩΣ ΠΑΡΑΓΕΤΑΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗ BIODIESEL ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΟΥ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΟΥ ΕΧΟΥΜΕ ΤΙΣ ΑΚΟΛΟΥΘΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΜΕΘΑΝΟΛΗΣ

14 ΣΤΗΛΗ ΠΛΥΣΙΜΑΤΟΣ ΜΕ ΝΕΡΟ ΕΞΕΥΓΕΝΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΜΠΙΟΝΤΙΖΕΛ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗ ΤΟΥ ΝA3PO ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΑ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ BIODIESEL ΠΑΡΑΓΩΓΗ H2SO ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΞΗ ΤΟΥ S(S) ΦΙΛΤΡΑΝΣΗ ΚΑΥΣΗ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΠΡΟΣ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΤΟΥ SO2 ΠΡΟΣ SO ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ H2SO ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΟΥ ΣΤΕΡΕΟΥ ΘΕΙΟΥ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΟΥ ΥΓΡΟΥ ΘΕΙΟΥ ΚΑΥΣΗ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ SO2 ΣΕ SO ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΑΤΜΟΥ ΞΗΡΑΝΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΕΚΚΙΝΗΣΗΣ ΤΗΣ ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ HNO ΓΕΝΙΚΑ

15 10.2. Η ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ HΝO ΚΥΚΛΩΜΑ ΕΞΑΤΜΙΣΗΣ, ΥΠΕΡΘΕΡΜΑΝΣΗΣ ΚΑΙ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΑΜΜΩΝΙΑΣ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΣΥΜΠΙΕΣΗ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΟΥ ΑΕΡΑ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΤΗΣ ΑΜΜΩΝΙΑΣ ΠΡΟΣ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΟΞΕΙΔΩΣΗ ΤΟΥ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΠΡΟΣ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΤΟΥ ΔΙΟΞΕΙΔΙΟΥ ΤΟΥ ΑΖΩΤΟΥ ΑΠΟ ΝΕΡΟ ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΟΥ ΝΙΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΣΗ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ ΒΟΗΘΗΤΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΝΕΡΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑ ΑΤΜΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ H3PO ΓΕΝΙΚΑ ΜΟΝΑΔΑ ΛΕΙΟΤΡΙΒΗΣΗΣ ΜΟΝΑΔΑ ΤΡΟΦΟΔΟΣΙΑΣ ΜΟΝΑΔΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΜΟΝΑΔΑ ΦΙΛΤΡΑΡΙΣΜΑΤΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΔΙΗΘΗΣΗΣ ΜΟΝΑΔΑ ΦΩΣΦΟΡΙΚΟΥ ΟΞΕΩΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΡΟΗΣ

16 12. ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΤΗ ΚΑΥΣΗ ΤΟΥ ΛΙΓΝΙΤΗ ΑΤΜΟΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΕΞΟΡΥΞΗ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΆΛΕΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΈΨΗΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΩΝ ΥΛΩΝ ΆΛΕΣΗ ΤΟΥ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗ ΤΟΥ ΣΥΣΚΕΥΑΣΙΑ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΤΟΥ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΠΕΡΙΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΚΑΜΙΝΟΙ Η ΑΛΕΣΗ ΤΟΥ ΚΛΙΝΚΕΡ ΤΑ ΠΡΟΣΘΕΤΑ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΤΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗΝ ΤΣΙΜΕΝΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΣ ΓΥΨΟΣ ΆΡΓΙΛΟΣ ΒΩΞΙΤΗΣ ΔΟΛΟΜΙΤΗΣ

17 ΦΘΟΡΙΤΗΣ ΣΙΔΗΡΟΠΥΡΙΤΗΣ ΚΑΟΛΙΝΗΣ ΕΛΑΦΡΟΠΕΤΡΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΦΑΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΓΙΑΟΥΡΤΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΠΑΣΤΕΡΙΩΜΕΝΟΥ ΝΩΠΟΥ ΓΑΛΑΚΤΟΣ ΤΜΗΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΥΡΙΩΝ ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΑ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΤΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ - ΠΡΟΪΟΝΤΑ - ΠΑΡΑΠΡΟΪΟΝΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΟΙΟΤΙΚΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΛΑΙΟΤΡΙΒΕΙΟ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΛΑΔΙΟΥ ΠΑΡΑΛΑΒΗ ΚΑΙ ΖΥΓΙΣΜΑ ΤΟΥ ΕΛΑΙΟΚΑΡΠΟΥ ΑΠΟΦΥΛΛΩΣΗ ΠΛΥΣΙΜΟ ΤΩΝ ΚΑΡΠΩΝ ΣΠΑΣΙΜΟ ΚΑΙ ΑΛΕΣΗ ΤΟΥ ΕΛΑΙΟΚΑΡΠΟΥ ΜΑΛΑΞΗ ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΗΣΗ ΤΕΛΙΚΟΣ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ

18 16. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΗΘ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΜΗΧΑΝΗΣ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΗΘ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Σ.Η.Θ 294 ΜΕΡΟΣ ΙΙ 17. ΒΑΣΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΚΑΝΟΝΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ (NORMAL CONDITIONS) ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΕΣ % ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ % ΚΑΤΑ ΒΑΡΟΣ ΣΕ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ % ΚΑΤΑ MOLES ΜΕΤΑΤΡΟΠΗ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ % ΚΑΤΑ MOLES ΣΕ ΠΕΡΙΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑ % ΚΑΤΑ ΒΑΡΟΣ ΜΟΡΙΑΚΟ ΚΛΑΣΜΑ (YI) ΜΕΣΟ ΜΟΡΙΑΚΟ ΒΑΡΟΣ (ΜWAV) ΙΞΩΔΕΣ Μ ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Κ ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ CP ΡΥΘΜΟΣ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

19 ΡΥΘΜΟΣ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΧΩΡΙΣ ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΣΗΣ ΡΥΘΜΟΣ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΑΛΛΑΓΗ ΦΑΣΗΣ ΒΑΘΜΟΣ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ CI% ΑΠΟΔΟΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ Υ % ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

20 Εικόνες 2.1ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ 2.2ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΗΤΗΣ 2.3ΠΥΡΓΟΣ ΨΥΞΗΣ ΣΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.4 ΠΥΡΓΟΣ ΨΥΞΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.5 ΜΟΝΟΦΑΣΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.6 ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΜΕ ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.7 ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΩΝ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.8 ΑΝΤΛΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.9 ΦΥΓΟΚΕΝΤΡΙΚΗ ΑΝΤΛΙΑ ΑΚΤΙΝΩΤΗΣ ΡΟΗΣ 2.10 ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΚΑΙ ΕΝ ΣΕΙΡΑ ΣΥΝΔΕΣΗ ΑΝΤΛΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.11 ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΜΕΤΡΗΤΗΣ ΠΑΡΟΧΗΣ 20

21 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.12 ΔΙΒΑΘΜΙΟΣ ΑΕΡΟΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ CC ΜΕ ΞΗΡΑΝΤΗΡΑ ΑΕΡΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.13 ΑΕΡΟΣΥΜΠΙΕΣΤΗΣ ΜΙΑΣ ΒΑΘΜΙΔΑΣ 200 CC ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.14 ΑΝΕΜΙΣΤΗΡΕΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.15 ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΟ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΑΝΑΔΕΥΤΗΡΑΣ ΠΟΛΥΜΕΤΡΟΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.16 ΛΕΒΗΤΑΣ ΜΕ ΚΑΥΣΤΗΡΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.17 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΤΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.18 ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΤΜΟΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.19 ΔΟΧΕΙΟ ΔΙΑΣΤΟΛΗΣ - ΛΕΒΗΤΑΣ - ΚΑΥΣΤΗΡΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 21

22 2.20 ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ - ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.21 ΤΟΥΡΜΠΙΝΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.22 ΥΔΡΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ PELTON ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.23 ΑΤΜΟΛΕΒΗΤΑΣ - ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.24 ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ (SHELL AND TUBE) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.25 ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.26 ΤΟΜΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ (SHELL AND TUBE) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.27 ΔΕΞΑΜΕΝΕΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΒΕΝΖΙΝΗΣ 2.28 ΘΡΑΥΣΤΗΡΑΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ 2.29 ΦΙΛΤΡΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 2.30 ΣΩΛΗΝΕΣ 22

23 2.31 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ 3.1 ΚΟΙΤΑΣΜΑ ΝΟΤΙΑ ΚΑΒΑΛΑ ΠΗΓΗ: ΗΜΕΡΙΔΑ ΤΕ 3.2 ΕΙΚΟΝΑ Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΥΦΑ ΠΗΓΗ : H.E.C. 4.1 ΠΛΩΤΗ ΕΞΕΔΡΑ ΑΝΤΛΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΗΓΗ : H.E.C. 7.1 ΜΟΝΑΔΑ ΑΠΟΘΕΙΩΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ 9.1 ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ 10.1 ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΝΙΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ 11.1 ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΛΙΠΑΣΜΑΤΩΝ 12.1 ΜΟΝΑΔΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 13.1 ΣΦΑΙΡΟΜΥΛΟΣ ΑΛΕΣΗΣ ΚΛΙΝΚΕΡ ΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ 16.1 ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΞΟΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΡΟΗΣ ΣΕ ΤΟΜΗ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΤΕΙ ΑΝΑΤΟΛΙΚΗΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 16.2 ΓΕΝΝΗΤΡΙΑ ΚΑΙ ΑΤΜΟΣΤΡΟΒΙΛΟΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΜΑΚΕΔΟΝΙΑΣ & ΘΡΑΚΗΣ 23

24 Σχέδια- Διαγράμματα- Πίνακες 1.1 ΣΥΝΟΔΕΥΤΙΚΟΣ ΠΙΝΑΚΑΣ 1.2 ΠΙΝΑΚΑΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΥ 1.3 ΠΙΝΑΚΕΣ ΚΩΔΙΚΟΠΟΙΗΣΗΣ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝΕΠΕΞΗΓΗΣΗΣ ΟΡΓΑΝΩΝ 2.1 ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ 2.2 ΣΧΕΔΙΟ ΠΥΡΓΟΥ ΜΕ ΠΛΗΡΩΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ 2.3 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ ΜΕ ΤΟΥΡΜΠΙΝΑ ΑΤΜΟΥ 3.1 BLOCK DIAGRAM ΥΦΑ 3.2 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΟΥ ΥΦΑ 4.1 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΤΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΑΣ ΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ 7.1 ΣΧΕΔΙΟ : ΔΙΑΧΩΡΙΣΤΗΣ 7.2 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΑΦΑΛΑΤΩΣΗ 7.3 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΑΝΑΚΤΗΣΗ ΤΟΥ ΘΕΙΟΥ 7.4 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΠΥΡΓΟΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ 7.5 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ ΔΙΥΛΙΣΗΣ 7.6 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΣΤΗΛΗ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ 7.7 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΜΕ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ 7.8 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΥΠΟ ΚΕΝΩ 7.9 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΑΡΩΜΑΤΙΚΩΝ 7.10 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ ΑΠΟΚΗΡΩΣΗΣ ΜΕ ΔΙΑΛΥΤΗ 7.11 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΤΑΠΕΙΝΩΣΗ ΤΟΥ ΙΞΩΔΟΥΣ 7.12 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΥΓΡΗ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ 7.13 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ TCC- ΜΟΝΑΔΑΣ 7.14 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΥΔΡΟΓΟΝΟΠΥΡΟΛΥΣΗ ΔΥΟ ΦΑΣΕΩΝ 24

25 7.15 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΔΙΕΡΓΑΣΙΑ PLATFORMING 7.16 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΑΠΟΘΕΙΩΣΗ 7.17 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : ΙΣΟΜΕΡΙΣΜΟΣ C ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : C5 ΚΑΙ C6 ΙΣΟΜΕΡΙΣΜΟΣ 8.1 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ BIODIESEL 8.2 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ : PROCESS FLOW SLEET ΜΟΝΑΔΑΣ BIODIESEL 9.1 BLOCK DIAGRAM ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ 9.2 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΒΑΘΜΟΥ ΜΕΤΑΤΡΟΠΗΣ SO2 ΣΕ SO3 9.3 PROCESS FLOW SHEET ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΘΕΙΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ 10.1 BLOCK DIAGRAM ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΝΙΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ 10.2 PROCESS FLOW SHEET ΜΟΝΑΔΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΝΙΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ 11.1 BLOCK DIAGRAMM ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΦΩΣΦΟΡΙΚΟΥ ΟΞΕΩΣ 12.1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΝΟΣ ΑΤΜΟΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ 14.1 BLOCK DIAGRAM ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΓΑΛΑΚΤΟΣ 14.2 BLOCK DIAGRAM ΓΑΛΑΚΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ 15.1 BLOCK DIAGRAM ΜΟΝΑΔΑΣ ΕΛΑΙΟΤΡΙΒΕΙΟΥ 16.1 ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΜΕΚ 16.2 ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΜΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΜΕ ΑΕΡΙΟΣΤΡΟΒΙΛΟ 16.3 ΣΥΣΤΗΜΑ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΟΥ ΚΥΚΛΟΥ 17.1 FLOW SHEET 17.2 ΑΠΟΣΤΑΚΤΙΚΗ ΣΤΗΛΗ 25

26 26

27 ΜΕΡΟΣ Ι ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ 27

28 28

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Διαγράμματα ροής 1.1. Διάγραμμα ροής είναι η λεπτομερειακή απεικόνιση μίας σειράς διαδοχικών ενεργειών (πράξεων) με ένα σχηματικό διάγραμμα της ροής (ή αλληλουχίας) των ενεργειών αυτών, χρησιμοποιώντας συγκεκριμένα σύμβολα και σχήματα, καθιερωμένα διεθνώς για αυτή τη χρήση. Με τα διαγράμματα ροής δείχνουμε τις διεργασίες της παραγωγής καθώς επίσης και τις ποσότητες των υλικών και της ενέργειας μιας μονάδας. Δηλαδή παρουσιάζεται η παραγωγική διαδικασία μιας μονάδας. Αρχικά ξεκινάμε με τις πρώτες ύλες οι οποίες χρησιμοποιούνται. Κατόπιν απεικονίζονται οι φυσικές και χημικές διεργασίες (με την σειρά που τις εφαρμόζουμε) τις οποίες χρησιμοποιούμε για να μετατρέψουμε τις πρώτες ύλες σε ενδιάμεσα προιόντα και τέλος καταλήγουμε στα τελικά προιόντα που παράγονται στην μονάδα Φυσικές διεργασίες Είναι είναι οι διεργασίες που προηγούνται ή έπονται της χημικής διεργασίας. Στις φυσικές διεργασίες δεν περιλαμβάνονται χημικές αντιδράσεις. Μάλιστα υπάρχουν και μονάδες παραγωγής όπου όλη η διαδικασία βασίζεται αποκλειστικά σε φυσικές διεργασίες όπως π.χ. στις 29

30 μονάδες απόσταξης όπου ο διαχωρισμός των συστατικών επιτυγχάνεται με φυσικές διεργασίες. Ακόμη σε άλλες διεργασίες (π.χ. βιομηχανία χρωμάτων) μπορεί να θέλουμε την ανάμειξη κάποιων υλικών. Οι φυσικές διεργασίες χωρίζονται σε : Μηχανικές διεργασίες Μεταβολή μεγέθους Ανάμειξη Ρευστοποίηση Μαζική ροή Μεταφορά στερεών και Αποθήκευση στερεών Θερμικές διεργασίες Ψύξη Θέρμανση Εξάτμιση Υγροποίηση Ατμοπαραγωγή Συμπύκνωση Κατάψυξη Φυσικοί διαχωρισμοί Απόσταξη (υγρό- αέριο) Απορρόφηση/προσρόφηση (υγρό- αέριο) Εκχύλιση (υγρό- υγρό) 30

31 Κρυστάλλωση (υγρό- στερεό) Ύγρανση/ξήρανση (υγρό- στερεό) 1.3. Χημικές διεργασίες Οι χημικές διεργασίες είναι χημικές αντιδράσεις που πραγματοποιούνται σε διάφορους τύπους βιομηχανικών αντιδραστήρων και τις συναντάμε σε παραγωγικές εγκαταστάσεις όπως είναι οι βιομηχανίες λιπασμάτων, τα διυλιστήρια και οι μεταλλουργικές βιομηχανίες. Οι χημικοί αντιδραστήρες ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας τους διακρίνονται σε : Ασυνεχείς αντιδραστήρες (batch reactor). Είναι οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται συνήθως όταν επιθυμούμε την παραγωγή μικρών ποσοτήτων και κατά την διάρκεια της λειτουργίας τους δεν έχουμε εισερχόμενες ούτε εξερχόμενες ροές Συνεχείς αντιδραστήρες. Είναι οι αντιδραστήρες που χρησιμοποιούνται όταν επιθυμούμε την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων προιόντων και οι οποίοι λειτουργούν συνεχώς. Δηλαδή έχουμε την συνεχή εισαγωγή αντιδρώντων και αντίστοιχα την συνεχή εκροή προιόντων Τύποι των διαγραμμάτων ροής Τα διαγράμματα ροής χωρίζονται στις παρακάτω κατηγορίες: 1. Block Diagrams (μπλόκ διαγράμματα) 2. Flow Sheets ή Flow Charts ή Flow Diagrams Τα οποία χωρίζονται σε: i. Process Flow Sheets 31

32 ii. Utility Flow Sheets 3. Piping and Instrument Diagram of Engineering Flow Diagram (P & I Diagram) Τα οποία χωρίζονται σε: i. Process (P & I Diagrams) ii. Utility (P & I Diagrams) 4. Compinated Process & Piping Flow Sheet ή Diagram 5. Special Flow Sheet ή Special Flow Diagrams Block Diagrams (μπλόκ διαγράμματα) Τα μπλόκ διαγράμματα τα χρησιμοποιούμε για να παρουσιάσουμε μία μονάδα συνοπτικά και χωρίς πολλές λεπτομέρειες. Δηλαδή σε αυτά τα διαγράμματα παρουσιάζουμε μόνο τις βασικές φυσικές και χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε μία μονάδα. Η κάθε διεργασία συμβολίζεται με ένα τετράγωνο (Block) και για αυτό πήραν και το όνομα μπλόκ διαγράμματα. Ανάλογα με τον λόγο για τον οποίο σχεδιάζονται και τις απαιτήσεις που έχουμε από αυτά, μπορεί να είναι απλά ή πιο σύνθετα. Επομένως στο μπλόκ διάγραμμα μιας μονάδας παρουσιάζουμε τις βασικές φυσικές και χημικές διεργασίες της μονάδας (με τετράγωνα), την σειρά με την οποία λαμβάνουν χώρα αυτές και το είδος των βασικών ρευστών που έχουμε. 32

33 Τα μπλόκ διαγράμματα χρησιμοποιούνται στον σχεδιασμό μιας μονάδας μόνο στο προκαταρκτικό στάδιο, συνήθως για να παρουσιάσουμε μία γενική ιδέα της μονάδας ή για να συζητηθεί η ιδέα ενός νέου project Flow Sheets ή Flow Charts ή Flow Diagrams Με αυτά τα διαγράμματα παρουσιάζουμε τις φυσικές και χημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε μία μονάδα απεικονίζοντας τον κύριο μηχανολογικό εξοπλισμό (συσκευές και μηχανήματα) που χρησιμοποιείται για την κάθε διεργασία με σύμβολα. Ακόμη παρουσιάζεται η διαδοχή των φάσεων της μονάδας. Η απεικόνιση των διεργασιών εκτός του ότι γίνεται πλέον με σύμβολα και όχι με μπλόκς είναι και πολύ πιο λεπτομερής σε σχέση με τα μπλοκ διαγράμματα. Τα σύμβολα με τα οποία παρουσιάζεται ο εξοπλισμός μιας μονάδας (συσκευές και μηχανήματα) λαμβάνονται από βιβλιοθήκες προτύπων συμβόλων έτσι ώστε να είναι κοινά στην χρησιμοποίησή τους για όλες τις μονάδες ανεξάρτητα με τη χώρα στην οποία βρίσκονται αυτές. Στα flow sheets επίσης αναγράφονται σε κάθε βασικό στάδιο οι σχεδιαστικές λειτουργικές συνθήκες όπως είναι η πίεση, η παροχή, η θερμοκρασία και η πυκνότητα. Τα παραπάνω στοιχεία αναγράφονται πάνω στο διάγραμμα (δίπλα στην σωλήνωση ή την συσκευή στην οποία αναφέρονται) όταν πρόκειται για μικρή μονάδα με απλό διάγραμμα. Όταν όμως έχουμε μεγάλες μονάδες με πολύπλοκα διαγράμματα τότε η αναγραφή των συνθηκών λειτουργίας πάνω στα διαγράμματα θα καθιστούσε το διάγραμμα δυσανάγνωστο και μη λειτουργικό. Σε αυτές τις περιπτώσεις χρησιμοποιούμε συνοδευτικούς πίνακες. Οι συνοδευτικοί πίνακες περιέχουν: Σε κάθε ρεύμα, πάνω σε περίγραμμα σχήματος τετραγώνου ή ρόμβου, τον αριθμό του ρεύματος Το είδος του ρευστού που έχουμε στο κάθε ρεύμα της μονάδας Την σύσταση του μίγματος στο ρεύμα 33

34 Την παροχή του ρεύματος Την πίεση λειτουργίας στο ρεύμα Την θερμοκρασία λειτουργίας στο ρεύμα Την πυκνότητα του ρευστού στο ρεύμα Διάφορα άλλα στοιχεία όπως το Μέσο Μοριακό Βάρος, το Ιξώδες και η Εναλλαγή θερμότητας. Έτσι για κάθε ρεύμα της μονάδας μας μπορούμε από τον συνημμένο πίνακα να βρούμε τις σχεδιαστικές λειτουργικές του συνθήκες και επομένως είναι δυνατόν για κάθε συσκευή ή για κάθε τμήμα της μονάδας να υπολογίσουμε τα ισοζύγια μάζας και ενέργειας. 34

35 1.1 Συνοδευτικός πίνακας 35

36 Τα flow sheets μπορούμε να τα χωρίσουμε σε δύο τύπους: Τα Process Flow Sheets (PFS) Είναι τα διαγράμματα στα οποία περιγράφεται η παραγωγική διαδικασία της μονάδας Τα Utility Flow Sheets (UFS) Είναι τα διαγράμματα στα οποία περιγράφονται συνήθως τα βοηθητικά κυκλώματα της μονάδας όπως είναι τα κυκλώματα ατμοπαραγωγής. Και οι δύο τύποι διαγραμμάτων αναφέρονται στην ίδια μονάδα απλώς ο ένας είναι συμπληρωματικός του άλλου. Επομένως τα σύμβολα του εξοπλισμού της μονάδας όπως είναι οι αντιδραστήρες, οι εναλλάκτες, οι στήλες κλπ είναι ίδια. Διαφορετικά είναι τα ρεύματα και οι σχεδιαστικές λειτουργικές συνθήκες στους συνοδευτικούς πίνακες. Για την πλήρη κατανόηση της λειτουργίας της μονάδας είναι απαραίτητη η μελέτη και των δύο τύπων των διαγραμμάτων Piping and Instrument Diagram of Engineering Flow Diagram (P & I Diagram) Τα P & I είναι τα διαγράμματα των σωληνώσεων και της Οργανολογίας της μονάδας. Σε αυτά παρουσιάζονται οι μηχανολογικές λεπτομέρειες της μονάδας όπως είναι όλες οι σωληνώσεις (τα μεγέθη και οι τύποι τους), τα σχετικά εξαρτήματα όπως είναι οι βάνες (αυτόματες και χειροκίνητες) και όλα τα συστήματα αυτομάτου ελέγχου της μονάδας. Τα διαγράμματα αυτά είναι πολύ χρήσιμα για την προσομοίωση και την κατασκευή και λειτουργία μιας μονάδας. Τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της όπως είναι η παροχή, η πίεση, η θερμοκρασία, κλπ δεν αναφέρονται σε αυτά τα διαγράμματα. 36

37 Compinated Process & Piping Flow Sheet ή Diagram Αυτά είναι συνδυασμός των Flow Sheets και των P & I διαγραμμάτων. Απεικονίζουν σχετικά συνοπτικά την παραγωγική διαδικασία αλλά περιέχουν πολλά μηχανολογικά στοιχεία Special Flow Sheet ή Special Flow Diagrams Τα Special Flow Sheets είναι τα διαγράμματα τα οποία περιέχουν λεπτομέρειες για συγκεκριμένες ειδικότητες μηχανικών. Για παράδειγμα οι ηλεκτρολόγοι μηχανικοί χρησιμοποιούν διαγράμματα τα οποία περιγράφουν λεπτομερώς την ηλεκτρική λειτουργία της εγκατάστασης, ενώ οι ηλεκτρονικοί μηχανικοί αντίστοιχα χρησιμοποιούν διαγράμματα στα οποία περιγράφονται λεπτομερώς τα όργανα, οι διακόπτες, οι ρυθμιστικές βάνες, τα σήματα alarm και γενικότερα ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός Σύμβολα διαγραμμάτων Όπως έχουμε ήδη αναφέρει ο εξοπλισμός των μονάδων (μηχανήματα, συσκευές) απεικονίζεται στα διαγράμματα με σύμβολα. Τα σύμβολα αυτά πρέπει να είναι εύκολα στη σχεδίαση και στην αναγνώρισή τους, και να είναι όμοια με τον πρωτότυπο εξοπλισμό. Επιπλέον πρέπει στα σύμβολα για την σχεδίαση να υπάρχουν πρότυπα γενικώς αποδεκτά από όλες τις βιομηχανίες. Αν και υπάρχουν όμως διάφορες εταιρείες οι οποίες έχουν αποδεχθεί κάποια πρότυπα σύμβολα διαγραμμάτων οι περισσότερες χρησιμοποιούν διαφορετικά σύμβολα, που έχουν μεταξύ τους κάποιες ομοιότητες αλλά και μερικές διαφορές Κωδικοποίηση αρίθμηση του εξοπλισμού Σε κάθε μονάδα υπάρχουν συσκευές και μηχανήματα όπως είναι οι αντιδραστήρες, οι συμπιεστές, οι αντλίες, οι εναλλάκτες, οι δεξαμενές κλπ που εκτελούν παρόμοια εργασία σε διαφορετικά σημεία της μονάδας. Για να τα κωδικοποιήσουμε και να τα αριθμήσουμε χρησιμοποιούμε τα γράμματα του αγγλικού αλφάβητου. Έτσι σαν κωδικό για μια συσκευή χρησιμοποιούμε το πρώτο γράμμα από την Αγγλική λέξη που δηλώνει την συγκεκριμένη συσκευή. Όσο για την 37

38 αρίθμηση όμοιων συσκευών σε μια μονάδα στην πρώτη συσκευή βάζουμε τον αριθμό1 μετά το γράμμα του κωδικού στην δεύτερη τον αριθμό 2 κ.ο.κ. Για παράδειγμα στον πρώτο εναλλάκτη (Exchanger) μιας μονάδας βάζουμε τον κωδικό Ε- 1, στον δεύτερο εναλλάκτη της ίδιας μονάδας τον κωδικό Ε- 2 κ.ο.κ. Αντίστοιχα στην πρώτη αντλία (Pump) μιας μονάδας βάζουμε τον κωδικό P-1, στην δεύτερη βάζουμε τον κωδικό P-2, στην τρίτη τον κωδικό P-3 κλπ. Στην περίπτωση που έχουμε μια βιομηχανία με πολλές μονάδες τότε πρώτα αρχίζουμε με την κωδικοποίηση- αρίθμηση των μονάδων η οποία συνήθως γίνεται με το γράμμα U (Unit) που σημαίνει μονάδα και ένα τριψήφιο ακέραιο αριθμό. Έτσι η κωδικοποίηση- αρίθμηση μιας βιομηχανίας με πέντε μονάδες είναι: Η πρώτη μονάδα της βιομηχανίας : U-100 Η δεύτερη μονάδα της βιομηχανίας : U-200 Η τρίτη μονάδα της βιομηχανίας : U-300 Η τέταρτη μονάδα της βιομηχανίας : U-400 Η πέμπτη μονάδα της βιομηχανίας : U-500 Αντίστοιχα για τις αντλίες της μονάδας U-100 έχουμε : Η πρώτη αντλία της μονάδας U-100 : P-101 Η δεύτερη αντλία της μονάδας U-100 : P-102 Αντίστοιχα για τις αντλίες της μονάδας U-200 έχουμε : Η πρώτη αντλία της μονάδας U-200 : P-201 Η δεύτερη αντλία της μονάδας U-200 : P-202 κ.ο.κ. Για τους εναλλάκτες της μονάδας U-100 έχουμε : Ο πρώτος εναλλάκτης της μονάδας U-100 : Ε-101 Ο δεύτερος εναλλάκτης της μονάδας U-100 : Ε

39 Για τους εναλλάκτες της μονάδας U-200 έχουμε : Ο πρώτος εναλλάκτης της μονάδας U-200 : Ε-201 Ο δεύτερος εναλλάκτης της μονάδας U-200 : Ε-202 Ειδικότερα για την κωδικοποίηση- αρίθμηση των σωληνώσεων ο πιο συνηθισμένος τρόπος κωδικοποίησης περιλαμβάνει τα παρακάτω : Την ονομαστική διάμετρο της σωλήνωσης σε mm Τον κωδικό του ρευστού Τον αύξοντα αριθμό της σωλήνωσης στη μονάδα Τις προδιαγραφές της σωλήνωσης (κλάση) Για παράδειγμα ο κωδικός WP Α3 σημαίνει : WP : Process Water 202 : η δεύτερη σωλήνωση της μονάδας 200 (U-200) 300 : είναι η ονομαστική διάμετρος της σωλήνωσης σε mm Α3 : είναι η κλάση της σωλήνωσης Όργανα μέτρησης- ελέγχου και ρύθμισης Το κάθε όργανο συμβολίζεται με ένα κύκλο και μέσα στον κύκλο αναγράφεται συνδυασμός δύο ή τριών γραμμάτων. Από αυτά: Το πρώτο γράμμα καθορίζει την μετρούμενη μεταβλητή όπως Τ για την θερμοκρασία, Ρ για την πίεση, L για την στάθμη και F για την παροχή. Το δεύτερο και το τρίτο γράμμα καθορίζει τον τρόπο λειτουργίας του οργάνου, όπως πχ : R: Recording Instrument : καταγραφικό όργανο C: Controlling Instrument : ρυθμιστικό όργανο 39

40 I : Indication Instrument : ενδεικτικό όργανο Επομένως η περιγραφή των οργάνων γίνεται με συνδυασμό ενός γράμματος που καθορίζει την μεταβλητή και ενός ή δύο επιπλέον γραμμάτων που καθορίζουν την λειτουργία του οργάνου. Μερικά παραδείγματα συμβολισμού είναι τα παρακάτω : FI (Flow Indicator) : ενδεικτικό ροής FRC (Flow Recording Controller) : καταγραφικός ρυθμιστής ροής FIC (Flow Indicator Controller) : ενδεικτικός ρυθμιστής ροής TI (Temperature Indicator) : ενδεικτικό θερμοκρασίας TIC (Temperature Indicator Controller) : ενδεικτικός ρυθμιστής θερμοκρασίας PI (Pressure Indicator) : ενδεικτικό πίεσης PIC (Pressure Indicator Controller) : ενδεικτικός ρυθμιστής πίεσης ΤRC (Temperature Recording Controller) : καταγραφικός ρυθμιστής θερμοκρασίας ΡRC (Pressure Recording Controller) : καταγραφικός ρυθμιστής πίεσης 40

41 1.2 Πίνακας βιομηχανικού εξοπλισμού Βασικός εξοπλισμός βιομηχανικών μονάδων Κωδικός Ονομασία Ελληνική ονομασία A Absorber Απορροφητήρας Ag Agitator Αναδευτήρας B Blower Φυσητήρας C Converter Μετατροπέας C Compressor Συμπιεστής C Condenser Συμπυκνωτής CT Cooling Tower Πύργος Ψύξης CV Conveyor Μεταφορική Ταινία D Drum Δοχείο DS Desuperheater Αφυπερθερμαντής E Heat exchanger F Filter Εναλλάκτης Θερμότητας Φίλτρο F Fan Ανεμιστήρας Fu Furnace Φούρνος GT Gas Turbine Τουρμπίνα Αερίου H Hooper Δεξαμενή H Heater Θερμαντήρας M Motor Ηλεκτρικινητήρας P Pump Αντλία PT Pit Θάλαμος R Reactor Αντιδραστήρας S Separator Διαχωριστής 41

42 1.3 Πίνακες κωδικοποίησης βιομηχανικών ρευστών- επεξήγησης οργάνων Κωδικοποίηση βιομηχανικών ρευστών Κωδικός Ονομασία Ελληνική Ονομασία A Air Αέρας AP Air Plant Βιομηχανικός Αέρας Boiler Feed Water Νερό Τροφοδοσίας λεβήτων Freon Φρέον FO Fuel Oil Καύσιμο Υγρό FG Fuel Gas Καύσιμο Αέριο G Glycol Γλυκόλη HY Hydrogen Υδρογόνο HPS High Pressure Steam Ατμός Υψηλής Πίεσης Methane Μεθάνιο SW Sea Water Θαλασσινό Νερό RW River Water Νερό Ποταμού TW Treated Water Επεξεργασμένο Νερό WCO Cooling Water Ψυκτικό Νερό WF Fire Water Νερό Πυρόσβεσης WD Drinking water Πόσιμο Νερό WR Water Return Επιστρεφόμενα Νερά WS Water Supply Τροφοδοσία Νερού WW Waste Water Λύματα BFW F M 42

43 Κωδικός T L F P D M C S V W Ph X A FF I R C PD TD IC RC CV SV A IA RA Επεξήγηση κωδικού οργάνου Ονομασία Ελληνική Ονομασία Temperature Θερμοκρασία Level Στάθμη Flow Ροή Pressure Πίεση Density Πυκνότητα Moisture Υγρασία Conductivity Αγωγιμότητα Speed Ταχύτητα Viscosity Ιξώδες Weight Βάρος Hydrogen Ion Οξύτητα Special Ειδικό Analyzer Αναλυτής Flow Fraction Λόγος Ροής Indicator Ενδεικτικό Recorder Καταγραφικό Controller Ρυθμιστής Pressure Differential Διαφορά Πίεσης Temperature Διαφορά Θερμοκρασίας Differential Indicating Controler Ενδεικτικός Ρυθμιστής Recording Controler Καταγραφικός Ρυθμιστής Control Valve Ρυθμιστική Βάνα Safety Valve Βαλβίδα ασφαλείας Alarm Συναγερμός Indicating Alarm Δείκτης Συναγερμού Recording Alarm Καταγραφή Συναγερμού 43

44 Επεξήγηση κωδικού οργάνου Κωδικός Ονομασία Ελληνική Ονομασία E Element Όργανο Μέτρησης T Transmitter Πομπός S Switch Διακόπτης FQ Flow Totalizer Αθροιστής Ροής TW Thermowell Υποδοχή Θερμόμετρου TI Temperature Indicator Ενδεικτικό Θερμοκρασίας TR Temperature Recorder Καταγραφικό Θερμικρασίας TIC Temperature Indicating Controler Temperature Recording Controler Temperature Recorder Alarm High Low Ενδεικτικός Ρυθμιστής Θερμοκρασίας Καταγραφικός Ρυθμιστής Θερμοκρασίας Καταγραφικό Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Θερμοκρασίας Ενδεικτικό Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Θερμοκρασίας Ενδεικτικό Διαφοράς Θερμοκρασίας Ενδεικτικός Ρυθμιστής Διαφοράς Θερμοκρασίας Καταγραφικός Ρυθμιστής Διαφοράς Θερμοκρασίας TRC TRAHL TIAHL TDI TDIC TDRC Temperature Indicator Alarm High Low Temperature Difference Indicator Temperature Difference Indicator Controler Temperature Difference Recording Controler 44

45 Επεξήγηση κωδικού οργάνου Κωδικός Ονομασία Ελληνική Ονομασία PE Pressure Element PI Pressure Indicator Στοιχείο Μέτρησης Ελέγχου Πίεσης Ενδεικτικό Πίεσης Temperature Indicator Switch Alarm High Low Pressure Recorder Ενδεικτικό με Διακόπτη και Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Θερμοκρασίας Καταγραφικό Πίεσης Pressure Indicating Controler Pressure Difference Indicator Pressure Difference Indicating Controler Pressure Recording Controler Pressure Difference Indicator Alarm High Low Pressure Difference Recording Controler Pressure Indicator Alarm High Low Pressure Switch Ενδεικτικός Ρυθμιστής Πίεσης Ενδεικτικό Διαφοράς Πίεσης Ενδεικτικός Ρυθμιστής Διαφοράς Πίεσης Καταγραφικός Ρυθμιστής Πίεσης Ενδεικτικό Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Διαφοράς Πίεσης Καταγραφικός Ρυθμιστής Διαφοράς Πίεσης Ενδεικτικό Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Πίεσης Διακόπτης Πίεσης TISAHL PR PIC PDI PDIC PRC PDIAHL PDRC PIAHL PS 45

46 Επεξήγηση κωδικού οργάνου Κωδικός PSAHL Ονομασία FE Flow Element Διακόπτης με Σήμα Κινδύνου για Υψηλή Χαμηλή Πίεση Όργανο Ροής FI Flow Indicator Ενδεικτικό Ροής FR Flow Recorder Καταγραφικό Ροής FIC Flow Indicator Controler Flow Recording Controler Ενδεικτικός Ρυθμιστής Ροής Flow Fraction Recording Controler Flow Indicator Switch Alarm High Low Καταγραφικός Ρυθμιστής Λόγου Ροής Ενδεικτικό Όργανο Παροχής με Διακόπτη Στάθμης και Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Ροής Ενδεικτικό Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Ροής Καταγραφικό Αθροιστικό Όργανο Ροής Όργανο Μέτρησης Ελέγχου Στάθμης FRC FFRC FISAHL FIAHL FRQ LE Pressure Switch Alarm High Low Ελληνική Ονομασία Flow Indicator Alarm High Low Flow Recording Totalizer Level Element Καταγραφικός Ρυθμιστής Ροής 46

47 Επεξήγηση κωδικού οργάνου Κωδικός Ονομασία Ελληνική Ονομασία LG Level Glass Υαλοδείκτης Στάθμης LI Level Indicator Ενδεικτικό Στάθμης FIQ Flow Indicating Totalizer Level Recorder Ενδεικτικό Αθροιστικό Όργανο Ροής Καταγραφικό Στάθμης Level Recording Condroler Level Indicating Condroler Level Indicating Alarm High Level Indicating Alarm Low Level Indicating Controler Alarm High Low Καταγραφικός Ρυθμιστής Στάθμης Ενδεικτικός Ρυθμιστής Στάθμης Ενδεικτικό Σήμα Κινδύνου Υψηλής Στάθμης Ενδεικτικό Σήμα Κινδύνου Χαμηλής Στάθμης Ενδεικτικός Ρυθμιστής Στάθμης με Σήμα Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Στάθμης Ρυθμιστής Στάθμης LR LRC LIC LIAH LIAL LICAHL LC LICSAHL Level Controler Level Indicating Ενδεικτικός Ρυθμιστής με Controler Switch Alarm Διακόπτη Στάθμης και Σήμα High - Low Κινδύνου Υψηλής Χαμηλής Στάθμης 47

48 48

49 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 20 Εξοπλισμός που χρησιμοποιείται σε χημικές βιομηχανίες Εικόνα 2.1 Βιομηχανία πετρελαίου 49

50 2.1. Εξοπλισμός βιομηχανικών εγκαταστάσεων Ένα εργοστάσιο επεξεργασίας φυσικού αερίου και ένα διυλιστήριο αποτελούνται από διάφορα είδη εξοπλισμού, όπως: Αντιδραστήρες Φυγοκεντρητές Κυκλώνες Πύργοι με πληρωτικό υλικό Βιομηχανικοί πύργοι ψύξης Κινητήρες Ηλεκτρογεννήτριες Αντλίες Συμπιεστές Ανεμιστήρες Φυσητήρες Αναδευτήρες Καυστήρες Λέβητες Ατμοστρόβιλοι Εναλλάκτες θερμότητας Δεξαμενές αποθήκευσης Θραυστήρες Φίλτρα Σωληνώσεις Εξαρτήματα, ενώσεις, βάνες 50

51 Αντιδραστήρες Όπως έχει ήδη αναφερθεί χημικές διεργασίες είναι οι διεργασίες στις οποίες μεταβάλλεται η δομή των μορίων των ουσιών, ενώ οι συσκευές στις οποίες πραγματοποιούνται ονομάζονται χημικοί αντιδραστήρες. Οι αντιδραστήρες, είναι κατασκευασμένοι με τέτοιο τρόπο, ώστε να εξασφαλίζουν τις κατάλληλες συνθήκες, όπως είναι η βέλτιστη θερμοκρασία, η βέλτιστη πίεση και ο καταλύτης, για την πραγματοποίηση μιας χημικής αντίδρασης. Οι χημικοί αντιδραστήρες είναι οι πιο σημαντικές συσκευές που συναντάμε στην χημική βιομηχανία και χρησιμοποιούνται σε βιομηχανίες όπως τα διυλιστήρια, οι φαρμακευτικές βιομηχανίες, κλπ. Για να είναι αποδοτική η λειτουργία ενός αντιδραστήρα πρέπει οι πρώτες ύλες σε όσο το δυνατό μεγαλύτερο βαθμό να μετατρέπονται σε προιόντα. Ακόμη για να έχουμε υψηλό βαθμό απόδοσης σε μια χημική αντίδραση απαιτείται η επιτάχυνση της αντίδρασης και αυτό επιτυγχάνεται με την χρησιμοποιούμε ενός καταλύτη. Αυτοί είναι ουσίες που δεν παίρνουν μέρος στην αντίδραση αλλά επιταχύνουν την εξέλιξη της. Στην περίπτωση που έχουμε την φθορά ενός καταλύτη, είτε γιατί άλλαξε η σύστασή του λόγω αντίδρασης με κάποια πρόσμιξη της τροφοδοσίας, είτε γιατί απενεργοποιήθηκε λόγω απόθεσης μετάλλων στην επιφάνειά του, μειώνεται σημαντικά η απόδοση της αντίδρασης. Για να αντιμετωπίσουμε την φθορά του καταλύτη τον αναγεννούμε επανακτώντας ένα σημαντικό μέρος της ισχύος του. Ο καταλύτης μπορεί είτε να είναι τοποθετημένος σε σταθερές κλίνες, ή να ρέει με την τροφοδοσία του αντιδραστήρα. 51

52 Σχέδιο 2.1 Αντιδραστήρας 52

53 Στο σχήμα έχουμε την απεικόνιση ένας αντιδραστήρα σταθερής κλίνης στον οποίο ο καταλύτης βρίσκεται σε τρείς κλίνες. Πάνω από αυτές, υπάρχουν διανομείς με τους οποίους επιτυγχάνεται η ομοιόμορφη κατανομή της τροφοδοσίας στις καταλυτικές κλίνες. Σε ορισμένες περιπτώσεις ενδιάμεσα στις κλίνες, τροφοδοτούνται επιπλέον παροχές σε ένα από τα συστατικά του αντιδρώντος μίγματος. Αυτές οι παροχές ονομάζονται quench και έχουν σαν στόχο την διατήρηση της θερμοκρασίας της κλίνης στις βέλτιστες τιμές. Οι χημικοί αντιδραστήρες με βάση το είδος των φάσεων που παίρνουν μέρος στην διεργασία διακρίνονται σε : μονοφασικούς, όταν η αντίδραση πραγματοποιείται είτε στην αέριο φάση ή στην υγρή πολυφασικούς, όταν έχουμε συνδυασμό φάσεων όπως υγρό και αέριο, ή υγρό και στερεό, ή στερεό και αέριο. Επιπλέον οι χημικοί αντιδραστήρες ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του αντιδραστήρα διακρίνονται σε : Ασυνεχείς ή διαλείποντος έργου (batch reactor), όταν γεμίζουμε με τα αντιδρώντα τον αντιδραστήρα, γίνεται η αντίδραση και κατόπιν αδειάζουμε τον αντιδραστήρα. Το διάστημα που πραγματοποιείται η αντίδραση δεν έχουμε εισερχόμενες ούτε εξερχόμενες ροές. Συνεχείς, όταν ο αντιδραστήρας λειτουργεί συνεχώς με συνεχόμενη εισαγωγή αντιδρώντων και εξαγωγή προιόντων. Ημιδιαλείποντος έργου που είναι ο αντιδραστήρας ενδιάμεσου τύπου. 53

54 Φυγοκεντρητές Η φυγοκέντρηση είναι μια διεργασία με την οποία επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός μειγμάτων τα οποία αποτελούνται είτε από δύο υγρά με διαφορετική πυκνότητα είτε από υγρά που περιέχουν πολύ μικρού μεγέθους στερεές προσμίξεις. Ο διαχωρισμός πραγματοποιείται σε ειδικές συσκευές (φυγοκεντρητές) και για την επίτευξή του χρησιμοποιείτε η φυγόκεντρος δύναμη. Λόγω της φυγόκεντρης δύναμης τα συστατικά που έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα συγκεντρώνονται στις περιοχές που είναι σχετικά μακριά από τον άξονα φυγοκέντρησης, ενώ αντίθετα τα συστατικά με μικρή πυκνότητα συγκεντρώνονται κοντά στον άξονα. Εικόνα 2.2 Φυγοκεντρητής Η ταχύτητα της φυγοκέντρησης καθορίζεται από την επιτάχυνση που εφαρμόζεται στο μείγμα και συνήθως μετράται σε στροφές ανά λεπτό (RPM). Η ταχύτητα καθίζησης των σωματιδίων στην φυγοκέντρηση εξαρτάτε από το μέγεθος και το σχήμα τους, από την φυγόκεντρη επιτάχυνση, το κλάσμα του όγκου των στερεών του, την διαφορά μεταξύ της πυκνότητας των σωματιδίων και του υγρού, και τέλος από το ιξώδες. Οι φυγοκεντρητές όπως έχουμε αναφέρει χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό μειγμάτων στην βιομηχανία αλλά και στα εργαστήρια. 54

55 Κυκλώνες Φυγόκεντροι συλλέκτες, οι οποίοι συχνά αποκαλούνται κυκλώνες, χρησιμοποιούνται στον διαχωρισμό των σωματιδίων από το αέριο στο οποίο περιέχονται. Οι κυκλώνες εκμεταλλεύονται την φυγόκεντρη δύναμη για τον διαχωρισμό αυτό. Είναι μεταλλικές συσκευές που χρησιμοποιούνται κυρίως σε βιομηχανικές μονάδες αλλά και σε καμινάδες σε κτίρια για να διαχωρίσουν τα επικίνδυνα στερεά σωματίδια από τα καυσαέρια. Η είσοδος του αέρα σε έναν κυκλώνα γίνετε από το στόμιό του που βρίσκεται στο πάνω μέρος. Κατόπιν ο αέρας στροβιλίζεται στο κυλινδρικό τοίχωμα της συσκευής αναπτύσσοντας πάνω στα σωματίδια φυγόκεντρες δυνάμεις. Τα σωματίδια λόγω των δυνάμεων αυτών εκτινάσσονται πάνω στο τοίχωμα χάνουν μέρος της ενέργειάς τους και οδηγούνται προς τα κάτω όπου καθιζάνουν. Στο βάση του κυκλώνα συγκεντρώνονται τα στερεά σωματίδια. Ο αέρας, έχοντας απαλλαχθεί από τα μικρά στερεά σωματίδια απομακρύνεται από την κορυφή του κυκλώνα και οδηγείται καθαρός πλέον στην ατμόσφαιρα Πύργοι με πληρωτικό υλικό Οι πύργοι με πληρωτικό υλικό χρησιμοποιούνται συνήθως σε συστήματα απορρόφησης, εκρόφησης αλλά και απόσταξης. Σε ένα τέτοιο σύστημα ένας διαλύτης εισάγεται στην κορυφή του πύργου ενώ ένα πλούσιο αέριο ρεύμα εισέρχεται από τον πυθμένα του. Τα δύο αυτά ρεύματα ρέουν κατά αντιρροή. Από την κορυφή απομακρύνεται το αέριο που έχει απαλλαχθεί από την διαλυμένη σε αυτό ουσία ενώ ο πλούσιος στην ουσία αυτή διαλύτης εξάγεται από τον πυθμένα. Η χρησιμοποίηση πύργων με πληρωτικό υλικό αυξάνει την επιφάνεια επαφής μεταξύ δύο φάσεων (συνήθως αέριας και υγρής) διευκολύνοντας την διεργασία της μεταφοράς μάζας από την αέρια φάση στην υγρή. Συνήθως χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις μικρής κλίμακας και σε περιπτώσεις που έχουμε μικρή σχετικά πτώση της πίεσης. Επίσης όταν έχουμε την έκλυση μεγάλων ποσοτήτων θερμότητας όπως στον πύργο απορρόφησης των ΝΟ2 για την παραγωγή νιτρικού 55

56 οξέος, είναι προτιμότερη η χρήση στηλών με δίσκους γιατί αυτοί ψύχονται ευκολότερα με εναλλάκτες θερμότητας. Τα πληρωτικά υλικά συνήθως αποτελούνται από πλαστικά, από ανοξείδωτο χάλυβα ή από κεραμικά και τοποθετούνται μέσα στον πύργο με τρόπο τυχαίο. Είδη πληρωτικών υλικών Δακτύλιοι Lessing Δακτύλιοι Rashing Δακτύλιοι Pal 56

57 2.2 Σχέδιο πύργου με πληρωτικό υλικό 57

58 Βιομηχανικοί πύργοι ψύξης Η κύρια χρήση των βιομηχανικών πύργων ψύξης είναι η απομάκρυνση της θερμότητας που απορροφάται από το νερό ψύξης κατά την κυκλοφορία του σε συστήματα όπως είναι οι εναλλάκτες θερμότητας. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε σταθμούς, μεταποιητικές μονάδες φυσικού αερίου, διυλιστήρια πετρελαίου, μονάδες επεξεργασίας τροφίμων, πετροχημικά, και άλλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι πύργοι ψύξης μπορεί να χρησιμοποιούν για την απαγωγή της θερμότητας είτε την εξάτμιση του νερού ή να βασίζονται στον αέρα ψύξης. Δύο είναι οι κύριοι τύποι πύργων : οι crossflow και οι αντιροής. Στους Crossflow πύργους o αέρας εισάγεται κάθετα προς τη ροή του νερού. Στους πύργους ψύξης αντιροής, το ζεστό νερό αντλείται και ψεκάζεται μέσα στον πύργο με κατεύθυνση προς τον πυθμένα του. Ο ψεκασμός πραγματοποιείται με την βοήθεια πολυάριθμων ακροφυσίων ψεκασμού που βρίσκονται στην κορυφή του πύργου. Ατμοσφαιρικός αέρας εισέρχεται από το κάτω μέρος του πύργου και ανεβαίνει προς την κορυφή κατ αντιροή με το ζεστό νερό. Έχουμε πολλές εφαρμογές των πύργων ψύξης, που χρησιμοποιούνται σε διυλιστήρια, σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, χημικές εγκαταστάσεις, και στην ψύξη κτιρίων. Το μέγεθος των πύργων ψύξης ποικίλει, από μικρές μονάδες μέχρι πολύ μεγάλες που μπορεί να έχουν ύψος μέχρι και 200 μέτρα και διάμετρο μέχρι 100 μέτρα, ή μονάδες που είναι ορθογώνιες και μπορεί να έχουν ύψος πάνω από 40 μέτρα και μήκος πάνω από 80 μέτρα. Σε μια μονάδα, για παράδειγμα, παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από άνθρακα 700 MW που διαθέτει πύργο ψύξης η ποσότητα του ψυκτικού νερού που κυκλοφορεί ανέρχεται περίπου σε m3/hr και το νερό που κυκλοφορεί υπολογίζεται ότι είναι περίπου το 5 %, δηλαδή περίπου m3/hr. 58

59 Το ίδιο εργοστάσιο αν δεν διέθεται πύργο ψύξης θα απαιτούσε περίπου m3/hr και η όλη αυτή η ποσότητα του νερού θα επέστρεφε συνεχώς είτε στην θάλασσα, ή στην λίμνη ή στο ποτάμι από το οποίο προέρχεται. Όταν όμως έχουμε την απόρριψη τόσο μεγάλων ποσοτήτων ζεστού νερού σε έναν αποδέκτη μπορεί να αυξηθεί η θερμοκρασία του σε επίπεδο που θα προκαλέσει μεγάλη ζημιά για το τοπικό οικοσύστημα. Η θερμική ρύπανση που θα προκληθεί μπορεί να προκαλέσει προβλήματα ή ακόμη και τον θάνατο στα ψάρια και τους άλλους υδρόβιους οργανισμούς. Τα διυλιστήρια πετρελαίου επίσης διαθέτουν μεγάλα συστήματα πύργων ψύξης. Εικόνα 2.3 Πύργος ψύξης σε εργαστηριακή κλίμακα Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 59

60 Εικόνα 2.4 Πύργος ψύξης Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 60

61 Κινητήρες Ο κινητήρας είναι μια σύγχρονη μηχανή που μετατρέπει οποιαδήποτε μορφή ενέργειας (θερμική, υδραυλική, ηλεκτρική) σε μηχανικό έργο. Συνήθως οι κινητήρες διακρίνονται, ανάλογα με το είδος της ενέργειας, που μετατρέπουν σε κινητική ενέργεια, και έχουμε: - Ηλεκτροκινητήρες ή ηλεκτρικοί κινητήρες. Είναι μηχανές που καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια και την μετατρέπουν σε κινητική ενέργεια. Αυτή η κατηγορία κινητήρων παρουσιάζει την μεγαλύτερη απόδοση ενέργειας σε σχέση με την ενέργεια που τους προσφέρεται. Οι κινητήρες και οι ηλεκτρογεννήτριες είναι μηχανήματα που έχουν αντίστοιχη δομή αλλά αντίστροφη λειτουργία. Έτσι ενώ στον κινητήρα το ηλεκτρικό ρεύμα μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια στις γεννήτριες αντίστροφα η μηχανική ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα. Ωστόσο η λειτουργία τόσο των ηλεκτροκινητήρων όσο και των ηλεκτρικών γεννητριών βασίζεται στην ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Σε έναν αγωγό ο οποίος διαρρέεται με ηλεκτρικό ρεύμα και βρίσκεται σε ένα μαγνητικό πεδίο ασκείται μια δύναμη από το μαγνητικό πεδίο που έχει την τάση να τον κινήσει. Η δύναμη που ασκείται είναι ανάλογη προς την ένταση του μαγνητικού πεδίου και την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος. Οι ηλεκτροκινητήρες διακρίνονται σε : 1. κινητήρες συνεχούς και 2. κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος διακρίνονται σε : 1. Μονοφασικούς και 2. Πολυφασικούς 61

62 Εικόνα 2.5 Μονοφασικός κινητήρας Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης - Θερμικούς κινητήρες οι οποίοι μετατρέπουν σε μηχανικό έργο την θερμική ενέργεια. Χωρίζονται σε κινητήρες εσωτερικής καύσης και κινητήρες εξωτερικής καύσης. Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης είναι αυτοί στους οποίους η θερμική ενέργεια παράγεται από την καύση συνήθως υγρών όπως είναι το πετρέλαιο και η βενζίνη. Είναι οι πλέον διαδομένοι κινητήρες, γιατί παρέχουν ικανοποιητική απόδοση. Οι κινητήρες εσωτερικής καύσης χωρίζονται σε : 1. κινητήρες ντίζελ, που χρησιμοποιούν για καύσιμο το πετρέλαιο και 2. κινητήρες που χρησιμοποιούν για καύσιμο τη βενζίνη. - Ανεμοκινητήρες οι οποίοι παράγουν έργο από την ενέργεια του αέρα. - Υδροστρόβιλους ή υδροκινητήρες που χρησιμοποιούν την ενέργεια του νερού που κινείται για την παραγωγή έργου. 62

63 Ηλεκτρογεννήτριες Οι ηλεκτρογεννήτριες είναι συσκευές που μετατρέπουν την μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική, με βάση την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή. Η αντίστροφη μετατροπή, όπως ήδη έχει αναφερθεί, της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια γίνεται από τους κινητήρες. Η πηγή της μηχανικής ενέργειας μπορεί να είναι : μια παλινδρομική ατμομηχανή το νερό μέσω μιας τουρμπίνας μία ανεμογεννήτρια μία μηχανή εσωτερικής καύσεως οποιαδήποτε άλλη πηγή μηχανικής ενέργειας. Εικόνα 2.6 Κινητήρας συνεχούς ρεύματος με γεννήτρια Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 63

64 Εικόνα 2.7 Γεννήτρια συνεχούς ρεύματος Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Μηχανήματα κίνησης των ρευστών Η κίνηση των ρευστών μέσα σε σωληνώσεις και συσκευές πραγματοποιείται με μηχανήματα όπως είναι οι αντλίες, οι συμπιεστές, οι ανεμιστήρες και οι φυσητήρες. Τα παραπάνω μηχανήματα αυξάνουν την ενέργεια στα ρευστά και τοιουτοτρόπως επιτυγχάνουν : την αύξηση στην ταχύτητά τους ή την αύξηση στην πίεσή τους ή την ανύψωση στην στάθμη τους. Η προσθήκη ενέργειας στα ρευστά πραγματοποιείται είτε με : Θετική εκτόπιση είτε με Φυγοκεντρική δράση Έχουμε λοιπόν δύο κατηγορίες με μηχανήματα τα οποία κινούν τα ρευστά : Σε αυτά που εφαρμόζουν πίεση άμεσα επί του ρευστού και Σε αυτά που χρησιμοποιούν την ροπή για να δημιουργήσουν περιστροφή 64

65 2.1.9.Αντλίες Η αντλία είναι μια συσκευή η οποία χρησιμοποιείται για την μετακίνηση υγρών. Στην αντλία η πυκνότητα του ρευστού είναι μεγάλη και σταθερή, ενώ οι διαφορές πίεσης είναι σημαντικές. Οι αντλίες όταν βρίσκονται σε λειτουργία προσδίδουν ενέργεια στο υγρό μετατρέποντας την μηχανική ενέργεια του κινητήρα τους σε δυναμική και κινητική ενέργεια στο ρευστό. Στα διυλιστήρια χρησιμοποιούνται για την μετακίνηση μέσω σωληνώσεων, υδρογονανθράκων, νερού παραγωγής και λυμάτων. Οι αντλίες μπορεί να τροφοδοτούνται από ηλεκτρικούς κινητήρες, τουρμπίνες ατμού, ή κινητήρες εσωτερικής καύσης. Οι αντλίες δεν δημιουργούν πίεση αλλά μόνο εκτοπίζουν το υγρό, προκαλώντας ροή. Η ύπαρξη αντίστασης στη ροή μπορεί να προκαλέσει πίεση. Εικόνα 2.8 Αντλία Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Οι αντλίες με βάση την αρχή λειτουργίας τους κατατάσσονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες : Τις φυγοκεντρικές αντλίες και Τις αντλίες θετικής μετατόπισηςοι φυγοκεντρικές αντλίες ανάλογα με τον τύπο της ροής τους χωρίζονται σε : 65

66 Αντλίες αξονικής ροής Αντλίες ακτινικής ροής και Αντλίες μικτής ροής Επίσης οι αντλίες θετικής μετατόπισης χωρίζονται σε : Περιστροφικές και Παλινδρομικές Φυγοκεντρικές αντλίες Η φυγοκεντρική αντλία είναι ο περισσότερο διαδεδομένος τύπος αντλίας που χρησιμοποιείται για την κίνηση των υγρών μέσα σε συστήματα σωληνώσεων. Η μηχανική ενέργεια στο υγρό αυξάνεται λόγω της φυγόκεντρης δύναμης. Με την βοήθεια ενός περιστρεφόμενου στροφείου αυξάνεται η πίεση και η παροχή του υγρού. Το υγρό εισάγεται στο στροφείο της αντλίας πλησίον του άξονα περιστροφής και επιταχύνεται από το στροφείο. Η έξοδος του ρευστού γίνεται ακτινωτά προς τα έξω ή αξονικά σε ένα diffuser. Οι φυγοκεντρικές αντλίες είναι ο πλέον κοινός τύπος αντλίας που χρησιμοποιείται για τους παρακάτω λόγους : Έχουν ομοιόμορφη και συνεχή ροή Δεν παρουσιάζουν διακυμάνσεις στην παροχή και την πίεση Έχουν την δυνατότητα να ρυθμίζεται η παροχή Έχουν ικανοποιητική απόδοση Έχουν μικρό όγκο και βάρος Συνδέονται εύκολα με τους κινητήρες Έχουν σχετικά μικρό κόστος απόκτησης και μικρό λειτουργικό κόστος Είναι ασφαλείς στην λειτουργία τους 66

67 Φυγοκεντρικές αντλίες ακτινωτής ροής Το υγρό το οποίο τροφοδοτείται μέσω του σωλήνα αναρρόφησης στην αντλία, με την περιστροφή της πτερωτής από τον κινητήρα και λόγω της φυγόκεντρης δύναμης, μεταφέρεται από το κέντρο προς την περιφέρεια. Κατόπιν οδηγείται στο σπειροειδές περίβλημα και καταλήγει στον σωλήνα κατάθλιψης. Καθώς το υγρό μεταφέρεται από το κέντρο προς την περιφέρεια της πτερωτής έχουμε μείωση της πίεσης στο κέντρο. Λόγω της χαμηλής πίεσης στο κέντρο νέα ποσότητα υγρού εισάγεται μέσω του σωλήνα αναρρόφησης προς το κέντρο. Με αυτόν τον τρόπο έχουμε σταθερή ροή από την αναρρόφηση προς την κατάθλιψη. Εικόνα 2.9 Φυγοκεντρική αντλία ακτινωτής ροής Εκτός από τις φυγοκεντρικές αντλίες ακτινικής ροής, όπως έχουμε ήδη αναφέρει, έχουμε και τις φυγοκεντρικές αντλίες αξονικής ροής, καθώς επίσης και τις πολυβάθμιες αντλίες ή μικτής ροής. Αντλίες θετικής μετατόπισης Μια αντλία θετικής μετατόπισης δημιουργεί κίνηση σε ένα ρευστό πρώτα παγιδεύοντας μια ποσότητα του ρευστού εντός ενός θαλάμου και στη συνέχεια, εκτοπίζοντας το ρευστό αυτό, σε μεγαλύτερη πίεση, στον σωλήνα εκκένωσης. Οι αντλίες θετικής μετατόπισης, σύμφωνα με τον μηχανισμό που χρησιμοποιείται για την κίνηση του ρευστού μπορεί να ταξινομηθούν σε : 67

68 - Περιστροφικές Οι περιστροφικές αντλίες θετικής μετατόπισης είναι αντλίες υγρών που κυκλοφορούν με τις αρχές της εναλλαγής. Είναι πολύ αποτελεσματικές αντλίες, γιατί αφαιρούν φυσικά τον αέρα από τις γραμμές, και έτσι στη συνέχεια δεν απαιτείται η απαγωγή του. Οι θετικής μετατόπισης περιστροφικές αντλίες έχουν όμως και τα μειονεκτήματά τους. Η απόσταση που υπάρχει μεταξύ της περιστροφής της αντλίας και του εξωτερικού άκρου πρέπει να είναι μικρή, και επομένως χρειάζεται οι αντλίες να περιστρέφονται με αργή και σταθερή ταχύτητα. Εικόνα 2.10 Παράλληλη και εν σειρά σύνδεση αντλιών Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Υπάρχει μεγάλη ποικιλία περιστροφικών αντλιών, όπως : Οδοντωτές αντλίες Κοχλιωτές αντλίες 68

69 Λοβοφόροι αντλίες Αντλίες με πτερύγια Αντλίες με κόμβους - Παλινδρομικές Αυτές οι αντλίες θετικής εκτόπισης έχουν μια διευρυνόμενη κοιλότητα στην πλευρά αναρρόφησης και μία μικρότερη κοιλότητα από την πλευρά της εκτόπισης. Στις παλινδρομικές αντλίες έχουμε ένα θάλαμο που είναι ένας σταθερός κύλινδρος και περιέχει ένα έμβολο. Σε αυτές το υγρό, μέσω μιας δικλείδας αντεπιστροφής, αναρροφάται στην είσοδο του κυλίνδρου, ενώ το έμβολο υποχωρεί, και κατόπιν εκτοπίζεται στην κατάθλιψη μέσω μιας δικλείδας αντεπιστροφής. Εικόνα 2.11 Ηλεκτρομαγνητικός μετρητής παροχής Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Στις περισσότερες περιπτώσεις οι αντλίες αυτού του τύπου είναι διπλής ενέργειας, και έχουμε το υγρό να εισέρχεται εναλλάξ σε κάθε πλευρά του εμβόλου, έτσι ώστε το ένα μέρος του κυλίνδρου να γεμίζει ενώ το άλλο θα εκκενώνεται. 69

70 Απόδοση αντλίας Απόδοση αντλίας ονομάζεται ο λόγος της ενέργειας που μεταδίδεται στο υγρό από την αντλία ως προς την ενέργεια που παρέχεται στην αντλία. Για μια συγκεκριμένη αντλία η απόδοσή της δεν είναι σταθερή, αλλά είναι συνάρτηση πολλών παραγόντων. Για τις φυγοκεντρικές αντλίες, η αποτελεσματικότητα αυξάνεται με τον ρυθμό ροής μέχρις όμως ενός σημείου στο μέσο περίπου της κλίμακας λειτουργίας, όπου έχουμε την μέγιστη αποδοτικότητα, ενώ στη συνέχεια μειώνεται καθώς το ποσοστό ροής αυξάνεται. Λόγω της φυσιολογικής φθοράς όπως είναι αναμενόμενο οι αποδόσεις στις αντλίες τείνουν να μειώνονται με την πάροδο του χρόνου Συμπιεστές Ένας συμπιεστής αερίου (Compressor) είναι μια μηχανική συσκευή που συγκεντρώνει σε ένα κλειστό χώρο (αεροθάλαμο) ένα αέριο, αυξάνει την πίεση και την πυκνότητά του μειώνοντας αντίστοιχα τον όγκο του. Είναι συσκευές που καταναλώνουν μηχανικό έργο, για να αυξήσουν την πίεση και να μειώσουν τον όγκο του αερίου. Οι αεροσυμπιεστές, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μία πληθώρα εφαρμογών όπως για παράδειγμα σε σπρέυ βαφής, πρέσσες, κάρφωμα, κλπ. Ευρέως χρησιμοποιούνται σήμερα οι εμβολοφόροι παλινδρομικοί συμπιεστές για τις απαιτητικές βιομηχανικές εφαρμογές όμως προτιμώνται οι κοχλιοφόροι αεροσυμπιεστές γιατί παρουσιάζουν καλύτερη συμπίεση, μεγαλύτερη διάρκεια λειτουργίας και μειωμένη στάθμη θορύβου. 70

71 Εικόνα 2.12 Διβάθμιος αεροσυμπιεστής cc με ξηραντήρα αέρα Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Τύποι συμπιεστών - Περιστροφικοί αεροσυμπιεστές Στους συμπιεστές αυτού του τύπου έχουμε την συμπίεση του αέρα με κατάλληλα περιστρεφόμενα έμβολα τα οποία ονομάζονται λοβοί. Με αυτούς τους συμπιεστές ο αέρας φυγοκεντρείται και κατόπιν μεταφέρεται στην περιφέρεια του κελύφους και στο αεροφυλάκιο. Η χρήση τους είναι κυρίως για συνεχή και σταθερή λειτουργία σε κλάδους όπως είναι τα διυλιστήρια, τα πετροχημικά και τα εργοστάσια επεξεργασίας φυσικού αερίου. Η εφαρμογή τους μπορεί να είναι από 100 ίππους (75 kw) μέχρι ιπποδύναμη χιλιάδων ίππων. Όταν χρησιμοποιηθούν πολλαπλά στάδια, μπορεί να επιτευχθούν πολύ μεγάλες πιέσεις εξόδου άνω των psi (69 MPa). 71

72 - Εμβολοφόροι αεροσυμπιεστές Στους εμβολοφόρους αεροσυμπιεστές το έμβολο, κινείται μέσα σε ένα κύλινδρο από το στροφαλοφόρο άξονα μεταξύ δύο σημείων. Ο αέρας εισέρχεται στον κύλινδρο λόγω του κενού που δημιουργείται από το έμβολο κατά την μια διαδρομή που εκτελεί και κατόπιν συμπιέζεται κατά την άλλη διαδρομή. Η αναρρόφηση και κατάθλιψη του αέρα γίνεται με βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής. Οι εμβολοφόροι αεροσυμπιεστές μπορεί να είναι σταθεροί ή φορητοί, και μπορεί να έχουν ηλεκτρικούς κινητήρες ή κινητήρες εσωτερικής καύσης. Εφαρμογές εμβολοφόρων αεροσυμπιεστών Οι αεροσυμπιεστές χρησιμοποιούνται σε διάφορες εφαρμογές όπου απαιτούνται υψηλότερες πιέσεις, όπως : αγωγούς μεταφοράς του φυσικού αερίου για να μετακινηθεί το φυσικό αέριο από τη μονάδα παραγωγής του προς τον καταναλωτή διυλιστήρια πετρελαίου μονάδες επεξεργασίας του φυσικού αερίου πετροχημικά και άλλες χημικές εγκαταστάσεις στην ψύξη και τον κλιματιστικό για την κίνηση της θερμότητας από το ένα μέρος στο άλλο. συστήματα αεριοστροβίλων κατασκευή και ανάπτυξη διαδικασιών για την λειτουργία όλων των τύπων πνευματικών εργαλείων ως μέσο για τη μεταφορά ενέργειας την δημιουργία πίεσης μέσα στα αεροσκάφη για να έχουν υψηλότερη πίεση από την πίεση του περιβάλλοντος σε ορισμένους τύπους αεριοστροβιλοκινητήρων για την παροχή του αέρα που απαιτείται για την καύση του καυσίμου του κινητήρα μέσα σε υποβρύχια, για την αποθήκευση του αέρα για μετέπειτα χρήση 72

73 μέσα σε στροβιλοσυμπιεστές για να αυξήσει τις επιδόσεις στους κινητήρες εσωτερικής καύσης με την αύξηση της ροής μάζας σιδηροδρόμους για την παροχή πεπιεσμένου αέρα για τη λειτουργία των φρένων του σιδηροδρομικού οχήματος όπως και για διάφορα άλλα συστήματα (πόρτες, υαλοκαθαριστήρες, κινητήρα/ταχυτήτων ελέγχου, κλπ) διάφορες χρήσεις, όπως η παροχή πεπιεσμένου αέρα για την πλήρωση ελαστικών (λάστιχα) - Κοχλιοφόροι αεροσυμπιεστές Αυτού του τύπου οι συμπιεστές αποτελούνται από δύο ελικοειδείς συνεργαζόμενους ρότορες που είναι ο ένας αρσενικός και ο άλλος θηλυκός. Οι ρότορες που έχουν τη μορφή ατέρμονα κοχλία περιστρέφονται σε έναν κύλινδρο από κινητήρα. Ο αρσενικός ρότορας παίρνει κίνηση από τον κινητήρα και την μεταφέρει στον θηλυκό ρότορα. Με την περιστροφική κίνηση που εκτελούν εγκλωβίζουν, μεταφέρουν και συμπιέζουν τον αέρα. Εικόνα 2.13 Αεροσυμπιεστής μιας βαθμίδας 200 cc Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 73

74 Ανεμιστήρες - Φυσητήρες Οι ανεμιστήρες (fans) είναι συσκευές οι οποίες καταθλίβουν μεγάλες ποσότητες αερίων. Είναι μηχανήματα που δημιουργούν πολύ μικρές πιέσεις, ενώ οι ανεμιστήρες που χρησιμοποιούνται περισσότερο είναι οι φυγοκεντρικοί. Φυσητήρες (blowers) είναι τα περιστροφικά μηχανήματα υψηλής ταχύτητας που μετακινούν και συμπιέζουν αέρια. Διακρίνονται σε : Φυσητήρες θετικής εκτόπισης και Φυσητήρες φυγοκεντρικούς. Εικόνα 2.14 Ανεμιστήρες Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 74

75 Αναδευτήρες Πολλές φορές τόσο η σωστή λειτουργία των εργασιών στα εργοστάσια όσο και η ικανοποιητική ποιότητα στα παραγόμενα προιόντα τους εξαρτάται και από την αποτελεσματική ανάδευση και ανάμιξη των ρευστών. Ανάδευση είναι η δημιουργία κίνησης (συνήθως κυκλικής) σε υλικά που βρίσκονται μέσα σε δοχεία. Τα υλικά τα οποία αναδεύουμε είναι κυρίως υγρά, και σκοπός της ανάδευσης μπορεί να είναι : Η ανάμιξη αναμίξιμων υγρών Ο διασκορπισμός ενός αερίου σε ένα υγρό Η αιώρηση σε υγρό στερεών σωματιδίων Η μεταφορά της θερμότητας από τον μανδύα που περικλείει ένα υγρό προς το υγρό αυτό Εικόνα 2.15 Τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος Αναδευτήρας ΠολύμετροΕργαστήριο Οργανικής Χημείας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Η ανάδευση συνήθως πραγματοποιείται μέσα σε κυλινδρικά δοχεία στα οποία η οροφή τους μπορεί να είναι κλειστή ή ακάλυπτη. Ένας έλικας 75

76 είναι τοποθετημένος σε έναν άξονα που είναι στερεωμένος στο πάνω μέρος του δοχείου. Ο άξονας κινείται από έναν κινητήρα με τον οποίο είναι συνδεδεμένος μέσω ενός μειωτήρα Καυστήρες Καυστήρας είναι μια συσκευή με την οποία επιτυγχάνεται η ανάμειξη ενός καυσίμου με τον αέρα, και κατόπιν η καύση του καυσίμου με το οξυγόνο του αέρα για την παροχή θερμικής ενέργειας. Οι καυστήρες ανάλογα με τον τρόπο που λειτουργούν και το καύσιμο το οποίο χρησιμοποιούν διακρίνονται σε : Καυστήρες πετρελαίου Καυστήρες μαζούτ Καυστήρες φυσικού αερίου Καυστήρες υγραερίου και Καυστήρες ειδικών καυσίμων Εικόνα 2.16 Λέβητας με καυστήρα Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 76

77 Λέβητες Ο λέβητας είναι μια συσκευή μέσα στην οποία μετατρέπουμε το νερό που περιέχεται σε αυτή σε ατμό με την παροχή θερμικής ενέργειας. Για αυτόν τον λόγο ονομάζεται και ατμογεννήτρια. Μπορεί να θεωρηθεί ότι οι συσκευές που λειτουργούν σε χαμηλή έως μέση πίεση είναι λέβητες ενώ σε μεγάλες πιέσεις συνήθως αναφέρονται σαν ατμογεννήτριες. Γενικά σε ένα λέβητα μπορούμε να θεωρήσουμε ότι το συνολικό ποσό θερμικής ενέργειας στην είσοδό του είναι ίσο με την θερμική ενέργεια στην έξοδό του. 77

78 Εικόνα 2.17 Διάγραμμα ατμογεννήτριας Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 78

79 Βιομηχανικοί λέβητες Η γεννήτρια ατμού ή λέβητας αρχικά μεταφέρει θερμότητα στο νερό για να το μετατρέψει σε ατμό. Με την βοήθεια της θερμότητας αυτής παράγεται κορεσμένος ατμός σε θερμοκρασία βρασμού, που ποικίλλει ανάλογα με την πίεση πάνω από το βραστό νερό. Έτσι μπορεί να έχουμε ατμό χαμηλής πίεσης, ατμό μέσης πίεσης και ατμό υψηλής πίεσης (Ηigh Pressure steam). Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του κλιβάνου, τόσο πιο γρήγορα έχουμε την παραγωγή ατμού. Ο κορεσμένος ατμός που παράγεται, κατόπιν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με την βοήθεια μιας τουρμπίνας και ενός εναλλάκτη. Εικόνα 2.18 Σύστημα ατμοπαραγωγής Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 79

80 Εικόνα 2.19 Δοχείο διαστολής - λέβητας - καυστήρας Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 80

81 Ατμοστρόβιλοι 2.3 Διάγραμμα παραγωγής ηλεκτρισμού με τουρμπίνα ατμού 81

82 Ένας ατμοστρόβιλος (τουρμπίνα) είναι μια μηχανική συσκευή που αφαιρεί θερμική ενέργεια από τον υπέρθερμο ατμό, και τη μετατρέπει σε περιστροφική κίνηση. Επειδή η τουρμπίνα παράγει περιστροφική κίνηση, είναι ιδιαίτερα κατάλληλη για να χρησιμοποιηθεί για την λειτουργία μιας ηλεκτρικής γεννήτριας - περίπου το 80% του συνόλου παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσμο γίνεται με τη χρήση των τουρμπίνων ατμού. Εικόνα 2.20 Ατμοστρόβιλος - γεννήτρια Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Εικόνα 2.21 Τουρμπίνα Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 82

83 Εικόνα 2.22 Υδροστρόβιλος Pelton Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Τύποι Οι τουρμπίνες ατμού βρίσκονται σε διάφορα μεγέθη που κυμαίνονται από μικρές 1 hp (0,75 kw) μονάδες (σπάνια), που χρησιμοποιούνται ως μηχανικά συστήματα για αντλίες, και συμπιεστές, έως στροβίλους hp ( kw) που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Υπάρχουν διάφορες ταξινομήσεις για τις σύγχρονες τουρμπίνες ατμού. 83

84 Εικόνα 2.23 Ατμολέβητας - ατμοστρόβιλος Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Συσκευές θέρμανσης και ψύξης Για την θέρμανση και την ψήξη στην βιομηχανία οι κύριες συσκευές που χρησιμοποιούνται είναι : οι εναλλάκτες θερμότητας οι αναβραστήρες και οι συμπυκνωτήρες Εναλλάκτες θερμότητας (Heat exchangers) Οι μεγάλες αυξομειώσεις που είχαμε στις τιμές των καυσίμων στα τέλη του προηγούμενου αιώνα οδήγησαν την βιομηχανία στην εφαρμογή πολιτικών μείωσης της κατανάλωσης και γενικότερα εξοικονόμησης 84

85 ενέργειας. Παράλληλα για τον ίδιο λόγο και οι κυβερνήσεις των ανεπτυγμένων βιομηχανικών χωρών έδωσαν κίνητρα μέσα επιδοτήσεων για την εξοικονόμηση της ενέργειας. Με αυτό το περιβάλλον όπως ήτανε φυσικό αναπτύχθηκαν τεχνολογίες για περισσότερο αποτελεσματική αξιοποίηση της ενέργειας κυρίως με την εφαρμογή εναλλακτών θερμότητας. Οι εναλλάκτες θερμότητας είναι συσκευές οι οποίες χρησιμοποιούνται για την μεταφορά ενέργειας από ένα ρευστό με υψηλή θερμοκρασία σε άλλο ρευστό με χαμηλότερη θερμοκρασία. Συνήθως με τους εναλλάκτες μεταφέρουμε θερμότητα από ένα τμήμα μιας μονάδας με περίσσεια θερμότητας (αντιδραστήρες με εξώθερμες αντιδράσεις) σε ένα άλλο τμήμα που απαιτεί θερμότητα (π.χ. προθέρμανση της πρώτης ύλης σε πύργους απόσταξης). Οι ροές των δύο ρευστών στον εναλλάκτη διαχωρίζονται μεταξύ τους με ένα μη διαπερατό αλλά θερμοαγώγιμο διαχωριστικό. Η διαφορά θερμοκρασίας που υπάρχει ανάμεσα στα δύο ρευστά οδηγεί στην μεταφορά θερμότητας από το ρευστό με την μεγαλύτερη θερμοκρασία προς το ρευστό με την μικρότερη θερμοκρασία μέσω του διαχωριστικού. Οι εναλλάκτες χωρίζονται σε : Απλούς εναλλάκτες θερµότητας παράλληλης ροής ή κατά αντιρροή (Parallel flow or counterflow heat exchangers) εναλλάκτες θερµότητας εγκάρσιας ροής (Cross-flow heat exchangers) Οι εναλλάκτες επίσης μπορεί να διαχωρισθούν σε δύο βασικά είδη: στους εναλλάκτες άμεσης επαφής όταν έχουμε ρευστά διαφορετικής φάσης που έρχονται σε άμεση επαφή μεταξύ τους, ανταλλάσσουν θερμότητα και κατόπιν διαχωρίζονται στους εναλλάκτες έμμεσης επαφής στους οποίους τα δύο ρευστά ανταλλάσουν θερμότητα χωρίς να έρχονται σε επαφή μεταξύ τους, αλλά μέσω μιας διαχωριστικής επιφάνειας. 85

86 Βασικοί τύποι εναλλακτών έμμεσης επαφής. 1. Απλοί εναλλάκτες αυλών - κελύφους (shell and tube) Εϊναι η πιό απλή μορφή εναλλάκτη και αποτελείται από δυο σωλήνες όπου το ένα ρευστό ανταλλάσει θερμότητα με το άλλο ρευστό μέσω της επιφάνειας της ενδιάμεσης σωλήνας. 2. Εναλλάκτες σταυρωτής ροής (cross flow) Είναι οι εναλλάκτες που η ροή του ενός ρευστού είναι κάθετη προς την ροή του δεύτερου ρευστού. 3. Εναλλάκτες μικτής ροής Είναι οι εναλλάκτες στους οποίους δεν έχουμε κανένα από τους παραπάνω τύπους ροής, αλλά συνδυασμό αυτών. Σωληνωτοί εναλλάκτες (shell and tube). Αυτοί είναι εναλλάκτες μικτής ροής που αποτελούνται από κέλυφος και δέσμη σωλήνων. Το ένα ρευστό κυκλοφορεί στο κέλυφος του εναλλάκτη ενώ το άλλο κυκλοφορεί ανάμεσα στους σωλήνες. Το ρευστό το οποίο κυκλοφορεί στο κέλυφος εξαναγκάζεται να ακολουθήσει πολύπλοκη διαδρομή με την παρεμβολή μεταλλικών πλακών που του αλλάζουν τη διεύθυνση. Έτσι έχουμε τυρβώδη ροή και πετυχαίνουμε καλύτερα αποτελέσματα στην μετάδοση θερμότητας. 86

87 Εικόνα 2.24 Εναλλάκτης θερμότητας (shell and tube) Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Σωληνωτούς εναλλάκτες χρησιμοποιούμε σε εγκαταστάσεις με θερμό νερό, ατμό, κλπ. Eίναι το περισσότερο διαδεδομένο είδος εναλλάκτη με πολλές εφαρμογές στην βιομηχανία τροφιμων, την χημική βιομηχανία, στην παραγωγή ζεστού νερού σε μεγάλα κτίρια κ.λ.π. Εικόνα 2.25 Εναλλάκτες θερμότητας Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 87

88 Εικόνα 2.26 Τομή εναλλάκτη θερμότητας (shell and tube) Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης Δεξαμενές αποθήκευσης Οι δεξαμενές αποθήκευσης χρησιμοποιούνται συνήθως για την αποθήκευση των υγρών, και ορισμένες φορές για αποθήκευση των αερίων. Οι δεξαμενές αυτές συνήθως έχουν κυλινδρικό σχήμα, είναι κάθετες στο έδαφος και διαθέτουν επίπεδο πυθμένα. Πολλές είναι οι περιβαλλοντικές ρυθμίσεις που εφαρμόζονται στο σχεδιασμό και την λειτουργία των δεξαμενών αυτών. Οι δεξαμενές αποθήκευσης διακρίνονται σε: υπέργειες δεξαμενές αποθήκευσης (AST) και υπόγειες (UST) δεξαμενές αποθήκευσης 88

89 Εικόνα 2.27 Δεξαμενές αποθήκευσης βενζίνης Ο τύπος της δεξαμενής για ένα συγκεκριμένο ρευστό εξαρτάτε από το σημείο ανάφλεξης του ρευστού. Στα διυλιστήρια και ειδικότερα στα υγρά καύσιμα, χωρίζονται σε δεξαμενές σταθερής οροφής, και δεξαμενές πλωτής οροφής. 1. Οι δεξαμενές σταθερές οροφής προορίζονται για υγρά με πολύ υψηλά σημεία ανάφλεξης, όπως είναι το πετρέλαιο, το νερό και η άσφαλτος. 2. Οι δεξαμενές πλωτής οροφής χωρίζονται σε : εξωτερικής πλωτής οροφής (Δεξαμενές FR) και εσωτερικής πλωτής οροφής (Δεξαμενές IFR) Θραυστήρες Ο θραυστήρας είναι μία μηχανή που χρησιμοποιείται στην μείωση του μεγέθους των μεγάλων στερεών σωμάτων όπως είναι τα μεγάλα πετρώματα σε μικρότερες πέτρες ή χαλίκια. Οι Θραυστήρες (crushers) μπορεί να χρησιμοποιηθούν εκτός από την μείωση του μεγέθους και στην 89

90 αλλαγή της μορφής των υλικών, για να μπορούν να διατεθούν ευκολότερα ή να ανακυκλωθούν. Εικόνα 2.28 Θραυστήρας πετρωμάτων Οι θραυστήρες διακρίνονται σε : Θραυστήρες με λείους κυλίνδρους Θραυστήρες με σιαγόνες Θραυστήρες με οδοντωτούς κυλίνδρους Στην βιομηχανία, οι θραυστήρες χρησιμοποιούν μεταλλικές επιφάνειες για να συμπιέσουν ή να σπάσουν τα υλικά. Ο κάθε θραυστήρας είναι σχεδιασμένος να λειτουργεί με ένα συγκεκριμένο ανώτατο μέγεθος των πρώτων υλών. Μετά από αυτόν τα θραύσματα συνήθως οδηγούνται σε μια μηχανή ανίχνευσης που τα ταξινομεί και κατόπιν μεταφέρονται για περαιτέρω επεξεργασία. Στην πράξη, η πρώτη ύλη συνήθως τροφοδοτείται στην χοάνη του πρωτογενή θραυστήρα μέσω ενός ταινιόδρομου τροφοδοσίας. Με την ταχύτητα του ταινιόδρομου ελέγχεται και ο ρυθμός με τον οποίο τροφοδοτείται η πρώτη ύλη στον θραυστήρα. Επίσης πολλές φορές στον ταινιόδρομο τοποθετείται μια προκαταρκτική συσκευή ανίχνευσης με την οποία ρυθμίζεται η παράκαμψη του θραυστήρα από τα μικρότερα υλικά. Με αυτόν τον τρόπο βελτιώνεται η αποτελεσματικότητα του συστήματος. Με την πρώτη θραύση μειώνονται τα μεγάλα τεμάχια σε τέτοιο μέγεθος που να μπορούν να δουλευτούν στη συνέχεια. 90

91 Μερικοί κινητοί θραυστήρες μπορεί να συντρίψουν σκυρόδεμα, βράχους και ασφαλτικά και να παραχθεί υλικό κατάλληλο για το οδόστρωμα. Το υλικό αυτό στη συνέχεια θα χρησιμοποιηθεί στην κατασκευή δρόμων Φίλτρα Τα φίλτρα χρησιμοποιούνται στον καθαρισμό των υγρών και των αερίων, που επιτυγχάνεται με την απομάκρυνση μικρών ποσοτήτων υγρών ή στερεών τα οποία περιέχονται σε αυτά. Τα μικρά σωματίδια παγιδεύονται στο διηθητικό μέσο του φίλτρου και απομακρύνονται από το ρευστό. Στον καθαρισμό των υγρών μπορεί να χρησιμοποιηθούν φίλτρα κλίνης τα οποία λειτουργούν με την επίδραση της βαρύτητας και τα συναντάμε σε πολλές εφαρμογές, όπως π.χ. για τον καθαρισμό του νερού. Για τον καθαρισμό των υγρών χρησιμοποιούνται επίσης και πρέσες με δίσκους και πλάκες. Γενικά με τα φίλτρα που έχουν αναφερθεί επιτυγχάνεται η απομάκρυνση των στερεών τα οποία όμως συσσωρεύονται στο φίλτρο με αποτέλεσμα μετά από κάποιο χρονικό διάστημα να φράζει το φίλτρο. Για την περαιτέρω λειτουργία του απαιτείται το πλύσιμο του φίλτρου, και αυτό μάλιστα πρέπει να γίνεται σε τακτά χρονικά διαστήματα. Τα φίλτρα διακρίνονται σε : 1. φίλτρα επιφάνειας, τα οποία αποτελούνται από ένα σταθερό κόσκινο που παγιδεύει τα στερεά σωματίδια, όπως είναι το χωνί Buchner, το περιστροφικό τύμπανο κενού φίλτρου, και άλλα 2. φίλτρα βάθους, που αποτελούνται από μία κλίνη με κοκκώδη υλικά που κρατάνε τα στερεά σωματίδια καθώς περνά το υγρό που είναι για φιλτράρισμα (π.χ. φίλτρο άμμου). Από τα παραπάνω φίλτρα ο πρώτος τύπος επιτρέπει στα στερεά σωματίδια, δηλαδή το υπόλειμμα, να συλλέγονται ανέπαφα ενώ ο δεύτερος τύπος δεν το επιτρέπει. Τα φίλτρα βάθους όμως είναι λιγότερο επιρρεπή σε απόφραξη και αυτό οφείλεται στη μεγαλύτερη επιφάνεια 91

92 που διαθέτουν για την παγίδευση των στερεών υπολειμμάτων. Τα μέσα φιλτραρίσματος μπορούν να καθαρίζονται με έκπλυση με διαλύτες ή απορρυπαντικά. Εναλλακτικά σε ορισμένες περιπτώσεις, όπως όταν απαιτείται ο διαχωρισμός μίας υδατικής ουσίας από ένα στερεό, το φιλτράρισμα μπορεί να αντικατασταθεί με καθίζηση ή φυγοκέντρηση. Τα αέρια καθαρίζονται με το πέρασμά τους μέσα από στρώματα υλικών όπως είναι η τσόχα, το βαμβάκι και το μεταλλικό πλέγμα. Τα φίλτρα για τον καθαρισμό των αερίων περιλαμβάνουν : φίλτρα στρώματος με τα οποία απομακρύνεται η ατμοσφαιρική σκόνη φίλτρα κλίνης κοκκωδών που διακρίνονται ακίνητες κλίνες και κινητές κλίνες φίλτρα σάκων (σακόφιλτρα) με τα οποία απομακρύνονται οι σκόνες και μπορεί να αποτελούνται από έναν ή περισσότερους σάκους. Οι σάκοι συνήθως είναι από τσόχα ή ύφασμα και περικλείονται μέσα σε μεταλλικό κέλυφος. Στα σακόφιλτρα το αέριο που περιέχει την σκόνη εισάγεται στον σάκο από τον πυθμένα και απομακρύνεται αφήνοντας στο φίλτρο την σκόνη. Η απόδοσή τους φθάνει τo 99%. Εικόνα 2.29 Φίλτρα Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 92

93 Ηλεκτροστατικά φίλτρα Η λειτουργία των ηλεκτροστατικών φίλτρων δεν βασίζεται σε μηχανικές αλλά σε ηλεκτροστατικές δυνάμεις. Τα σωματίδια περνάνε μέσα από ένα ηλεκτρικό πεδίο το οποίο δημιουργείται ανάμεσα σε δύο πλάκες. Υπό την επίδραση του πεδίου φορτίζονται ηλεκτροστατικά και κατόπιν λόγω των ηλεκτροστατικών δυνάμεων που αναπτύσσονται οδηγούνται στις πλάκες, πάνω στις οποίες συσσωματώνονται και καθιζάνουν. Τα ηλεκτροστατικά φίλτρα έχουν μεγάλο κόστος απόκτησης όπως επίσης και σημαντικό λειτουργικό κόστος. Αυτό οφείλεται στην ανάγκη ενός ισχυρού ηλεκτρικού πεδίου που είναι απαραίτητο για την εκτροπή και στη συνέχεια την συλλογή των σωματιδίων. Τα ηλεκτροστατικά φίλτρα έχουν πολλές εφαρμογές όπως στους σταθμούς ηλεκτρικής ενέργειας και στα υγρά καύσιμα. 93

94 Σωληνώσεις Εικόνα 2.30 Σωλήνες Οι σωληνώσεις στην βιομηχανία είναι ένα σύνολο από σωλήνες που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά των ρευστών (υγρά ή αέρια) από τη μία τοποθεσία στην άλλη. Τις σωλήνες μπορεί να τις βρούμε σε μεγάλη ποικιλία ως προς το μέγεθος, τα υλικά κατασκευής ή το πάχος τους. Οι σωλήνες ενώνονται μεταξύ τους είτε με συγκόλληση, είτε με εξαρτήματα που βιδώνονται. Στη Βιομηχανία οι σωληνώσεις μπορεί να κατασκευασθούν από μέταλλα, κράματα μετάλλων, ξύλο, γυαλί, πλαστικό, αλουμίνιο, χαλκό και σκυρόδεμα. Συνήθως τα τελευταία χρόνια σε γραμμές νερού ή υδατικών αποβλήτων χρησιμοποιούνται σωλήνες από πολυβινυλοχλωρίδιο. Τα συστήματα των σωληνώσεων αναλύονται στα διαγράμματα σωληνώσεων και οργάνων Piping and Instrument Diagram of Engineering Flow Diagram (P & I Diagram). 94

95 Εξαρτήματα, ενώσεις και βάνες Ο τρόπος με τον οποίο συνδέουμε τις σωληνώσεις εξαρτάται από το υλικό των σωληνώσεων αλλά και από το πάχος τους. Τις σωληνώσεις που έχουν μεγάλο πάχος τις ενώνουμε με συγκόλληση ή με βιδωτά εξαρτήματα που διαθέτουν σπείρωμα. Ακόμη για την ένωση μεγάλου πάχους σωλήνων χρησιμοποιούμε και φλάντζες που είναι μεταλλικοί δακτύλιοι οι οποίοι συγκρατούνται ενωμένοι μεταξύ τους με μπουλόνια. Η σύνδεσή τους με τους σωλήνες γίνεται με συγκόλληση ή βίδωμα. Τις σωληνώσεις με μικρό πάχος τοιχώματος τις συνδέουμε συνήθως με συγκολλητικό υλικό. Σε όλες τις μονάδες χρησιμοποιούνται εκατοντάδες βάνες με τις οποίες σταματάει ή επιβραδύνεται, όταν χρειαστεί, η ροή των ρευστών. Η βάνα σταματάει ή ελέγχει την ροή με την παρεμβολή ενός εμπόδιου, την μετακίνηση του οποίου καθορίζουμε ανάλογα με την θέλησή μας και ανοίγουμε την βάνα για να επιτρέψουμε την ροή ενός ρευστού ή την κλείνουμε για να σταματήσουμε την ροή του ρευστού. Εικόνα 2.31 Εξαρτήματα 95

96 96

97 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 30 Το φυσικό αέριο 97

98 Το φυσικό αέριο είναι αέριο καύσιμο που αποτελείται από ένα μίγμα αερίων υδρογονανθράκων. Είναι φυσικό προϊόν και βρίσκεται σε υπόγεια κοιτάσματα όπου συναντάται μόνο του ή συνυπάρχει με κοιτάσματα πετρελαίου. Εξορύσσεται από τα κοιτάσματα και λόγω των ιδιοτήτων του θεωρείται οικολογικό καύσιμο. Η σύστασή του μπορεί να είναι διαφορετική και να μεταβάλλεται ανάλογα με το κοίτασμα εξαγωγής του, το κυριότερο συστατικό του όμως είναι το μεθάνιο, ενώ περιέχει επίσης σε πολύ μικρότερες ποσότητες αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο και πεντάνιο. Το σημείο βρασμού του μεθανίου είναι C ενώ του αιθανίου είναι -890 C. Σε όλες τις θερμοκρασίες που είναι χαμηλότερες των -1610C το φυσικό αέριο το βρίσκουμε σε αέρια κατάσταση. Ακόμη γνωρίζουμε ότι είναι άχρωμο και άοσμο, μη τοξικό, εύφλεκτο με μία θερμή μπλέ φλόγα και με την καύση του δεν έχουμε στερεό υπόλειμμα. Είναι ελαφρύτερο από τον αέρα με εδικό βάρος 0,59 ενώ τα όρια ανάφλεξής του είναι 4,5% - 15%. Το φυσικό αέριο που βρίσκουμε σήμερα έχει δημιουργηθεί πριν από εκατομμύρια χρόνια στον πυθμένα των θαλασσών. Ο σχηματισμός του ξεκίνησε από τεράστιες ποσότητες μικροοργανισμών οι οποίοι κατά την διάρκεια των παρελθόντων εκατομμυρίων ετών βυθίστηκαν μετά από γεωλογικά φαινόμενα (π.χ. σεισμοί) και καταπλακώθηκαν από μεγάλα στρώματα χωμάτων. Εκεί απουσία αέρα και κάτω από την επίδραση διαφόρων αναερόβιων βακτηριδίων δημιουργήθηκε το φυσικό αέριο. Στην αρχή το παραγόμενο αέριο αποθηκεύτηκε στους πόρους του στρώματος στο οποίο δημιουργήθηκε. Με την πάροδο των ετών το φυσικό αέριο μεταναστεύει προς την επιφάνεια της γής στην οποία καταλήγει αν δεν συναντήσει κανένα εμπόδιο. Αν όμως στην πορεία του συναντήσει αδιαπέραστους σχηματισμούς ( π.χ. αργιλικά στρώματα) με κατάλληλες στρωματικές διαμορφώσεις, όπως είναι τα αντίκλινα, παγιδεύεται ( oil traps) εμποδίζεται η παραπέρα πορεία του και αποθηκεύεται δημιουργώντας το κοίτασμα του φυσικού αερίου. Το Φ.Α. είναι ένα καύσιμο που αυτή τη χρονική στιγμή αποτελεί ίσως την πλέον αξιόπιστη εναλλακτική πρόταση για την βελτίωση του 98

99 ενεργειακού προβλήματος διεθνώς. Και αυτό γιατί συνδυάζει την υψηλή ενεργειακή απόδοση με την επάρκεια των φυσικών αποθεμάτων και την μικρή σχετικά περιβαλλοντική επιβάρυνση. Χρησιμοποιείται σε όλους τους τομείς της κατανάλωσης, στην οικιακή, την επαγγελματική, την βιομηχανική, προσφέροντας μεγάλα οφέλη στους καταναλωτές, και παράλληλα συμβάλλοντας σε ένα καθαρότερο περιβάλλον που αναβαθμίζει την ποιότητα της ζωής των πολιτών. Ταυτοχρόνως παραμένει η πιο συμφέρουσα οικονομική λύση, με απλές σε λειτουργία συσκευές που απαιτούν μειωμένο κόστος συντήρησης και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματά του που καθιστούν ελκυστική την χρησιμοποίησή του είναι: το ανταγωνιστικό κόστος παραγωγής ανα κιλοβατώρα το μικρό σχετικά κόστος του απαιτούμενου κεφαλαίου για την κατασκευή μιας μονάδας οι υψηλές ενεργειακές αποδόσεις που μπορεί να φθάσουν το 55% το μικρότερο κόστος που απαιτείται για τη λειτουργία της μονάδας και την συντήρηση του εξοπλισμού οι μικρότερες εκπομπές ρύπων του διοξειδίου του άνθρακα ο μικρός σχετικά χώρος εγκατάστασης που απαιτείται καθώς και ο λιγότερος χρόνος κατασκευή. 3.1Κατεργασία του φυσικού αερίου Το φυσικό αέριο μετά την εξόρυξή του από το κοίτασμα στο οποίο ήτανε εγκλωβισμένο, δεν είναι καθαρό αλλά περιέχει πολλές επιβλαβείς ενώσεις. Μία ένωση που μπορεί να περιέχεται σε μεγάλη αναλογία στο Φ.Α. και είναι επιβλαβής είναι το υδρόθειο. Το φυσικό αέριο ανάλογα με την περιεκτικότητά του σε υδρόθειο χαρακτηρίζεται σαν όξινο αέριο 99

100 (ποσοστό μεγαλύτερο από 1% κατά όγκο) ή ισχνό αέριο (ποσοστό μικρότερο από 1% κατά όγκο). Η διεργασία της αποθείωσης όταν πρόκειται για όξινα αέρια είναι δύσκολη και με μεγάλο οικονομικό κόστος. Εκτός από το υδρόθειο στο Φ.Α. μπορεί να περιέχονται διοξείδιο του άνθρακα και άλλες οργανικές ενώσεις. Όλες οι παραπάνω ενώσεις μπορεί να απομακρυνθούν με την χρησιμοποίηση κατάλληλων διαλυμάτων που συγκρατούν τις ενώσεις με φυσική ή με χημική απορρόφηση. Στη συνέχεια τα διαλύματα αυτά αναγεννώνται (με την απομάκρυνση των ενώσεων) και επανακυκλοφορούν. Άλλες ανεπιθύμητες προσμίξεις που περιέχει το ακατέργαστο Φ.Α. είναι οι βαριοί υδρογονάνθρακες, το άζωτο και οι υδρατμοί. Για την απομάκρυνση του αζώτου ψύχουμε το Φ.Α. σε θερμοκρασίες από 160 έως -1700C γιατί έτσι υγροποιείται το μεθάνιο και διοχετεύεται το εναπομείναν αέριο άζωτο στην ατμόσφαιρα. Οι βαρύτεροι υδρογονάνθρακες επίσης μπορεί να απομακρυνθούν με ψύξη του Φ.Α. στους - 300C. Οι υδρατμοί που είναι δυνατόν να περιέχονται στο Φ.Α. πρέπει να απομακρυνθούν γιατί κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης μαζί με τους υδρογονάνθρακες σχηματίζουν κρυσταλλικές ενώσεις (gas hydrates) που βουλώνουν τους αγωγούς. Ακόμη σε συνδυασμό με το διοξείδιο του άνθρακα μπορεί να προκαλέσουν διάβρωση στους αγωγούς. Οι υδρατμοί μπορεί να απομακρυνθούν με ψύξη αλλά και με την βοήθεια απορροφητικών υλικών. Μία από τις ενώσεις που χρησιμοποιούνται συνήθως σαν υγροσκοπικές ουσίες για την απομάκρυνση των υδρατμών είναι η γλυκόλη. Το διάγραμμα ροής της ξήρανσης του Φ.Α. με γλυκόλη περιγράφεται παρακάτω. Το αέριο μετά την εξόρυξή του από το κοίτασμα οδηγείται σε ένα διαχωριστή στον οποίο απομακρύνεται το ελεύθερο νερό και μεταφέρεται σε μια δεξαμενή νερού. Το αέριο από τον διαχωριστή πηγαίνει για προθέρμανση σε ένα προθερμαντήρα και κατόπιν εκτονώνεται σε μειωτή πίεσης. Το νερό από την εκτόνωση με την βοήθεια ενός δεύτερου διαχωριστή διαχωρίζεται από το αέριο και μεταφέρεται στην δεξαμενή νερού. Το αέριο από τον δεύτερο διαχωριστή μεταφέρεται σε ένα ξηραντήρα. Στον ξηραντήρα έχουμε 100

101 κατ αντιρροή το αέριο που ανεβαίνει από τον πυθμένα προς την κορυφή με την γλυκόλη που ρέει από την κορυφή προς τα κάτω. Ο ξηραντήρας διαθέτει δίσκους για να έχουμε μεγαλύτερη επαφή και ανάμειξη του αερίου με την γλυκόλη. Η τελευταία συγκρατεί την υγρασία του αερίου και έτσι από την κορυφή του ξηραντήρα παίρνουμε το αέριο απαλλαγμένο από τους υδρατμούς. Η γλυκόλη από τον πυθμένα του ξηραντήρα οδηγείται για αναγέννηση. Για τον σκοπό αυτό πρώτα θερμαίνεται σε θερμαντήρα στους C, κατόπιν οι ατμοί της συμπυκνώνονται και με υπερχείλιση μεταφέρονται στην δεξαμενή της γλυκόλης από όπου με αντλία επανακυκλοφορεί στην κορυφή του ξηραντήρα Σύντομη περιγραφή μονάδας συνδυασμένου κύκλου (Μ.Σ.Κ.) Για την λειτουργία μιας μονάδας ηλεκτροπαραγωγής συνδυασμένου κύκλου απαιτούνται οι κύριες εγκαταστάσεις που περιγράφονται παρακάτω ενώ η καύση του φυσικού αερίου περιγράφεται κυρίως από την χημική αντίδραση καύσης του μεθανίου: CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2(g) + 2 Η2Ο(g) + Q Η μονάδα θα περιλαμβάνει τις κύριες εγκαταστάσεις Σύστημα τροφοδοσίας φυσικού αερίου με σταθμό υποβιβασμού της πίεσης και διεργασίες καθαρισμού του αερίου. Εγκαταστάσεις αεριοστροβίλων με τις αντίστοιχες ηλεκτρογε- ννήτριές τους. Για κάθε αεριοστρόβιλο απαιτείται παρακαμπτήρια καπνοδόχος. Λέβητες ανάκτησης της θερμότητας των καυσαερίων με τις καπνοδόχους τους. Ατμοστρόβιλο, που δέχεται τον ατμό που παράγεται στους λέβητες ανάκτησης θερμότητας καυσαερίων. 101

102 ψυγείο για τον ατμοστρόβιλο. εγκατάσταση για την άντληση και την τροφοδοσία νερού ψύξης. Μονάδα αφαλάτωσης θαλασσινού νερού (αν χρησιμοποιείται θαλασσινό νερό). μονάδα απιονισμού για το αφαλατωμένό νερό Υγροποιημένο Φυσικό Αέριο Το υγροποιημένο φυσικό αέριο (ΥΦΑ) είναι το αέριο που έχει μετατραπεί σε υγρή μορφή για να είναι πιο εύκολη η αποθήκευση και η μεταφορά του. Ο λόγος για τον οποίο επιδιώκουμε την υγροποίησή του είναι η μείωση του όγκου του λόγω αλλαγής φάσης (αέριο σε υγρό) κατά 600 φορές. Για την αποθήκευσή του απαιτούνται τεράστιοι υπόγειοι θάλαμοι ή μεγάλες συμπτυσσόμενες δεξαμενές. Είναι άχρωμο, άοσμο, μη τοξικό και μη διαβρωτικό. Είναι λανθασμένη η πεποίθηση ότι το ΥΦΑ είναι ένα συμπιεσμένο αέριο. Το φυσικό αέριο υγροποιείται όταν έχουμε πίεση κοντά στην ατμοσφαιρική με ψύξη του στους -161 C περίπου. Επειδή είναι ένα πολύ ψυχρό υγρό που σχηματίζεται με ψυκτικά μέσα, δεν αποθηκεύεται υπό πίεση. Το φυσικό αέριο αποτελείται κυρίως από μεθάνιο, αλλά μπορεί επίσης να περιλαμβάνει αιθάνιο, προπάνιο και άλλους βαρύτερους υδρογονάνθρακες. Είναι δυνατόν επίσης να περιέχει μικρές ποσότητες αζώτου, οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα, ενώσεις του θείου, καθώς και νερό. Πριν από την διεργασία της υγροποίησης απαιτείται προεπεξεργασία του για να αφαιρεθούν οι προσμίξεις όπως είναι το νερό, το άζωτο, το διοξείδιο του άνθρακα, το υδρόθειο και άλλες ενώσεις του θείου. Απομακρύνοντας αυτές τις προσμίξεις δεν μπορεί με την ψύξη του φυσικού αέριου να δημιουργηθούν ανεπιθύμητες στερεές ουσίες. Μεταφέρεται όπως και το πετρέλαιο με δεξαμενόπλοια, που έχουν όμως κατασκευαστεί ειδικά για την μεταφορά του ΥΦΑ. Ένα κυβικό μέτρο υγρού φυσικού αερίου αντιστοιχεί σε 600 κυβικά μέτρα αερίου σε ατμοσφαιρική πίεση. Το ειδικό βάρος του υγρού αερίου είναι σχετικά χαμηλό, περίπου 0,

103 Η πυκνότητά του είναι 467 γραμμάρια ανά λίτρο, και είναι μικρότερη σε σχέση με την πυκνότητα του νερού, που είναι περίπου 994 γραμμάρια ανά λίτρο. Επομένως, αν το ΥΦΑ χυθεί στο νερό, είναι ελαφρύτερο από το νερό και για αυτό τον λόγο επιπλέει και εξατμίζεται. Οι κίνδυνοι λόγω της χρήσης του περιλαμβάνουν κατάψυξη, αναφλεξιμότητα και ασφυξία. Το φυσικό αέριο είναι ένα εύφλεκτο υλικό, και η απελευθέρωση υγροποιημένου φυσικού αερίου δημιουργεί κίνδυνο "πυρκαγιάς λίμνης" ή όταν πρόκειται για περιορισμένους χώρους είναι επικίνδυνο για έκρηξη Προέλευση του ΥΦΑ Ως επι το πλείστον η προμήθεια του υγροποιημένου φυσικού αερίου προέρχεται από χώρες που διαθέτουν μεγάλα αποθέματα φυσικού αερίου όπως είναι το Κατάρ, η Λιβύη, η Αλγερία, το Ομάν, η Αυστραλία, το Μπρουνέι, η Ινδονησία, η Συρία, η Νιγηρία, το Τρινιντάντ & Τομπάγκο, και η Μαλαισία. Σήμερα στον κόσμο υπάρχουν πάνω από 60 τερματικοί σταθμοί υποδοχής υγροποιημένου φυσικού αερίου που βρίσκονται στο Βέλγιο, την Ιταλία, την Ιαπωνία, τη Νότια Κορέα, τις ΗΠΑ και ορισμένες άλλες χώρες. Στην Ελλάδα το Δεκέμβριο του 1972 ανακαλύφθηκε από την ερευνητική γεώτρηση Νότια Καβαλα-1 το κοίτασμα Νότια Καβάλα που ήταν το πρώτο κοίτασμα που βρέθηκε στην περιοχή και βρίσκεται νοτιοδυτικά του κοιτάσματος Πρίνος. Οι θαλάσσιες εγκαταστάσεις για την άντληση του αερίου αποτελούνται από μία εξέδρα παραγωγής, δύο παραγωγικές γεωτρήσεις και αγωγό μεταφοράς φυσικού αερίου προς την εξέδρα Δέλτα του Πρίνου στις χερσαίες εγκαταστάσεις. Η εκμετάλλευση στο κοίτασμα ξεκίνησε το Η παραγωγή την περίοδο έφτασε τα κυβικά μέτρα/ημέρα. Αρχικά, η παραγωγή του φυσικού αερίου μεταφερόταν στο εργοστάσιο λιπασμάτων ενώ σήμερα μέσω αγωγών οδηγείται στις εγκαταστάσεις άντλησης πετρελαίου για να πετύχουμε μεγαλύτερη ποσότητα στην απόληψη του πετρελαίου. Τα τελευταία χρόνια έχουν βρεθεί και είναι πλέον στο στάδιο της εξόρυξης τεράστιες ποσότητες φυσικού αερίου στην περιοχή της 103

104 Νοτιοανατολικής Μεσογείου σε χώρες όπως είναι η Αίγυπτος, το Ισραήλ, και η Κύπρος. Επίσης είναι πολύ ενθαρρυντικά τα αποτελέσματα των σεισμικών ερευνών που διενεργήθηκαν για λογαριασμό του ελληνικού κράτους σε περιοχές της Δυτικής Ελλάδας και νοτίως της Κρήτης. Διεθνώς ορισμένες από τις ποσότητες φυσικού αερίου που παράγονται υγροποιούνται και μεταφέρονται με πλοία σε περιοχές όπου η χρήση του φυσικού αερίου είναι μεγαλύτερη από την τοπική προσφορά. Σε αυτές τις αγορές συμπεριλαμβάνονται η Δυτική Ευρώπη η Ιαπωνία, η Ταϊβάν, η Κορέα, και οι ΗΠΑ. Το εμπόριο του ΥΦΑ όπως είναι φυσικό προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία από ότι οι αγωγοί γιατί επιτρέπει την μεταφορά του φυσικού αερίου στις περιοχές που υπάρχει μεγαλύτερη ανάγκη ενώ όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση στην οποία μεταφέρεται το φυσικό αέριο τόσο η χρήση του έχει μεγαλύτερα οικονομικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τη χρήση των αγωγών. Εικόνα 3.1 Κοίτασμα Νότια Καβάλα Πηγή: Ημερίδα ΤΕ 104

105 3.5. Κύκλος του ΥΦΑ Ο κύκλος του υγροποιημένου φυσικού αέριου αποτελείται κυρίως από τέσσερα στάδια: την εξόρυξη και την παραγωγή του την υγροποίηση σε ειδικές εγκαταστάσεις υγροποίησης την μεταφορά από το σημείο υγροποίησης σε αποθήκες πριν την αεριοποίησή του την αεριοποίηση και κατόπιν εισαγωγή του στο σύστημα σωληνώσεων για μεταφορά στον τελικό καταναλωτή 105

106 3.1 Block Diagram ΥΦΑ 106

107 3.2 Διάγραμμα : Ο κύκλος του ΥΦΑ 107

108 Το σύστημα μεταφοράς του φυσικού αερίου Η μεταφορά του φυσικού αερίου πραγματοποιείται με την διοχέτευσή του μέσα από αγωγούς με πίεση μεγαλύτερη από 19 bar. Ακόμη η μεταφορά μπορεί να γίνει σε υγροποιημένη μορφή με πλοία ή ειδικά διαμορφωμένα βυτιοφόρα. Ένα σύστημα μεταφοράς φυσικού αερίου, περιλαμβάνει : τον κεντρικό αγωγό τους κλάδους μεταφοράς τις εγκαταστάσεις αποθήκευσης τις εγκαταστάσεις μετρήσεων τις εγκαταστάσεις συμπίεσης τις εγκαταστάσεις αποσυμπίεσης, και τις εγκαταστάσεις ελέγχου. Το σύστημα διανομής φυσικού αερίου Το σύστημα διανομής του φυσικού αερίου περιλαμβάνει το σύνολο των εγκαταστάσεων του δικτύου διανομής δηλαδή τους αγωγούς και τις εγκαταστάσεις που χρειάζονται για την διανομή, και έχει στόχο να τροφοδοτήσει με αέριο τους καταναλωτές. Το σύστημα αυτό οφείλει να παρέχει συνεχώς το αέριο χωρίς διακοπή, στην επιθυμητή πίεση και ποιότητα, στην απαιτούμενη ποσότητα. Το σύστημα αυτό αποτελείται από: δίκτυο μέσης πίεσης τομεακούς σταθμούς μέτρησης δίκτυο διανομής χαμηλής πίεσης παροχετευτικούς αγωγούς 108

109 Εικόνα 3.2 Ο κύκλος του ΥΦΑ Πηγή : H.E.C. 109

110 ρυθμιστές παροχής 3.6. Εγκαταστάσεις Παραλαβής LNG Από τις εγκαταστάσεις υγροποίησης του φυσικού αερίου έχουμε την μεταφορά του με πλοία στις εγκαταστάσεις παραλαβής του. Οι εγκαταστάσεις αυτές περιλαμβάνουν : τις απαιτούμενες λιμενικές εγκαταστάσεις τις σωληνώσεις μεταφοράς αποθήκες για το LNG και όλο τον απαιτούμενο εξοπλισμό για την εξάτμιση και την συμπίεση του Φ.Α, πριν αυτό αποσταλεί τους τελικούς καταναλωτές. 110

111 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 40 Διεργασία υγροποίησης φυσικού αερίου 111

112 Τα τελευταία χρόνια το φυσικό αέριο χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο γιατί συνδυάζει την ποιότητα, την καθαρή καύση, και την ευκολία στην χρησιμοποίησή του. Πολλά όμως κοιτάσματα φυσικού αερίου βρίσκονται σε περιοχές απομακρυσμένες, που είναι σε μεγάλη απόσταση από τα σημεία πώλησης του αερίου. Μερικές φορές είναι εφικτή η κατασκευή αγωγού για την μεταφορά του αερίου. Στην περίπτωση όμως που η κατασκευή αγωγού και η μεταφορά του αερίου μέσω αυτού δεν είναι δυνατή το παραγόμενο φυσικό αέριο με ειδικές διεργασίες μετατρέπεται σε υγροποιημένο φυσικό αέριο, που λόγω συντομίας αποκαλείται ΥΦΑ, και κατόπιν μεταφέρεται και διατίθεται στο εμπόριο. Χαρακτηριστικό των σταθμών παραγωγής ΥΦΑ είναι ότι απαιτούνται μεγάλες επενδύσεις κεφαλαίων. Και αυτό γιατί σε γενικές γραμμές ο εξοπλισμός που απαιτείται για την υγροποίηση του φυσικού αερίου είναι ακριβός. Η μονάδα υγροποίησης συμπεριλαμβάνει την επεξεργασία του αερίου για την απομάκρυνση των προσμείξεων, την υγροποίηση, την ψύξη, τις εγκαταστάσεις αποθήκευσης και τις εγκαταστάσεις φόρτωσης σε πλοίο. Σε ένα σταθμό υγροποίησης τα ψυκτικά συστήματα μπορεί να αντιστοιχούν σε κόστος έως και 30% του συνολικού κόστους. Στις συμβατικές μονάδες ΥΦΑ πρέπει να απομακρυνθούν κατά τη διεργασία καθαρισμού του φυσικού αερίου, οι ενώσεις που περιέχουν θείο όπως είναι το υδρόθειο, το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια οξέα, το κανονικό πεντάνιο, βαρύτεροι υδρογονάνθρακες, το βενζόλιο. Ο καθαρισμός πρέπει να είναι αποτελεσματικός και να φθάνει σε επίπεδα σωματιδίων ανά εκατομμύριο (ppm). Μερικές από αυτές τις ενώσεις αν παραμείνουν στο Φ.Α. θα παγώσουν, προκαλώντας προβλήματα έμφραξης σε μέρος του εξοπλισμού της μονάδας. Οι ενώσεις, που περιέχουν θείο, πρέπει να απομακρύνονται για να είναι τα προιόντα σύμφωνα με τις προδιαγραφές πώλησης. Ακόμη στις εγκαταστάσεις ΥΦΑ, απαιτείται η απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα και των αερίων οξέων. Η μέθοδος που επιλέγεται συνήθως χρησιμοποιεί χημική ή/και φυσική διεργασία αναγέννησης του διαλύτη. Επίσης για την απομάκρυνση των υδρατμών απαιτούνται αφυγραντήρες ξηράς κλίνης, όπως είναι τα μοριακά κόσκινα. Οι υδρογονάνθρακες που μπορεί να δημιουργήσουν προβλήματα με εμφράξεις στον εξοπλισμό 112

113 απομακρύνονται με στήλη καθαρισμού και κλασμάτωση. Αποφεύγεται η χρησιμοποίηση του υδραργύρου σε αυτές τις εγκαταστάσεις γιατί μπορεί να προκαλέσει αστοχίες στον εξοπλισμό που είναι κατασκευασμένος από αλουμίνιο. Επιπλέον, αν είναι μεγάλη η ποσότητα του αζώτου που περιέχεται στο φυσικό αέριο πρέπει να απομακρυνθεί με επεξεργασία γιατί είναι ανεπιθύμητη η ύπαρξη αερίων αζώτου σε δεξαμενές με ΥΦΑ. Οι πρώτες διεργασίες για την υγροποίηση του φυσικού αερίου χρησιμοποιούσαν συστοιχίες με απλές ψυκτικές μονάδες σε σειρά. Το κάθε ψυκτικό λειτουργούσε σε διαφορετικό κλειστό κύκλο και παρείχε ψύξη σε συγκεκριμένες θερμοκρασιακές περιοχές. Τα αέρια που χρησιμοποιούσαν ήτανε το προπάνιο, το μεθάνιο, και το αιθυλένιο. Μετά την συμπίεση, για κάθε ένα από τα τρία ψυκτικά είχαμε τρία επίπεδα θερμοκρασιών που δημιουργούσαν μια ακολουθία από εννέα βαθμίδες. Σε κάθε επίπεδο θερμοκρασίας αντιστοιχούσε και μια συγκεκριμένη ελάττωση της πίεσης. Κατόπιν με την εξέλιξη που είχαμε στον εξοπλισμό και στα συστήματα ελέγχου εφαρμόσθηκε ο συνδυασμός των ψυκτικών σε έναν μόνο ψυκτικό κύκλο. Σε αυτές τις διεργασίες, χρησιμοποιήθηκαν ενώσεις όπως το μεθάνιο, το αιθάνιο, το πεντάνιο, το βουτάνιο, το προπάνιο, και το άζωτο. Με τον συνδυασμό των δύο προηγούμενων μεθόδων αναπτύχθηκε μια τρίτη γενιά διεργασιών, που χρησιμοποίησε μίγμα ψυκτικών και προκαταρκτική ψύξη,. Η διεργασία αυτή χρησιμοποιεί δύο ξεχωριστά συστήματα ψύξης, ένα κύκλο ψύξης με το προπάνιο, και ένα κύκλο με μίγμα ψυκτικών συστατικών όπως τα μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, και άζωτο. Ο κύκλος του προπανίου προψύχει το Φ.Α. και χρησιμοποιείται σαν ενδιάμεσο ψυκτικό μέσο για την απόρριψη της θερμότητας από το τμήμα με το μίγμα των ψυκτικών ουσιών προς το νερό ψύξη η τον αέρα. 113

114 Εικόνα 4.1 Πλωτή εξέδρα άντλησης φυσικού αερίου Πηγή : H.E.C. 114

115 4.1. Περιγραφή ενός διαγράμματος ροής της διεργασίας υγροποίησης του φυσικού αερίου Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την υγροποίηση του φυσικού αερίου. Η παρούσα μέθοδος χρησιμοποιεί ένα πολυσύνθετο ψυκτικό σύστημα για την υγροποίηση του φυσικού αερίου προκειμένου να παραχθεί ένα υγρό προϊόν πλούσιο σε μεθάνιο σε θερμοκρασία πάνω από -112 C περίπου και πίεση επαρκή ώστε το υγρό προϊόν να κυμαίνεται στο σημείο έναρξης βρασμού του ή κάτω από αυτό. Αυτό το πλούσιο σε μεθάνιο προϊόν μερικές φορές αναφέρεται ως υγρό φυσικό αέριο υπό πίεση (PLNG). Με τον όρο "σημείο έναρξης βρασμού" εννοούμε την θερμοκρασία και την πίεση στις οποίες ένα υγρό αρχίζει να μετατρέπεται σε αέριο. Για παράδειγμα, εάν ένας συγκεκριμένος όγκος PLNG διατηρείται σε σταθερή πίεση, αλλά η θερμοκρασία του αυξάνεται, η θερμοκρασία στην οποία αρχίζουν να σχηματίζονται στο PLNG οι φυσαλίδες αερίου είναι το σημείο έναρξης βρασμού. Ομοίως, εάν ένας συγκεκριμένος όγκος PLNG διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία, αλλά μειώνεται η πίεση, η πίεση στην οποία αρχίζει να σχηματίζεται το αέριο είναι το σημείο έναρξης βρασμού. Στο σημείο έναρξης βρασμού, το μείγμα είναι κεκορεσμένο υγρό. Η χρησιμοποίηση ενός πολυσύνθετου ψυκτικού συστήματος για την υγροποίηση του φυσικού αερίου απαιτεί μικρότερη ισχύ σχετικά με τις διεργασίες που χρησιμοποιήθηκαν στο παρελθόν. Ένα κανονικό πολυσύνθετο σύστημα μπορεί να περιλαμβάνει μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο και προαιρετικά μερικά ακόμη ελαφριά συστατικά. Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα το ρεύμα τροφοδοσίας φυσικού αερίου υπό πίεση (ρεύμα 1) εισέρχεται στη διεργασία υγροποίησης με πίεση πάνω από 250 psia περίπου και κατά προτίμηση πάνω από 700 psia. Οι επιθυμητές θερμοκρασίες είναι κάτω από 40 C. Ωστόσο, εάν είναι επιθυμητό μπορούν να χρησιμοποιηθούν διαφορετικές πιέσεις και θερμοκρασίες, και το σύστημα μπορεί να τροποποιηθεί κατάλληλα εφόσον αυτό απαιτείται. Αν το αέριο (ρεύμα 1) είναι κάτω από 250 psia περίπου, είναι δυνατόν να συμπιεσθεί με ένα κατάλληλο μέσο συμπίεσης, το οποίο μπορεί να περιλαμβάνει έναν ή περισσότερους συμπιεστές C

116 Το ρεύμα τροφοδοσίας φυσικού αερίου (ρεύμα 2) περνά σε έναν ψύκτη τροφοδοσίας Ε-101, ο οποίος μπορεί να είναι οποιοδήποτε συμβατικό ψυκτικό σύστημα που ψύχει το ρεύμα φυσικού αερίου σε μία θερμοκρασία κάτω από 30 C περίπου. Η ψύξη πραγματοποιείται κατά προτίμηση με εναλλαγή θερμότητας με αέρα ή νερό. Το ψυχθέν ρεύμα (ρεύμα 3) που εξέρχεται από τον ψύκτη τροφοδοσίας Ε-101, μεταφέρεται σε μία πρώτη ζώνη ψύξης α ενός συμβατικού πολυσύνθετου εναλλάκτη θερμότητας E-102. Ο εναλλάκτης αυτός μπορεί να περιλαμβάνει μια ή και περισσότερες ζώνες ψύξης, με προτίμηση να διαθέτει τουλάχιστον δύο. Δεν υπάρχει περιορισμός στον τύπο του εναλλάκτη αλλά για λόγους οικονομικούς, προτιμούνται εναλλάκτες θερμότητας σπειροειδούς περιέλιξης, πλακοειδών πτερυγίων, και ψυχρού κιβωτίου. Κατά προτίμηση όλα τα ρεύματα που περιέχουν υγρές και αέριες φάσεις και αποστέλλονται στους εναλλάκτες θερμότητας έχουν και υγρές και αέριες φάσεις ισομερώς κατανεμημένες κατά μήκος των διατομών των διαδρομών που εισέρχονται. Για να επιτευχθεί αυτό, είναι προτιμότερο να παρέχονται συσκευές διανομής για μεμονωμένα αέρια και υγρά ρεύματα. Ο εναλλάκτης θερμότητας Ε-102 που απεικονίζεται στο παρακάτω σχήμα διαθέτει δύο ζώνες ψύξης a και β. Το φυσικό αέριο στο (ρεύμα 3) υγροποιείται στη ζώνη ψύξης α από τον εναλλάκτη θερμότητας με ψυκτικό μέσο από ένα πολυσύνθετο ψυκτικό σύστημα Ε-103, το οποίο αναφέρεται ως πολυσύνθετο ψυκτικό σύστημα. Το ψυκτικό μέσο στο σύστημα αυτό απαρτίζεται από ένα μείγμα υδρογονανθράκων, το οποίο περιλαμβάνει μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνια, και πεντάνια. Ένα ψυκτικό μέσο το οποίο προτιμάτε έχει την ακόλουθη κατά mole% σύσταση : μεθάνιο (25,7%), αιθάνιο (50,7%), προπάνιο (1,1%), το ισο-βουτάνιο (8,7%), κανονικό βουτάνιο (3,6%), ισο-πεντάνιο (9,0%), και κανονικό πεντάνιο (1,2%). Η συγκέντρωση των συστατικών του Ε- 103 μπορεί να προσαρμόζεται έτσι ώστε να αντιστοιχεί με τα χαρακτηριστικά ψύξης και συμπύκνωσης του αερίου τροφοδοσίας που ψύχεται και με τις απαιτήσεις της κρυογενικής θερμοκρασίας της διεργασίας υγροποίησης. Ως παράδειγμα της θερμοκρασίας και της πίεσης που είναι κατάλληλες για ένα πολυσύνθετο ψυκτικό σύστημα κλειστού κυκλώματος, το πολυσύνθετο ψυκτικό μέσο στο (ρεύμα 10) με 50 psia και σε 10 C οδηγείται προς συμβατική συμπίεση και ψύξη στο σύστημα Ε-103 για την παραγωγή ενός 116

117 πολυσύνθετου υγρού ρεύματος 4 με πίεση 175 psia και θερμοκρασία 13,3 C. Το ρεύμα 4 ψύχεται στη ζώνη ψύξης α και ψύχεται περαιτέρω στη ζώνη ψύξης β για την παραγωγή κρύου ρεύματος 7 που εξέρχεται από τη ζώνη ψύξης β σε θερμοκρασία -99 C. Το ρεύμα 7 κατόπιν διαστέλλεται κατά μήκος μιας συμβατικής βαλβίδας V-101 για την παραγωγή ρεύματος 8 σε 60 psia και σε -109 C. Το ρεύμα 8 στη συνέχεια θερμαίνεται στη ζώνη ψύξης β και στη συνέχεια θερμαίνεται περαιτέρω στη ζώνη ψύξης α για την παραγωγή ρεύματος 10 σε 10 C και με πίεση 50 psia. Το πολυσύνθετο ψυκτικό μέσο στη συνέχεια επανακυκλοφορεί στο ψυκτικό σύστημα κλειστού κυκλώματος. Στη διεργασία υγροποίησης που απεικονίζεται στο σχήμα μας το σύστημα Ε101 είναι ένα ψυκτικό σύστημα κλειστού κυκλώματος που χρησιμοποιείται για την παραγωγή PLNG. Το ρεύμα υγροποιημένου φυσικού αερίου 5 είναι το PLNG σε θερμοκρασία πάνω από περίπου -112 C και πίεση επαρκή ώστε το υγρό προϊόν να κυμαίνεται στο ή κάτω από το σημείο έναρξης βρασμού του. Εάν η πίεση του ρεύματος 5 είναι υψηλότερη από την πίεση που απαιτείται για να διατηρήσει το ρεύμα 1 σε μια υγρή φάση, το ρεύμα 5 μπορεί προαιρετικά να διαπεράσει ένα ή περισσότερα μέσα διαστολής, όπως έναν υδροστρόβιλο ST-101, για την παραγωγή ενός προϊόντος PLNG σε χαμηλότερη πίεση, αλλά που ακόμα διατηρεί θερμοκρασία πάνω από -112 C περίπου και πίεση επαρκή ώστε το υγρό προϊόν να κυμαίνεται στο ή κάτω από το σημείο έναρξης βρασμού του. Το PLNG αποστέλλεται κατόπιν από τις γραμμές 6 και 12 σε ένα κατάλληλο μέσο αποθήκευσης ή μεταφοράς ΤΚ101, το οποίο μπορεί να είναι ένας αγωγός ή μια σταθερή δεξαμενή αποθήκευσης, ή ένας μεταφορέας όπως ένα πλοίο, ή ένα μεταφορικό όχημα ή μία αυτοκινητάμαξα για PLNG. Κατά την αποθήκευση, την μεταφορά και τη διακίνηση του υγροποιημένου φυσικού αερίου, μπορεί να υπάρχει σημαντικό ποσό βρασμού, δηλαδή τα αέρια που προκύπτουν από την εξάτμιση του υγροποιημένου φυσικού αερίου. Μπορεί τότε προαιρετικά να επαναυγροποιηθούν τα εν λόγω αέρια βρασμού. Αναφορικά με το σχήμα μας, τα αέρια βρασμού εισέρχονται στη διεργασία μέσω της γραμμής 14. Προαιρετικά, μια ποσότητα ρεύματος 14 μπορεί να απομακρυνθεί και να κατευθυνθεί μέσω της ζώνης ψύξης α για να θερμάνει τα απαέρια που 117

118 απομακρύνθηκαν για μελλοντική χρήση ως καύσιμα και για να παρέχει επιπρόσθετη ψύξη στη ζώνη ψύξης α. Η υπόλοιπη ποσότητα του ρεύματος 14 διαπερνά τη ζώνη ψύξης β όπου τα απαέρια επαναυγροποιούνται. Το υγροποιημένο φυσικό αέριο που εξέρχεται από τη ζώνη ψύξης β (ρεύμα 11) αντλείται μέσω της αντλίας P-101 στην πίεση του PLNG που εξέρχεται από τον υδροστρόβιλο ST-101 και στη συνέχεια συνδυάζεται με το ρεύμα 6 και αποστέλλεται στο κατάλληλο μέσο αποθήκευσης ΤΚ-101. Τα υγρά ρεύματα που εξέρχονται από τον υδροστρόβιλο ST-101 και την αντλία P-101 περνούν κατά προτίμηση σε έναν ή περισσότερους διαχωριστές φάσης (οι εν λόγω διαχωριστήρες δεν απεικονίζονται στο σχήμα), οι οποίοι διαχωρίζουν το υγροποιημένο φυσικό αέριο από οποιοδήποτε άλλο αέριο που δεν υγροποιήθηκε κατά τη διεργασία. Το υγροποιημένο αέριο στη συνέχεια οδηγείται για αποθήκευση στην δεξαμενή υγροποιημένου αερίου PLNG ΤΚ-101 και η αέρια φάση από ένα διαχωριστή φάσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο ή να ανακυκλωθεί στη διεργασία για υγροποίηση. 118

119 Διάγραμμα 4.1 ροής της διεργασίας υγροποίησης του φυσικού αερίου 119

120 120

121 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 50 Πλωτή μονάδα επαναεριοποίησης υγροποιημένου φυσικού αερίου (L.N.G) 121

122 Η πλωτή μονάδα επαναεριοποίησης L.N.G αποτελείται από τρία μέρη. 1. Έναν υπεράκτιο πλωτό τερματικό σταθμό υγρού φυσικού αερίου (ΥΦΑ) ο οποίος περιλαμβάνει: Ένα δεξαμενόπλοιο ΥΦΑ με πλωτή αποθήκη και μονάδα αεριοποίησης ΥΦΑ Ένα μόνιμο αγκυροβόλιο για την πλωτή μονάδα, με τρεις ομάδες αγκύρωσης για την πρόσδεση του πύργου αγκυροβόλησης της πλωτής μονάδας. Η δυναμικότητα του αγκυροβολίου πρέπει να είναι ικανή για να υποδεχθεί δεξαμενόπλοια Δύο εύκαμπτους σωλήνες για την μεταφορά του φυσικού αερίου από τη πλωτή μονάδα στον υποθαλάσσιο αγωγό 2. Έναν αγωγό φυσικού αερίου, ο οποίος είναι κατασκευασμένος από χαλύβδινο σωλήνα για την μεταφορά του φυσικού αερίου προς τον ξηρά. Στο τμήμα του αγωγού που περνάει από την θάλασσα, για λόγους ασφάλειας και προστασίας του αγωγού από τις άγκυρες διερχομένων πλοίων, ο υποθαλάσσιος αγωγός τοποθετείται σε χαντάκι και θα καλυφθεί με χώμα. Υπάρχει φυσικά και χερσαίο τμήμα του αγωγού που οδηγεί το φυσικό αέριο σε αποθήκη και στη συνέχεια στο δίκτυο του Φ.Α. 3. Σταθμό μέτρησης και ρύθμισης της πίεσης που θα βρίσκεται στην ξηρά. 5.1Τεχνικά χαρακτηριστικά του πλωτού σταθμού Περιγράφονται τα τεχνικά χαρακτηριστικά για τις κύριες εγκαταστάσεις του L.N.G καθώς και για τον κύριο εξοπλισμό που χρησιμοποιείται. 122

123 Πλωτός σταθμός και μονάδα αεριοποίησης Η προμήθεια του L.N.G, πραγματοποιείται με ειδικά διαμορφωμένα δεξαμενόπλοια που μεταφέρουν το υγροποιημένο φυσικό αέριο αποθηκευμένο σε θερμοκρασία -162 C, και τροφοδοτούν έναν υπεράκτιο τερματικό σταθμό. Ο σταθμός αυτός είναι πλωτός και έχει ενσωματωμένη μονάδα αεριοποίησης FSRU (Floating Storage & Regasification Unit). Ακόμη βρίσκεται αγκυροβολημένος σε σταθερό σημείο και μπορεί να υποδεχθεί δεξαμενόπλοια ΥΦΑ τα οποία θα εκφορτώνουν το υγροποιημένο αέριο με ευέλικτους βραχίονες. Ο σταθμός FSRU κατασκευάζεται είτε με ναυπήγηση ενός νέου πλωτού σταθμού είτε με την μετατροπή σε ναυπηγείο υφιστάμενου πλοίου. Ο πλωτός σταθμός του L.N.G περιλαμβάνει: o εγκαταστάσεις υποδοχής, που περιλαμβάνουν βραχίονες φόρτωσης με τα αντίστοιχα συστήματα όπως σωληνώσεις και διακόπτες λειτουργίας, για την μεταφορά του L.N.G από τα δεξαμενόπλοια στον πλωτό σταθμό. o δεξαμενές για την αποθήκευση του L.N.G, που θα αποθηκεύουν το υγροποιημένο αέριο σε θερμοκρασία -162 C και πίεση μεγαλύτερη από την ατμοσφαιρική. o αεριοποίηση του L.N.G με την χρήση εναλλακτών θερμότητας με ατμό και κύκλωμα γλυκόλης. o πλωτό αγκυροβόλιο για την πρόσδεση του σταθμού FSRU με τρεις ομάδες αγκυρών σε διάταξη 120 που θα είναι αγκυρωμένες σε θεμέλια από σκυρόδεμα στον πυθμένα της θάλασσας. o δύο εύκαμπτους σωλήνες από τους οποίους ο πρώτος θα χρησιμοποιείται στην μεταφορά του φυσικού αερίου, ενώ ο δεύτερος θα είναι εφεδρικός. 123

124 5.2Δεξαμενές αποθήκευσης του L.N.G Δεξαμενές Moss Η αποθήκευση συνήθως γίνεται σε δεξαμενές Moss που έχουν διάμετρο περίπου 20m, και αποθηκευτική χωρητικότητα έως m3. Οι δεξαμενές Moss αποτελούνται από ένα εσωτερικό κέλυφος με αλουμίνιο. Εξωτερικά από το κέλυφος έχουμε στρώματα από μονωτικό υλικό για την μόνωση της δεξαμενής που στηρίζονται σε δακτυλιοειδές χαλύβδινο κράσπεδο το οποίο με την σειρά του στηρίζεται στο εσωτερικό του διπλού πυθμένα. Σε κάθε δεξαμενή τοποθετείται ένα χαλύβδινο κάλυμμα πάνω στην κορυφή της που θα συμπεριλάβει πλήρως όλη την κατασκευή, για να την προστατεύσει την από τις περιβαλλοντικές συνθήκες. Συγχρόνως το κάλυμμα δημιουργεί έναν αεροστεγή χώρο γύρω από τις δεξαμενές όπου μπορεί να παραμένει το φυσικό αέριο σε περίπτωση διαρροής. Επίσης με τα καλύμματα προστατεύονται οι δεξαμενές από πιθανές πηγές ανάφλεξης και τα καταλύματα του πληρώματος σε περίπτωση ατυχήματος. Η κάθε δεξαμενή Moss βρίσκεται σε ξεχωριστή αίθουσα φορτίου και τοποθετείται στο κατάστρωμα του διπλού πυθμένα της FSRU. Η αποθήκευση φυσικού αερίου σε δεξαμενές Moss χρησιμοποιείται παγκοσμίως από μεγάλο αριθμό πλοίων LNG. Η πίεση λειτουργίας των δεξαμενών είναι περίπου 70 mbar πάνω από την ατμοσφαιρική αλλά οι δεξαμενές αυτές είναι σχεδιασμένες και για μεγαλύτερες πιέσεις. Υπάρχουν αυτόματες βαλβίδες ανακούφισης που ενεργοποιούνται και εκτονώνουν την πίεση όταν αυτή τα 230 mbar πάνω από την πίεση λειτουργίας. Η μόνωση στις δεξαμενές σχεδιάζεται έτσι ώστε να έχουμε μία πρώτη προθέρμανση του ΥΦΑ και την μετατροπή μιας ποσότητάς του σε αέρια μορφή (εξάτμιση- boil off). 124

125 Δεξαμενές τύπου μεμβράνης Στις δεξαμενές τύπου μεμβράνης έχουμε δύο διαφορετικές σχεδιάσεις, την επίπεδη μεμβράνη και την διπλωμένη μεμβράνη. Το πάχος της μεμβράνης συνήθως είναι μικρό, περίπου ένα χιλιοστό ή ακόμη μικρότερο. Η αντοχή επομένως της δεξαμενής οφείλεται στην μόνωση και την κατασκευή του πλοίου ή της πλωτής μονάδας. Ενώ όμως το πάχος του τοιχώματος είναι σχετικά λεπτό, παραμένει ισχυρό και στερεό γιατί χρησιμοποιείται υλικό από ανοξείδωτο χάλυβα. Τα συστήματα μόνωσης που εφαρμόζονται ήδη εδώ και αρκετά χρόνια αποτελούνται από ένα σύστημα με ξύλινες πλάκες που ενδιάμεσα έχουν πληρωθεί με μονωτικό υλικό που μπορεί π.χ. να είναι μικρά σφαιρίδια από περλίτη. Οι δεξαμενές φυσικά πρέπει να διαθέτουν βαλβίδες για την εκτόνωση της πίεσης ή του κενού. Οι βαλβίδες εκτόνωσης της πίεσης υπολογίζονται με βάση την πιθανότητα να έχουμε πυρκαγιά. Τα τελευταία χρόνια δηλαδή μετά το 2010 που τέθηκαν σε λειτουργία μεγάλες μονάδες υγροποίησης φυσικού αερίου στο Κατάρ, ναυπηγήθηκαν δεξαμενόπλοια τύπου μεμβράνης με πολύ μεγάλη χωρητικότητα από την Qatar Petroleum τα οποία καλούνται Q Flex και έχουν χωρητικότητα μέχρι m3. Την ίδια στιγμή τα συμβατικά δεξαμενόπλοια μεταφοράς υγρού φυσικού αερίου που κατασκευάζονται, έχουν χωρητικότητα μέχρι m Εγκαταστάσεις αεριοποίησης ΥΦΑ. Δύο είναι οι επικρατέστερες τεχνολογίες για την αεριοποίηση του υγροποιημένου φυσικού αερίου : - η τεχνολογία του λέβητα εμβαπτισμένου καυστήρα (ΛΕΚ) και - η τεχνολογία με ατμό και κύκλωμα γλυκόλης. 125

126 Η τεχνολογία λέβητα εμβαπτισμένου καυστήρα ΛΕΚ Οι καυστήρες των ΛΕΚ χρησιμοποιούν για την καύση φυσικό αέριο από αυτό που έχει ήδη εξατμισθεί και εξαεριωθεί. Τα θερμά καυσαέρια που δημιουργούνται από την καύση με την βοήθεια φυσητήρων αέρα οδηγούνται σε ένα σύστημα με διάτρητους σωλήνες που βρίσκεται στον πυθμένα του ΛΕΚ. Το υγρό φυσικό αέριο με την βοήθεια αντλιών περνάει μέσα από ένα σπειροειδή εναλλάκτη θερμότητας, ο οποίος βρίσκεται εμβαπτισμένος σε ένα λουτρό νερού. Με την άνοδο των καυσαερίων μέσα στο λουτρό σχηματίζονται φυσαλίδες που μεταφέρουν την θερμότητα που απαιτείται για την αεριοποίηση του ΥΦΑ. Οι ΛΕΚ θερμαίνουν το υγρό φυσικό αέριο μέσα στο υδρόλουτρο και έτσι πετυχαίνεται η αεριοποίηση του ΥΦΑ και η μετατροπή του σε φυσικό αέριο σε θερμοκρασία 5ο C. Το ΥΦΑ και το φυσικό αέριο ρέουν μέσα από σωληνώσεις εμβαπτισμένες μέσα στο λουτρό που αποτελεί και την πηγή της θερμότητας για την μετατροπή του ΥΦΑ από υγρό σε αέριο. Τα καυσαέρια οδηγούνται διαμέσου ενός προστατευτικού πλέγματος που χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση των σταγονιδίων της δρόσου και εξέρχονται στην καπνοδόχο σε θερμοκρασία περίπου 20 C. Το υδρόλουτρο, που διαθέτει γλυκό νερό, θερμαίνεται από την καύση του φυσικού αερίου και χρησιμοποιείται για την αεριοποίηση του ΥΦΑ. Το νερό που χρησιμοποιείται από τους ΛΕΚ είναι αποθηκευμένο σε μία δεξαμενή αποθήκευσης νερού από όπου και διανέμεται και για άλλες χρήσεις στην πλωτή εξέδρα όπως π.χ. : - σε εγκαταστάσεις αφαλάτωσης - σε δεξαμενές έρματος - σε καταλύματα - για την πλύση του μηχανοστασίου - για την χρήση του στους βραχίονες φόρτωσης ΥΦΑ - για νερό πυρόσβεσης και - για την παρασκευή απιονισμένου νερού. 126

127 Η τεχνολογία ατμού με κύκλωμα γλυκόλης - Σε αυτήν την τεχνολογία αεριοποίησης χρησιμοποιείται ατμός. Οι εγκαταστάσεις αεριοποίησης, βρίσκεται στην πλώρη της εξέδρας και μπροστά από τις εγκαταστάσεις αποθήκευσης. Η εγκατάσταση περιλαμβάνει: - φυγοκεντρικές αντλίες υψηλής πίεσης, οι οποίες αυξάνουν την πίεση του ΥΦΑ, πριν από την έναρξη της αεριοποίησης - εναλλάκτες αεριοποίησης για την εναλλαγή θερμότητας ανάμεσα στο διάλυμα γλυκόλης και το ΥΦΑ. Συνήθως χρησιμοποιούνται εναλλάκτες σωληνωτού τύπου, με το ΥΦΑ να ρέει μέσα στους σωλήνες. - Το αεριοποιημένο φυσικό αέριο μεταφέρεται στην διάταξη μέτρησης και ρύθμισης της πίεσης και κατόπιν οδηγείται μέσω εύκαμπτων αγωγών σε υποθαλάσσια εγκατάσταση πολλαπλών εξαγωγών. - κυκλώματα διαλύματος γλυκόλης που περιλαμβάνουν αντλίες κυκλοφορίας του μείγματος γλυκόλης/νερού και θερμαντήρα για την θέρμανση αυτού του μείγματος με ατμό, που προέρχεται από τον ατμολέβητα 5.4 Ψυχρή καμινάδα Όταν η μονάδα λειτουργεί κάτω από κανονικές, δεν χρειάζεται να διοχετεύσουμε αέριο στην ατμόσφαιρα. Για προληπτικούς λόγους που έχουν σχέση με την ασφάλεια της μονάδας όμως, αυτή πρέπει να είναι εξοπλισμένη με ψυχρή καμινάδα. Η καμινάδα σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης θα επιτρέπει στο αέριο να διοχετεύεται στην ατμόσφαιρα. Ο εξαερισμός μέσω της καμινάδας θα επιτρέπεται μόνο στην περίπτωση που θα παρουσιασθούν προβλήματα στην κανονική διαδικασία απελευθέρωσης του αερίου. Η ποσότητα του αερίου που θα 127

128 απελευθερώνεται σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, θα εξαρτάται από το πόσο μεγάλο είναι το πρόβλημα. Αντίθετα θα αποκλείεται η καύση του διοχετευόμενου προς την ατμόσφαιρα αερίου για να μη υπάρχει κίνδυνος ανάφλεξης στην μονάδα FSRU. Ακόμη το φυσικό αέριο που θα απελευθερώνεται δεν θα υπάρχει κίνδυνος να προκαλέσει ασφυξία στο πλήρωμα της μονάδας FSRU δεδομένου ότι : η κορυφή της καμινάδας βρίσκεται στο υψηλότερο σημείο της πλωτής μονάδας, που είναι πολύ ψηλότερα από το κατάστρωμα και ακόμη όπως είναι γνωστό το φυσικό αέριο είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και θα ανεβαίνει σε ψηλότερα στρώματα. 128

129 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 60 Βιομηχανία του πετρελαίου 129

130 Η βιομηχανία διύλισης του πετρελαίου εξελίσσεται συνεχώς και φροντίζει να μεταβάλλει την γκάμα των προιόντων της σε σχέση με την ζήτηση και τις ποιοτικές απαιτήσεις των καταναλωτών. Η απαίτηση στην αρχή ήταν η παραγωγή κηροζίνης λόγω του ότι ήταν φθηνότερη και καλύτερη πηγή για φωτισμό σε σχέση με το έλαιο φάλαινας που χρησιμοποιείτο μέχρι τότε. Η μετέπειτα ανάπτυξη του κινητήρα εσωτερικής καύσης οδήγησε στην παραγωγή της βενζίνης και του ντίζελ. Η χρησιμοποίηση του αεροπλάνου δημιούργησε αρχικά την ανάγκη για βενζίνη αεροπορίας υψηλών οκτανίων και στη συνέχεια για καύσιμα αεριωθούμενων, δηλαδή μια εξέλιξη του αρχικού προϊόντος, της κηροζίνης. Σήμερα τα διυλιστήρια παράγουν μια μεγάλη ποικιλία από προιόντα, μεταξύ των οποίων συμπεριλαμβάνονται και αρκετά τα οποία είναι απαραίτητα για τη βιομηχανία των πετροχημικών γιατί τα χρησιμοποιεί σαν πρώτη ύλη. 6.1Διεργασίες Απόσταξης. Το πρώτο διυλιστήριο που κατασκευάσθηκε, παρήγαγε με απλή ατμοσφαιρική απόσταξη κηροζίνη. Εκτός της κηροζίνης παρήγαγε και υποπροϊόντα μεταξύ των οποίων συμπεριλαμβάνονταν η νάφθα και η πίσσα. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι με απόσταξη του πετρελαίου υπό κενό θα μπορούσαν να παραχθούν τα υψηλής ποιότητας λιπαντικά έλαια. Τα επόμενα έτη δυο σημαντικά γεγονότα άλλαξαν την κατάσταση: η εφεύρεση του κινητήρα εσωτερικής καύσης, που είχε σαν επακόλουθο την ζήτηση για βενζίνη και καύσιμο ντίζελ. η εφεύρεση του ηλεκτρισμού λόγω της οποίας μειώθηκε σημαντικά η ζήτηση για κηροζίνη. 6.2Θερμικές διεργασίες (Cracking). Με την πάροδο του χρόνου και την μαζική παραγωγή των αυτοκινήτων, ο αριθμός των οχημάτων που χρησιμοποιούσαν βενζίνη αυξήθηκε πολύ και η ζήτηση για βενζίνη αυξήθηκε επίσης σημαντικά. Υπήρχε όμως το πρόβλημα ότι με την απόσταξη είχαμε παραγωγή μόνο ενός συγκεκριμένου ποσοστού βενζίνης από το αργό πετρέλαιο. Η 130

131 ανάγκη για περισσότερη βενζίνη, δημιούργησε την διεργασία της θερμικής πυρόλυσης. Με την μέθοδο αυτή χρησιμοποιούσαν σαν πρώτη ύλη τα βαριά καύσιμα και σε συνθήκες μεγάλης πίεσης και μεγάλης θερμοκρασίας, με το σπάσιμο, με φυσικό τρόπο, των μεγάλων μορίων σε μικρότερα πέτυχαν επιπλέον παραγωγή βενζίνης και καυσίμων διύλισης. Μια άλλη μορφή θερμικής πυρόλυσης που αναπτύχθηκε αργότερα χρησιμοποίησε την μείωση του ιξώδους για την παραγωγή περισσότερο επιθυμητών και πολύτιμων προϊόντων. 6.3Καταλυτικές διεργασίες. Η εξέλιξη της βιομηχανίας αυτοκινήτων και η χρησιμοποίηση σύγχρονων βενζινοκινητήρων απαιτούσε υψηλότερη συμπίεση και βενζίνη με περισσότερα-οκτάνια και βελτιωμένα αντικροτικά χαρακτηριστικά (antiknock). Μέχρι τα τέλη του 1930 η διεργασία της καταλυτικής πυρόλυσης και οι διεργασίες πολυμερισμού κάλυψαν αυτή την ζήτηση με την παραγωγή βενζίνης με υψηλό αριθμό οκτανίων και καλύτερη απόδοση. Η Αλκυλίωση, υπήρξε μια ακόμη καταλυτική διαδικασία που αναπτύχθηκε και παρήγαγε βενζίνη για αεροπλάνα με μεγαλύτερο αριθμό οκτανίων, καθώς επίσης και πρώτες ύλες για την βιομηχανία των πετροχημικών για την παραγωγή συνθετικών ελαστικών και εκρηκτικών. Την δεκαετία του 1960 αναπτύχθηκαν βελτιωμένοι καταλύτες και μέθοδοι, όπως είναι η αναμόρφωση και η υδρογονοπυρόλυση για να αυξηθεί η απόδοση στην παραγωγή βενζίνης και να βελτιωθούν τα αντικροτικά χαρακτηριστικά (antiknock). Με αυτές τις καταλυτικές διεργασίες είχαμε και την παραγωγή μορίων υδρογονανθράκων με ένα διπλό δεσμό (αλκένια) που αποτέλεσαν τη βάση για τη σύγχρονη βιομηχανία πετροχημικών. 6.4Διεργασίες εξευγενισμού. Χρησιμοποιήθηκαν διάφορες μέθοδοι εξευγενισμού για να απομακρυνθούν οι ανεπιθύμητες προσμίξεις, οι ακαθαρσίες και τα άλλα συστατικά που έχουν δυσμενή επίδραση στις ιδιότητες των τελικών προιόντων ή που μειώνουν την απόδοση στις διεργασίας μετατροπής. Ο 131

132 εξευγενισμός μπορεί να γίνει με φυσικό διαχωρισμό ή με την βοήθεια χημικών αντιδράσεων. Παραδείγματα διεργασιών εξευγενισμού είναι η καυστική πλύση, η χημική γλύκανση, η υδρογοκατεργασία, η όξινη επεξεργασία, η ξήρανση, η εκχύλιση με διαλύτες, και η αποκήρωση με διαλύτες. Πρίν από την διεργασία χρησιμοποιήθηκαν γλυκαντικές ουσίες και οξέα που αποθειώνουν το αργό και εξευγενίζουν τα προιόντα κατά την διάρκεια και μετά από την διεργασία Βασικά στοιχεία του αργού πετρελαίου. Το αργό πετρέλαιο είναι ένα σύνθετο μείγμα υγρών υδρογονανθράκων με διαφορετική χημική σύσταση (μεταβάλλεται από το ένα πεδίο πετρελαίου στο άλλο) μέσα στο οποίο βρίσκονται διαλυμένοι και αέριοι ή ακόμη και στερεοί υδρογονάνθρακες. Εκτός από τους υδρογονάνθρακες στο πετρέλαιο, ανάλογα με τον τόπο προέλευσης του, συναντάμε και άλλες ενώσεις. Για το αργό πετρέλαιο σε κάποια χαρακτηριστικά κοιτάσματα η στοιχειακή του % κατά βάρος σύσταση περιλαμβάνει : Άνθρακα Υδρογόνο Θείο Άζωτο Οξυγόνο Μέταλλα (C) (H) (S) (N) (Ο) ( Fe, V, Ni κλπ. ) : : : : : : ,1 6,9 0,1 2,0 0,05 1,4 0,03 Ένα "μέσο" αργό πετρέλαιο περιέχει περίπου 84% άνθρακα, υδρογόνο 14%, 1% -3% θείο, και λιγότερο από 1% για κάθε ένα από το άζωτο, οξυγόνο, τα μέταλλα και τα άλατα. Τα ακατέργαστα έλαια ταξινομούνται γενικά ως παραφινικά, ναφθενικά, ή αρωματικά, με βάση το επικρατέστερο ποσοστό των παρόμοιων μορίων υδρογονανθράκων που περιέχουν. Τα μείγματα του αργού έχουν διάφορες ποσότητες από κάθε τύπο υδρογονάνθρακα. Στο διυλιστήριο τα αποθέματα αργού πετρελαίου συνήθως αποτελούνται από μείγματα δύο ή περισσοτέρων διαφορετικών ειδών πετρελαίου. 132

133 6.6. Βασικά στοιχεία χημείας των υδρογονανθράκων. Το αργό πετρέλαιο είναι ένα μείγμα υδρογονανθράκων διαφορετικής χημικής σύστασης. Οι HC είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν άτομα άνθρακα και υδρογόνου και μπορεί να έχουμε υδρογονάνθρακες από ένα έως 60 άτομα άνθρακα. Οι ιδιότητες τους εξαρτώνται από τον αριθμό και την διάταξη των ατόμων άνθρακα και υδρογόνου στα μόρια τους. Το απλούστερο μόριο υδρογονάνθρακα περιέχει ένα άτομο άνθρακα που συνδέεται με τέσσερα άτομα υδρογόνου: το μεθάνιο. Οι υπόλοιπες παραλλαγές των υδρογονανθράκων πετρελαίου αναπτύσσονται από το μόριο αυτό. Οι HC που περιέχουν μέχρι και τέσσερα άτομα άνθρακα συνήθως είναι αέρια, αυτοί που έχουν από 5 έως 19 άτομα άνθρακα είναι συνήθως υγρά, και εκείνοι με 20 ή περισσότερα άτομα άνθρακα είναι στερεά. Στο αργό πετρέλαιο εκτός από τους υδρογονάνθρακες συναντάμε και άλλα χημικά στοιχεία όπως είναι το οξυγόνο, το θείο και το άζωτο, σαν προσμίξεις. Η σύσταση του πετρελαίου εξαρτάται από τον τόπο προέλευσης του κοιτάσματος εξόρυξής του. Η διαδικασία της διύλισης χρησιμοποιεί χημικές ουσίες, καταλύτες, θερμότητα, και πίεση για να διαχωρίσει ή να ενώσει τους βασικούς τύπους υδρογονανθράκων που υπάρχουν στο φυσικό αργό πετρέλαιο, σε ομάδες παρόμοιων μορίων. Με τις διαδικασίες της διύλισης επίσης αναδιατάσσονται οι δομές και οι αρχικοί δεσμοί σε διαφορετικά συστατικά και μόρια υδρογονανθράκων. Για τη διαδικασία διύλισης σημαντικό είναι το είδος των υδρογονανθράκων (παραφινικοί, ναφθενικοί, ή αρωματικοί) και όχι τα ειδικά χημικά συστατικά. Οι τρείς σημαντικότερες ομάδες συστατικών υδρογονανθράκων που υπάρχουν στο φυσικό αργό πετρέλαιο είναι οι παρακάτω. Αλκάνια ή παραφίνες. Οι παραφινικές σειρές που βρίσκονται στο αργό έχουν τον γενικό τύπο CnH2n+2 είναι άκυκλες κορεσμένες οργανικές ενώσεις και μπορεί να είναι είτε ευθείας αλυσίδας (κανονικές) ή διακλαδωμένης αλυσίδας (ισομερή) ατόμων άνθρακα. Τα ελαφρύτερα μόρια παραφινών ευθείας 133

134 αλυσίδας όπως είναι φυσικό βρίσκονται σε αέρια και στους παραφινικούς κηρούς. Παραδείγματα είναι το μεθάνιο, το αιθάνιο, το προπάνιο, το βουτάνιο (αέρια που περιέχουν ένα έως και τέσσερα άτομα άνθρακα), και τα πεντάνιο, εξάνιο (υγρά με πέντε και έξι άτομα άνθρακα). Οι διακλαδισμένες αλυσίδες παραφινών (ισομερή) βρίσκονται συνήθως στα βαρύτερα κλάσματα του αργού και έχουν μεγαλύτερους αριθμούς οκτανίων από τις κανονικές παραφίνες. Τα συστατικά αυτά είναι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες, που έχουν όλους τους δεσμούς άνθρακα καλυμμένους δηλαδή η υδρογονανθρακική αλυσίδα είναι πλήρως συμπληρωμένη με άτομα υδρογόνου. Κυκλοαλκάνια ή ναφθένια. Είναι μονοκυκλικές κορεσμένες οργανικές ενώσεις με γενικό τύπο CnH2n που ταξινομημένοι σε μορφή κλειστών δακτυλίων (κυκλικών) και βρίσκονται σε όλα τα κλάσματα του αργού εκτός των πολύ ελαφρών. Δύο είναι οι κυριότερες σειρές που έχουμε : Του κυκλοπεντάνιου που διαθέτει πέντε άτομα άνθρακα στον δακτύλιό του και Του κυκλοεξάνιου που διαθέτει αντίστοιχα έξι άτομα άνθρακα Αρωματικοί υδρογονάνθρακες. Οι αρωματικοί υδρογονάνθρακες είναι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες κυκλικού τύπου οι οποίοι αντιδρούν εύκολα γιατί διαθέτουν ελλιπή, σε μόρια υδρογόνου, άτομα άνθρακα. Όλοι οι υδρογονάνθρακες αυτού του τύπου έχουν τουλάχιστον ένα δακτύλιο βενζολίου (ένα μονό δακτύλιο στον οποίο τα έξι άτομα άνθρακα που διαθέτει έχουν τρείς διπλούς δεσμούς εναλλάξ με τρείς απλούς δεσμούς) σαν μέρος της δομής τους, ενώ η πιο απλή ένωση της σειρά είναι το βενζόλιο. Σε κάποιες ενώσεις μπορεί να έχουμε δύο ή και περισσότερους δακτύλιους ενωμένους μεταξύ τους όπως στην ναφθαλίνη (C10H8) με δύο ενωμένους δακτύλιους και περισσότερο σύνθετους, πολυνουκλεικούς με τρείς ή περισσότερους ενωμένους δακτύλιους όπως π.χ. είναι το ανθρακένιο (C14H10). Αυτοί οι HC βρίσκονται σε βαρύτερα κλάσματα του αργού πετρελαίου. 134

135 Άλλοι υδρογονάνθρακες Αλκένια ή ολεφίνες. Έχουν γενικό τύπο CnH2n και στην αλυσίδα τους περιέχουν ένα μόνο διπλό δεσμό ανάμεσα σε άτομα άνθρακα. Το πιο απλό αλκένιο, το αιθυλένιο, διαθέτει δύο άτομα άνθρακα που είναι ενωμένα με ένα διπλό δεσμό και τέσσερα άτομα υδρογόνου. Οι ολεφίνες τις περισσότερες φορές δημιουργούνται με θερμικές και καταλυτικές διεργασίες ενώ σπάνια τις βρίσκουμε στο φυσικό ακατέργαστο αργό. Διένια και αλκίνια. Τα διένια τα οποία είναι γνωστά και σαν διολεφίνες, είναι οι ενώσεις που διαθέτουν δύο διπλούς δεσμούς άνθρακα- άνθρακα. Τα αλκίνια έχουν εντός του μορίου τους ένα τριπλό δεσμό άνθρακαάνθρακα. Και τα αλκάνια και τα αλκίνια έχουν τον ίδιο γενικό τύπο CnH2n-2. Οι ολεφίνες, οι διολεφίνες, και τα αλκίνια χαρακτηρίζονται σαν ακόρεστοι υδρογονάνθρακες γιατί περιέχουν λιγότερα υδρογόνα από αυτά που χρειάζεται για να κορεσθούν όλα τα σθένη των ατόμων του άνθρακα. Οι ενώσεις αυτές είναι πιο δραστικές από τις παραφίνες και τα ναφθένια και ενώνονται εύκολα με άλλα στοιχεία όπως είναι το υδρογόνο και το βρώμιο Βασικά προϊόντα διυλιστηρίων Βενζίνη. Η βενζίνη για κινητήρες είναι το σημαντικότερο από τα προϊόντα των διυλιστηρίων. Είναι ένα μείγμα υδρογονανθράκων που διαθέτουν σημείο βρασμού από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος μέχρι και τους 400 F. Οι πιο σημαντικές ιδιότητες της βενζίνης είναι ο αριθμός των οκτανίων της (antiknock), η τάση των ατμών της και η πτητικότητά της. Για να βελτιώσουμε τις επιδόσεις της συνήθως χρησιμοποιούμε 135

136 πρόσθετες ουσίες οι οποίες εξασφαλίζουν επιπλέον και προστασία από την οξείδωση και τον σχηματισμό σκουριάς Κηροζίνη. Η Κηροζίνη είναι ένα μεσαίο απόσταγμα από τα προϊόντα απόσταξης του πετρελαίου το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν καύσιμο αεριωθουμένων καθώς επίσης και για την θέρμανση χώρων. Όταν την χρησιμοποιούμε σαν καύσιμο αεριωθούμενων, μερικές από τις κρίσιμες ιδιότητες της είναι το σημείο ανάφλεξης, το σημείο πήξης, και το σημείο βρασμού. Κηροζίνη, με κατώτερες προδιαγραφές, χρησιμοποιείται για θέρμανση, φωτισμό, σαν διαλύτης, και για την ανάμειξη με πετρέλαιο ντίζελ Καύσιμα απόσταξης. Είναι το πετρέλαιο κίνησης και το πετρέλαιο θέρμανσης και έχουν σημείο βρασμού που μεταβάλλεται από 400 έως 700 F. Οι ιδιότητες τις οποίες οφείλουν να έχουν αυτά τα καύσιμα, σε επιθυμητές τιμές, είναι το σημείο πήξης, το σημείο ανάφλεξης, η καθαρή καύση, να μη σχηματίζονται ιζήματα στις δεξαμενές αποθήκευσης, καθώς και ο αριθμός κετανίου Υγροποιημένο αέριο πετρελαίου (LPG). Το υγροποιημένο αέριο πετρελαίου ή υγραέριο, αποτελείται κυρίως από προπάνιο και βουτάνιο. Χρησιμοποιείται σαν καύσιμο αλλά και σαν ενδιάμεσο υλικό για την κατασκευή πετροχημικών προιόντων. Οι προδιαγραφές που είναι σημαντικές για να θεωρηθεί κατάλληλο για κατανάλωση το υγραέριο είναι η τάση ατμών και ο έλεγχος των προσμίξεων Υπολειμματικά Καύσιμα. Υπολειμματικά καύσιμα ή συνδυασμός υπολειμματικών καυσίμων και αποσταγμάτων χρησιμοποιούνται για την θέρμανση και την λειτουργία διεργασιών σε θαλάσσια σκάφη, εργοστάσια, εμπορικά κτίρια και βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι σημαντικότερες προδιαγραφές για 136

137 τα υπολειμματικά καύσιμα είναι το ιξώδες τους και η χαμηλή περιεκτικότητά τους σε θείο, που είναι απαραίτητη για την προστασία του περιβάλλοντος Κώκ και άσφαλτος. Το κώκ που είναι σχεδόν καθαρός άνθρακας έχει μεγάλη ποικιλία χρήσεων που ξεκινάει από τα ηλεκτρόδια μέχρι το ξυλοκάρβουνο. Η άσφαλτος την οποία χρησιμοποιούμαι στην κατασκευή των δρόμων πρέπει να είναι αδρανής στις καιρικές συνθήκες και στις περισσότερες χημικές ουσίες Λιπαντικά. Τα λιπαντικά βασικά έλαια παράγονται με κάποιες ειδικές διεργασίες διύλισης. Με την προσθήκη πρόσθετων, όπως βελτιωτικά του ιξώδους, αντιοξειδωτικά, και απογαλακτοματοποιητές, που αναμειγνύουμε με τα βασικά έλαια εξασφαλίζουμε τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά για τα λιπαντικά, τα έλαια των κινητήρων, και τα βιομηχανικά γράσα. Η ιδιότητα που θεωρείται κρίσιμη για την ποιότητα του λιπαντικού βασικού ελαίου είναι ο υψηλός δείκτης ιξώδους, που διασφαλίζει σταθερότητα σε διάφορες θερμοκρασίες Διαλύτες. Σαν διαλύτες χρησιμοποιούνται μία γκάμα προϊόντων, στα οποία ελέγχεται στενά το σημείο ζέσεως και η σύνθεση των υδρογονανθράκων. Στους διαλύτες συμπεριλαμβάνονται το βενζόλιο, το τολουόλιο, και το ξυλόλιο Πετροχημικά. Πολλά από τα προϊόντα που παράγονται από τη διύλιση του αργού πετρελαίου, όπως είναι το αιθυλένιο, το προπυλένιο, και το βουτυλένιο, χρησιμοποιούνται σαν πρώτη ύλη στην βιομηχανία των πετροχημικών για την παραγωγή συνθετικών ινών, πλαστικών, συνθετικών ελαστικών, και αρκετών άλλων προϊόντων. 137

138 138

139 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 70 Περιγραφή διεργασιών διύλισης Εικόνα 7.1 Μονάδα αποθείωσης πετρελαίου 139

140 7.1Προσμίξεις στο αργό πετρέλαιο Όπως έχει ήδη αναφερθεί στο αργό πετρέλαιο δεν έχουμε μόνο υδρογονάνθρακες αλλά, συναντάμε και διάφορες άλλες ενώσεις, που τις χαρακτηρίζουμε σαν ξένες προσμείξεις. Οι ενώσεις αυτές μπορεί να περιέχονται σε πολύ μικρές ποσότητες (ίχνη), όπως βρίσκουμε τα άλατα των μετάλλων, ή σε σημαντικές ποσότητες, όπως συναντάμε το θείο. Οι κυριότερες προσμείξεις στο αργό πετρέλαιο είναι: Το νερό με την μορφή αλατούχων διαλυμάτων Οι ενώσεις του θείου Οι ενώσεις του αζώτου Οι ενώσεις των αλογόνων Οι ενώσεις του οξυγόνου Οι οργανομεταλλικές ενώσεις Οι ενώσεις αυτές επηρεάζουν αρνητικά τις διεργασίες επεξεργασίας του πετρελαίου και πρέπει να απομακρυνθούν γιατί είναι ανεπιθύμητες στα τελικά προϊόντα, τα οποία όταν τις περιέχουν μπορεί να βρεθούν εκτός προδιαγραφών. Επίσης είναι πιθανό να προκαλέσουν, στις διεργασίες επεξεργασίας του πετρελαίου και των προϊόντων του, προβλήματα τεχνικής φύσης, όπως είναι η δηλητηρίαση στους καταλύτες και η διάβρωση στον εξοπλισμό των μονάδων Ενώσεις του θείου Το θείο είναι το μεγαλύτερο σε ποσοστό στοιχείο που περιέχεται στο πετρέλαιο μετά από τον άνθρακα και το υδρογόνο. Οι ενώσεις του θείου αποτελούν τη μεγαλύτερη ομάδα ετεροενώσεων που υπάρχουν σ αυτό. Το ποσοστό του θείου στο αργό πετρέλαιο κυμαίνεται από 0,1 μέχρι και 7 % κ.β. Το ποσοστό μεταβάλλεται ανάλογα με το κοίτασμα. Τα πετρέλαια της Μέσης Ανατολής περιέχουν περίπου 3% κ.β. θείο, τα πετρέλαια από το Μεξικό γύρω στο 5% κ.β., ενώ το υψηλότερο ποσοστό 140

141 7% κ.β. έχει παρατηρηθεί σε κοίτασμα του Ιράκ. Στο αργό πετρέλαιο Πρίνου Καβάλας η περιεκτικότητα σε θείο είναι πάνω από 3% κ.β. Τα πετρέλαια που έχουν περιεκτικότητα σε θείο χαμηλότερη του 1,0% κ.β. χαρακτηρίζονται σαν φτωχά σε θείο(sweet). Πετρέλαια φτωχά σε θείο συναντώνται στην Αυστρία, τη Βόρεια Αφρική και τη Νιγηρία, ενώ αντίθετα πλούσια σε θείο(sour), με πάνω από 1,5% κ.β. είναι αυτά από τη Σοβιετική Ένωση και την Μέση Ανατολή (π.χ. Κουβέιτ, Ιράκ, Ιράν και Σαουδική Αραβία, τα οποία περιέχουν 1,5 μέχρι 4% Κουβέιτ σε θείο. Οι παραπάνω τιμές ισχύουν μόνο για το θείο που βρίσκεται σε μορφή οργανοθειούχων ενώσεων, ενώ στις τιμές δε συμπεριλαμβάνεται το υδρόθειο. Αυτό διαχωρίζεται μαζί με τους άλλους αέριους υδρογονάνθρακες κατά την άντληση του κοιτάσματος στους διαχωριστήρες αερίου. Οι πιο συνηθισμένες οργανοθειούχες ενώσεις στο αργό πετρέλαιο είναι: Μερκαπτάνες ή θειόλες Σουλφίδια ή θειοαιθέρες Θειοφαίνιο και τα παράγωγά του Κυκλικοί θειοαιθλερες Βενζοθειοφαίνιο και τα παράγωγά του Διβενζοθειοφαίνιο και τα παράγωγά του Υδρόθειο Το υδρόθειο (hydrogen sulfide) είναι ανόργανη χημική ένωση, που περιέχει υδρογόνο και θείο, και έχει χημικό τύπο H2S. Σε συνηθισμένες συνθήκες, δηλαδή σε θερμοκρασία είκοσι πέντε βαθμών κελσίου και ατμοσφαιρική πίεση, το καθαρό υδρόθειο είναι άχρωμο, εύφλεκτο, δηλητηριώδες, διαβρωτικό και εκρηκτικό, με χαρακτηριστική οσμή κλούβιων αυγών. 141

142 Όπως έχουμε ήδη αναφέρει το υδρόθειο στις συνηθισμένες συνθήκες είναι αέριο, είναι άχρωμο και έχει δυσάρεστη οσμή. Η υγροποίησή του επιτυγχάνεται στους - 60 C ενώ στερεοποιείται στους - 80 C. Είναι διαλυτό στο νερό και την αιθυλική αλκοόλη και είναι λίγο βαρύτερο από τον ατμοσφαιρικό αέρα. Το υδρόθειο καίγεται με το οξυγόνο δίνοντας γαλάζια φλόγα και σχηματίζοντας διοξείδιο του θείου και νερό. Μπορεί στο αργό πετρέλαιο και στο φυσικό αέριο να περιέχονται μικρές ποσότητες υδρόθειου, ενώ ειδικά για το φυσικό μπορεί να περιέχει υδρόθειο με περιεκτικότητα μέχρι 90% κ.β. Η κυριότερη πηγή υδροθείου είναι τα διυλιστήρια, γιατί με την διεργασία της αποθείωσης απομακρύνονται από το αργό πετρέλαιο κάποια θειούχα συστατικά του με τη χρήση υδρογόνου. Σαν αποτέλεσμα έχουμε την παραγωγή υδρόθειου με αναγωγή, μέσω της διεργασίας κλάους η οποία αποτελεί και τον κύριο τρόπο παραγωγής στοιχειακού θείου. 7.2 Eπεξεργασία αργού πετρελαίου Η επεξεργασία του αργού πετρελαίου αποσκοπεί στα εξής: Ικανοποίηση συγκεκριμένων προδιαγραφών για τη μεταφορά του πετρελαίου όσον αφορά την τάση ατμών (vapour pressure).οι προδιαγραφές αυτές είναι πολύ αυστηρές στην περίπτωση μεταφοράς με πετρελαιοφόρα πλοία (tankers), όπου το πετρέλαιο θα πρέπει να πλήρως σταθεροποιημένο με τάση ατμών 1atm στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Στην περίπτωση μεταφοράς με αγωγούς οι προδιαγραφές είναι περισσότερο χαλαρές αν και η ακριβής γνώση της τάσης ατμών έχει σημασία για τη μέτρηση της μάζας πετρελαίου που μεταφέρεται. Τον αποτελεσματικό διαχωρισμό πετρελαίου-αερίου προκειμένου να επιτευχθεί η επιθυμητή τάση ατμών και πιθανώς και η επεξεργασία του αερίου προκειμένου να καλυφθούν οι προδιαγραφές πώλησης του. Το διαχωρισμό παραγόμενου νερού-πετρελαίου και τη διάσπαση τυχόν σχηματισμένων γαλακτωμάτων νερού-πετρελαίου για την κάλυψη προδιαγραφών διύλισης. Την απομάκρυνση τυχόν οξειδωτικών ή τοξικών ουσιών κυρίως H2S πριν την παράδοση του πετρελαίου. 142

143 Την απομάκρυνση αλάτων για την κάλυψη προδιαγραφών διύλισης. Τα άλατα μπορεί να αποτελέσουν πρόβλημα όταν το πετρέλαιο παράγεται μαζί με μικρές ποσότητες νερού και το πρώτο στάδιο του διαχωρισμού πραγματοποιείται σε υψηλές θερμοκρασίες. Σε τέτοιες συνθήκες το νερό μπορεί να εκτονωθεί στην αέρια φάση (flash expansion) αφήνοντας αλάτι ως υπόλειμμα στο πετρέλαιο Διαχωριστής Ο διαχωριστής (separator) είναι μια απλή διάταξη στην οποία με την βοήθεια της βαρύτητας επιτυγχάνεται ο διαχωρισμός φάσεων. Έχουμε διάφορα ήδη διαχωριστών. Στο παρακάτω σχήμα παρουσιάζεται ένας διαχωριστής. Ο πρώτος διαχωρισμός επιτυγχάνεται όταν το εισερχόμενο ρεύμα υγρού/αερίου αμέσως μετά την είσοδό του στον διαχωριστή προσκρούει πάνω σε επικλινή πλάκα. Το υγρό όπως είναι φυσικό επιβραδύνεται και οδηγείται στο κάτω μέρος του δοχείου. Μια κατακόρυφη επιφάνεια (weir) που χρησιμοποιείται σαν όριο υπερχείλισης του πετρελαίου, καθορίζει το επίπεδο των υγρών στον διαχωριστή, ενώ συγχρόνως λόγω βαρύτητας διαχωρίζει το πετρέλαιο από το νερό. Η στάθμη των υγρών και στις δύο πλευρές της επιφάνειας αυτής διατηρείται σταθερή με την βοήθεια κατάλληλης ρυθμιστικής διάταξης. Και στις δύο πλευρές της επιφάνειας το αέριο διαχωρίζεται από το υγρό. Ο σημαντικότερος παράγοντας για τον διαχωρισμό, ο οποίος αποτελεί και τη βασική παράμετρο σχεδιασμού του διαχωριστή είναι ο χρόνος παραμονής (residence time). Ο σχεδιασμός των διαχωριστών αποσκοπεί σε χρόνο παραμονής μεταξύ 3 έως 5 λεπτών. Άλλη βασική παράμετρος που πρέπει να υπολογίζεται είναι η μέγιστη ταχύτητα του αερίου, πάνω από την οποία θα έχουμε συμπαράσυρση του υγρού από το αέριο και επομένως μη ικανοποιητικό διαχωρισμό. Η λειτουργία του διαχωριστή μέσα σε επιθυμητά όρια επιτυγχάνεται με συστήματα αυτομάτου ελέγχου. 143

144 Σχέδιο 7.1 Διαχωριστής 144

145 Καθαρισμός αργού (αφαλάτωση). Το αργό πετρέλαιο μετά την έξοδό του από το κοίτασμα περιέχει συνήθως θαλασσινό νερό, αιωρούμενα στερεά, ανόργανα άλατα, και υδατοδιαλυτά ιχνοστοιχεία. Στην περιοχή της εξόρυξης έχουμε την πρωτογενή επεξεργασία του αργού που περιλαμβάνει την αφυδάτωση και την αφαλάτωσή του. Παρόλα αυτά το αργό που παραδίδεται στα διυλιστήρια αν και είναι σε μεγάλο βαθμό αφυδατωμένο, πάντοτε ένα μικρό μέρος του νερού και των αλάτων παραμένει στο πετρέλαιο. Αυτές τις προσμείξεις πρέπει να τις απομακρύνουμε με αφαλάτωση (αφυδάτωση), για να αποφύγουμε την φραγή, την διάβρωση, και την μόλυνση του εξοπλισμού όπως και την δηλητηρίαση των καταλυτών στις μονάδες επεξεργασίας. Το άλατα όπως είναι το ασβέστιο, το χλωριούχο νάτριο, το μαγνήσιο και τα θειικά άλατα μπορεί να έχουν άσχημες επιπτώσεις στον εξοπλισμό των μονάδων επεξεργασίας του πετρελαίου. Η διεργασία της αφαλάτωσης είναι επίσης σημαντική γιατί απομακρύνονται από το αργό πετρέλαιο και τα αιωρούμενα στερεά. Με τον καθαρισμό απομακρύνονται επίσης από τους αγωγούς, τις δεξαμενές και τα δεξαμενόπλοια και τα σωματίδια άμμου, αργίλου, θειικού σιδήρου, οξείδια σιδήρου, και άλλες ενώσεις που έχουν παρασυρθεί κατά την διεργασία της παραγωγής και κατά την μεταφορά. Η αφαλάτωση επιτυγχάνεται με την προσθήκη νερού σε ποσοστό μέχρι 10% κ.ό. και την ανάμιξή του με αργό πετρέλαιο σε θερμοκρασίες από 90 μέχρι και 150 Οι δύο πιο χαρακτηριστικές μέθοδοι αφαλάτωσης του αργού πετρελαίου, που είναι ο χημικός και ο ηλεκτροστατικός διαχωρισμός, χρησιμοποιούν ζεστό νερό σαν μέσο εκχύλισης. Στην χημική αφαλάτωση, προσθέτουμε στο αργό πετρέλαιο νερό και χημικά επιφανειοδραστικά (απογαλακτοματοποιητές) και θερμαίνουμε έτσι ώστε τα άλατα και οι άλλες ακαθαρσίες να διαλυθούν ή να προσκολληθούν στο νερό. Στη συνέχεια μεταφέρονται σε μια δεξαμενή και απομακρύνονται με καθίζηση. Η ηλεκτρική αφαλάτωση είναι περισσότερο συνηθισμένη και εύχρηστη. Στην μέθοδο αυτή με την εφαρμογή, στο δοχείο αφαλάτωσης, ηλεκτροστατικών φορτίων υψηλής τάσης επιτυγχάνεται η 145

146 διάσπαση των γαλακτωμάτων πετρελαίου- αλατούχου νερού. Κατόπιν γίνεται διαχωρισμός του νερού από το πετρέλαιο λόγω βαρύτητας. Οι επιφανειοδραστικές ουσίες προστίθενται μόνο όταν το αργό περιέχει μεγάλη ποσότητα αιωρούμενων στερεών. Και οι δύο μέθοδοι αφαλάτωσης είναι συνεχείς. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ηλεκτρικά πεδία AC, ή DC, και τάσεις από μέχρι volts για να πετύχουν τη συσσωμάτωση. Σε μονάδες αφαλάτωσης ενός σταδίου μπορεί να έχουμε αποδόσεις μέχρι 95% ενώ για μονάδες δύο σταδίων οι αποδόσεις είναι δυνατόν να φτάσουν το 99%. Το αργό πετρέλαιο σαν πρώτη ύλη θερμαίνεται για να επιτευχθεί η μείωση του ιξώδους και της επιφανειακής τάσης για να έχουμε ευκολότερη ανάμειξη και διαχωρισμό του νερού. Η θερμοκρασία περιορίζεται από την τάση των ατμών του αργού πετρελαίου. Και στις δύο παραπάνω μεθόδους μπορούν να προστεθούν άλλες χημικές ουσίες. Συχνά για τη μείωση της διάβρωσης χρησιμοποιείται η αμμωνία. Για την ρύθμιση του ph του νερού πλύσης μπορεί να προστεθεί καυστικό ή οξύ. Οι προσμείξεις και τα απόνερα απομακρύνονται από το κάτω μέρος της δεξαμενής καθίζησης σε εγκατάσταση επεξεργασίας λυμάτων. Το αφαλατωμένο αργό πετρέλαιο λαμβάνεται σε συνεχή ροή από την κορυφή της δεξαμενής καθίζησης και οδηγείται στον πύργο απόσταξης. 146

147 7.2 Διάγραμμα : Ηλεκτροστατική αφαλάτωση 147

148 Απομάκρυνση όξινων αερίων σε μονάδα επεξεργασίας με αμίνη Τα όξινα αέρια είναι το υδρόθειο και το διοξείδιο του άνθρακα. Μεγάλο μέρος του υδρόθειου σχηματίζεται λόγω της μετατροπής των θειούχων ενώσεων στις μονάδες υδρογονοκατεργασίας, υδρογονοπυρόλυσης, καταλυτικής πυρόλυσης και θερμικής πυρόλυσης. Αρχικά είχαμε την καύση του υδρόθειου μαζί με άλλα ελαφριά αέρια γιατί από οικονομική άποψη δεν συνέφερε η αφαίρεσή του από τα αέρια και η μετατροπή του σε στοιχειακό θείο. Όμως η πρακτική αυτή άλλαξε, γιατί οι κανονισμοί προστασίας του περιβάλλοντος έγιναν πιο αυστηροί και επιβάλλεται ο περιορισμός των εκπομπών SO2 στην ατμόσφαιρα. Εκτός όμως από το υδρόθειο σε μερικά αργά πετρέλαια περιέχεται διαλυμένο και διοξείδιο του άνθρακα το οποίο κατά την επεξεργασία συσσωρεύεται στο αέριο καύσιμο. Τα όξινα αέρια απομακρύνονται ταυτόχρονα από το αέριο καύσιμο με μια σειρά από διαφορετικές διεργασίες οι, σημαντικότερες από τις οποίες είναι: Διεργασίες ξηρής προσρόφησης Διεργασίες φυσικής διάλυσης Διεργασίες χημικής διάλυσης (a) Μονοαιθανολαμίνη (MEA) (b) Διαιθανολαμινη (DEA) (c) Μεθυλο διαιθανολαμίνη (MDEA) (d) Διγλυκολαμίνη (DGA) (e) Θερμό ανθρακικό κάλιο Η πλέον χρησιμοποιούμενη διεργασία είναι αυτή με διαιθανολαμίνη. Στη διεργασία αυτή χρησιμοποιείται υδατικό διαιθανολαμίνης με συγκεντρώσεις από 15 έως 30 % κ.β.. Αρχικά το διάλυμα οδηγείται στην κορυφή μιας στήλης απορρόφησης που μπορεί να έχει από 20 μέχρι 24 δίσκους ή να διαθέτει πληρωτικό υλικό με 148

149 αντίστοιχη δυναμικότητα. Στην στήλη το διάλυμα διαιθανολαμίνης απορροφάει το υδρόθειο και το διοξείδιο του άνθρακα. Στη συνέχεια απομακρύνουμε το διάλυμα αυτό και καθαρίζεται το προς επεξεργασία αέριο. Το διάλυμα που περιέχει πλέον τα όξινα αέρια μετά τη στήλη απορρόφησης οδηγείται σε ένα δοχείο εκτόνωσης που λειτουργεί με σαφώς χαμηλότερη πίεση ως προς τη στήλη απορρόφησης. Εκεί διαχωρίζουμε τα μεθάνιο και αιθάνιο που πιθανόν να έχουν παρασυρθεί σαν αέρια καύσης. Το διάλυμα με τα όξινα αέρια προθερμαίνεται και οδηγείται σε στήλη αναγέννησης όπου τα όξινα αέρια με την βοήθεια ατμού απογυμνώνονται από τον αναβραστήρα της στήλης. Η στήλη περιέχει 20 έως 24 δίσκους ή πληρωτικό υλικό με αντίστοιχη δυναμικότητα. Τα όξινα αέρια απομακρύνονται από την κορυφή της στήλης ενώ ένα μέρος τους διέρχεται μέσα από ένα συμπυκνωτή όπου συμπυκνώνονται. Κατόπιν το συμπύκνωμα διαχωρίζεται από τα όξινα αέρια και επιστρέφει στην κορυφή της στήλης σαν αναρροή. Τα όξινα αέρια οδηγούνται στη μονάδα ανάκτησης του θείου στην οποία το υδρόθειο μετατρέπεται σε στοιχειακό θείο. Το διάλυμα της αμίνης ψύχεται και επιστρέφει στην κορυφή της στήλης απορρόφησης. Aνάκτηση του θείου με διεργασία claus Όπως έχει ήδη αναφερθεί παραπάνω λόγω της εφαρμογής των αυστηρών περιβαλλοντικών κανονισμών απαιτείται πλέον η ανάκτηση του θείου σε ποσοστό 99%. Για τον λόγο αυτό χρειάζεται διεργασία με δύο στάδια. Σαν πρώτο στάδιο έχουμε την μονάδα Claus ενώ σαν δεύτερο στάδιο μια διεργασία όπως είναι η Sulfreen. Τα όξινα αέρια που έχουν ανακτηθεί από τις μονάδες επεξεργασίας με αμίνη περιέχουν λίγους υδρογονάνθρακες, διοξείδιο του άνθρακα και κυρίως υδρόθειο. Χρησιμοποιούμαι λοιπόν τη διεργασία Claus για να μετατρέψουμε σε στοιχειακό θείο το υδρόθειο. Με διεργασία μερικής καύσης, το αέριο ρεύμα που περιέχει το υδρόθειο καίγεται με αέρα και τα θερμά αέρια οδηγούνται σε αντιδραστήρα που διαθέτει καταλύτη από αλουμίνα. Στον αντιδραστήρα αυτά αντιδρούν με το υδρόθειο που δεν έχει καεί και σχηματίζεται σαν προιόν το στοιχειακό θείο. Οι αντιδράσεις που έχουμε είναι: 149

150 Καυστήρας: 2H2S + 3O2 2H2O + 2SO2 Αντιδραστήρας: 2H2S + SO2 2H2O + 3S Ο καυστήρας για την καύση του αερίου ρεύματος με το υδρόθειο είναι τοποθετημένος σε θάλαμο καύσης. Ο θάλαμος καύσης εξασφαλίζει τον απαραίτητο χρόνο για να ολοκληρωθεί η αντίδραση καύσης πριν μειωθεί η θερμοκρασία των αερίων στον λέβητα ανάκτησης της θερμότητας. Ο λέβητας ανάκτησης της θερμότητας βοηθάει στην απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους θερμότητας της εξώθερμης αντίδρασης από τα αέρια με παραγωγή ατμού. Μερικές φορές ένα μέρος του στοιχειακού θείου συμπυκνώνεται και απομακρύνεται από το αέριο μέσα στον λέβητα ανάκτησης της θερμότητας. Η θερμοκρασία του αερίου στην είσοδο του πρώτου καταλυτικού μετατροπέα ρυθμίζεται περίπου στους 245 C για να διατηρηθεί η καταλυτική κλίνη πάνω από το σημείο δρόσου του θείου και να αποφευχθεί ο κορεσμός του καταλύτη με θείο και επομένως η απενεργοποίησή του. Εξώθερμη είναι και η αντίδραση ανάμεσα στο υδρόθειο και το διοξείδιο του θείου στον καταλυτικό μετατροπέα. Τα αέρια από τον μετατροπέα ακολούθως ψύχονται σε συμπυκνωτή για να αφαιρεθεί το μεγαλύτερο μέρου του στοιχειακού θείου σε υγρή μορφή. Αντίστοιχα για να αποφεύγεται η στερεοποίηση του θείου πρέπει η θερμοκρασία εξόδου από τους συμπυκνωτές να παραμένει πάνω από τους 135 C. 150

151 7.3 Διάγραμμα :Ανάκτηση του θείου 151

152 7.3Απόσταξη αργού πετρελαίου (κλασμάτωση). 7.4 Σχέδιο :Πύργος Απόσταξης 152

153 Το πρώτο και σημαντικότερο βήμα στη διαδικασία διύλισης του αργού πετρελαίου είναι ο διαχωρισμός του σε διάφορα κλάσματα ή σε ποσοστά κλασμάτων και γίνεται σε πύργους απόσταξης με ατμοσφαιρική πίεση ή υπό κενό. Τα κύρια κλάσματα που λαμβάνονται έχουν συγκεκριμένο εύρος σημείων βρασμού και μπορούν να ταξινομηθούν κατά φθίνουσα σειρά πτητικότητας σε αέρια, ελαφρά αποστάγματα, μεσαία κλάσματα, πετρέλαια μηχανών εσωτερικής καύσης και υπόλειμμα. 7.5 Διάγραμμα διαδικασίας διύλισης 153

154 7.6 Διάγραμμα : Στήλη κλασματικής απόσταξης 154

155 Ατμοσφαιρική απόσταξη Στο διυλιστήριο, το αφαλατωμένο αργό πετρέλαιο πριν τροφοδοτηθεί στον πύργο απόσταξης προθερμαίνεται σε εναλλάκτες θερμότητας με ανάκτηση θερμότητας. Η πρώτη ύλη μετά οδηγείται σε φούρνο για να αποκτήσει, με επιπλέον θέρμανση, την απαραίτητη θερμότητα και κατόπιν ρέει σε μία κάθετη στήλη απόσταξης ακριβώς πάνω από τον πυθμένα, σε πιέσεις ελαφρώς μεγαλύτερες από την ατμοσφαιρική και σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από 650 έως 700 F (θέρμανση του αργού πετρελαίου πάνω από αυτές τις θερμοκρασίες μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα την θερμική πυρόλυση η οποία είναι ανεπιθύμητη). Όλα εκτός από τα βαρύτερα κλάσματα στιγμιαία μετατρέπονται σε ατμό. Καθώς ο ζεστός ατμός ανεβαίνει στον πύργο, η θερμοκρασία του μειώνεται. Στην κορυφή του πύργου έχουμε σε μορφή ατμού το αέριο και την ελαφριά βενζίνη. Το προιόν πυθμένα είναι βαρύ μαζούτ ή ασφαλτικό υπόλειμμα. Τα περισσότερα προϊόντα όπως είναι τα έλαια λίπανσης, η κηροζίνη, τα έλαια θέρμανσης και η βενζίνη (τα οποία συμπυκνώνονται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες) λαμβάνονται διαδοχικά σε υψηλότερα σημεία του πύργου. 155

156 Ο πύργος απόσταξης, είναι ένας κύλινδρος από χάλυβα ύψους περίπου 120 μέτρων που περιέχει οριζόντιους δίσκους από χάλυβα για τον διαχωρισμό και τη συλλογή των υγρών. Σε κάθε δίσκο, οι ατμοί που ανεβαίνουν από κάτω προς τα πάνω διέρχονται μέσα από οπές και bubble caps. Περνώντας μέσα από τις οπές οι ατμοί αναμειγνύονται με το υγρό που βρίσκεται πάνω στον δίσκο. Με την ανάμειξη αυτή προκαλείται συμπύκνωση των υδρατμών στη θερμοκρασία του εν λόγω δίσκου. Ένας αγωγός υπερχείλισης στην άκρη του πύργου διοχετεύει τα υγρά που έχουν συμπυκνωθεί στον αμέσως πιο κάτω δίσκο, όπου λόγω της υψηλότερης θερμοκρασίας προκαλείται και πάλι περαιτέρω εξάτμιση. Η εξάτμιση, η συμπύκνωση, και η ανατάραξη επαναλαμβάνονται πολλές φορές μέχρι να επιτευχθεί ο επιθυμητός βαθμός καθαρότητας του προϊόντος. Κατόπιν, για να εξασφαλίσουμε τα επιθυμητά κλάσματα μεταφέρονται οι πλευρικές ροές από ορισμένους δίσκους. Τα προϊόντα όπως είναι τα πρώτα αέρια στην κορυφή του πύργου έως τα βαριά κλάσματα στον πυθμένα μπορούν να λαμβάνονται συνεχόμενα από τον πύργο απόσταξης. Συχνά χρησιμοποιείται στους πύργους ένα ρεύμα ατμού για να μειωθεί η πίεση ατμού και να δημιουργηθεί μία μικρή υποπίεση. Με την διαδικασία της απόσταξης διαχωρίζονται τα σημαντικότερα συστατικά του αργού πετρελαίου σε ξεχωριστά προϊόντα. Πολλές φορές το αργό πετρέλαιο διαχωρίζεται μόνο στα ελαφρύτερα κλάσματα και μένει ένα βαρύ υπόλειμμα το οποίο συχνά αποστάζεται περαιτέρω σε διαφορετικές συνθήκες (απόσταξη υπό κενό). 156

157 7.7 Διάγραμμα : Απόσταξη με ατμοσφαιρική πίεση 157

158 Απόσταξη σε πύργο κενού. (Vacum Distilliation Unit). Για να πετύχουμε την περαιτέρω απόσταξη του υπολείμματος που προκύπτει από τον πύργο ατμοσφαιρικής απόσταξης απαιτούνται υψηλότερες θερμοκρασίες. Το κενό το χρησιμοποιούμε για να μειωθούν οι θερμοκρασίες της αποστάξεως και έτσι να αποφευχθεί η θερμική αποσύνθεση ή πυρόλυση που θα είχαμε σε υψηλές θερμοκρασίες. Ακόμη προστίθεται στον πυθμένα της κυρίως κολώνας κενού, ατμός απογύμνωσης για να ελαττωθεί η τάση ατμών των υδρογονανθράκων και παράλληλα να αυξηθεί η εξάτμισή τους. Για να παραλάβουμε λοιπόν από το υπόλειμμα της ατμοσφαιρικής απόσταξης τα συστατικά που είναι πολύτιμα είναι απαραίτητη η απόσταξη με μειωμένη πίεση (απόσταξη κενού). Tα αποστάγματα από την απόσταξη κενού χρησιμοποιούνται σαν πρώτη ύλη σε Μονάδες Καταλυτικής Πυρόλυσης. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθούν σαν πρώτη ύλη και σε μονάδεν Λιπαντικών. Εκτός από τα αποστάγματα παράγεται και ένα ασφαλτούχο υπόλειμμα. Η διαδικασία πραγματοποιείται σε έναν ή περισσότερους πύργους απόσταξης κενού. Οι αρχές της απόσταξης κενού είναι παρόμοιες με αυτές της κλασματικής απόσταξης και ο εξοπλισμός είναι επίσης παραπλήσιος. Οι στήλες όμως που χρησιμοποιούνται για να διατηρηθεί ο ατμός, αν και έχουμε μειωμένες πιέσεις, σε ίδιες ταχύτητες είναι μικρότερης διαμέτρου. Ο εσωτερικός σχεδιασμός των δίσκων για τους πύργους κενού διαφέρει από αυτόν για τους πύργους με ατμοσφαιρική πίεση. Σε ένα κλασικό πύργο κενού μπορεί να παράγουμε ντίζελ, λιπαντικά, και υπόλειμμα. Με ένα δευτερεύοντα πύργο που λειτουργεί σε χαμηλότερη πίεση μπορεί να αποστάζει το πλεονάζων υπόλειμμα από τον ατμοσφαιρικό πύργο καθώς και το πλεονάζων υπόλειμμα από τον πρώτο πύργο κενού. Συνήθως οι πύργοι κενού χρησιμοποιούνται για να διαχωρίσουν το πλεονάζων υπόλειμμα από την καταλυτική πυρόλυση Άλλες στήλες απόσταξης. Μέσα στα διυλιστήρια υπάρχουν πολυάριθμοι μικρότεροι πύργοι απόσταξης (στήλες), που είναι σχεδιασμένοι να διαχωρίζουν συγκεκριμένα προιόντα. Όλες οι στήλες λειτουργούν με αρχές παρόμοιες με αυτές των πύργων και έχουν περιγραφεί παραπάνω. Για παράδειγμα, ένας αποπροπανιωτήρας είναι 158

159 μια μικρή στήλη που σχεδιάστηκε για να διαχωρίζει το προπάνιο και τα ελαφρύτερα αέρια από το βουτάνιο και από τα βαρύτερα συστατικά. Μία άλλη μεγαλύτερη στήλη χρησιμοποιείται για τον διαχωρισμό του αιθυλοβενζόλιου και του ξυλόλιου. Ακόμη υπάρχουν μικροί πύργοι που ονομάζονται απογυμνωτές και χρησιμοποιούν ατμό για να απομακρύνουν τα ίχνη των ελαφριών προϊόντων από ρεύματα βαρύτερων προϊόντων. 159

160 7.8 Διάγραμμα : Απόσταξη υπό κενώ 160

161 7.4 Εκχύλιση με Διαλύτη και Αποκήρωση. Η μέθοδος της επεξεργασίας με διαλύτη χρησιμοποιείται συχνά με σκοπό τον εξευγενισμό των λιπαντικών ελαίων, και πολλών άλλων stocks διύλισης. Λόγω του ότι η απόσταξη διαχωρίζει τα προϊόντα του πετρελαίου σε ομάδες μόνο ως προς τα εύρη του σημείου βρασμού τους, οι προσμίξεις συνήθως παραμένουν. Σε αυτές μπορεί να περιλαμβάνονται οργανικές ενώσεις που περιέχουν άζωτο, θείο, οξυγόνο, ανόργανα άλατα, διαλυμένα μέταλλα και επίσης διαλυτά άλατα που υπήρχαν στο αργό πετρέλαιο. Ακόμη η κηροζίνη και τα αποστάγματα μπορεί να περιέχουν σε ίχνη αρωματικά και ναφθένια, ενώ στα λιπαντικά έλαια μπορεί να περιέχετε κερί. Στις διεργασίες επεξεργασίας με διαλύτη που πραγματοποιούνται με εκχύλιση και αποκήρωση με διαλύτη ως επί το πλείστον απομακρύνονται οι ανεπιθύμητες ουσίες στα ενδιάμεσα στάδια της διύλισης ή λίγο πριν την αποστολή του προϊόντος για αποθήκευση Εκχύλιση με διαλύτες. Σκοπός της διεργασίας εκχύλισης με διαλύτη είναι η πρόληψη της διάβρωσης, η προστασία των καταλυτών, και η βελτίωση των τελικών προϊόντων με την απομάκρυνση των ακόρεστων και αρωματικών υδρογονανθράκων από τα λιπαντικά. Η διαδικασία της εκχύλισης με διαλύτη διαχωρίζει με διάλυση ή καθίζηση τα αρωματικά, τα ναφθενικά, και τις ακαθαρσίες από το ρεύμα του προϊόντος. Αρχικά αφυδατώνεται η πρώτη ύλη και κατόπιν ακολουθεί η επεξεργασία της με ένα συνεχές ρεύμα διαλύτη κατ αντιρροή. Με μια διεργασία η πρώτη ύλη πλένεται με ένα υγρό στο οποίο οι ουσίες που πρόκειται να απομακρυνθούν είναι περισσότερο διαλυτές από ότι είναι στο προιόν. Με μια άλλη διαδικασία προστίθενται επιλεγμένοι διαλύτες για να προκαλέσουν καθίζηση στις ανεπιθύμητες προσμίξεις. Με διεργασία απορρόφησης στερεά υλικά που διαθέτουν μεγάλο πορώδες συγκεντρώνουν μόρια υγρού στην επιφάνειά τους. Κατόπιν ο διαλύτης διαχωρίζεται από το ρεύμα του προϊόντος με εξάτμιση, θέρμανση, ή κλασμάτωση, και στη συνέχεια τα ίχνη του υπολείμματος απομακρύνονται από το εξευγενισμένο προϊόν της εκχύλισης με απογυμνωτή ατμού ή vacum flashing. Για τον διαχωρισμό των ανόργανων ενώσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί και ηλεκτρική 161

162 καθίζηση. Στη συνέχεια ο διαλύτης αναγεννάτε για να χρησιμοποιηθεί εκ νέου στη διαδικασία. Οι περισσότερο διαδεδομένοι διαλύτες εκχύλισης είναι η φουρφουράλη, η φαινόλη, και η κρεσόλη. Άλλοι διαλύτες που χρησιμοποιούνται λιγότερο είναι το υγρό διοξείδιο του θείου, το νιτροβενζόλιο, και 2,2 διχλωροαιθυλένιο-αιθέρας. Η επιλογή των συγκεκριμένων διαδικασιών και των χημικών ουσιών εξαρτάται από τη φύση της πρώτης ύλης που υποβάλλεται σε επεξεργασία, από την περιεκτικότητα που έχουμε σε προσμείξεις, και από τις απαιτήσεις του τελικού προϊόντος. 162

163 7.9 Διάγραμμα : Εκχύλιση αρωματικών 163

164 Αποκήρωση με διαλύτη. Η διεργασία της αποκήρωσης με διαλύτη χρησιμοποιείται για την αφαίρεση του κεριού από το απόσταγμα ή από τα basestocks σε οποιοδήποτε στάδιο της διαδικασίας διύλισης. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την αποκήρωση με διαλύτη, αλλά σε όλες συναντάμε τα ίδια βασικά βήματα, που είναι τα εξής: η ανάμιξη της πρώτης ύλης με διαλύτη η καθίζηση του κηρού από το μείγμα με ψύξη, η ανάκτηση του διαλύτη από το κερί και το αποκηρωμένο έλαιο για ανακύκλωση με απόσταξη και απογυμνωτή ατμού. Συνήθως δύο είναι οι διαλύτες που χρησιμοποιούνται: το τολουόλιο, το οποίο διαλύει το πετρέλαιο και διατηρεί ρευστότητα σε χαμηλές θερμοκρασίες, και η μεθυλαιθυλοκετόνη (MEK), η οποία διαλύει λίγο κερί σε χαμηλές θερμοκρασίες και ενεργεί ως ένα μέσο καθίζησης του κηρού. Άλλοι διαλύτες που μπορεί να χρησιμοποιηθούν είναι το προπάνιο, το βενζόλιο, η μεθυλική ισοβουτυλική κετόνη, το χλωρομεθυλένιο, η νάφθα πετρελαίου, το αιθυλενοδιχλωρίδιο, και το διοξείδιο του θείου. Επίσης, υπάρχει μια καταλυτική διεργασία που χρησιμοποιείται σαν εναλλακτική στην αποκήρωση με διαλύτη. 164

165 7.10 ιάγαμμα : Διεργασία αποκήρωσης με διαλύτη 165

166 7.5 Διεργασίες θερμικής πυρόλυσης Θερμική πυρόλυση είναι η θερμική κατεργασία του πετρελαίου με στόχο την αύξηση της ποσότητας των ελαφρών συστατικών του καθώς επίσης και την βελτίωση της ποιότητάς τους. Δεδομένου ότι η απλή απόσταξη του αργού πετρελαίου παράγει ποσότητες και είδη προϊόντων που δεν συμπίπτουν με τις απαιτήσεις της αγοράς, απαιτούνται επιπρόσθετες διεργασίες εξευγενισμού που επιτυγχάνουν την αλλαγή της σύνθεσης των προιόντων με την τροποποίηση της μοριακής δομής των υδρογονανθράκων. Ένας τρόπος για την επίτευξη αυτής της αλλαγής είναι μέσω της διάσπασης, μια διεργασία που διασπά τα υψηλότερου βαθμού ζέσεως κλάσματα του πετρελαίου σε πιο πολύτιμα προϊόντα, όπως είναι η βενζίνη, το πετρέλαιο, και το φυσικό αέριο. Οι δύο βασικοί τύποι διάσπασης είναι η θερμική πυρόλυση, που χρησιμοποιεί τη θερμότητα και την πίεση, και η καταλυτική πυρόλυση. Για πρώτη φορά η θερμική πυρόλυση εφαρμόσθηκε το Θερμάνθηκαν υπό πίεση καύσιμα απόσταξης και λιπαντικά λάδια μέσα σε μεγάλα δοχεία έως ότου διασπαστούν σε μικρότερα μόρια με βελτιωμένα αντικροτικά χαρακτηριστικά. Ωστόσο, με αυτή τη μέθοδο προέκυψαν μεγάλες ποσότητες στερεών, και ανεπιθύμητο κωκ. Αυτή η πρώτη διεργασία έχει εξελιχθεί στις μεθόδους της θερμικής πυρόλυσης: ταπείνωση του ιξώδους, ατμοπυρόλυση, και coking Διεργασία ταπείνωσης του ιξώδους. Η διεργασία ταπείνωσης του ιξώδους, αποτελεί μια ήπια μορφή θερμικής πυρόλυσης, με την οποία μειώνεται σημαντικά το ιξώδες του υπολείμματος του αργού πετρελαίου χωρίς να επηρεάζεται το εύρος του σημείου ζέσης. Το υπόλειμμα από τον πύργο ατμοσφαιρικής απόσταξης θερμαίνεται ( F) σε συνθήκες ατμοσφαιρικής πίεσης και υφίσταται μία μέτρια διάσπαση σε θερμαντήρα. Κατόπιν, για να ελεγχθεί η διάσπαση ψύχεται με κρύο πετρέλαιο εσωτερικής καύσης, και μεταφέρεται σε πύργο απόσταξης. Η μείωση του ιξώδους βοηθάει στη μείωση του σημείο ροής των καταλοίπων κηρού και στη μείωση του 166

167 ιξώδους των υπολειμμάτων που χρησιμοποιούνται για την ανάμειξη με ελαφρύτερα καύσιμα. Μπορεί επίσης να παραχθούν μεσαία κλάσματα, ανάλογα με τη ζήτηση που υπάρχει. Η πίσα που διασπάτε θερμικά και συσσωρεύεται στο κάτω μέρος του πύργου κλασμάτωσης, απορροφάται στιγμιαία σε ένα απογυμνωτή και το απόσταγμα ανακυκλώνεται. 167

168 7.11 Διάγραμμα : Ταπείνωση του ιξώδους 168

169 Ατμοπυρόλυση. Η ατμοπυρόλυση είναι μια διεργασία η οποία χρησιμοποιείται στα διυλιστήρια για την παραγωγή ολεφινικών πρώτων υλών όπως είναι το αιθυλένιο από διάφορες πρώτες ύλες. Η γκάμα των πρώτων υλών κυμαίνεται από το αιθάνιο έως το πετρέλαιο εσωτερικής καύσης υπό κενό, ενώ όταν έχουμε τροφοδοσία βαρύτερων κλασμάτων έχουμε μεγαλύτερη γκάμα παραπροιόντων όπως η νάφθα. Οι πιο συνηθισμένες τροφοδοσίες είναι το αιθάνιο, το βουτάνιο, και η νάφθα. Οι θερμοκρασίες στις οποίες πραγματοποιείται η ατμοπυρόλυση είναι F, και οι πιέσεις είναι ελαφρώς μεγαλύτερες από την ατμοσφαιρική. Η νάφθα που παράγεται από την ατμοπυρόλυση περιέχει βενζόλιο, το οποίο εξάγεται πριν με υδρογονοκατεργασία. Το υπόλειμμα της ατμοπυρόλυσης μερικές φορές αναμειγνύεται με βαριά καύσιμα. 7.6 Διεργασίες καταλυτικής πυρόλυσης Ο δεύτερος παγκόσμιος πόλεμος δημιούργησε αυξημένες ανάγκες για βενζίνες με υψηλό αριθμό οκτανίων που ώθησαν τις βιομηχανίες πετρελαίου στη χρησιμοποίηση των διεργασιών καταλυτικής πυρόλυσης. Στις μονάδες καταλυτικής πυρόλυσης έχουμε σπάσιμο (cracking) στην ανθρακική αλυσίδα των μορίων της τροφοδοσίας, και αυτό επιτυγχάνεται με την βοήθεια ενός καταλύτη. Με αυτόν τον τρόπο από το σπάσιμο των μεγάλων μορίων της τροφοδοσίας παίρνουμε μικρότερα μόρια που αντιστοιχούν σε ελαφρότερα κλάσματα που έχουν μεγαλύτερη αξία όπως π.χ. η βενζίνη η νάφθα και τα υγραέρια (LPG). H πυρόλυση αν και πραγματοποιείται σε μεγάλη θερμοκρασία είναι καταλυτική και όχι θερμική για να επιτύχουμε τα επιθυμητά προϊόντα. Αυτό συμβαίνει γιατί ο χρόνος που χρειάζεται να παραμείνει η τροφοδοσία στις συνθήκες της αντιδράσεως είναι πολύ μικρός, 2-3 δευτερόλεπτα, και επομένως περιορίζεται στο ελάχιστο η θερμική πυρόλυση, η οποία ευνοείται από μεγάλους χρόνους παραμονής. Μία μονάδα Καταλυτικής Πυρόλυσης αποτελείται από τα εξής τμήματα: το τμήμα προθερμάνσεως της τροφοδοσίας, 169

170 το τμήμα αντιδραστήρα αναγεννητή στο οποίο : - ολοκληρώνεται η αντίδραση πυρολύσεως της τροφοδοσίας, - πραγματοποιείται ο διαχωρισμός του καταλύτη από τα προϊόντα της αντιδράσεως και - η αναγέννησή του το τμήμα κλασματώσεως των προϊόντων της αντιδράσεως στο οποίο διαχωρίζονται τα διάφορα προϊόντα και οδηγούνται για περαιτέρω επεξεργασία στις αντίστοιχες μονάδες. Στις διεργασίες καταλυτικής πυρόλυσης κατά την διάρκεια των περιόδων λειτουργίας τους με την πρόοδο των αντιδράσεων έχουμε συνεχή μεταβολή στην σύσταση των προιόντων η οποία οφείλεται στην σταδιακή δηλητηρίαση του καταλύτη. Είναι λοιπόν απαραίτητη η συνεχής αναγέννηση των καταλυτών. Υπάρχουν δύο διαφορετικές μέθοδοι για την λειτουργία των μονάδων καταλυτικής πυρόλυσης: οι διεργασίες ρευστοστερεάς κλίνης και οι διεργασίες κινητής κλίνης Οι περισσότερο συνηθισμένες καταλυτικές διεργασίες πυρόλυσης είναι οι διεργασίες ρευστοστερεάς κλίνης με τις οποίες επιτυγχάνεται η διαρκής αναγέννηση του καταλύτη Υγρή καταλυτική πυρόλυση Η μονάδα καταλυτικής πυρόλυσης (Fluid Catalytic Cracking FCC) έχει σαν στόχο να μετατρέψει τα αποστάγματα από την μονάδα κενού (VGOs, Vacuum Gas Oils) σε προϊόντα με μεγαλύτερη αξία όπως είναι η βενζίνη (υψηλού αριθμού οκτανίων), το diesel και τα υγραέρια (LPG). Εκτός από τα προιόντα που έχουν αναφερθεί παραπάνω έχουμε επιπλέον την παραγωγή αερίου καυσίμου (fuel gas), υπολείμματος αποστάξεως (clarified ή slurry oil) και κωκ. Στην διεργασία FCC (Fluid Catalytic Cracking), το πετρέλαιο διασπάται παρουσία λεπτά διαχωρισμένου καταλύτη (σε μορφή μικρών σφαιριδίων) που διατηρείται σε αέρια ή σε υγρή κατάσταση με την 170

171 βοήθεια ατμών υδρογονανθράκων ή αέρα και κάτω από πίεση. Με αυτόν τον τρόπο σχηματίζεται ένα στρώμα καταλύτη το οποίο στροβιλίζεται και σε μία κατάσταση ρευστή μεταφέρεται από τον αντιδραστήρα προς τον αναγεννητή και κατόπιν εκτελεί την αντίστροφη πορεία. Έτσι έχουμε ανακύκλωση του καταλύτη και παράλληλα λειτουργεί και σαν μέσον μεταφοράς θερμότητας μεταξύ του αναγεννητή και του αντιδραστήρα. Η υγρή καταλυτική πυρόλυση αποτελείται από ένα τμήμα καταλύτη και ένα τμήμα κλασματήρα που λειτουργούν μαζί ως μια ολοκληρωμένη μονάδα επεξεργασίας. Το τμήμα του καταλύτη περιέχει τον αντιδραστήρα και τον αναγεννητή, οι οποίοι, με το τμήμα σταθερής πίεσης και ανύψωσης, αποτελούν τη μονάδα κυκλοφορίας του καταλύτη. Ο υγρός καταλύτης κυκλοφορεί συνεχώς μεταξύ του αντιδραστήρα και του αναγεννητή χρησιμοποιώντας σαν μεταφορικό μέσο αναθυμιάσεις πετρελαίου, αέρα, και ατμό. Μια τυπική διαδικασία FCC περιλαμβάνει ένα ρεύμα υδρογονάνθρακα που έχει προθερμανθεί και οδηγείται στο τμήμα ανύψωσης στην γραμμή μεταφοράς καταλύτη από τον αναγεννητή προς τον αντιδραστήρα. Στον αντιδραστήρα με την βοήθεια της θερμής μάζας του καταλύτη έχουμε την εξάτμιση και την διάσπασή του. Οι ατμοί από τους υδρογονάνθρακες στον ανυψωτή διατηρούν σε χαλαρή κατάσταση τον καταλύτη και με αυτό τον τρόπο δημιουργείται μέσα στον αντιδραστήρα η ρευστοστερεά κλίνη. Στις πιο σύγχρονες μονάδες FCC, όλη η διάσπαση πραγματοποιείται στον ανυψωτήρα. Τα προιόντα της καταλυτικής πυρόλυσης περνάνε μέσα από κυκλώνες (βρίσκονται μέσα στον αντιδραστήρα) για να συγκρατηθεί ο κονιοποιημένος καταλύτης που έχει παρασυρθεί μαζί τους. Ο δηλητηριασμένος καταλύτης οδηγείται σταδιακά στον πυθμένα του αντιδραστήρα όπου με την βοήθεια των ατμών απογύμνωσης καθαρίζεται από τους υδρογονάνθρακες που έχουν προσροφηθεί στην επιφάνειά του. Αυτή η πυρόλυση συνεχίζεται έως ότου οι ατμοί των υδρογονανθράκων διαχωρισθούν από τον καταλύτη στους στρόβιλους στον αντιδραστήρα. Το ρεύμα του απορρέοντος από τον αντιδραστήρα προϊόντος (διασπασμένο προϊόν), στη συνέχεια οδηγείται σε μια κλασματική στήλη όπου διαχωρίζεται σε κλάσματα, ενώ ένα μέρος από βαριά κλάσματα ανακυκλώνεται στον ανυψωτήρα. 171

172 Ο χρησιμοποιημένος καταλύτης αναγεννάτε για να απαλλαγούμε από το κώκ που προσροφάται επάνω του κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Ο χρησιμοποιούμενος καταλύτης ρέει μέσω του απογυμνωτή καταλύτη στον αναγεννητή, στον οποίο οι περισσότερες εναποθέσεις κώκ καίγονται στον πυθμένα του και ο προθερμασμένος αέρας και ο χρησιμοποιημένος καταλύτης αναμειγνύονται. Φρέσκος καταλύτης προστίθεται ενώ ο φθαρμένος καταλύτης απομακρύνεται για να βελτιωθεί η διαδικασία πυρόλυσης. 172

173 7.12 Διάγραμμα : Υγρή καταλυτική πυρόλυση 173

174 Καταλυτική πυρόλυση κινητής κλίνης. Η καταλυτική πυρόλυση κινητής κλίνης είναι παρόμοια με τη διαδικασία της FCC. Ο καταλύτης βρίσκεται σε μορφή δισκίων που οδηγούνται συνεχώς στην κορυφή της μονάδας με ταινιόδρομους ή με πνευματική μεταφορά μέσω σωλήνων σε μια δεξαμενή αποθήκευσης, στη συνέχεια ψεκάζεται στην κορυφή του αντιδραστήρα και κινείται προς τα κάτω λόγω της βαρύτητας, και τελικά καταλήγει σε ένα αναγεννητή. Ο αναγεννητής και η δεξαμενή αποθήκευσης είναι απομονωμένα από τον αντιδραστήρα με ατμό φραγής που εμποδίζει τους ατμούς των υδρογονανθράκων να εισέρχονται στην δεξαμενή αποθήκευσης και να αναφλέγονται με τον θερμό αέρα που υπάρχει λόγω της πνευματικής μεταφοράς του καταλύτη. Το προϊόν της κατάλυσης περιλαμβάνει αέριο, βαρύ έλαιο, απόσταγμα, νάφθα και υγροποιημένο αέριο Θερμική καταλυτική πυρόλυση. Σε μια τυπική μονάδα θερμικής καταλυτικής πυρόλυσης, η πρώτη ύλη αφού σε πρώτη φάση έχει προθερμανθεί ρέει λόγω βαρύτητας μέσω της καταλυτικής κλίνης του αντιδραστήρα. Οι ατμοί που διαχωρίζονται από τον καταλύτη αποστέλλονται σε πύργο κλασμάτωσης. Ο καταλύτης που έχει χρησιμοποιηθεί αναγεννάται, ψύχεται, και ανακυκλώνεται. Τα καυσαέρια που παράγονται από την αναγέννηση μεταφέρονται σε ένα βραστήρα μονοξείδιου του άνθρακα για ανάκτηση θερμότητας. 174

175 7.13 Διάγραμμα TCC- μονάδας 175

176 7.7 Υδρογονοπυρόλυση. Περιγραφή. Η υδρογονοπυρόλυση είναι μια εξευγενιστική διεργασία δύο σταδίων που συνδυάζει την καταλυτική πυρόλυση και την υδρογόνωση. Στην υδρογονοπυρόλυση τα βαριά κλάσματα του αργού πετρελαίου διασπώνται παρουσία υδρογόνου και καταλυτών για την παραγωγή περισσότερο επιθυμητών προϊόντων. Η διεργασία διεξάγεται σε υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες με την βοήθεια καταλύτη, και την παρουσία υδρογόνου. Η υδρογονοπυρόλυση χρησιμοποιείται όταν έχουμε πρώτες ύλες που είναι δύσκολο να τις επεξεργασθούμε με καταλυτική πυρόλυση ή με αναμόρφωση. Δεδομένου ότι οι πρώτες ύλες αυτές συνήθως χαρακτηρίζονται από υψηλή περιεκτικότητα σε πολυκυκλικούς αρωματικούς υδρογονάνθρακες ή υψηλές συγκεντρώσεις των δύο σημαντικώτερων δηλητηρίων καταλυτών, το θείο και τις αζωτούχες ενώσεις. Η διεργασία της υδρογονοπυρόλυσης σε μεγάλο βαθμό εξαρτάται από τη φύση των πρώτων υλών και από τις σχετικές τιμές των δύο ανταγωνιστικών αντιδράσεων, της υδρογόνωσης και της διάσπασης. Η πρώτη ύλη (βαριά κλάσματα) μετατρέπεται σε ελαφρά προϊόντα με την χρήση ενός ευρέως φάσματος πολύ υψηλών πιέσεων ( psi) και αρκετά υψηλών θερμοκρασιών ( F), με την παρουσία υδρογόνου και ειδικών καταλυτών. Όταν η πρώτη ύλη χαρακτηρίζεται από υψηλή περιεκτικότητα σε παραφινικά, η σημαντικότερη βοήθεια του υδρογόνου είναι να εμποδίσει τη δημιουργία των πολυκυκλικών αρωματικών ενώσεων. Ένας άλλος σημαντικός ρόλος για το υδρογόνου στην διεργασία της υδρογονοπυρόλυσης είναι η μείωση σχηματισμού πίσσας και η πρόληψη συσσώρευσης στον καταλύτη του οπτάνθρακα. Επίσης η υδρογόνωση χρησιμοποιείται για την μετατροπή του θείου και των αζωτούχων ενώσεων που υπάρχουν στην πρώτη ύλη σε υδρόθειο και αμμωνία. Η υδρογονοπυρόλυση παράγει μεγάλες ποσότητες ισοβουτάνιου για αλκυλίωση πρώτων υλών. Η υδρογονοπυρόλυση ακόμη περιλαμβάνει ισομερισμό για τον έλεγχο του σημείου ροής και του 176

177 σημείου διάσπασης, που είναι σημαντικά στα υψηλής ποιότητας καύσιμα αεριωθούμενων. 7.8Διεργασία υδρογονοπυρόλυσης. Αρχικά, πρώτη ύλη που έχει προθερμανθεί αναμιγνύεται με ανακυκλωμένο υδρογόνο και οδηγείται στον αντιδραστήρα πρώτης φάσης, όπου με καταλυτικές αντιδράσεις μετατρέπεται το θείο και οι αζωτούχες ενώσεις σε υδρόθειο και αμμωνία. Επίσης εμφανίζεται και ελάχιστη υδρογονοπυρόλυση. Οι υδρογονάνθρακες αφήσουν το πρώτο στάδιο, ψύχονται, υγροποιούνται και περνούν μέσα από ένα διαχωριστή υδρογονανθράκων. Κατόπιν το μεν υδρογόνο ανακυκλώνεται με την πρώτη ύλη το δε υγρό τροφοδοτείται σε ένα κλασματήρα. Ανάλογα με τα προϊόντα που θέλουμε (συστατικά βενζίνης, γκάςοιλ, καύσιμα αεριωθούμενων), ο κλασματήρας λειτουργεί για να αφαιρέσει κάποια από τα προιόντα του αντιδραστήρα του πρώτου σταδίου. Κλάσματα στο εύρος της κηροζίνης μπορεί να λαμβάνονται σαν ξεχωριστό πλευρικό προιόν ή να περιλαμβάνονται στον πυθμένα του κλασματήρα με το gas oil. Το υπόλειμμα του κλασματήρα αναμειγνύεται και πάλι με ρεύμα υδρογόνου και τροφοδοτείται στο δεύτερο στάδιο. Το υλικό αυτό εφόσον ήδη από το πρώτο στάδιο έχει υποβληθεί σε κάποια υδρογόνωση, πυρόλυση, και αναμόρφωση, οι διεργασίες της δεύτερης φάσης είναι πιο αυστηρές (ψηλότερες θερμοκρασίες και πιέσεις). Όπως το προιόν του πρώτου σταδίου, έτσι και το προϊόν του δευτέρου σταδίου διαχωρίζεται από το υδρογόνο και τροφοδοτείται στον κλασματήρα. 177

178 7.14 Διάγραμμα : Υδρογονοπυρόλυση δυο φάσεων 178

179 7.9Καταλυτική αναμόρφωση Τα κλάσματα του πετρελαίου που λαμβάνονται από τους πύργους απόσταξης δεν είναι κατάλληλα για καύσιμα αυτοκινήτων γιατί έχουν μικρό αριθμό οκτανίων. Οι διεργασίες της αναμόρφωσης έχουν στόχο να βελτιώσουν τα αντικροτικά χαρακτηριστικά αυτών των καυσίμων. Η καταλυτική αναμόρφωση είναι μια σημαντική διεργασία η οποία χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της νάφθας χαμηλών οκτανίων σε συστατικά ανάμειξης βενζίνης υψηλών οκτανίων που ονομάζονται αναμορφωτές. Η αναμόρφωση αντιπροσωπεύει τη συνολική δράση πολυάριθμων αντιδράσεων, όπως είναι η πυρόλυση, η αφυδρογόνωση, ο πολυμερισμός, και ο ισομερισμός οι οποίες διεξάγονται ταυτόχρονα. Ανάλογα με τις ιδιότητες της πρώτης ύλης (νάφθας), και την περιεκτικότητα σε παραφίνη, ναφθένια, ολεφίνη, και αρωματικές ενώσεις, όπως επίσης και τους καταλύτες που χρησιμοποιούνται, οι αναμορφωτές μπορούν να παραχθούν με πολύ υψηλές συγκεντρώσεις βενζόλιου, τολουόλιου, ξυλόλιου, και άλλων αρωματικών ενώσεων οι οποίες χρησιμοποιούνται για την ανάμειξη με βενζίνες και στις πετροχημικές διεργασίες. Το υδρογόνο που είναι ένα σημαντικό παραπροϊόν, διαχωρίζεται από το αναμόρφωμα σε ένα διαχωριστή και οδηγείται για ανακύκλωση και τη χρήση του σε άλλες διεργασίες. Ένας καταλυτικός αναμορφωτής περιλαμβάνει το τμήμα των αντιδραστήρων και το τμήμα ανάκτησης προϊόντων. Έχει σχεδόν καθιερωθεί να υπάρχει ένα τμήμα προετοιμασίας της τροφοδοσίας στο οποίο, με συνδυασμό υδρογονοθεραπείας και απόσταξης, η πρώτη ύλη προετοιμάζεται για την παραπέρα επεξεργασία της. Οι περισσότερες διεργασίες χρησιμοποιούν ως ενεργό καταλύτη πλατίνα. Μερικές φορές η πλατίνα συνδυάζεται με ένα δεύτερο καταλύτη (διμεταλλικός καταλύτης), όπως είναι το ρήνιο ή κάποιο άλλο ευγενές μέταλλο. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές διεργασίες καταλυτικής αναμόρφωσης όπως platforming, ultraforming, powerforming, και θερμική καταλυτική αναμόρφωση. Στην διεργασία platforming, το πρώτο στάδιο είναι η προετοιμασία της τροφοδοσίας (νάφθα) με την αφαίρεση από τη νάφθα των προσμείξεων και την μείωση της υποβάθμισης του καταλύτη. Κατόπιν η πρώτη ύλη (νάφθα) αναμειγνύεται με υδρογόνο, 179

180 εξατμίζεται, και περνάει μέσα από μια σειρά εναλλασσόμενων μεταξύ τους φούρνων και αντιδραστήρων σταθερής κλίνης που περιλαμβάνουν ένα πλατινένιο καταλύτη. Μετά τον τελευταία αντιδραστήρα το προιόν ψύχεται και αποστέλλεται σε ένα διαχωριστή για να ακολουθήσει η απομάκρυνση, από την κορυφή του διαχωριστή, του πλούσιου σε υδρογόνο αερίου ρεύματος που πηγαίνει για ανακύκλωση. Το υγρό προϊόν από το κάτω μέρος του διαχωριστή αποστέλλεται σε κλασματήρα ο οποίος ονομάζεται σταθεροποιητής (butanizer). Σε αυτόν παράγεται ένα προϊόν πυθμένα που ονομάζεται αναμόρφωμα. Τα βουτάνια και τα ελαφρύτερα κλάσματα που ανεβαίνουν στην κορυφή αποστέλλονται στη μονάδα κορεσμού αερίων. Μερικοί καταλυτικοί αναμορφωτές λειτουργούν σε χαμηλή πίεση ( psi), ενώ άλλοι λειτουργούν σε υψηλές πιέσεις (μέχρι και psi). Ορισμένα από τα συστήματα καταλυτικής αναμόρφωσης αναγεννούν τον καταλύτη συνεχώς με άλλα συστήματα. Κάθε φορά ένας αντιδραστήρας αποκόπτεται για να αναγεννηθεί ο καταλύτης του, ενώ σε ορισμένες εγκαταστάσεις αναγεννούνται οι καταλύτες σε όλους τους αντιδραστήρες κατά τη διάρκεια των εναλλαγών. 180

181 7.15 Διάγραμμα : Διεργασία platforming 181

182 7.10 Καταλυτική υδρογονοκατεργασία. Η καταλυτική υδρογονοκατεργασία είναι μια διεργασία υδρογόνωσης που χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση του 90% περίπου των προσμίξεων όπως είναι το άζωτο, το οξυγόνο, το θείο, και τα μέταλλα από τα υγρά κλάσματα του πετρελαίου. Οι προσμείξεις αυτές, αν δεν τις αφαιρέσουμε από τα κλάσματα του πετρελαίου όπως κυκλοφορούν μέσα στις μονάδες διύλισης, μπορεί να μας δημιουργήσουν αρνητικές συνέπειες για τον εξοπλισμό, τους καταλύτες, καθώς επίσης και για την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Τυπικά, η υδρογονοκατεργασία προηγείται από διεργασίες όπως είναι η καταλυτική αναμόρφωση έτσι ώστε να μην έχει μολυνθεί ο καταλύτης από την ακατέργαστη πρώτη ύλη. Επίσης η υδρογονοκατεργασία χρησιμοποιείται πριν από την καταλυτική πυρόλυση για την επίτευξη της μείωσης του θείου και την βελτίωση της απόδοσης των προϊόντων, καθώς και για την αναβάθμιση των κλασμάτων πετρελαίου μεσαίου αποστάγματος σε τελικά προιόντα όπως είναι η κηροζίνη, τα καύσιμα μηχανών εσωτερικής καύσης, και τα καύσιμα θέρμανσης. Επιπλέον, με την υδρογονοκατεργασία μετατρέπονται οι ολεφίνες και οι αρωματικές ενώσεις σε κορεσμένες χημικές ενώσεις Διεργασία καταλυτικής υδρογονοαποθείωσης. Η υδρογονοκατεργασία για την απομάκρυνση του θείου ονομάζεται υδρογονοαποθείωση. Σε μια τυπική μονάδα καταλυτικής υδρογονοαποθείωσης, η πρώτη ύλη απαεριώνεται και αναμειγνύεται με υδρογόνο, προθερμασμένο σε θερμαντήρα με καύση ( F) και στη συνέχεια τροφοδοτείται υπό πίεση (μέχρι και psi) σε ένα καταλυτικό αντιδραστήρα σταθερής-κλίνης. Στον αντιδραστήρα, το θείο και οι ενώσεις του αζώτου που βρίσκονται στην πρώτη ύλη μετατρέπονται σε H2S και NH3. Τα προϊόντα της αντίδρασης απομακρύνονται από τον αντιδραστήρα και μετά από ψύξη σε χαμηλή θερμοκρασία εισέρχονται σε ένα διαχωριστή υγρού/αερίου. Το πλούσιο σε υδρογόνο αέριο από το διαχωρισμό υψηλής πίεσης ανακυκλώνεται για να αναμειχθεί με την πρώτη ύλη, και μετά το χαμηλής πίεσης ρεύμα 182

183 αερίου που είναι πλούσιο σε H2S αποστέλλεται σε μονάδα επεξεργασίας αερίου, όπου το H2S απομακρύνεται. Το καθαρό αέριο είναι κατάλληλο σαν καύσιμο για τις καμίνους των διυλιστηρίων. Το υγρό ρεύμα είναι το προϊόν της υδρογονοκατεργασία και αποστέλλεται σε μία στήλη απογύμνωσης για την απομάκρυνση του H2S και των άλλων ανεπιθύμητων συστατικών. Σε περιπτώσεις όπου χρησιμοποιείται ατμός για την απογύμνωση, το προϊόν αποστέλλεται σε ένα ξηραντήρα κενού για την απομάκρυνση του νερού. Τα υδρογονοαποθειωμένα προϊόντα αναμειγνύονται ή χρησιμοποιούνται σαν πρώτη ύλη καταλυτικής αναμόρφωσης Άλλες διεργασίες υδρογονοκατεργασίας. Οι διεργασίες της υδρογονοκατεργασίας διαφέρουν ανάλογα με τους καταλύτες που χρησιμοποιούνται και τις διαθέσιμες πρώτες ύλες. Την υδρογονοκατεργασία την χρησιμοποιούμαι για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών καύσης των αποσταγμάτων, όπως η κηροζίνη. Η υδρογονοκατεργασία ενός κλάσματος κηροζίνης μπορεί να μετατρέψει τις αρωματικές ενώσεις σε ναφθένια τα οποία είναι ενώσεις καύσης καθαρότερες. Η υδρογονοκατεργασία των λιπαντικών ελαίων για τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων χρησιμοποιεί καταλυτική επεξεργασία του ελαίου με υδρογόνο. Η ήπια υδρογονοκατεργασία λιπαντικού περιλαμβάνει κορεσμό των ολεφινών και βελτιώσεις στην οσμή, στο χρώμα, και στην οξύτητα του ελαίου. Η ήπια υδρογονοκατεργασία των λιπαντικών επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σαν επακόλουθη διεργασία διαλυτών. Οι θερμοκρασίες λειτουργίας συνήθως είναι κάτω από τους 600 F και οι πιέσεις λειτουργίας κάτω από τα 800 psi. Η υδρογονοκατεργασία των λιπαντικών μεγάλου βαθμού, σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από F και πιέσεις υδρογόνου έως 3000 psi, μπορεί να πετύχει τον κορεσμό στους αρωματικούς δακτυλίους, και παράλληλα να απομακρύνει το θείο και το άζωτο, για να προσδώσει ειδικές ιδιότητες που δεν μπορούν να επιτευχθούν με ήπιες συνθήκες. Η υδρογονοκατεργασία ακόμη μπορεί να εφαρμοσθεί για τη βελτίωση της ποιότητας της βενζίνης πυρόλυσης (pygas), ένα παραπροϊόν από την παραγωγή του αιθυλενίου. Το pygas πωλείται σαν 183

184 συστατικό ανάμειξης βενζίνης για κινητήρες, μία εφαρμογή κατάλληλη για τον υψηλό αριθμό οκτανίων του. Ωστόσο, ανεπεξέργαστα είναι δυνατό να αναμειχθούν μόνο μικρές ποσότητες λόγω της απαράδεκτης οσμής, και του χρώματος. 184

185 7.16 Διάγραμμα : Κλασματική υδρογονοαποθείωση 185

186 7.13 Μονάδα υδρογονοκατεργασίας νάφθας Λόγω της ευαισθησίας του καταλύτη της μονάδας καταλυτικής αναμόρφωσης στις προσμίξεις και ιδιαίτερα στο θείο, είναι απαραίτητη μία προκατεργασία της τροφοδοσίας για την προστασία της λειτουργίας και της ζωής του καταλύτη. Η ακατέργαστη νάφθα που πρόκειται να τροφοδοτήσει την μονάδα καταλυτικής αναμόρφωσης, πρώτα περνάει από την μονάδα όπου γίνεται η επεξεργασία της νάφθας με υδρογόνο. Κύριος σκοπός της επεξεργασίας αυτής είναι η διάσπαση των θειούχων και αζωτούχων ενώσεων της νάφθας και η απομάκρυνση του παραγώμενου θείου και του αζώτου με την μορφή υδροθείου και αμμωνίας αντίστοιχα. Η περιεκτικότητα της επεξεργασμένης νάφθας σε θείο και άζωτο πρέπει να είναι μικρότερη από 0,5 ppm για να μην δημιουργεί προβλήματα στον καταλύτη της μονάδας καταλυτικής αναμόρφωσης Ισομερισμός. Με τις διεργασίες ισομερείωσης, όπως και στις διεργασίες αναμόρφωσης, αναμορφώνεται η δομή στα μόρια της τροφοδοσίας ενώ συγχρόνως περιορίζονται οι αντιδράσεις της πυρόλυσης και της συμπύκνωσης. Ο ισομερισμός μετατρέπει τα n-βουτάνιο, n-πεντάνιο και n-εξάνιο στις αντίστοιχες ισοπαραφίνες τους που έχουν σημαντικά υψηλότερο αριθμό οκτανίων. Οι παραφίνες ευθείας αλυσίδας μετατρέπονται σε πανομοιότυπες διακλαδισμένες αλυσίδες των οποίων η σύσταση των ατόμων είναι ίδια, αλλά τα άτομα είναι διατεταγμένα με διαφορετική γεωμετρική δομή. Ο ισομερισμός είναι σημαντικός για τη μετατροπή του n-βουτάνιου σε ισοβουτάνιο, για να διαθέτουμε περισσότερες πρώτες ύλες για μονάδες αλκυλίωσης, και την μετατροπή των n-πεντανίων και n-εξανίων σε περισσότερο διακλαδισμένα ισομερή για την ανάμειξη με βενζίνη. Ο ισομερισμός είναι παρόμοιος με την καταλυτική αναμόρφωση στο ότι τα μόρια των υδρογονανθράκων, αναταξινομούνται, αλλά σε αντίθεση με την καταλυτική αναμόρφωση, ο ισομερισμός μόνο μετατρέπει κανονικές παραφίνες σε ισοπαραφίνες. Υπάρχουν δύο διαφορετικές διεργασίες ισομερισμού που ξεχωρίζουν: 186

187 το n-βουτάνιο (C4) που ο ισομερισμός του παράγει πρώτες ύλες για την αλκυλίωση και τα κανονικό πεντάνιο / εξάνιο (C5/ C6) που το προιόν της ισομερείωσής τους συμβάλλει στην αύξηση του αριθμού των οκτανίων της ελαφριάς βενζίνης Παγκοσμίως χρησιμοποιείται για τις διεργασίες χαμηλής θερμοκρασίας καταλύτης χλωριούχου αλουμινίου συν υδροχλώριο, ενώ για διεργασίες υψηλότερης θερμοκρασίας χρησιμοποιείται πλατίνα ή άλλος μεταλλικός καταλύτης. Σε μια τυπική διεργασία χαμηλής θερμοκρασίας, η τροφοδοσία στις μονάδες ισομερισμού είναι το nβουτάνιο ή μικτά βουτάνια αναμιγμένα με υδρογόνο (για να έχουμε αναστολή σχηματισμού ολεφινών) και περνάει από τον αντιδραστήρα στους F και πίεση psi. Η τροφοδοσία αποστέλλεται σε ένα ισο-απογυμνωτή (deisobutanizer) για το διαχωρισμό του nβουτάνιο από το προιόν ισοβουτάνιο. Το προιόν του πυθμένα μετά από θέρμανση οδηγείται στον αντιδραστήρα ισομερισμού αφού προστεθούν υδρογόνο και ίχνη οργανικής ένωσης σαν καταλύτης. Το προιόν της αντίδρασης υγροποιείται και μεταφέρεται σε συμπυκνωτή για να απαλλαχθεί από το υδρογόνο. Κατόπιν πηγαίνει στον σταθεροποιητή όπου από την κορυφή του απομακρύνονται διάφορα αέρια ενώ από τον πυθμένα του το μείγμα βουτανίων οδηγείται μαζί με την αρχική τροφοδοσία στον ισο-απογυμνωτή για να πάρουμε από την κορυφή του ισοβουτάνιο και από τον πυθμένα του το κανονικό βουτάνιο που θα ανακυκλωθεί και πάλι στην διεργασία. Ο ισομερισμός πεντάνιου / εξάνιου αυξάνει τον αριθμό οκτανίων στα συστατικά της ελαφριάς βενζίνης n-πεντάνιο και n-εξάνιο, τα οποία βρίσκονται σε αφθονία στην βενζίνη και επομένως βελτιώνει τα αντικροτικά της χαρακτηριστικά. Σε μία τυπική διεργασία ισομερισμού C5 και C6, αποξηραμένη και αποθειωμένη πρώτη ύλη αναμειγνύεται με μικρή ποσότητα οργανικού χλωρίου και ανακυκλωμένου υδρογόνου, και στη συνέχεια σε φούρνο θερμαίνεται στη θερμοκρασία του αντιδραστήρα. Μετά περνάει από τον πρώτο αντιδραστήρα, όπου το βενζόλιο και οι ολεφίνες υδρογονώνονται. Η τροφοδοσία μετά οδηγείται στον αντιδραστήρα ισομερισμού όπου καταλυτικά οι παραφίνες 187

188 ισομερίζονται σε ισοπαραφίνες. Το προιόν του αντιδραστήρα αυτού στη συνέχεια ψύχεται και διαχωρίζεται, στον διαχωριστήρα σε δύο ρεύματα: ένα υγρό προϊόν (ισομερές) και ένα ρεύμα αέριου υδρογόνου προς ανακύκλωση. Το ισομερές καθαρίζεται (καυστικό και νερό), αφαιρείται το οξύ του, και σταθεροποιείται πριν την αποθήκευση. 188

189 7.17 Διάγραμμα : Ισομερισμός C4 189

190 7.18 Διάγραμμα : C5 και C6 Ισομερισμός 190

191 7.15 Αλκυλίωση Στις μονάδες αλκυλίωσης μετατρέπονται οι ελαφρές ολεφίνες σε αλκύλια σε μια αντίδραση με ισοβουτάνιο παρουσία καταλύτη. Το αλκύλιο είναι ένα από τα συστατικά της βενζίνης υψηλού αριθμού οκτανίων και χαμηλής περιεκτικότητας σε ολεφίνες. Τα αλκύλια χρησιμοποιούνται για την ανάμειξή τους σε όλες τις βαθμίδες της βενζίνης Τα τελικά προιόντα Οι υδρογονάνθρακες ανάλογα με το μήκος της αλυσίδας τους έχουν και διαφορετικά σημεία βρασμού. Στα διυλιστήρια με την θέρμανσή του αργού πετρελαίου τα διαφορετικά μήκη αλυσίδας εξατμίζονται διαδοχικά στις αντίστοιχες θερμοκρασίες εξάτμισής τους. Τα προιόντα που προκύπτουν από τα διυλιστήρια είναι : Το υγραέριο, δηλαδή υγροποιημένο πετρελαικό αέριο, Η νάφθα που θεωρείται σαν ενδιάμεσο προιόν το οποίο με επιπλέον επεξεργασία παράγει βενζίνη, Η καύσιμη κηροζίνη, Η καύσιμη βενζίνη, Το ντίζελ ή πετρέλαιο εσωτερικής καύσης, Τα λιπαντικά έλαια, Το μαζούτ Η άσφαλτος και η πίσσα. 191

192 192

193 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 80 Biodiesel 193

194 8.1 Βιοκαύσιμα Τα βιοκαύσιμα είναι υγρά ή αέρια καύσιμα κίνησης τα οποία παράγονται από βιομάζα, όπως ορίζεται από την οδηγία 2009/28/ΕΚ. Όπως ορίζει ο νόμος 3468/2006, βιοκαύσιμα θεωρούνται το βιοντίζελ, η βιοαιθανόλη και το βιοαέριο. Το βιοντίζελ ανήκει στην οικογένεια των ανανεώσιμων καυσίμων και είναι το πιο γνωστό και διαδεδομένο από όλα τα βιοκαύσιμα. Η συνήθης χρήση του είναι σαν καύσιμο σε ντηζελοκινητήρες και αυτό γιατί η χημική του σύσταση είναι παραπλήσια με αυτή του πετρελαίου κίνησης που προέρχεται από την διύλιση του πετρελαίου. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε καθαρό στον τύπο Β100 η αναμεμειγμένο με πετρέλαιο. Tο biodiesel είναι διαθέσιμο πλέον και στα Ελληνικά πρατήρια καυσίμων. Από το 2013 υπάρχει στην χώρα μας το καύσιμο Β7, το οποίο είναι ένα πετρέλαιο κίνησης, με βιοντίζελ σε ποσοστό που φτάνει το 7%. Συνήθεις τύποι μειγμάτων που χρησιμοποιούνται είναι ο Β2, o Β5 και Β20 με ποσοστό σε biodiesel αντίστοιχα 2, 5, και 20 %. Η ευρωπαική ένωση έχει σαν στόχο το 2020 το 10 % της αγοράς των καυσίμων να καλύπτεται από τα βιοκαύσιμα. Τα μείγματα που περιέχουν βιοντίζελ μπορούμε να τα χρησιμοποιήσουμε σχεδόν για όλο τον εξοπλισμό των μηχανών ντίζελ χωρίς να απαιτούνται τροποποιήσεις. Επιπλέον η προσθήκη του βιοντίζελ στα μείγματα βοηθάει στην καλύτερη λίπανση των μηχανών στην μείωση της φθοράς τους και μειώνει το κόστος της συντήρησης. Η υποχρεωτική εισαγωγή του biodiesel στην εγχώρια αγορά ανοίγει νέες σημαντικές ευκαιρίες για την απασχόληση στη Γεωργία. 8.2 Βiodiesel και περιβαλλοντικό πρόβλημα του θερμοκηπίου Τα βιοντίζελ βοηθάει στην επίλυση του περιβαλλοντικού προβλήματος που οφείλεται στα αέρια του θερμοκηπίου. Αυτά είναι ορισμένα αέρια της γήινης ατμόσφαιρας, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, το μεθάνιο, οι χλωροφθοράνθρακες κα. Τα αέρια αυτά λειτουργώντας όπως ένα θερμοκήπιο παγιδεύουν στη γη ένα μέρος της ακτινοβολίας που στέλνει ο ήλιος. Είναι γεγονός ότι εάν δεν υπήρχε το φυσικό αυτό φαινόμενο του θερμοκηπίου θα είχαμε στη γη θερμοκρασίες που θα ήταν πολύ χαμηλότερες από τις σημερινές και η ζωή θα ήτανε πολύ πιο διαφορετική και περισσότερο δύσκολη από αυτή που γνωρίζουμε. Η 194

195 διατάραξη όμως της ισορροπίας λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων είχε σαν αποτέλεσμα την αύξηση του ποσοστού των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα. Έτσι όμως αυξήθηκε και το ποσοστό της ηλιακής ενέργειας που συγκρατείται στη γη, με συνέπεια την αντίστοιχη αύξηση της μέσης θερμοκρασίας στην γη. Η συνεχής αύξηση που έχουμε στην κατανάλωση ενέργειας έχει ως αποτέλεσμα και την αύξηση αντίστοιχα του ποσοστού του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Αυτό συμβαίνει λόγω του ότι σε ποσοστό περίπου 80% το διοξειδίου του άνθρακα προέρχεται από την καύση μη ανανεώσιμων ανθρακούχων υλών, όπως είναι το πετρέλαιο, και το φυσικό αέριο. Από την αρχή της βιομηχανικής επανάστασης, υπήρξε μια αύξηση, περίπου κατά 30%, στην περιεκτικότητα της ατμόσφαιρας σε διοξείδιο του άνθρακα ενώ η συγκέντρωση του μεθανίου έχει σχεδόν διπλασιασθεί. Εάν συνεχίσουμε αυτή την ανεξέλεγκτη ρύπανση της ατμόσφαιρας τότε υπολογίζεται ότι το 2100 οι συγκεντρώσεις του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα θα είναι αυξημένες ως προς τα σημερινά επίπεδα κατά %. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε μη αναστρέψιμα φαινόμενα όπως είναι η ερημοποίηση της επιφάνειας της γης και στην εμφάνιση ακραίων καιρικών φαινομένων με μεγαλύτερη συχνότητα. Είναι επομένως επιτακτική η ανάγκη και για λόγους προστασίας του περιβάλλοντος να περιοριστεί η καύση των ορυκτών καυσίμων. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την βοήθεια των εναλλακτικών πηγών ενέργειας. Η μόνη μη ρυπογόνος και πλήρως ανανεώσιμη εναλλακτική πηγή ενέργειας είναι η ηλιακή ενέργεια η οποία ήδη αξιοποιείται σε ποσοστό όμως που είναι σχετικά μικρό. Η ενέργεια που προέρχεται από τον ήλιο αξιοποιείται με την χρησιμοποίηση της ενέργειας των κυμάτων, με τις ανεμογεννήτριες και τα φωτοβολταϊκά στοιχεία. Αλλά, ο πλέον οικονομικός τρόπος για τη συλλογή και την αποθήκευση της ηλιακής ενέργειας είναι η φωτοσύνθεση όπου τα φυτά μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε χημική ενέργεια των ιστών τους. Η ανησυχία της διεθνούς κοινότητας, για την αύξηση των επιπτώσεων από τα αέρια του θερμοκηπίου, όπως είναι φυσικό είναι 195

196 συνεχώς αυξανόμενη. Έτσι τον Δεκέμβριο του 1997, συγκεντρώθηκαν στο Kyoto της Ιαπωνίας αντιπρόσωποι από όλες τις χώρες με σκοπό να καταλήξουν σε μια συμφωνία για την μείωση των εκπομπών αυτών των αερίων. Σύμφωνα με το πρωτόκολλο του Kyoto μέχρι το 2010 οι εκπομπές των αερίων του θερμοκηπίου πρέπει να μειωθούν σημαντικά σε επίπεδα κάτω από τα επίπεδα του 1990 κατά : 6% από την Ιαπωνία, 7% από τις Ηνωμένες Πολιτείες και 8% από την Ευρωπαϊκή Ένωση. 8.3Ενεργειακές καλλιέργειες για την παραγωγή biodiesel Στην Ελλάδα ήδη έχουμε στρέμματα με ενεργειακές καλλιέργειες. Από αυτές περίπου το 90 % είναι καλλιέργειες με ηλίανθο ενώ οι υπόλοιπες είναι με ελαιοκράμβη και αγριαγκινάρα. Οι ενεργειακές καλλιέργειες με την χρησιμοποίησή τους σαν πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοκαυσίμων βοηθάνε στην επίλυση του ενεργειακού προβλήματος σε χώρες όπως η Ελλάδα που κάνουν μεγάλες εισαγωγές σε πετρέλαιο. Επιπλέον δίνουν διέξοδο και στην αγροτική παραγωγή με την εισαγωγή καλλιεργειών που δεν αντιμετωπίζουν πρόβλημα διάθεσης. Η απότομη στροφή όμως πολλών αγροτών σε ενεργειακές καλλιέργειες οδήγησε στην χώρα μας αλλά και διεθνώς στην μείωση της παραγωγής τροφίμων και στην αύξηση των τιμών τους. Η χωρίς σοβαρό προγραμματισμό λοιπόν εισαγωγή των ενεργειακών καλλιεργειών οδήγησε σε επισιτιστική κρίση. Στη συνέχεια αναφέρονται τα σημαντικότερα φυτά που τροφοδοτούν τις μονάδες παραγωγής του biodiesel Ηλιέλαιο Ο ηλίανθος είναι το φυτό από το οποίο παράγεται το ηλιέλαιο. Αν και το ηλιέλαιο είναι εδώδιμο έλαιο εδώ και χρόνια σε χώρες όπως η Ιταλία, η Ισπανία και η Γαλλία χρησιμοποιείται για την παραγωγή biodiesel. 196

197 Οι ελαιούχοι σπόροι του ηλίανθου είναι ιδανικοί και για την παραγωγή βιοκαυσίμων. Η περιεκτικότητα των ηλιόσπορων (helianthus annuus) σε λάδι είναι περίπου 30-40%. Η παραγωγή του ηλιέλαιου το 2010 ξεπέρασε παγκοσμίως τα 10 εκατομμύρια τόνους παρουσιάζοντας εντυπωσιακή αύξηση ενώ αντίστοιχη αύξηση είχαμε στην παραγωγή ηλιέλαιου και την καλλιέργεια του ηλίανθου και στην Ελλάδα Κραμβέλαιο Η ελαιοκράμβη είναι ένα ετήσιο φυτό το οποίο ανήκει στην οικογένεια Cruciferae και κατά πάσα πιθανότητα κατάγεται από την Μεσόγειο. Καλλιεργείται περισσότερο για την παραγωγή του ελαίου του αλλά χρησιμοποιείται και σαν ζωοτροφή. Οι σπόροι της ελαιοκράμβης περιέχουν περισσότερο από 40% λάδι. Μετά την εξαγωγή του ελαίου, τα υπολείμματα από το φυτό (πίττα) χρησιμοποιούνται στην κτηνοτροφία σαν ζωοτροφή, γιατί είναι πολύ πλούσια σε πρωτεΐνες (10-40%). Η πίττα, που παίρνουμε μετά την αφαίρεση του λαδιού είναι περίπου το 50-60% της ποσότητας των ελαιούχων σπόρων. Γενικά η ελαιοκράμβη, περιέχει λάδι εξαιρετικής ποιότητας. Το λάδι που εξάγεται από την ελαιοκράμβη χρησιμοποιείται για την παρασκευή μαργαρίνης, χρωμάτων, σαπουνιών, πλαστικών, φαρμάκων, και λιπαντικών. Παγκοσμίως σήμερα το θεωρούν σαν το τρίτο πιο σημαντικό ελαιοπαραγωγό φυτό. Η καλλιέργειά του παρουσιάζει παγκόσμια εξάπλωση και οι κυριότερες χώρες παραγωγής του είναι η Κίνα, η Ινδία, ο Καναδάς, οι ΗΠΑ, το Πακιστάν, η Γαλλία, η Πολωνία, η Γερμανία, και η Αγγλία. Το 2010 καλλιεργήθηκαν στη χώρα μας στρέμματα και είχαμε την παραγωγή τόνων ελαιοκράμβης, με μέση απόδοση ανά στρέμμα τα 300 κιλά. Η καλλιέργειά της εφαρμόζεται κυρίως στην Κεντρική Μακεδονία και την Ανατολική Μακεδονία & Θράκη Άχρηστα τηγανόλαδα Τα τηγανόλαδα είναι απορρίμματα από μαγειρεία, εστιατόρια, ταχυφαγεία και μπορούμε να τα βρούμε σχεδόν δωρεάν με μόνη επιβάρυνση το κόστος για την περισυλλογή τους. Άλλη πιθανή χρησιμοποίησή τους είναι σαν πρόσθετα σε ζωοτροφές. Μέχρι τώρα τα άχρηστα τηγανόλαδα απορρίπτονταν στο περιβάλλον στο οποίο 197

198 δημιουργούσαν προβλήματα (ρύπανση), ή στο δίκτυο αποχέτευσης δημιουργώντας πάλι προβλήματα στην λειτουργία των μονάδων βιολογικού καθαρισμού. Επομένως, με την χρησιμοποίησή τους για την παραγωγή biodiesel βοηθάμε και το περιβάλλον. Στην Ελλάδα συνήθως τα τηγανόλαδα είναι μείγματα βαμβακέλαιου και ηλιέλαιου ή καλαμποκέλαιου. Από την άποψη της ποιότητας, το κύριο πρόβλημα στην επεξεργασία τους είναι οι ξένες ύλες που ενδέχεται να περιέχουν, όπως π.χ. το νερό και απανθρακωμένα υπολείμματα τροφών, από τα οποία πρέπει να καθαριστούν. 8.4 Τι είναι το Biodiesel και πως παράγεται Η μέθοδος παραγωγής του βιοντίζελ διεθνώς είναι η μετεστεροποίηση κατά την οποία ένας εστέρας (τριγλυκερίδια) μετασχηματίζεται σε άλλο εστέρα. Το biodiesel που από χημική άποψη είναι μείγμα μεθυλ- ή αιθυλεστέρων ανώτερων λιπαρών οξέων είναι ένα προϊόν που παράγετε με την αντίδραση μεθανόλης ή αιθανόλης με φυτικά ή ζωικά έλαια και λίπη. Ταυτόχρονα με την αντίδραση παράγεται και γλυκερίνη που αποτελεί πρώτη ύλη για την βιομηχανία παραγωγής φαρμάκων, καλλυντικών και σαπουνιών. Στην αντίδραση χρησιμοποιούνται καταλύτες που μπορεί να είναι βάσεις, οξέα ή και ένζυμα, ενώ η αντίδραση μπορεί να γίνει σε υψηλές ή χαμηλές θερμοκρασίες. Το πρώτο συνθετικό της λέξης, "Βίο", δείχνει τη βιολογική του προέλευση και το δεύτερο "diesel" δείχνει τη χρήση του ως καύσιμο. Το biodiesel μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε αυτούσιο ή σε μείγμα με πετρελαϊκό diesel σε οποιαδήποτε αναλογία χωρίς να απαιτείται καμία τροποποίηση στον κινητήρα. Και επειδή αναμειγνύεται με το πετρελαϊκό diesel σε οποιαδήποτε αναλογία μπορεί να διακινηθεί και να αποθηκευθεί σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις, χωρίς την τροποποίησή τους. Γενικά, για την παραγωγή 100 κιλών biodiesel και 10 κιλών γλυκερίνης σαν παραπροϊόν, απαιτούνται 100 κιλά φυτικής ή ζωικής λιπαρής και 20 κιλά μεθανόλης στην οποία πρέπει να έχουμε προαναμείξει περίπου 1000 γραμμάρια καταλύτη. Για καταλύτη 198

199 μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε είτε καυστική ποτάσα είτε καυστικό νάτριο. Για να διευκολύνουμε την αντίδραση προσθέτουμε την μεθανόλη πάντοτε σε περίσσεια 100%. Με αυτόν τον τρόπο η μισή από την προστιθέμενη ποσότητα πρέπει να ανακτηθεί. Μετά την αντίδραση σχηματίζονται δύο φάσεις: μία υδατική, πλούσια σε γλυκερίνη και μία λιπαρή, πλούσια σε biodiesel, οι οποίες διαχωρίζονται σε κατάλληλο διαχωριστήρα. Αντίδραση μετεστεροποίησης Ένα απλοποιημένο διάγραμμα ροής για την διεργασία παραγωγής του biodiesel δίνεται στο παρατιθέμενο σχήμα. 199

200 8.1 Διάγραμμα ροής για την παραγωγή biodiesel 200

201 8.5 Παραγωγή biodiesel Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του βιοντίζελ είναι: 1) φυτικά έλαια αγροτικής παραγωγής όπως : ηλιόσπορος ελαιοκράμβη σόγια, 2) χρησιμοποιημένα μαγειρικά φυτικά έλαια 3) ζωικό λίπος 4) μεθανόλη (CΗ3ΟΗ) και 5) καυστικό κάλιο (ΚΟΗ) Για την παραγωγή του βιοκαυσίμου έχουμε τις ακόλουθες διεργασίες. Η πρώτη ύλη βρίσκεται πάντα σε υγρή φάση. Τα λάδια είναι ή πρωτογενή έλαια από φυτά όπως η σόγια, η ελαιοκράμβη, και ο ηλιόσπορος ή μίγματα πρωτογενών φυτικών ελαίων, τηγανέλαια και ζωικό λίπος. Αν η πρώτη ύλη, είναι σε μορφή σπόρων, παραλαμβάνεται από το εργοστάσιο και μεταφέρεται στις αποθήκες. Από τις αποθήκες, οι σπόροι με την βοήθεια μεταφορικής ταινίας μεταφέρονται σε μία ενδιάμεση δεξαμενή και ακολούθως στις μηχανές έκθλιψης για την εξαγωγή του λαδιού. Τα λάδια κατόπιν αποθηκεύονται σε εσωτερικές δεξαμενές και με αντλία οδηγούνται σε μεταλλικό πλέγμα (φίλτρο) για την 201

202 κατακράτηση υπολειμμάτων τροφών ή άλλων στερεών που μπορεί να περιέχονται σε αυτά. Το φίλτρο είναι ένα απλό μεταλλικό πλέγμα. Η αντίδραση της μετεστεροποίησης για την παραγωγή βιοντίζελ από φυτικά έλαια όπως έχουμε ήδη αναφέρει μπορεί να γίνει με καταλύτη οξύ ή βάση. Η αντίδραση με την χρήση βάσης για καταλύτη έχει μεγαλύτερη ταχύτητα από την αντίστοιχη με καταλύτη οξύ και γα αυτόν τον λόγο στις βιομηχανίες προτιμώνται αλκαλικοί καταλύτες όπως είναι τα υδροξείδια των αλκαλίων. Κατωτέρω περιγράφεται ένα διάγραμμα ροής μονάδας που χρησιμοποιεί αλκαλικό καταλύτη. Η αντίδραση έχει γραμμομοριακό λόγο μεθανόλης προς λάδι (από φυτά ή τηγανέλεια) 6 προς 1, καταλύτη υδροξείδιο του νατρίου 1%, θερμοκρασία 600 C και πίεση 400 ΚPa. Καθαρή μεθανόλη αναμειγνύεται με ανακυκλωμένη μεθανόλη και άνυδρο υδροξείδιο του νατρίου. Κατόπιν με μία αντλία τροφοδοτούνται στον αντιδραστήρα μετεστεροποίησης R-101. Επίσης και παρθένο φυτικό λάδι μεταφέρεται στον αντιδραστήρα R-101αφού πρώτα προθερμανθεί. Μέσα στον αντιδραστήρα έχουμε την μετατροπή του 95% του λαδιού σε βιοντίζελ ενώ παράγεται και γλυκερόλη σαν παραπροιόν. Τα προιόντα της αντίδρασης μεταφέρονται από τον αντιδραστήρα προς τον αποστακτήρα μεθανόλης Τ Διαχωρισμός και επανακυκλοφορία μεθανόλης. Στον Τ-101 έχουμε τον διαχωρισμό της μεθανόλης από τα υπόλοιπα συστατικά του αντιδραστήρα. Από την κορυφή του Τ101παίρνουμε την περίσσεια της μεθανόλης που επανακυκλοφορεί και όπως έχουμε δεί ενώνεται με την καθαρή μεθανόλη στην αρχή της διεργασίας. Από τον πυθμένα του Τ-101παίρνουμε τα υπόλοιπα συστατικά του αντιδραστήρα που είναι τα προιόντα της αντίδρασης βιοντίζελ και γλυκερόλη καθώς επίσης και ένα μέρος του καταλύτη ΝαΟΗ και πολύ μικρή ποσότητα λαδιού που δεν έχει αντιδράσει. Κατόπιν αυτά οδηγούνται στην στήλη πλυσίματος. 202

203 Στήλη πλυσίματος με νερό. Στην στήλη πλυσίματος Τ-102 με την τροφοδοσία νερού δημιουργούνται δύο φάσεις μια υδατική που περιέχει την γλυκερόλη και μια ελαιώδης που περιέχει το βιοντίζελ. Στην στήλη αυτή γίνεται ο διαχωρισμός των δυο φάσεων και από την κορυφή της στήλης παίρνουμε την ελαιώδη φάση που περιέχει το βιοντίζελ σε ποσοστό περίπου 94 % και το υπόλοιπο 6 % είναι τα υπολείμματα του λαδιού που δεν αντέδρασε εμνός μικρού μέρους της μεθανόλης και του λίγο νερό. Από τον πυθμένα της στήλης παίρνουμε την γλυκερόλη σε ποσοστό πάνω από 80 % μαζί με υπολείμματα νερού, ΝαΟΗ και μεθανόλης Εξευγενισμός του μπιοντίζελ. Για να διαθέτει το τελικό προιόν μας που είναι το βιοντίζελ, προδιαγραφές σύμφωνες με την ASTM (biodiesel περισσότερο από 99,6%) χρησιμοποιούμε τον αποστακτήρα Τ-103. Σε αυτόν χρησιμοποιούνται συνθήκες υποπίεσης για να έχουμε χαμηλές θερμοκρασίες και να αποφευχθεί έτσι η διάσπαση του βιοντίζελ. Χρησιμοποιούμε έναν μερικό συμπυκνωτή για να διαχωρίσουμε το βιοντίζελ από το νερό και την μεθανόλη. Η μεθανόλη και το νερό απομακρύνονται σαν απαέρια. Από τον πυθμένα του Τ- 103 παίρνουμε πλέον σαν υγρό απόσταγμα το καθαρό βιοντίζελ (99,6%). Ένα μικρό μέρος από το έλαιο που δεν είχε αντιδράσει το απομακρύνουμε από τον πυθμένα σαν απόβλητο Απομάκρυνση του Νa3PO4. Όπως έχουμε παρατηρήσει στο ρεύμα που πήραμε από τον Τ-102 περιέχεται και μέρος του καταλύτη ΝαΟΗ. Για να απομακρύνουμε το ΝαΟΗ τροφοδοτούμε το ρεύμα αυτό σε έναν αντιδραστήρα R-102 και προσθέτουμε φωσφορικό οξύ. Με την αντίδραση εξουδετέρωσης μέσα στον R-102 προκύπτει νερό και φωσφορικό νάτριο (Να3PΟ4). To φωσφορικό νάτριο αφαιρείται με τον διαχωριστή βαρύτητας X-101. Εξευγενισμός της γλυκερόλης 203

204 Μετά και την απομάκρυνση του ΝαΟΗ το ρεύμα περιέχει γλυκερόλη σε ποσοστό 85 %. Εάν χρειάζεται η γλυκερόλη να προωθηθεί στο εμπόριο πρέπει να είναι περισσότερο καθαρή (92 %). Για να επιτευχθεί αυτό τροφοδοτείται το ρεύμα σε έναν αποστακτήρα Τ-104 για την επιπλέον απομάκρυνση του νερού και της μεθανόλης με απόσταξη Επεξεργασία των αποβλήτων. Έχουμε παρατηρήσει ότι από τους αποστακτήρες Τ-103 και Τ-104 πήραμε μικρές ποσότητες μεθανόλης, νερού και λαδιού που δεν αντέδρασε. Λόγω της μικρής ποσότητάς τους αυτά απομακρύνονται σαν απόβλητα. Στην περίπτωση όμως που έχουμε σημαντικές ποσότητες θα μπορούσαν οι ενώσεις αυτές να ανακυκλωθούν. 204

205 8.2 Διάγραμμα: Process Flow Sleet μονάδας biodiesel 205

206 8.6 Τα πλεονεκτήματα του biodiesel. Σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα, το biodiesel έχει τα παρακάτω πλεονεκτήματα : 1. σε σύγκριση με το πετρελαϊκό diesel κατά την καύση του εκπέμπονται μικρότερες ποσότητες : a. αιθάλης b. μονοξειδίου του άνθρακα c. μικροσωματιδίων και d. άκαυστων υδρογονανθράκων e. ενώ οι εκπομπές θειούχων και αρωματικών ενώσεων είναι ελάχιστες. παράγεται από ανανεώσιμες ύλες κάθε χώρα έχει τη δυνατότητα να παράγει biodiesel καλλιεργώντας φυτά κατάλληλα για τις κλιματολογικές της συνθήκες διακινείται ασφαλέστερα, γιατί έχει πολύ υψηλότερο σημείο ανάφλεξης (περίπου 150 C) από το diesel (60 C) είναι βιοδιασπώμενο και μη τοξικό. Με την χρήση του biodiesel έχουμε καθαρή μείωση στο διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας, γιατί η ποσότητα του διοξείδιου του άνθρακα που δεσμεύεται από τις ενεργειακές καλλιέργειες είναι μεγαλύτερη από εκείνη που απελευθερώνεται με την καύση του biodiesel. 206

207 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 90 Παραγωγή H2SO4 Εικόνα 9.1 Μονάδα παραγωγής θειικού οξέος 207

208 9.1. Γενικές Αρχές. Η παραγωγή του Θειικού Οξέως (H2SO4) στην βιομηχανία μπορεί να γίνεται από θειούχες πρώτες ύλες, Πυρίτες, ή από στοιχειακό θείο. Στην περίπτωση που έχουμε θειούχες ενώσεις σαν πρώτες ύλες τότε αυτές υπόκεινται, σε κατάλληλους πύργους, στην διεργασία της φρύξης. Στην περίπτωση του στοιχειακού θείου σαν πρώτη ύλη έχουμε ελεγχόμενη καύση του καθαρού θείου προς SO2. Και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις, το SO2 που παράγεται οξειδώνεται καταλυτικά προς SO3 και αυτό με την σειρά του μετατρέπεται τελικά σε H2SO4 με ανακύκλωση διαλύματος H2SO4 (το οποίο έχει ήδη παραχθεί) και αραίωση του με προσθήκη νερού παραγωγής. Φροντίζουμε, το θείο να καίγεται με περίσσεια αέρα έτσι ώστε το SO2 που εισέρχεται στον καταλύτη να βρίσκεται με την μορφή μίγματος SΟ2-αέρα με συγκεκριμένη μάλιστα αναλογία. Το πλεονέκτημα της παρουσίας του αέρα σε περίσσεια είναι ότι το οξυγόνο που απαιτείται για την μετέπειτα καταλυτική οξείδωση περιέχεται ήδη στο αέριο μείγμα. Στην περίπτωση της φρύξης η χρησιμοποίηση των θειούχων πρώτων υλών, που είναι φθηνές πρώτες ύλες, και του υγρού ατμοσφαιρικού αέρα έχει το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτεί μεν ξήρανση του ατμοσφαιρικού αέρα, απαιτεί όμως δαπανηρές διεργασίες για τον καθαρισμό του αερίου μείγματος που περιέχει SO2, πριν την κατάλυση. Στην περίπτωση της παραγωγής αέριου SO2, με χρησιμοποίηση S και ξηρού αέρα για πρώτη ύλη, το S είναι άμεσα διαθέσιμο και κατάλληλο για την κατάλυση. Στην περίπτωση αυτή ο ατμοσφαιρικός αέρας πρέπει να ξηρανθεί (σαν μέσο ξήρανσης χρησιμοποιείται το θειικό οξύ) ενώ το νερό που προκύπτει από την ξήρανση χρησιμοποιείται σαν νερό παραγωγής για τον σχηματισμό του θειικού οξέος. Στην μονάδα που θα παρουσιαστεί το διαθέσιμο θείο είναι στερεό και πρέπει να προεπεξεργασθεί (με τήξη και φίλτρανση) πριν από την καύση του. Το συγκεκριμένο process αποτελείται από τα παρακάτω βασικά στάδια: τήξη του S(s) 208

209 καθαρισμός του θείου S(s) καύση του θείου προς διοξείδιο του θείου (SO2) καταλυτική οξείδωση του SO2 προς SO3 αντίδραση του SO3 με νερό προς παραγωγή πυκνού H2SO4 ξήρανση του ατμοσφαιρικού αέρα με H2SO4 εκμετάλλευση της θερμότητας που εκλύεται από τις εξώθερμες αντιδράσεις. 209

210 9.1 Block diagram μονάδας παραγωγής θειικού οξέος 210

211 9.2. Τήξη του S(s). Η τήξη του στερεού θείου πραγματοποιείται είτε σε μεγάλες δεξαμενές είτε σε τσιμεντένιους θαλάμους με θέρμανση από κατάλληλο θερμαντικό μέσο (συνήθως ατμό), που καλύπτει τις ενεργειακές απαιτήσεις καθώς και, τις απαιτήσεις για την συγκεκριμένη θερμοκρασία του σημείου τήξης του θείου που είναι οι 1.19 C Φιλτρανση. Έχει αποδειχθεί ότι για να έχουμε παραγωγή θειικού οξέος από στοιχειακό θείο, απαιτείται πρώτα το φιλτράρισμα του θείου. Με το φιλτράρισμα απομακρύνονται οι ακαθαρσίες που είναι δυνατό να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα, όπως είναι η αύξηση του ΔΡ της μονάδας, η μείωση της απόδοσης του καταλύτη, να έχουμε προϊόν εκτός προδιαγραφών. Ενώ οι ανόργανες ουσίες, όπως είναι η τέφρα, μπορούν με την βοήθεια του φίλτρου να απομακρυνθούν σχεδόν τελείως, από τις οργανικές ουσίες μπορούμε να απομακρύνουμε μόνο αυτές που δεν είναι διαλυτές στο θείο Καύση του θείου προς διοξείδιο του θείου. Το θείο που βρίσκεται πλέον σε υγρή μορφή (SL) ψεκάζεται υπό πίεση μέσα σε ένα θάλαμο πουν έχει προθερμανθεί. Εκεί με την ακτινοβολούμενη θερμότητα αεριοποιείται. Ή καύση βελτιώνεται από την στροβιλώδη ανάμιξη του απαραίτητου για την οξείδωση αέρα. Ή εξώθερμη διεργασία της καύσης πραγματοποιείται σύμφωνα με την παρακάτω αντίδραση: S + O2 SO2 + Q Έχουμε ήδη αναφέρει ότι ο φούρνος λειτουργεί με περίσσεια αέρα και σχηματίζεται πάντα σαν παραπροϊόν το SO3 σύμφωνα με την αντίδραση: SO2 + O2 2 SO3 + Q 211

212 Ή αντίδραση αυτή στην παρούσα φάση είναι ανεπιθύμητη, αλλά δεν μπορούμε να την αποφύγουμε. Είναι ανεπιθύμητη αν και το SO3 είναι ένα από τα ενδιάμεσα προιόντα που θα δημιουργηθούν. Σε αυτό όμως το σημείο της παραγωγικής διαδικασίας μπορεί να δημιουργήσει θειικό οξύ και να χρειάζονται ειδικές σωληνώσεις και συσκευές πολύ νωρίτερα από ότι συνηθίζεται σε τέτοιες μονάδες. Ή ταχύτητά της συγκεκριμένης αντίδρασης επηρεάζεται καταλυτικά λιγότερο ή περισσότερο από ένα αριθμό ουσιών. Τέτοιες ουσίες, με καταλυτική επίδραση, είναι κυρίως τα οξείδια και τα άλατα των μετάλλων όπως το Fe203 και το Fe204 καθώς επίσης τα οξείδια και τα θειικά των μετάλλων Cu, Μη, Co και Ni που είναι πιθανό να υπάρχουν σαν ακαθαρσίες του θείου ή σαν συστατικά του εξοπλισμού. Περιεκτικότητες από 9-10 % κ.ο. σε SO2 οδηγούν στον σχηματισμό SO3 με ποσοστά αντίστοιχα 0,1-0,2 % v/v. Αν και στην καύση του θείου χρησιμοποιείται ξηρός αέρας από το ξηραντήριο, μικρές ποσότητες Ή2Ο (υγρασία) εισέρχονται στην διεργασία γιατί ποτέ δεν έχουμε 100 % ξηρό αέρα. Κατά την ψύξη του αερίου, τα παραπροϊόντα S03 και Ή2Ο αντιδρώντας μεταξύ τους οδηγούν σε mist H2SO4. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να παρουσιάζονται αυξημένα προβλήματα διάβρωσης, ασφάλειας και ρύπανσης του περιβάλλοντος, γιατί όπως είναι γνωστό το θειικό οξύ είναι πολύ διαβρωτικό και επικίνδυνο. Επίσης το mist θειϊκού οξέος πολύ δύσκολα απορροφάτε και όταν δεν φροντίζουμε για την εξουδετέρωσή του, οδηγείται στην ατμόσφαιρα προκαλώντας σοβαρή μόλυνση Καταλυτική οξείδωση του SO2 προς SO3, Ή οξείδωση S02 προς S03 είναι μια αντίδραση εξώθερμη. SO2 + ½ O2 SO3 + Q Η απόδοση του S03 αυξάνεται ανάλογα με την τετραγωνική ρίζα του οξυγόνου και όσο μεγαλύτερη περιεκτικότητα σε οξυγόνο, έχουμε στο αέριο μίγμα αναλογικά με το S02, τόσο μεγαλύτερη είναι και η απόδοση σε S03. Όταν το μίγμα μας αραιώνεται με άλλα αδρανή αέρια όπως είναι το Ν2, τότε η απόδοση σε S03 μειώνεται. 212

213 Η ταχύτητα της αντίδρασης εξαρτάτε από τις συνθήκες λειτουργίας του αντιδραστήρα (θερμοκρασία, πίεση) από τον καταλύτη και την σύσταση του αερίου στην είσοδο του αντιδραστήρα. Για την αύξηση στην ταχύτητα της αντίδρασης είναι απαραίτητος ένας κατάλληλος καταλύτης. Για την συγκεκριμένη αντίδραση χρησιμοποιούνται καταλύτες από πεντοξείδιο του βαναδίου (V2O5). Η βέλτιστη περιοχή θερμοκρασιών στις οποίες έχουμε την μεγαλύτερη απόδοση είναι C. Για αυτόν τον λόγο ο μετατροπέας τεσσάρων στρωμάτων αρχικά θερμαίνεται με τον ξηρό αέρα σε θερμοκρασίες από 400 έως 500 C. Λόγω όμως της έντονα εξώθερμης αντίδρασης που έχουμε και την συνεχή έκλυση θερμότητας όπως είναι φυσικό η θερμοκρασία μέσα στον αντιδραστήρα συνεχώς θα αυξάνεται. Πρέπει λοιπόν να ελέγξουμε την θερμοκρασία στον αντιδραστήρα γιατί όπως θα παρατηρήσουμε παρακάτω στο διάγραμμα θερμοκρασίας βαθμού μετατροπής SO2 σε SO3 όταν η θερμοκρασία βρίσκεται εκτός της βέλτιστης περιοχής η απόδοση της αντίδρασης μειώνεται δραματικά ενώ παράλληλα δημιουργούνται και πολλά ανεπιθύμητα παραπροιόντα Απορρόφηση Η απορρόφηση του SO3 (αντίδραση του SO3 με νερό) πραγματοποιείται σε πύργους με πληρωτικό υλικό. Στους πύργους αυτούς στην κορυφή τους ανακυκλώνεται πυκνό θειικό οξύ μέσω αντλιών ενώ στον πυθμένα τους εισάγεται το αέριο μίγμα SO3- gas. Το απαιτούμενο για την αντίδραση νερό προστίθεται από μία δεξαμενή νερού παραγωγής (process water). Επίσης νερό εισάγεται με την μορφή ένυδρου θειικού οξέος από τον πυθμένα του πύργου ξήρανσης λόγω της υγρασίας του αέρα που έχει απορροφηθεί από το οξύ σε αυτόν τον πύργο. Η προσθήκη του νερού πραγματοποιείται με τέτοιο τρόπο ώστε η συγκέντρωση του ανακυκλούμενου καθώς και του παραγόμενου από το σύστημα οξέος να διατηρείται σταθερή. Ή βέλτιστη συγκέντρωση για 213

214 πολύ χαμηλή πίεση ατμών, βρέθηκε ότι είναι 98.3 έως 98.5 % w/w. Ή θερμοκρασία του οξέος στην είσοδο του πύργου έχει μικρή επίδραση στην ταχύτητα της απορρόφησης. Ωστόσο θεωρείται ότι η βέλτιστη απόδοση στην αντίδραση της απορρόφησης επιτυγχάνεται με θερμοκρασία τροφοδοσίας κοντά στους 65 C. Και η αντίδραση απορρόφησης του SO3 είναι εξώθερμη και απελευθερώνει σημαντικά ποσά θερμότητας : SO3 + Η2Ο 9.7. H2SO4 + Q Η Διαδικασία Παραγωγής H2SO Αποθήκευση του στερεού θείου. Αρχικά η πρώτη ύλη της μονάδας (στερεό θείο) τροφοδοτείται με μεταφορική ταινία στο σιλό τροφοδοσίας του θείου. Στην συνέχεια το θείο οδηγείται, με την βοήθεια ενός δονούμενου μεταφορέα, στον θάλαμο τήξης Επεξεργασία του υγρού θείου. Η τήξη του στερεού θείου πραγματοποιείται, μέσα σε τσιμεντένιους θαλάμους (melting pits) που κατά ένα μέρος είναι υπόγειοι, και για την θέρμανση χρησιμοποιούνται σερπαντίνες ατμού. Η θέρμανση γίνεται ενώ ταυτοχρόνως έχουμε πλήρους ανάμιξη του θείου με αναδευτήρα Η τήξη πραγματοποιείται μέσα σε τρεις θαλάμους που βρίσκονται στη σειρά. Το θείο υγροποιείται στον πρώτο θάλαμο τήξης με υπερχείλιση μεταφέρεται στον δεύτερο ενδιάμεσο θάλαμο και κατόπιν πηγαίνει στον τρίτο θάλαμο, ο οποίος αποκαλείται και θάλαμος των αντλιών. Οι θάλαμοι τήξης καθώς επίσης και ο θάλαμος των αντλιών είναι εξοπλισμένοι με ταράκτους, δηλαδή καλύπτονται με πλάκες και διαθέτουν διαδρόμους για να είναι προσιτή η προσέγγιση. Μέσα στο υγρό θείο πάντοτε υπάρχει σε ελάχιστες βεβαίως ποσότητες και ελεύθερο θειικό οξύ. Το θείο πρέπει να απαλλαχθεί από αυτό το οξύ με εξουδετέρωση για να μην έχουμε εκτεταμένη διάβρωση 214

215 στον εξοπλισμό της μονάδας. Για την εξουδετέρωση προσθέτουμε στο στερεό θείο ασβέστη (πρίν την είσοδό του στον θάλαμο τήξης). Στον θάλαμο των αντλιών προστίθεται επίσης και γη διατόμων (Kieselguhr), που βοηθάει στο φιλτράρισμα και επομένως στον καθαρισμό του υγρού θείου. Από τον θάλαμο των αντλιών το υγρό πλέον θείο με την βοήθεια μιας εμβαπτισμένης αντλίας τροφοδοτείται σε θάλαμο αποθήκευσης (αφού περάσει πρώτα μέσα από ένα οριζόντιο φίλτρο). Με το φίλτρο συγκρατούνται σχεδόν όλες οι ανόργανες ακαθαρσίες που βρίσκονται στο θείο. Η τήξη όπως και το φιλτράρισμα λειτουργούν σε συνεχή βάση ενώ το φίλτρο του θείου πρέπει να καθαρίζεται μετά από συγκεκριμένο χρόνο λειτουργίας του. Ο χρόνος λειτουργίας του φίλτρου μετά από τον οποίο απαιτείται ο καθαρισμός του δεν είναι σταθερός, και μεταβάλλεται ανάλογα με την ποσότητα των ανεπιθύμητων προσμίξεων που περιέχει το θείο. Την ανάγκη για καθαρισμό την αντιλαμβάνεται το προσωπικό από την πίεση που αναπτύσσεται στο φίλτρο και που οφείλεται στην συγκράτηση των ακαθαρσιών. Ανεξαρτήτως, όμως από την πίεση που μπορεί να έχουμε πρέπει το φίλτρο να καθαρίζεται οπωσδήποτε μετά από λειτουργία πέντε ημερών. Η διαδικασία του καθαρισμού ξεκινάει με την εκκένωση του περιεχόμενου του φίλτρου μέσα στον θάλαμο των αντλιών και την αποσύνδεση των πλεγμάτων από το κυλινδρικό κέλυφος. Κατόπιν η κρούστα των ακαθαρσιών που έχουν συγκρατηθεί στο φίλτρο αφαιρείται από τα πλέγματα και μεταφέρεται με καρότσια. Στη συνέχεια το καθαρό θείο αντλείται από τον θάλαμο αποθήκευσης και μεταφέρεται στην δεξαμενή ημερήσιας κατανάλωσης. Από αυτή την δεξαμενή κατόπιν το θείο περνάει από διπλό φίλτρο ασφαλείας, για την συγκράτηση όσων ακαθαρσιών έχουν απομείνει, και τροφοδοτείται στον καυστήρα για καύση. Η θέρμανση του θείου σε όλη την διαδικασία είναι απαραίτητη και πραγματοποιείται με κεκορεσμένο ατμό κατάλληλης πίεσης. Ακόμη οι αντλίες, οι σωληνώσεις και οι βάνες έχουν συνοδεία ατμού γιατί διαφορετικά σύμφωνα με το σημείο τήξης του θείου που είναι 1190 C αν η θερμοκρασία πέσει χαμηλότερα το θείο θα στερεοποιηθεί. Είναι 215

216 απαραίτητο ένα σύστημα σωληνώσεων ατμού και συμπυκνωμάτων με τις κατάλληλες βάνες για να έχουμε την τροφοδοσία του ατμού που απαιτείται Καύση του Θείου. Από την δεξαμενή ημερήσιας κατανάλωσης το υγρό θείο με μία εμβαπτιζόμενη αντλία περνάει πρώτα από ένα φίλτρο για να καθαριστεί από τις ανεπιθύμητες ουσίες που περιέχονται σε αυτό, και στη συνέχεια τροφοδοτείται στον καυστήρα του θείου για καύση. Ο καυστήρας είναι προσαρμοσμένος σε έναν οριζόντιο κυλινδρικό φούρνο καύσης. Το υγρό θείο ψεκάζεται υπό πίεση στον φούρνο όπου καίγεται. Ο φούρνος τροφοδοτείται και με ξηρό αέρα που μας παρέχει το απαραίτητο για την καύση οξυγόνο. Από την καύση σχηματίζεται το προιόν SO2 σύμφωνα με την αντίδραση : S + O2 SO2 + Q Το αέριο μείγμα στην έξοδο του φούρνου περιέχει το προιόν SO2, όλη την ποσότητα του Ν2 στον αέρα (το άζωτο δεν αντιδρά), και την περίσσεια Ο2 (οξυγόνο του αέρα μείον το οξυγόνο που αντέδρασε). Το αέριο αυτό μείγμα χάριν συντομίας θα αποκαλείτε SO2-gas, και το ποσοστό SO2 που περιέχει είναι περίπου 10 % κ.ο. Όπως παρατηρούμε η αντίδραση είναι εξώθερμη, ενώ η ενέργεια που εκλύεται αξιοποιείται για την παραγωγή, σε βραστήρα, ατμού. Συγχρόνως έχουμε την ψύξη του αερίου μείγματος SO2-gas, στην βέλτιστη θερμοκρασία που χρειάζεται για την επόμενη καταλυτική αντίδραση. Η θερμοκρασία του αερίου στην έξοδο του βραστήρα είναι δυνατόν να ελέγχεται με την ρύθμιση της ροής των θερμών αερίων στην επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας Καταλυτική αντίδραση SO2 σε SO3. Μετά τον βραστήρα το SO2-gas διέρχεται μέσω ενός αντιδραστήρα (μετατροπέα) που περιλαμβάνει 4 στρώματα με καταλύτη από πεντοξείδιο του βαναδίου. Η αντίδραση SO2 σε SO3 είναι εξώθερμη. Για 216

217 να έχουμε όμως ικανοποιητική απόδοση στην αντίδραση η θερμοκρασία στον αντιδραστήρα πρέπει να είναι στην περιοχή από 400 έως 6000 C. Η καταλυτική οξείδωση του SO2 σε SO3 πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας την αρχή της απλής απορρόφησης. Στο παρακάτω διάγραμμα παρατηρούμε πόσο μειώνεται ο βαθμός απόδοσης της αντίδρασης SO2 σε SO3 όταν μειώνεται η θερμοκρασία. Θερμοκρασία Βαθμός μετατροπής SO2 σε SO3 9.2 Διάγραμμα θερμοκρασίας βαθμού μετατροπής SO2 σε SO3 Για να ελέγχεται η θερμοκρασία και να παραμένει στα παραπάνω επιθυμητά επίπεδα, χρησιμοποιούνται εξωτερικοί παράπλευροι εναλλάκτες θερμότητας. Τα τέσσερα στρώματα με καταλύτη στα οποία λαμβάνει χώρα η αντίδραση είναι απομονωμένα μεταξύ τους (δεν έχουν απευθείας επικοινωνία). Το αέριο ρεύμα του SO2-gas στην έξοδο του κάθε στρώματος λόγω της αντίδρασης και της συνεπαγόμενης από αυτήν έκλυση θερμότητας παρουσιάζει αύξηση της θερμοκρασίας του. Για να ελέγξουμε την θερμοκρασία οδηγούμε το αέριο ρεύμα σε έναν 217

218 εναλλάκτη όπου κοντρολάρουμε την θερμοκρασία του ενώ παράλληλα εκμεταλλευόμαστε την θερμότητα για την παραγωγή ατμού. Έτσι το αέριο ρεύμα στην έξοδο του 1ου στρώματος μεταφέρεται σε βραστήρα για να μειωθεί η θερμοκρασία του και να εισαχθεί στο δεύτερο στρώμα με μειωμένη θερμοκρασία. Ταυτοχρόνως η θερμότητά του χρησιμοποιείται για την παραγωγή ατμού. Η θερμοκρασία εισόδου στο 2ο στρώμα επομένως ρυθμίζεται με τον παραπάνω βραστήρα. Ένας δεύτερος εναλλάκτης που χρησιμοποιείται μετά το 2ο στρώμα βοηθάει στον έλεγχο της θερμοκρασίας εισόδου στο 3ο στρώμα παράγοντας συγχρόνως ατμό. Στην έξοδο του 3ου στρώματος εισάγεται ξηρός αέρας ο οποίος εμπλουτίζει το αέριο ρεύμα με το απαραίτητο για την αντίδραση οξυγόνο βελτιώνοντας την μετατροπή του SO2 σε SO3, ενώ έμμεσα ψύχει και το SO2-gas. Η θερμότητα του αερίου ρεύματος μετά το 4ο στρώμα χρησιμοποιείται και πάλι σε εναλλάκτη για την θέρμανση νερού και την παραγωγή ατμού Παραγωγή Ατμού. Παρατηρούμε ότι έχουμε την έκλυση θερμότητα αντίδρασης (εξώθερμες αντιδράσεις) σε διάφορα στάδια του process. Όπως είναι φυσικό, μέλημά μας είναι να εκμεταλλευτούμε αυτή την θερμότητα. Με την βοήθεια εναλλακτών θερμότητας παίρνουμε την θερμότητα από τα σημεία που περισσεύει και την μεταφέρουμε στα σημεία της μονάδας που έχουμε έλλειψη. Στους εναλλάκτες το ρευστό που δίνει την θερμότητα είναι το αέριο ρεύμα της παραγωγής (SO2 -gas) και το ρευστό που παίρνει την θερμότητα είναι το νερό. Αν παρόλα αυτά μας περισσεύει ακόμη θερμότητα μπορούμε να μετατρέψουμε την θερμική ενέργεια σε μηχανική η ακόμη και σε ηλεκτρική και να έχουμε παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Εργοστάσια που έχουν τέτοιο περίσσευμα ενέργειας από εξώθερμες αντιδράσεις 218

219 μπορεί να λειτουργούν παράλληλα και σαν μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Χρησιμοποιείται αποσκληρυμένο και απαεριωμένο νερό τροφοδοσίας λεβήτων ή BFW (Boiled Feed Water). Το BFW από ένα απαεριωτή με αντλία οδηγείται σε εναλλάκτη για προθέρμανση, κατόπιν μεταφέρεται σε δεύτερο εναλλάκτη με μεγάλη απόδοση (οικονομητή) και καταλήγει σε ατμό-υδροδοχείο. Με το ατμο- υδροδοχείο είναι συνδεδεμένοι και άλλοι βραστήρες και εναλλάκτες γενικότερα, με τους οποίους χρησιμοποιείται η θερμότητα από τον μετατροπέα 4 στρωμάτων και παράγεται ατμός. Η ποιότητα του νερού απαιτείται να διατηρείται σταθερή και ρυθμίζεται με την προσθήκη καταλλήλων φαρμάκων που προστίθενται με δοσομετρικές συσκευές είτε στην γραμμή αναρρόφησης της αντλίας του νερού τροφοδοσίας λεβήτων είτε, στη γραμμή κατάθλιψης. Ο παραγόμενος ατμός χρησιμοποιείται στο δίκτυο ατμού υψηλής πίεσης (HPS) του εργοστασίου. Εάν παράγουμε ποσότητες μεγαλύτερες από αυτές που απαιτούνται στην μονάδα ο ατμός που περισσεύει μεταφέρεται σε μονάδα ηλεκτροπαραγωγής (Electrιc Power Unit) για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Ένα μικρό μέρος του ατμού μετατρέπεται σε ατμό χαμηλής πίεσης (LPS), που χρησιμοποιείται στο τμήμα επεξεργασίας του θείου για την τήξη του στερεού θείου. Η θέρμανση όλου του συστήματος του θείου είναι απαραίτητη (για να μη στερεοποιηθεί το θείο) και γίνεται με κεκορεσμένο ατμό κατάλληλης πίεσης (LPS). Επίσης οι σωληνώσεις, οι αντλίες και οι βάνες έχουν συνοδεία ατμού. Για την τροφοδοσία της μονάδας με ατμό προβλέπεται ένα εκτεταμένο σύστημα σωληνώσεων ατμού και συμπυκνωμάτων. 219

220 Ξήρανση και Απορρόφηση. Το σύστημα ξήρανσης και απορρόφησης αποτελείται από δύο πύργους τον πύργο ξήρανσης και τον πύργο απορρόφησης. Ο πρώτος εξ αυτών χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση της υγρασίας από τον αέρα (ξήρανση αέρα), που απαιτείται για την τροφοδοσία του καυστήρα θείου και του αντιδραστήρα τεσσάρων στρωμάτων. Για την συγκράτηση της υγρασίας του αέρα απαιτείται μια υγροσκοπική ουσία που στην συγκεκριμένη περίπτωση είναι λογικό να είναι το H2SO4 εφόσον αυτό παράγεται στην μονάδα. Ο πύργος λειτουργεί με πληρωτικό υλικό. Στην κορυφή του εισάγεται το πυκνό θειικό οξύ που έχει παραχθεί στην μονάδα ενώ από τον πυθμένα έχουμε την είσοδο του υγρού αέρα. Ο υγρός ατμοσφαιρικός αέρας αναρροφάτε με ένα φυσητήρα από το περιβάλλον, αφού πρώτα περάσει από ένα φίλτρο για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών που περιέχει, και οδηγείται στον πύργο ξήρανσης. Τα δύο αυτά ρευστά που τροφοδοτούνται με αντίθετη κατεύθυνση (κατ αντιρροή) έρχονται σε επαφή, και το θειικό οξύ απορροφάει την υγρασία του αέρα. Το πληρωτικό υλικό βοηθάει στην επιβράδυνση της ροής τους μέσα από τον πύργο και παρέχει την δυνατότητα να βρίσκονται σε επαφή για περισσότερο χρόνο και επομένως να πετύχουμε μεγαλύτερη απόδοση. Έτσι από την κορυφή του πύργου παίρνουμε τον ξηρό αέρα, που περνάει πρώτα από ένα demister για να συγκρατηθούν τα σταγονίδια οξέος που μπορεί να έχουν παρασυρθεί με τον αέρα. Συγχρόνως από τον πυθμένα του πύργου λαμβάνεται το θειικό οξύ αραιωμένο γιατί περιέχει και την υγρασία του αέρα. Με αυτό τον τρόπο εισάγεται έμμεσα στον επόμενο πύργο απορρόφησης μία ποσότητα νερού παραγωγής. Αντίστοιχα στον πύργο απορρόφησης πραγματοποιείται η αντίδραση του τριοξειδίου του θείου με το νερό για τον σχηματισμό θειικού οξέος. Οι δύο πύργοι αλληλοσυνδέονται μέσω των πυθμένων τους, ενώ στην τροφοδοσία του πύργου απορρόφησης με αραιωμένο θειικό οξύ από τον πύργο ξήρανσης εισάγεται και νερό παραγωγής (process water). Η προσθήκη του νερού παραγωγής γίνεται από μία υπερυψωμένη δεξαμενή. Το σχηματιζόμενο SO3 στον αντιδραστήρα τεσσάρων στρωμάτων ψύχεται σε εναλλάκτη θερμότητας και τροφοδοτείται στον πυθμένα του 220

221 πύργου απορρόφησης. Αραιωμένο θειικό οξύ από τον πύργο ξήρανσης με την προσθήκη νερού παραγωγής όπως έχουμε ήδη αναφέρει εισάγεται επίσης στον πυθμένα του πύργου. Από την κορυφή του πύργου εισάγεται ανακυκλούμενο οξύ που ρέει κατ αντιροή προς το SO3. Στον πύργο απορρόφησης έχουμε επίσης πληρωτικό υλικό για την επιβράδυνση της ροής των ρευστών μέσα από αυτόν με συνέπεια τον μεγαλύτερο χρόνο επαφής μεταξύ τους και επομένως την καλύτερη απόδοση. Η αντίδραση που έχουμε μέσα στον πύργο είναι εξώθερμη. SO3 + Η2Ο H2SO4 + Q Όπως και στον πύργο ξήρανσης ένα demister συγκρατεί τα σταγονίδια του οξέος. Κατόπιν το παραγόμενο θειικό οξύ οδηγείται σε εναλλάκτη για ψύξη και αποθηκεύεται σε δεξαμενή. Στις επόμενες σελίδες παρουσιάζεται το process flow sheet της μονάδας παραγωγής θειικού οξέος. 221

222 222

223 9.3 Process Flow Sheet μονάδας παραγωγής θειικού οξέος 223

224 9.8. Διαδικασία εκκίνησης της μονάδας. Όπως έχουμε αναφέρει ο φούρνος καύσης του θείου λειτουργεί σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (πάνω από C). Ο αντιδραστήρας μετατροπής του SO2 σε SO3, επίσης λειτουργεί σε θερμοκρασίες μεταξύ των C και C. Μετά όμως την συντήρηση που έχουμε κάθε χρόνο στην μονάδα οι θερμοκρασίες που επικρατούν στον παραπάνω εξοπλισμό είναι αυτές του περιβάλλοντος. Στο ξεκίνημα του εργοστασίου με τέτοιες θερμοκρασίες δεν είναι δυνατόν να έχουμε σωστή παραγωγή. Για τον παραπάνω λόγο πριν την έναρξη λειτουργίας της μονάδας, ο φούρνος καύσης, ο αντιδραστήρας τεσσάρων στρωμάτων και οι εναλλάκτες θερμότητας απαιτείται να προθερμανθούν. Τον φούρνο καύσης του θείου τον προθερμαίνουμε με τα καυσαέρια της καύσης ενός καυστήρα πετρελαίου. Για αυτόν τον λόγο πριν από το ξεκίνημα της μονάδας ξεμοντάρουμε τον καυστήρα θείου και μοντάρουμε έναν καυστήρα πετρελαίου. Το πετρέλαιο τροφοδοτείται στον καυστήρα από μία δεξαμενή πετρελαίου. Με την καύση του πετρελαίου δημιουργείται ένα θερμό ρεύμα καυσαερίων με το οποίο αυξάνεται η θερμοκρασία στον φούρνο ενώ συγχρόνως αρχίζει να λειτουργεί και ο εναλλάκτης θερμότητας που συνδέεται με τον καυστήρα. Τα καυσαέρια μετά τον εναλλάκτη αποβάλλονται στην ατμόσφαιρα και δεν εισέρχονται στον αντιδραστήρα που ακολουθεί γιατί κλείνουμε τον αγωγό που οδηγεί προς τον αντιδραστήρα τεσσάρων κλινών. Ο αντιδραστήρας τεσσάρων κλινών χρειάζεται και αυτός προθέρμανση με ξηρό και θερμό αέρα για να αποκτήσει την θερμοκρασία των C. Ο αέρας για την θέρμανσή του προέρχεται από τον πύργο ξήρανσης. Επομένως πρέπει πριν την προθέρμανση της μονάδας να ξεκινήσει την λειτουργία του ο πύργος ξήρανσης. Και πάλι, όπως και στην κανονική λειτουργία της μονάδας, η ξήρανση του αέρα επιτυγχάνεται με την εισαγωγή στον πύργο ξήρανσης φιλτραρισμένου ατμοσφαιρικού αέρα κατ αντιροή με πυκνό θειικό οξύ που ανακυκλοφορεί από την δεξαμενή αποθήκευσης του οξέος. Ο θερμός αέρας που χρησιμοποιείται στον αντιδραστήρα προέρχεται από ένα 224

225 ξεχωριστό εναλλάκτη που θερμαίνει τον αέρα με τα καυσαέρια της καύσης του πετρελαίου. Παρατηρούμε ότι ο αντιδραστήρας μετατροπής του SO2 σε SO3, δεν θερμαίνεται απευθείας με καυσαέρια από την καύση του πετρελαίου, για να προφυλαχθούν οι καταλύτες, αλλά από καθαρό θερμό αέρα που θερμαίνεται από αυτά τα καυσαέρια. 225

226 226

227 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 100 Παραγωγή HNO3 Εικόνα 10.1 Μονάδα παραγωγής Νιτρικού οξέος 227

228 10.1. Γενικά. Η διαδικασία παραγωγής του νιτρικού οξέος περιλαμβάνει την καταλυτική αντίδραση οξείδωσης της αμμωνίας με οξυγόνο προς μονοξειδίου του αζώτου την μετέπειτα σταδιακή οξείδωση αυτού προς διοξείδιο του αζώτου και τέλος την απορρόφηση του ΝΟ2 από νερό παραγωγής. Το νιτρικό οξύ χρησιμοποιείται σαν οξειδωτικό στην παραγωγή νιτρικών προιόντων της ανόργανης καθώς και της οργανικής χημικής τεχνολογίας. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του είναι η αμμωνία, ο αέρας και το οξυγόνο. Το process παραγωγής του νιτρικού οξέος αποτελείται από τα παρακάτω βασικά στάδια: Εξάτμιση και υπερθέρμανση της αμμωνίας Καθαρισμός της αμμωνίας Καθαρισμός και συμπίεση του ατμοσφαιρικού αέρα Οξείδωση της αμμωνίας προς ΝΟ Οξείδωση του ΝΟ σε ΝΟ2 Απορρόφηση του ΝΟ2 από το Η2Ο Καθαρισμός και αποθήκευση του ΗΝΟ3 228

229 10.1 Block diagram μονάδας παραγωγής νιτρικού οξέος 229

230 10.2. Η Διαδικασία Παραγωγής HΝO Κύκλωμα εξάτμισης, υπερθέρμανσης και καθαρισμού της αμμωνίας. Πρώτη ύλη για την παραγωγή νιτρικού οξέος είναι η αμμωνία η οποία τροφοδοτείται σε υγρή μορφή λόγω της ευκολίας στην μεταφορά της (η υγρή αμμωνία έχει πολύ μικρότερο όγκο από την αέρια). Η αμμωνία που εισάγεται στα όρια της μονάδας σε υγρή μορφή έχει θερμοκρασία C και πίεση 10 bar abs. Κατόπιν η υγρή αμμωνία οδηγείται σε μία σειρά εναλλακτών θερμότητας όπου με την βοήθεια ζεστού νερού ή ατμού αρχικά εξατμίζεται και στην συνέχεια υπερθερμαίνεται. Μετά την θέρμανσή της η αμμωνία σε αέρια πλέον μορφή περνάει από φίλτρο υγρής αμμωνίας για να καθαριστούν οι ακαθαρσίες που τυχόν να περιέχονται σε αυτήν, όπως π.χ. σκόνες, σίδηρος κλπ. και οδηγείται σε ένα δοχείο ανάμιξης στο οποίο αναμιγνύεται με αέρα Καθαρισμός και συμπίεση ατμοσφαιρικού αέρα. Ατμοσφαιρικός αέρας με θερμοκρασία και πίεση περιβάλλοντος (συνήθως 20 0 C και 1 bar abs αντίστοιχα) αναρροφάτε με την βοήθεια ενός συμπιεστή από το περιβάλλον. Περνάει πρώτα από ένα φίλτρο για να απομακρυνθούν οι ανεπιθύμητες ακαθαρσίες που περιέχει και μεταφέρεται σε έναν συμπιεστή στον οποίο συμπιέζεται σε πίεση περίπου 5,2 bar. Όπως είναι φυσικό με την συμπίεση έχουμε και σημαντική άνοδο της θερμοκρασίας του. Η συμπίεση του αέρα πραγματοποιείται για να δημιουργήσουμε την βέλτιστη πίεση στον αντιδραστήρα οξείδωσης της αμμωνίας που είναι 5 bar abs. Η πίεση που συμπιέζουμε τον αέρα είναι η απαιτούμενη στον αντιδραστήρα συν τις απώλειες που θα υπάρξουν από τον συμπιεστή μέχρι τον αντιδραστήρα και οφείλονται στις σωληνώσεις και τις συσκευές από τις οποίες διέρχεται ο αέρας. Ο συμπιεσμένος αέρας μετά τον συμπιεστή χωρίζεται σε δύο ρεύματα. Με το πρώτο ρεύμα τροφοδοτείται το δοχείο ανάμειξης αμμωνίας αέρα ενώ το δεύτερο ρεύμα πηγαίνει στον πύργο λεύκανσης. Στο δοχείο ανάμειξης η αμμωνία αναμειγνύεται με τον αέρα με αναλογία 230

231 [Αμμωνία] : [Αμμωνία + Αέρας] = 10 %. Η αναλογία αυτή είναι απαραίτητο να διατηρείται σταθερή χωρίς μεγάλες αποκλίσεις γιατί διαφορετικά μπορεί να έχουμε τον σχηματισμό εκρηκτικού μίγματος αμμωνίας- αέρα. Για να αποφύγουμε τον κίνδυνο έκρηξης στην μονάδα μας ελέγχουμε την παραπάνω αναλογία με ηλεκτρονικά κυκλώματα χρησιμοποιώντας μεταξύ των άλλων βάνες και κοντρόλερς για την αυτόματη ρύθμιση της αναλογίας. Στην περίπτωση μάλιστα που ο λόγος αμμωνίας- αέρα ξεφύγει έξω από τα επιτρεπτά όρια σταματάει αυτόματα η λειτουργία της μονάδας. Το δεύτερο ρεύμα εφόσον πρώτα περάσει μέσα από έναν εναλλάκτη για να ψυχθεί με την βοήθεια των απαερίων από τον πύργο απορρόφησης, τα οποία αντίστοιχα θερμαίνονται, οδηγείται στον πύργο λεύκανσης. Στον πύργο αυτό καθαρίζεται το παραγόμενο στον πύργο απορρόφησης νιτρικό οξύ από τα νιτρώδη αέρια που περιέχει Οξείδωση της αμμωνίας προς μονοξείδιο του αζώτου. Το μίγμα της αμμωνίας με τον αέρα μετά το δοχείο ανάμειξης περνάει από ένα φίλτρο για να καθαριστεί. Παρατηρούμε ότι έχουμε συνεχώς φίλτρα για τον καθαρισμό της αέριας αμμωνίας και του αέρα. Αυτό συμβαίνει γιατί είναι πολύ σημαντικό το αέριο μίγμα πριν την είσοδό του στον καυστήρα της αμμωνίας να είναι καθαρό. Και αυτό γιατί η αντίδραση στον καυστήρα είναι καταλυτική και αν έχουμε ακαθαρσίες θα δηλητηριάσουν τον καταλύτη. Γνωρίζουμε ότι οι αντιδράσεις λαμβάνουν χώρα στην επιφάνεια των καταλυτών, χωρίς να πάρει μέρος στην αντίδραση ο καταλύτης, και αν έχουμε επικάθηση ανεπιθύμητων ουσιών σε αυτήν απενεργοποιείται ο καταλύτης, με συνέπεια την μείωση στην απόδοση της αντίδρασης. Μετά το φίλτρο το αέριο μίγμα οδηγείται στον καυστήρα αμμωνίας. Μέσα στον καυστήρα έχουμε την αντίδραση : 4 ΝΗ3 + 5 Ο2 4 ΝΟ + 6 Η2Ο + Q Δηλαδή η αμμωνία αντιδρά με το οξυγόνο του αέρα και μετατρέπεται σε οξείδια του αζώτου και νερό (υδρατμούς). 231

232 Όλες οι αντιδράσεις έχουν κάποιες βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας που αφορούν την θερμοκρασία, την πίεση και τον καταλύτη. Οι ερευνητές σε εργαστήρια έχουνε ανακαλύψει τις βέλτιστες αυτές συνθήκες για την κάθε αντίδραση και οι υπεύθυνοι παραγωγής στις βιομηχανίες φροντίζουν να συμμορφώνονται με αυτές. Σε διαφορετική περίπτωση η απόδοση των αντιδράσεων μειώνεται σημαντικά και ακόμη έχουμε την παραγωγή ανεπιθύμητων παραπροιόντων που απαιτούν πολύπλοκες και κοστοβόρες διεργασίες για την απομάκρυνσή τους. Στον συγκεκριμένο αντιδραστήρα οι βέλτιστες συνθήκες που πρέπει να έχουμε είναι θερμοκρασία Τ = 8900 C, πίεση P = 5 bar, και καταλύτης λευκόχρυσος με ρόδιο (90 % Pt + 10 % Rh). 232

233 10.2 Process flow sheet μονάδας παραγωγής νιτρικού οξέος 233

234 Οι αντιδράσεις οξείδωσης της αμμωνίας για την παραγωγή μονοξείδιου του αζώτου αρχίζουν με την επαφή της αμμωνίας με τον καταλύτη. Σε βέλτιστες συνθήκες η αντίδραση πραγματοποιείται στιγμιαία. Συγχρόνως με την κυρίως αντίδραση θα έχουμε και κάποιες παράπλευρες αντιδράσεις οι οποίες φυσικά μειώνουν την απόδοση της αντίδρασης. Για να αποφύγουμε αυτές τις παράπλευρες αντιδράσεις φροντίζουμε η μονάδα μας να λειτουργεί στις βέλτιστες συνθήκες. Σε βέλτιστες συνθήκες η απόδοση της αντίδρασης είναι 95 %. Η πλέον ανεπιθύμητη από τις παράπλευρες αντιδράσεις είναι: 4 ΝΗ3 + 3 Ο2 2 Ν2 + 6 Η2Ο + Q Στην έξοδο του αντιδραστήρα θα έχουμε ένα αέριο ρεύμα θερμοκρασίας 8900 C, πίεσης 5 bar που θα περιέχει τα προιόντα της αντίδρασης που είναι το μονοξείδιο του αζώτου και το νερό, το άζωτο που είχε ο αέρας συν το άζωτο από την παράπλευρη αντίδραση και επιπλέον μια ποσότητα οξυγόνου γιατί φροντίζουμε το οξυγόνο να βρίσκεται σε περίσσεια. Η αντίδραση της αμμωνίας προς μονοξείδιο του αζώτου είναι έντονα εξώθερμη και η ενέργεια που εκλύεται από αυτήν αξιοποιείται με την βοήθεια εναλλάκτη θερμότητας για την παροχή υπέρθερμου ατμού. Την ενέργεια του υπέρθερμου ατμού μπορούμε να την χρησιμοποιήσουμε για την θέρμανση χώρων ή ρευστών, μέσω εναλλακτών, ή να την μετατρέψουμε σε μηχανική ή ακόμη και σε ηλεκτρική ενέργεια Οξείδωση του μονοξειδίου του αζώτου προς διοξείδιο του αζώτου. Μετά τον καυστήρα το μονοξείδιο του αζώτου αντιδρά προς διοξείδιο του αζώτου σύμφωνα με την αντίδραση : 2 ΝΟ + Ο2 2 ΝΟ2 + Q Η παραπάνω αντίδραση δεν γίνεται μέσα σε αντιδραστήρα αλλά σε όλες τις σωληνώσεις και τις συσκευές μετά από την έξοδο του αερίου 234

235 ρεύματος από τον καυστήρα. Η αντίδραση αυτή είναι εξώθερμη και επομένως φροντίζουμε να εκμεταλλευτούμε την εκλυόμενη θερμότητα για την θέρμανση νερού ή κάποιου άλλου ρευστού. Για τον παραπάνω λόγο χρησιμοποιούνται μια σειρά από εναλλάκτες θερμότητας. Όπως έχουμε ήδη αναφέρει η αντίδραση του ΝΟ σε ΝΟ2 πραγματοποιείται μέσα στις σωληνώσεις και αυξάνει συνεχώς την θερμοκρασία του αερίου ρεύματος το οποίο πλέον περιέχει μονοξείδιο του αζώτου, διοξείδιο του αζώτου, άζωτο, υδρατμούς και οξυγόνο. Μόλις αυξηθεί η θερμοκρασία αυτού του αερίου ρεύματος παρεμβάλουμε έναν εναλλάκτη και θερμαίνουμε ένα ρευστό ενώ παράλληλα πέφτει η θερμοκρασία του αερίου ρεύματος. Με την παρεμβολή μερικών εναλλακτών εκμεταλλευόμαστε όλη την ενέργεια και από αυτή την εξώθερμη αντίδραση. Στους τελευταίους εναλλάκτες η θερμοκρασία του αερίου ρεύματος πέφτει κάτω από τους 1000 C και όπως είναι φυσικό οι υδρατμοί μέσα στο αέριο ρεύμα υγροποιούνται. Έχουμε λοιπόν τώρα ένα ρεύμα που εκτός των άλλων περιέχει νερό και διοξείδιο του αζώτου τα οποία αντιδρούν μεταξύ τους και παίρνουμε αραιό νιτρικό οξύ με το οποίο τροφοδοτούμε τον πύργο απορρόφησης. Η τροφοδοσία του νιτρικού οξέος που έχει περιεκτικότητα 36 % γίνεται στην μέση του πύργου απορρόφησης διότι σε αυτό το ύψος του πύργου θα έχουμε οξύ με την ίδια περιεκτικότητα. Όπως αναφέρθηκε μετά από τον τελευταίο στην σειρά εναλλάκτη ένα μέρος του αερίου ρεύματος αντέδρασε προς αραιό νιτρικό οξύ. Το υπόλοιπο αέριο ρεύμα οδηγείται πρώτα σε έναν διαχωριστή για την απομάκρυνση των σταγονιδίων του οξέος. Κατόπιν μεταφέρεται στον δεύτερο συμπιεστή της μονάδας για την συμπίεσή του στα 11,6 bar. Η συμπίεση είναι απαραίτητη για να έχουμε στον πύργο απορρόφησης, όπου θα μεταφερθεί το αέριο ρεύμα στη συνέχεια, πίεση 11 bar. Το αέριο ρεύμα φυσικά με την συμπίεση θα αυξήσει σημαντικά την θερμοκρασία του. Κατόπιν θα εκμεταλλευτούμε την θερμότητα του αερίου οδηγώντας το σε εναλλάκτη θερμότητας και τέλος εισάγεται στον πύργο απορρόφησης. 235

236 Απορρόφηση του διοξείδιου του αζώτου από νερό. Στον πύργο απορρόφησης το διοξείδιο του αζώτου θα απορροφηθεί από το νερό σύμφωνα με την αντίδραση : 3 ΝΟ2 + Η2Ο 2 ΗΝΟ3 + ΝΟ + Q Η αντίδραση γίνεται στον πύργο που είναι εξοπλισμένος με διάτρητους δίσκους σε πίεση 11 bar, με την εισαγωγή του ρεύματος με το διοξείδιο του αζώτου στον πυθμένα του πύργου κατ αντιροή με το νερό παραγωγής (process water) που τροφοδοτείται στην κορυφή του πύργου προερχόμενο από μία δεξαμενή νερού. Από την βάση του πύργου λαμβάνεται το προιόν νιτρικό οξύ ενώ από την κορυφή του εξέρχεται το υπόλειμμα του αερίου μείγματος. Το υπόλειμμα αερίων περιέχει κυρίως άζωτο (το άζωτο του αέρα) σε ποσοστό 97 %, οξυγόνο σε ποσοστό 2,9 % και ελάχιστα οξείδια του αζώτου,( ΝΟ, και ΝΟ2). Το οξύ που παράγεται δεν είναι καθαρό και έτοιμο για χρήση γιατί περιέχει διαλυμένα ανεπιθύμητα αέρια όπως π.χ. νιτρώδεις ενώσεις Καθαρισμός και αποθήκευση του νιτρικού οξέος. Το νιτρικό οξύ που περιέχει νιτρώδεις ενώσεις (ακάθαρτο) λαμβάνεται από τον πυθμένα του πύργου απορρόφησης και οδηγείται σε πύργο καθαρισμού για λεύκανση (καθαρισμό). Για την μεταφορά του δεν απαιτούνται αντλίες γιατί μεταφέρεται λόγω της μεγάλης πίεσης λειτουργίας του πύργου απορρόφησης που είναι 11 bar. Ο καθαρισμός πραγματοποιείται σε πύργο λεύκανσης που περιέχει πληρωτικό υλικό. Το ακάθαρτο νιτρικό οξύ τροφοδοτείται στην κορυφή του πύργου ενώ κατ αντιροή τροφοδοτείται στον πυθμένα του ατμοσφαιρικός αέρας. Ο αέρας παρασύρει από το οξύ τις ανεπιθύμητες νιτρώδεις ενώσεις (ΗΝΟ2, και Ν2Ο4) και οδηγείται σε διαχωριστή αερίων. Από τον πυθμένα του πύργου λαμβάνεται το καθαρό πλέον νιτρικό οξύ. Το οξύ αυτό που είναι το τελικό προιόν της μονάδας στη συνέχεια μεταφέρεται σε δεξαμενή αποθήκευσης και είναι έτοιμο για διάθεση. 236

237 Προθέρμανση καυσαερίων. Τα αέρια από την κορυφή του πύργου απορρόφησης έχουν μεγάλη πίεση 11 bar, αλλά μικρή θερμοκρασία 170 C και η σύστασή τους είναι άζωτο με ποσοστό 97 % και οξυγόνο με ποσοστό 2,7 %. Όπως παρατηρούμε έχουμε ένα αέριο ρεύμα με σχετικά μεγάλη πίεση αλλά μικρή θερμοκρασία. Όταν όμως έχουμε αέριο με μεγάλη θερμοκρασία και πίεση τροφοδοτώντας μια τουρμπίνα αερίου (gas turbine), μπορεί να έχουμε την παραγωγή μηχανικής ενέργειας. Στα απαέρια που διαθέτουν μεγάλη πίεση εφόσον αυξήσουμε και την θερμοκρασία τους μπορεί να παράξουμε μηχανική ενέργεια. Έχουμε όμως μια μονάδα με πολλές εξώθερμες αντιδράσεις. Περνώντας τα απαέρια από εναλλάκτες θερμότητας και αξιοποιώντας την θερμότητα της αντίδρασης ΝΟ σε ΝΟ2 αυξάνουμε την θερμοκρασία τους και έχουμε πλέον τα απαέρια με μεγάλη πίεση και θερμοκρασία. Με την βοήθεια λοιπόν μιας τουρμπίνας αερίου έχουμε την παραγωγή μηχανικής ενέργειας που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στους συμπιεστές της μονάδας Βοηθητικά κυκλώματα νερού. Στην μονάδα παραγωγής νιτρικού οξέος έχουμε αναφέρει ότι όλες οι αντιδράσεις είναι εξώθερμες που σημαίνει ότι συνοδεύονται με έκλυση θερμότητας. Επομένως έχουμε ενέργεια την οποία μπορούμε να αξιοποιήσουμε. Αφετέρου υπάρχουν σε πολλά σημεία της μονάδας ανάγκες για ενέργεια όπως π.χ. σε συμπιεστές, εναλλάκτες, κλπ. Χρησιμοποιώντας συσκευές όπως βραστήρες, θερμαντήρες, υπερθερμαντήρες, γενικά εναλλάκτες θερμότητας, και αφαλατωμένο νερό μεταφέρουμε την ενέργεια από τα σημεία που περισσεύει στα σημεία που χρειάζεται. Με ένα κλειστό κύκλωμα προμηθεύεται η μονάδα από μια δεξαμενή αφαλατωμένο ψυκτικό νερό το οποίο με την βοήθεια αντλιών οδηγείται στον πύργο απορρόφησης. Στον πύργο περνάει μέσα από τους διάτρητους δίσκους του και απάγει την θερμότητα που εκλύεται από την εξώθερμη αντίδραση απορρόφησης. Τοιουτοτρόπως ψύχονται τα ρευστά στο εσωτερικό του πύργου στην βέλτιστη θερμοκρασία για να πετύχουμε ικανοποιητική απόδοση στην αντίδρασή μας. Παράλληλα το νερό ψύξης 237

238 θερμαίνεται αυξάνοντας την θερμοκρασία του κατά 3 περίπου βαθμού. Κατόπιν το νερό αυτό μεταφέρεται σε εναλλάκτη όπου δίνει τους 3 βαθμούς θερμοκρασίας στην αμμωνία θερμαίνοντάς την και εισάγεται πάλι στον πύργο απορρόφησης Κύκλωμα ατμοπαραγωγής. Στην δεξαμενή του νερού τροφοδοσίας λεβήτων (Boiler Feed Water), αποθηκεύεται αφαλατωμένο νερό που περιέχει και χημικές ουσίες για την προστασία από την διάβρωση των σωληνώσεων και των συσκευών. Τα συμπυκνώματα από τον συμπυκνωτή ατμών οδηγούνται και αυτά στην δεξαμενή του B.F.W. Από την δεξαμενή με αντλίες το B.F.W. περνάει από εναλάκτη και θερμαίνεται με αέριο ρεύμα ΝΟ και οδηγείται σε απαεριωτή στον οποίο απομακρύνονται από αυτό τα ανεπιθύμητα αέρια οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα. Από τον απαεριωτή το B.F.W. πηγαίνει σε έναν εναλάκτη και θερμαίνεται περαιτέρω με αέριο ρεύμα ΝΟ. Κατόπιν οδηγείται σε ένα ατμουδροδοχείο (Steam drum) στο οποίο διαχωρίζονται οι ατμοί από το νερό. Από το ατμουδροδοχείο οι ατμοί περνάνε μέσα από τον καυστήρα αμμωνίας και μετατρέπονται σε υπέρθερμο ατμό με πίεση μεγαλύτερη από 40 bar και θερμοκρασία 4200 C. Ο παραγόμενος υπέρθερμος ατμός διαχωρίζεται σε δύο ρεύματα. Το πρώτο ρεύμα αναμειγνύεται σε ειδική συσκευή με ζεστό νερό και μετατρέπεται σε ατμό μέσης πίεσης. Αυτός χρησιμοποιείται σε εναλάκτες θερμότητας για την υπερθέρμανση της αμμωνίας. Το δεύτερο ρεύμα του υπέρθερμου ατμού τροφοδοτεί τουρμπίνα ατμού (Steam turbine) και μπορεί : Είτε να είναι συνδεδεμένη η τουρμπίνα με άξονα που θα καταλήγει σε ηλεκτρική γεννήτρια και θα παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Δηλαδή θα έχουμε μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Είτε θα συνδέεται η τουρμπίνα με άξονα που θα περιστρέφεται και θα μεταδίδει την ενέργεια στους 238

239 συμπιεστές της μονάδας. Δηλαδή θα έχουμε μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε μηχανική. 239

240 240

241 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 110 Παραγωγή H3PO4 Εικόνα 11.1 Μονάδα παραγωγής φωσφορικών λιπασμάτων 241

242 11.1. Γενικά. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή του φωσφορικού οξέος είναι το θειικό οξύ και ο φωσφορίτης. Η παραγωγική διαδικασία για την παραγωγή H3PO4 με υγρή μέθοδο αρχίζει πρώτα με την αντίδραση του φωσφορίτη με το θειικό οξύ. Σαν προιόντα παράγονται η διυδρική γύψος και το φωσφορικό οξύ. Στη συνέχεια διαχωρίζονται το φωσφορικό οξύ από την διυδρική γύψο. Ο διαχωρισμός επιτυγχάνεται με διήθηση σε φίλτρο. Με διαδοχικές πλύσεις με νερό και αραιό οξύ και την δημιουργία κενού παίρνουμε σαν προϊόν διάλυμα φωσφορικού οξέος κοντά στο 30%. Η στερεή διυδρική γύψος που απομένει μετά το φιλτράρισμα αποβάλλεται σαν παραπροϊόν, σε στερεά κατάσταση ή σαν αιώρημα σε νερό. Η εγκατάσταση αποτελείται συνολικά από τέσσερις μονάδες: Μονάδα λειοτρίβησης Μονάδα τροφοδοσίας Μονάδα αντίδρασης Μονάδα φιλτραρίσματος Μονάδα Λειοτρίβησης. Στην μονάδα λειοτρίβησης μειώνεται το μέγεθος του ακατέργαστου φωσφορίτη τουλάχιστον για το 50% της πρώτης ύλης. Η μονάδα αποτελείται από : μία μεταφορική ταινία έναν ιμάντα δύο αποθήκες a/b δύο εκκρεμές μύλους a/b θερμούς αεραγωγούς φυσητήρες 242

243 σωλήνες φιλτραρίσματος σκόνης σωληνώσεις φυσητήρων φιλτραρίσματος a/b. Ο φυσικός φώσφορος κατόπιν μεταφέρεται στην μονάδα αντίδρασης μέσω της μονάδας τροφοδοσίας Μονάδα Τροφοδοσίας. Η μονάδα τροφοδοσίας αποτελείται από : ταινίες μεταφοράς αποθήκη βιδωτούς μεταφορείς μεταφορικούς ιμάντες για τον έλεγχο του βάρους στην τροφοδοσία του φωσφορίτη βαλβίδες για τον ελέγχου της ροής στην τροφοδοσία του θειικού οξέος στην μονάδα αντίδρασης. Με την μονάδα αυτή επιτυγχάνεται ο ακριβής έλεγχος στην τροφοδοσία του φωσφορίτη και του θειικού οξέος. Ο έλεγχος της ροής των πρώτων υλών είναι πολύ σημαντικός γιατί έτσι κοντρολάρουμε την συγκέντρωση των ελεύθερων θειικών στον πολτό που παράγεται στην μονάδα αντίδρασης. Η τροφοδοσία του θειικού οξέος ρυθμίζεται ευκολότερα από την τροφοδοσία του φωσφορίτη για να διατηρηθούν οι επιθυμητές συνθήκες. Η παραγωγή του P2O5 της μονάδας εξαρτάται από τον έλεγχο τροφοδοσίας του φωσφορίτη Μονάδα Αντίδρασης. Σε αυτή την μονάδα υπάρχουν δύο ρεύματα τροφοδοσίας, που είναι : το ρεύμα τροφοδοσίας με θειικό οξύ και το ρεύμα τροφοδοσίας με φωσφορίτη. 243

244 Τα δύο αυτά ρεύματα μαζί με το ρεύμα ανακυκλωμένου πολτού και το ρεύμα ανακυκλωμένου φωσφορικού οξέος που προέρχεται από την μονάδα φιλτραρίσματος, μεταφέρονται στις δεξαμενές προσβολής a/b (δύο παράλληλες γραμμές). Οι συνθήκες λειτουργίας των δεξαμενών προσβολής είναι, πίεση 1 bar και θερμοκρασία 800 C. Μέσα σε δοχεία προανάμειξης έχουμε ανάμειξη του φωσφορίτη με τον ανακυκλωμένο πολτό. Το θειικό οξύ επίσης προαναμειγνύεται με το ανακυκλωμένο φωσφορικό οξύ πριν την είσοδό τους στις δεξαμενές προσβολής. Μέσα στις δεξαμενές προσβολής έχουμε την ανάμειξη των οξέων με τον φωσφορίτη. Το πολτοποιημένο προϊόν που υπερχειλίζει από τις δεξαμενές αντίδρασης μεταφέρεται στην δεξαμενή χώνευσης. Έτσι, το φωσφορικό κλάσμα μετατρέπεται από την στερεή στην υγρή φάση με μορφή P2O5. Επίσης το θειικό οξύ αντιδρά με το ασβέστιο, που περιέχει ο φωσφορίτης σχηματίζοντας την γύψο, CaSO4.2H2O. Οι αντιδράσεις αυτές είναι εξώθερμες και συνοδεύονται από έκλυση θερμότητας. Απαιτείται όμως η θερμοκρασία του πολτού να διατηρείται στα επιθυμητά όρια που είναι μεταξύ 70-80οC. Για να επιτύχουμε την παραγωγή διένυδρων κρυστάλλων, χρειάζεται οι αντιδραστήρες να λειτουργούν: με ρεύμα μεγάλης κυκλοφορίας του πολτού με υψηλή απορρόφηση αερίων αποβλήτων. Από την δεξαμενή που βρίσκεται στην κορυφή του συστήματος αντίδρασης με την βοήθεια αντλιών τροφοδοσίας κυκλοφορεί ο ανακυκλωμένος πολτός. Ακόμη παρέχονται θειικά και οξύτητα, για να πετύχουμε ικανοποιητικές συνθήκες για διάλυση και κρυστάλλωση. Τα αέρια απόβλητα απορροφώνται από τον φυσητήρα. Η συγκέντρωση των θειικών στην δεξαμενή, διατηρείται σε τιμές μεταξύ 25 και 30 g/l SO3. Την συγκέντρωση την μετράμε και την αναλύουμε κάθε ώρα με δειγματοληψία και μπορούμε να την ρυθμίσουμε μεταβάλλοντας την αναλογία ροής ανάμεσα στην τροφοδοσία του θείου και την ξηρά τροφοδοσία του φωσφορικού στις δεξαμενές προσβολής. Το οξύ που ανακυκλώνεται περιλαμβάνει τρία συστατικά: θειικά ιόντα 244

245 παραγόμενο οξύ και νερό. Έχει ήδη αναφερθεί η επίδραση των θειικών ιόντων για να πετύχουμε καλές συνθήκες διάλυσης και κρυστάλλωση. Αυτή λαμβάνεται υπόψη όταν υπολογίζεται η συνολική τροφοδοσία του θείου στην μονάδα αντίδρασης καθώς και στον έλεγχο της τροφοδοσίας του θειικού οξέως. Τα στερεά που περιέχει ο πολτός επηρεάζονται από την σχέση ροής και την πυκνότητα του οξέος που ανακυκλώνεται. Η σχέσης ροής και η πυκνότητα του ανακυκλωμένου οξέως ρυθμίζονται έτσι ώστε οι τιμές των στερεών που περιέχονται να είναι μεταξύ 30 και 36% κατά βάρος. Ελέγχεται ο ρυθμός της ροής του οξέος που ανακυκλώνεται και έτσι ρυθμίζεται η έκχυση του ασθενούς οξέος στο ανακυκλωμένο οξύ καθώς και η πυκνότητα του με την ρύθμιση της έκχυσης υγρού πλύσης στο ασθενές οξύ. Η ισχύς του παραγόμενου φωσφορικού οξέος επηρεάζεται από την περιεκτικότητα σε νερό του ανακυκλωμένου οξέος, το οποίο ρυθμίζεται στο 28% P2O5. Είναι σημαντική η ρύθμιση στο ρεύμα του ανακυκλωμένου οξέος, και επομένως του P2O5 και στο ποσοστό των στερεών του πολτού που παράγεται στη μονάδα αντίδρασης, Η ύπαρξη του P2O5 σε μεγάλες τιμές μπορεί να οδηγήσει σε κρυστάλλωση και σε προβλήματα ιξώδους, τα οποία είναι δυνατόν να μειώσουν την ταχύτητα στο φιλτράρισμα. Όταν υπάρχουν μικρές σχετικά τιμές στερεών μπορεί να έχουμε τον σχηματισμό αφρού και να αυξηθεί ο υπερκορεσμός του πολτού. Όταν αντίθετα έχουμε σχετικά μεγάλες τιμές στερεών είναι πιθανό να γίνει δυσκολότερη η ανάμειξη. Ο πολτός που έχει παραχθεί στην έξοδό του από την μονάδα αντίδρασης περιέχει εκτός από το παραγόμενο φωσφορικό οξύ μαζί με την γύψο, νερό και άλλα υλικά που δεν έχουν αντιδράσει. 245

246 11.5. Μονάδα Φιλτραρίσματος. Μετά από το δοχείο υπερχείλισης ο πολτός που έχει παραχθεί στην μονάδα αντίδρασης με τη βοήθεια της βαρύτητας μεταφέρεται σε φίλτρο. Στο φίλτρο αυτό διαχωρίζονται το υγρό φωσφορικό οξύ που έχει παραχθεί από την στερεή γύψο. Κατόπιν για να καθαρισθεί η στερεή κρούστα και να ανακτηθεί το 98% του φωσφορικού οξέος που είναι διαθέσιμο στον τροφοδοτούμενο πολτό, εφαρμόζονται τρία στάδια πλύσης Περιγραφή της διαδικασίας διήθησης. O λόγος για τον οποίο χρησιμοποιείται το τμήμα διήθησης είναι για να διαχωρίσει το φωσφορικό οξύ από τους κρυστάλλους του θειικού ασβεστίου (διυδρική γύψος). Για να πετύχουμε αυτόν τον διαχωρισμό τροφοδοτούμε τον πολτό, που περιέχει φωσφορικό οξύ με μικρή περίσσεια θειικού οξέος και κρύσταλλους γύψου, σε ένα φίλτρο από πανιά φιλτραρίσματος (φιλτρόπανο) και ταυτόχρονα εφαρμόζουμε κενό στο κάτω μέρος του. Λόγω της διαφοράς πίεσης το οξύ πιέζεται να περάσει από το φιλτρόπανο και μεταφέρεται μέσα από το κέικ της γύψου στο κάτω μέρος του πανιού απ όπου στη συνέχεια απομακρύνεται. Είναι απαραίτητο με την διήθηση να πετύχουμε διαχωρισμό όσο το δυνατό περισσότερο ολοκληρωμένο. Μπορούμε να θεωρήσουμε την απόδοση της μονάδας φιλτραρίσματος ικανοποιητική όταν δεν έχουμε απώλειες με την γύψο περισσότερο από το 0.5% ως προς το παραγόμενο οξύ, χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι απώλειες που έχουμε στις εκκινήσεις και τα σταματήματα. Μπορεί να θεωρήσουμε ότι η διήθηση της γύψου γίνεται σε τρία στάδια και έχουμε αντίστοιχα την παραγωγή τριών διηθημάτων φωσφορικού οξέος. Του φωσφορικού οξέος παραγωγής Της απορροής από την πρώτη πλύση με ανακυκλούμενο οξύ. Το διήθημα που λαμβάνεται από αυτό το στάδιο μαζί με το προϊόν 246

247 που υπάρχει στον προθάλαμο ανακυκλώνονται στο τμήμα αντίδρασης. Της απορροής από την δεύτερη και την τρίτη πλύση με νερό. Το διήθημα που λαμβάνεται από αυτό το στάδιο συλλέγεται και ακολούθως οδηγείται για την πρώτη πλύση ενώ ένα μέρος του μεταφέρεται απευθείας στο σύστημα ανακυκλούμενου οξέος και μέσα από αυτό καταλήγει στο τμήμα αντίδρασης Μονάδα φωσφορικού οξέως. Η πρώτη ύλη για την μονάδα είναι ο ορυκτός φωσφορίτης, ο οποίος εισάγεται από χώρες της Β. Αφρικής, την Αίγυπτο, τη Συρία, το Ισραήλ κ.α.. Ο φωσφορίτης ο οποίος αρχικά οδηγείται στο τμήμα λειοτρίβησης όπου μετατρέπεται σε σκόνη (πούδρα), στη συνέχεια αντιδρά με θειικό οξύ μέσα σε συνεχόμενες δεξαμενές στο τμήμα αντίδρασης. Ο πολτός που παράγεται μεταφέρεται σε περιστρεφόμενο φίλτρο κενού, στο οποίο διαχωρίζονται η φωσφογύψος (στερεό παραπροϊόν) από το φωσφορικό οξύ. Το φωσφορικό οξύ αρχικά οδηγείται στη δεξαμενή διαύγασης και κατόπιν μεταφέρεται σε δεξαμενές αποθήκευσης. 247

248 H2SO4 Ορυκτός Φωσφορίτης Τμήμα Αντίδρασης Λειοτρίβηση Φίλτρο κενού H3PO4 Παραγόμενος Πολτός Δεξαμενή Διαύγασης γύψος CaSO4.2H2O Φωσφογύψος Δεξαμενή Αποθήκευσης 11.1 Block diagramm παραγωγής Φωσφορικού Οξέως Ανάλυση του διαγράμματος ροής. Για το τμήμα της διήθησης είναι απαραίτητη η σωστή λειτουργία του φίλτρου. Το φίλτρο αποτελείται από όμοιες, αλλά ξεχωριστές λεκάνες διήθησης στην σειρά. Αυτές διαθέτουν οριζόντια επιφάνεια φίλτρανσης και περνάνε διαδοχικά η κάθε μια ξεχωριστά από τα παρακάτω στάδια: 248

249 διήθηση του πολτού διαδοχικές πλύσεις και διηθήσεις τελικό ξέπλυμα της γύψου απομάκρυνση της γύψου με ανατροπή της λεκάνης πλύσιμο του φιλτρόπανου με νερό Οι λεκάνες του φίλτρου τοποθετούνται μηχανικά σε περιστρεφόμενο δακτύλιο για να γίνονται σε συγκεκριμένες σταθερές θέσεις η τροφοδοσία του πολτού, οι πλύσεις, η απομάκρυνση της γύψου και η πλύση των πανιών. Οι λεκάνες σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα περνούν από σταθερές θέσεις πραγματοποιώντας διαδοχικά την διήθηση και τις πλύσεις με την κανονική σειρά λειτουργίας. Οι λεκάνες συνδέονται με ένα κεντρικό διανομέα που αναρροφά το υγρό ή φυσά αέρα για να βοηθήσει στην απομάκρυνση της γύψου από τα πανιά. Για να εξασφαλισθεί η σωστή λειτουργία του φίλτρου τα μηχανικά μέρη πρέπει να έχουν τοποθετηθεί ως εξής: Οι λεκάνες που έχουν τραπεζοειδές σχήμα, για να σχηματίζουν κύκλο, τοποθετούνται η μία μετά την άλλη. Στηρίζονται σε έναν άξονα εφαπτομενικής διεύθυνσης που είναι συνδεδεμένος με δύο ρουλμαν. Οι άξονες, που είναι μέρος του περιστρεφόμενου πλαισίου, το οποίο περιστρέφεται ομόκεντρα σε οριζόντιο επίπεδο και στηρίζεται σε ράουλα στήριξης που είναι ανοξείδωτα. Τα ράουλα είναι τοποθετημένα σε σιδηροκατασκευή συνδεδεμένη με το δάπεδο στήριξης του φίλτρου. Η σιδηροκατασκευή περιστρέφεται σε κυκλική τροχιά που έχει το ίδιο κέντρο με το φίλτρο. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρησιμοποίηση οριζόντιων ράουλων τα οποία το πιέζουν εσωτερικά. Οι λεκάνες του φίλτρου πρέπει να είναι οριζόντιες όταν γίνεται η τροφοδοσία και η διήθηση και κατόπιν πρέπει να ανατρέπονται για να απομακρύνεται η γύψος και να πλένονται τα πανιά. Ο πολτός και τα νερά από τις πλύσεις διαμοιράζονται στις λεκάνες μέ κατάλληλους διανομείς. Για να είναι επιτυχημένη η τροφοδοσία των νερών πλύσης, οι λεκάνες διανομής στηρίζονται σε φορεία που βασίζονται σε ράουλα της επιφανειακής σιδηροκατασκευής και κινούνται κυκλικά ως προς τον κατακόρυφο κεντρικό άξονα του φίλτρου. 249

250 Τα διηθήματα από τις λεκάνες προς την περιστρεφόμενη κεφαλή του κεντρικού διανομέα τα συλλέγουμε με την βοήθεια ενισχυμένων εύκαμπτων ελαστικών αγωγών. Κατόπιν τα διηθήματα οδηγούνται στα αντίστοιχα διαμερίσματα της σταθερής βάσης του διανομέα, που είναι κυκλικά τοποθετημένα γύρω από τον κοινό άξονα του φίλτρου και του κεντρικού διανομέα. Μπορούμε να μετακινήσουμε, αν χρειαστεί, τα διαχωριστικά ανάμεσα στα διαμερίσματα του κεντρικού διανομέα για να βελτιωθεί η διήθηση. Οι διανομείς βρίσκονται μπροστά από τα αντίστοιχα διαχωριστικά κάθε πλύσης. Στη συνέχεια τα διηθήματα από τα διαμερίσματα της κεφαλής, με την βαρύτητα και μέσω σωλήνων μεταφέρονται στις αναρροφήσεις των αντλιών οξέος. Το απαιτούμενο για τη διήθηση και τις διαδοχικές πλύσεις κενό, εξασφαλίζεται στις λεκάνες μέσω του κεντρικού διανομέα. και ακτίνων που βρίσκονται ανάμεσα στο κεντρικό διανομέα και τις λεκάνες. Με τον ίδιο τρόπο διοχετεύεται αέρας για την εμφύσηση του πανιού, για την αποβολή της γύψου στην ανατροπή της λεκάνης και επίσης αέρας απορροφάται μέσω ενός φυσητήρα μετά το πλύσιμο του πανιού και πριν την τροφοδοσία του πολτού (για την ξήρανση του πανιού). Οι ίδιες εύκαμπτες ακτίνες μεταφέρουν όλα τα ρευστά κατά τη λειτουργία του φίλτρου ανάμεσα στον κεντρικό διανομέα και τις λεκάνες, δηλαδή: - τα διηθήματα από τις λεκάνες προς τον κεντρικό διανομέα με την βοήθεια της βαρύτητας και την διαφορική πίεση - την αναρρόφηση αέρα με την δημιουργία κενού από τις λεκάνες προς τον κεντρικό διανομέα - την τροφοδοσία αέρα για την εμφύσηση της γύψου από τον κεντρικό διανομέα προς τις λεκάνες - την αναρρόφηση αέρα από τις λεκάνες προς τον κεντρικό διανομέα 250

251 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 120 Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Εικόνα 12.1 Μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας 251

252 Με την αύξηση του πληθυσμού της γης και την βελτίωση της ποιότητας ζωής των ανθρώπων η απαίτηση για κατανάλωση ενέργειας διαρκώς μεγαλώνει. Ως συνέπεια των ανωτέρω οι τεχνολογίες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνεχώς αναπτύσσονται. Σήμερα υπάρχουν πολλά διαφορετικά είδη σταθμών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Οι σημαντικότερες τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται είναι οι εξής : Θερμικοί σταθμοί, στους οποίους η ενέργεια αποδίδεται από την καύση πετρελαίου, φυσικού αερίου, λιγνίτη, λιθάνθρακα κ.λ.π. Πυρηνικοί σταθμοί, στους οποίους η ενέργεια παράγεται από την σχάση του ουρανίου και των ισοτόπων του. Υδροηλεκτρικοί σταθμοί, όπου η ενέργεια παράγεται από την μετατροπή της δυναμικής ενέργειας του νερού σε κινητική. Σταθμοί με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως είναι τα αιολικά πάρκα, τα φωτοβολταικά συστήματα, η ενέργεια από την καύση της βιομάζας, κ.λ.π Θερμικοί σταθμοί. Οι θερμικοί σταθμοί ανάλογα με τα καύσιμα που χρησιμοποιούν σαν πρώτη ύλη χωρίζονται σε συμβατικούς και πυρηνικούς. Τα συμβατικά καύσιμα είναι η τύρφη, ο λιθάνθρακας, ο λιγνίτης, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Τα πυρηνικά καύσιμα που χρησιμοποιούνται είναι το ουράνιο και άλλα ισότοπά του. Τα θερμικά εργοστάσια ανάλογα με το μέσο και τις μηχανές που χρησιμοποιούν διακρίνονται στα εξής : Ατμοηλεκτρικά, τα οποία χρησιμοποιούν ατμοστρόβιλους για την παραγωγή ενέργειας. ατμό και 252

253 Ντηζελοηλεκτρικά, τα οποία έχουν σαν πρώτη ύλη το πετρέλαιο και χρησιμοποιούν για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας εμβολοφόρες μηχανές ντήζελ. Αεριοστροβιλικά, στα οποία χρησιμοποιούνται καυσαέρια και αεριοστρόβιλοι. Στην χώρα μας αλλά και διεθνώς η μεγαλύτερη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας παράγεται από ατμοηλεκτρικούς σταθμούς γιατί έχουν σχετικά ικανοποιητικό βαθμό απόδοσης που κυμαίνεται από 30 μέχρι 45%. Επιπλέον η ρύπανση ως προς την παραγόμενη ενέργεια είναι σχετικά μικρή. Στους μεγάλους ατμοηλεκτρικούς σταθμούς κατασκευάζονται σε έναν χώρο πολλές ανεξάρτητες μονάδες οι οποίες λειτουργούν παράλληλα. Η κάθε μονάδα διαθέτει δικό της λέβητα, στρόβιλους, γεννήτρια, καμινάδα, αντλίες, σωληνώσεις κ.λ.π Μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από λιγνίτη. Οι μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούν συνήθως για πρώτη ύλη άνθρακα, πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Η μονάδα η οποία περιγράφεται χρησιμοποιεί για πρώτη ύλη λιγνίτη. Μετά την εξόρυξή του από το ορυχείο ο λιγνίτης μεταφέρεται στον χώρο του εργοστασίου με ταινιόδρομο. Εκτός από τον λιγνίτη η μονάδα εναλλακτικά μπορεί να χρησιμοποιεί και άλλα είδη άνθρακα όπως π.χ. λιθάνθρακα τον οποίο είναι δυνατό να προμηθευτεί από ορυχεία που βρίσκονται σε άλλα κράτη. Ο λιγνίτης με τους ταινιόδρομους οδηγείται σε μονάδα πρόθραυσης (σπαστήρες) όπου με την βοήθεια μύλων θρυμματίζεται σε μικρά τεμάχια με διαστάσεις μικρότερες από 4 cm και κατόπιν οδηγείται σε σιλό για αποθήκευση. Σε αυτό το στάδιο η υγρασία του λιγνίτη είναι μεγαλύτερη από 50% w/w και έτσι δεν έχουμε μεγάλες ποσότητες ανθρακόσκονης κατά την διαδικασία της θραύσης καθώς επίσης και στην μεταφορά του. 253

254 12.3. Καύση του λιγνίτη. Μετά από τα σιλό όπου είναι αποθηκευμένος ο λιγνίτης με μεταλλικούς τροφοδότες μεταφέρεται στους μύλους των λεβήτων. Στους μύλους ο λιγνίτης αλέθεται και οδηγείται στις εστίες των λεβήτων. Ο λιγνίτης μεταφέρεται με το ρεύμα των καυσαερίων. Τα καυσαέρια αναρροφώνται από την εστία και καταλήγουν στους καυστήρες ενώ δεν μεταφέρουν μόνο την σκόνη του λιγνίτη αλλά συγχρόνως, με την θερμότητα που διαθέτουν, πετυχαίνουν και την ξήρανσή του. Στις εστίες φυσικά τροφοδοτείται και αέρας για την παροχή του απαιτούμενου οξυγόνου. Ο αέρας πρέπει να είναι σε περίσσεια σε σχέση με την ποσότητα που υπολογίζεται στοιχειομετρικά για την καύση του λιγνίτη. Η θερμοκρασία καύσης του λιγνίτη είναι λίγο μεγαλύτερη από τους C. Στα προιόντα της καύσης περιέχονται : Τα καυσαέρια που αποτελούνται από 1. Άζωτο 2. Διοξείδιο του άνθρακα 3. Οξυγόνο 4. Υδρατμοί 5. Διοξείδιο του θείου 6. Οξείδια του αζώτου Τα άκαυστα ανόργανα συστατικά από την καύση του λιγνίτη (ιπτάμενη τέφρα) και Άκαυστα συστατικά μαζί με λιγνίτη τα οποία λόγω της βαρύτητας μεταφέρονται στον πυθμένα του λέβητα που αποτελείται από δεξαμενή με νερό (τεφρολεκάνη). Μέσα σε αυτή την δεξαμενή έχουμε την αποπυράκτωση αυτών των τεμαχίων που αποτελούνε την υγρή τέφρα. Τα καυσαέρια με την βοήθεια ανεμιστήρων προθερμαίνουν πρώτα τον αέρα της καύσης και κατόπιν περνάνε από διατάξεις κατακράτησης αιωρούμενων σωματιδίων (ηλεκτροστατικά φίλτρα) και οδηγούνται στην ατμόσφαιρα. Στα ηλεκτροστατικά φίλτρα τα αιωρούμενα σωματίδια 254

255 αφού εκτεθούν σε συνεχές ηλεκτρικό πεδίο υψηλής τάσης μετατρέπονται σε ιόντα και συγκρατούνται στα φίλτρα. Με αυτόν τον τρόπο συγκρατείται η ιπτάμενη τέφρα ενώ τα καυσαέρια με την ελάχιστη ποσότητα της ιπτάμενης τέφρας που δεν έχει απομακρυνθεί καταλήγουν στην ατμόσφαιρα με καπνοδόχους ύψους μεγαλύτερου από 200 μέτρα για την μεγαλύτερη δυνατή διασπορά τους και την αποφυγή μεγάλης τοπικής ρύπανσης. Η ιπτάμενη τέφρα που έχει συγκρατηθεί στα φίλτρα αποθηκεύεται σε σιλό και χρησιμοποιείται σε εργοστάσια παραγωγής τσιμέντου Ατμοπαραγωγή. Η θερμική ενέργεια η οποία εκλύεται από την καύση του λιγνίτη στους λέβητες μέσω εναλλακτών θερμότητας εξατμίζει νερό και παράγει υπέρθερμο ατμό με θερμοκρασία μεγαλύτερη των C και πίεση 170 Kg/cm2. προθερμαίνεται σε εναλλάκτες και Στη συνέχεια ο υπέρθερμος ατμός εκτονώνεται σε στρόβιλο υψηλής πίεσης τον οποίο περιστρέφει. Κατόπιν ο ατμός οδηγείται και πάλι στον λέβητα για να αυξηθεί η θερμοκρασία του και η πίεσή του και εκτονώνεται σε στρόβιλο μέσης και χαμηλής πίεσης. Μετά τον στρόβιλο ο ατμός μεταφέρεται στον συμπυκνωτή και συμπυκνώνεται με ψυκτικό νερό. Ο ατμός που έχει συμπυκνωθεί με αντλίες μεταφέρεται στον λέβητα από όπου είχε ξεκινήσει κλείνοντας έτσι έναν θερμικό κύκλο. Η θερμότητα που έχει μεταφερθεί στο ψυκτικό νερό αποβάλλεται με τους πύργους ψύξης. Ένας σύγχρονος τρόπος για την εκμετάλλευση αυτής της θερμότητας είναι η τηλεθέρμανση. Οι στρόβιλοι που περιστρέφονται με την εκτόνωση του υπέρθερμου ατμού είναι συνδεδεμένοι με γεννήτριες οι οποίες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια σε ηλεκτρική. Απαιτείται η καύση 1,85 tn λιγνίτη για την παραγωγή 1 MWh ηλεκτρικής ενέργειας. 255

256 12.5. Κύκλωμα του νερού. Το κύκλωμα παραγωγής ατμού χρησιμοποιεί απιονισμένο νερό για να αποφευχθούν οι επικαθίσεις των αλάτων και η διάβρωση στις σωληνώσεις και στις συσκευές. Το νερό αφού πρώτα προθερμανθεί τροφοδοτείται με μία αντλία στην ατμογεννήτρια όπου έχουμε την μετατροπή του νερού σε ατμό και στη συνέχεια τον διαχωρισμό του νερού από τον ατμό. Ακολούθως ο ατμός με την βοήθεια εναλλάκτη θερμότητας υπερθερμαίνεται σε θερμοκρασία πάνω από C. Ο υπέρθερμος ατμός (High Pressure Steam) ονομάζεται και ζωντανός ατμός. Κατόπιν ο HPS οδηγείται στον στρόβιλο που συνήθως αποτελείται από τα τμήματα υψηλής πίεσης, μέσης πίεσης και χαμηλής πίεσης. Ο HPS εκτονώνεται διαδοχικά στα τρία τμήματα του στροβίλου ξεκινώντας από το τμήμα υψηλής πίεσης και καταλήγοντας στο τμήμα χαμηλής πίεσης. 256

257 12.1 Περιγραφή ενός ατμοηλεκτρικού σταθμού 257

258 1. Καμινάδα 2. Ανεμιστήρας καμινάδας 3. Φίλτρο 4. Μύλος κονιορτοποίησης λιγνίτη 5. Καυστήρας 6. Ανεμιστήρας αέρα καύσης 7. Προθερμαντήρας αέρα 8. Λέβητας 9. Ατμογεννήτρια 10. Υπερθερμαντήρας ατμού 11. Επαναθέρμανση ατμού 12, 13. Βαλβίδες ρύθμισης 14. Στρόβιλος χαμηλής πίεσης 15. Στρόβιλος μέσης πίεσης 16. Στρόβιλος υψηλής πίεσης 17. Γεννήτρια 18. Μετασχηματιστής 19. Πύργος ψύξης 20. Κυκλοφορητής νερού ψύξης 21. Συμπυκνωτής 22. Κυκλοφορητής συμπυκνώματος 23,24. Προθερμαντήρες νερού 25. Διαχωριστής ατμού- νερού 26. Αντλία τροφοδοσίας λέβητα 27. Προθερμαντήρας νερού Από την έξοδο του τμήματος χαμηλής πίεσης του στροβίλου ο ατμός οδηγείται στον συμπυκνωτή όπου συμπυκνώνεται με την βοήθεια ενός εναλλάκτη σε νερό με θερμοκρασία περίπου 35 0C. Το νερό του εναλλάκτη που χρησιμοποιείται για την συμπύκνωση του ατμού αποβάλει την θερμότητά του στον πύργο ψύξης για να ξαναχρησιμοποιηθεί. Παλαιότερα η απαγωγή της θερμότητας γινόταν στις θάλασσες, τα ποτάμια ή τις λίμνες με ολέθρια αποτελέσματα για την χλωρίδα και την πανίδα τους. Ο ατμός που έχει συμπυκνωθεί προθερμαίνεται σε εναλλάκτες από τους 35 0C σε 250 0C και συμπιέζεται με την αντλία τροφοδοσίας του λέβητα σε πίεση 200 bar. 258

259 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 130 Βιομηχανία παραγωγής τσιμέντου. 259

260 Τα τελευταία χρόνια η βιομηχανία του τσιμέντου αποτελεί έναν σημαντικό παράγοντα για την ελληνική οικονομία καθώς η χώρα μας διαθέτει οκτώ εργοστάσια τσιμέντου. Το τσιμέντο που χρησιμοποιείται περισσότερο είναι το τσιμέντο τύπου Portland, ενώ η πλέον σημαντική ιδιότητα του τσιμέντου είναι η αντοχή του στη θλίψη. Αυτή σε μεγάλο βαθμό εξαρτάται από την σύσταση του και από την λεπτότητά του. Για την παραγωγή του σκυροδέματος το τσιμέντο είναι το πλέον βασικό συστατικό. Είναι απαραίτητο για την κατασκευή κατοικιών αλλά και γενικότερα για επενδύσεις σε δημόσια έργα και κτήρια. Οι παράγοντες οι οποίοι δίνουν ώθηση στην κατανάλωση του τσιμέντου είναι η αύξηση του πληθυσμού και η οικοδομική ανάπτυξη Διαδικασία παραγωγής τσιμέντου. Η διαδικασία παραγωγής του τσιμέντου περιλαμβάνει τα εξής στάδια: Εξόρυξη των πρώτων υλών Άλεση και αποθήκευση των πρώτων υλών Έψηση των πρώτων υλών Άλεση και αποθήκευση του τσιμέντου Σάκευση και μεταφορά του Εξόρυξη πρώτων υλών. Οι κυριότερες πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή του τσιμέντου είναι: ο ασβεστόλιθος και τα αργιλοπυριτικά και σιδηρούχα υλικά όπως 260

261 - ο σχιστόλιθος, και - ο άργιλος Ο ασβεστόλιθος, που είναι και η σημαντικότερη πρώτη ύλη, ανακτάται με εξόρυξη από τα λατομεία τα οποία συνήθως βρίσκονται σε μικρή απόσταση από τα εργοστάσια παραγωγής. Οι υπόλοιπες πρώτες ύλες, που χρησιμοποιούνται σε μικρότερη αναλογία, μεταφέρονται από λατομεία που βρίσκονται σε άλλες περιοχές. Ακόμη και παραπροϊόντα από άλλες βιομηχανίες, όπως είναι ή ιπτάμενη τέφρα, μπορεί να χρησιμοποιηθούν σαν πρώτες ύλες. Από τα λατομεία λοιπόν, με ελεγχόμενες εκρήξεις και με σκαπτικά μηχανήματα, γίνεται η εξόρυξη των ασβεστολιθικών πετρωμάτων και των άλλων πρώτων υλών. Οι ύλες οι οποίες έχουν σχετικά μεγάλο μέγεθος μεταφέρονται με φορτοεκφορτώσεις στον σπαστήρα. Κατόπιν συνθλίβονται και οδηγούνται στο εργοστάσιο. Στη συνέχεια αποθηκεύονται μέσα σε κλειστούς χώρους ή τις χρησιμοποιούμε στην παραγωγική διαδικασία για την παραγωγή της φαρίνας Άλεση και αποθήκευση πρώτων υλών. Η άλεση των πρώτων υλών για την παραγωγή της φαρίνας, προϋποθέτει την ανάμειξή τους στις σωστές αναλογίες, σύμφωνα με την ποιότητα του τσιμέντου που θέλουμε να παραχθεί. Κατόπιν στον μύλο της φαρίνας πραγματοποιείται η άλεση των υλικών σε μορφή σκόνης για να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγική διαδικασία στον ανακομιστή θερμότητας και στον περιστρεφόμενο κλίβανο Έψηση των πρώτων υλών. Από το σιλό αποθήκευσης στη συνέχεια το μίγμα των πρώτων υλών οδηγείται στον πύργο θέρμανσης, στον οποίο θερμαίνεται με τα απαέρια του κλιβάνου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την ασβεστοποίηση του ασβεστόλιθου. Κατόπιν οι πρώτες ύλες που έχουν θερμανθεί εισέρχονται στην περιστροφική κάμινο για πυρομεταλλουργική κατεργασία και με την χρήσιμοποίηση καυσίμων θερμαίνονται σε υψηλές θερμοκρασίες. 261

262 Η φλόγα με την οποία θερμαίνεται η κάμινος μπορεί έχει θερμοκρασία μέχρι 2000οC ενώ το μίγμα ψήνεται σε θερμοκρασία από 1450 έως 1500οC. Οι διεργασίες οι οποίες πραγματοποιούνται μέσα στην κάμινο είναι : - η απομάκρυνση του ελεύθερου νερού, - η διάσπαση των αργιλικών ενώσεων, - η διάσπαση πύρωση του ασβεστόλιθου που έχει σαν αποτέλεσμα τον σχηματισμό των φάσεων του κλίνκερ δηλαδή τον σχηματισμό των ενώσεων πυριτικού ασβεστίου, αργιλικού ασβεστίου και αργιλοσιδηρούχου ασβεστίου. Η ψύξη του κλίνκερ πραγματοποιείται όταν εξέρχεται από την περιστρεφόμενη κάμινο με μια κινούμενη σχάρα και ψύχεται με την χρήση φυσητήρων και ανεμιστήρων. Κατόπιν το κλίνκερ αποθηκεύεται. Μέρος από την θερμότητα του αέρα ψύξης δεσμεύεται από το κλίνκερ, ανακυκλώνεται και επιστρέφει στον πύργο ψύξης Άλεση του τσιμέντου και αποθήκευσή του. Για να έχουμε την παραγωγή του τελικού προϊόντος πρώτα γίνετε ανάμιξη του κλίνκερ με τον γύψο, και κατόπιν στους μύλους τσιμέντου το μίγμα τους αλέθεται σε πολύ λεπτή σκόνη. Σε αυτό το στάδιο είναι δυνατό να προσθέσουμε μαζί με τον γύψο και άλλα υλικά, τα οποία ονομάζονται πρόσθετα. Τέτοια υλικά μπορεί είναι : ο θειικός σίδηρος, η ιπτάμενη τέφρα, ο ασβεστόλιθος και η ποζολάνη. Ανάλογα με την ποιότητα που θέλουμε να έχουμε στο τελικό προιόν, που είναι το τσιμέντο, χρησιμοποιούμε και τα αντίστοιχα πρόσθετα. 262

263 Τελικά το τσιμέντο αποθηκεύεται σε ειδικά σιλό και από εκεί φορτώνεται και μεταφέρεται χύδην ή σακευμένο Συσκευασία και μεταφορά του τσιμέντου. Από τα σιλό της αποθήκευσης του τσιμέντου γίνετε η απευθείας διάθεσή του, σε μορφή χύδην, μέσω σιλοφόρων φορτηγών ή πλοίων. Κατά την διαδικασία της σάκευσης προηγείται η συσκευασία του τσιμέντου σε σάκους με μικρή χωρητικότητα και κατόπιν σε παλέτες για την άμεση διάθεσή του Σκυρόδεμα. Ονομάζουμε σκυρόδεμα ένα μίγμα τσιμέντου, αδρανών υλικών και νερού. Οι μέθοδοι παραγωγής του σκυροδέματος είναι δύο η ξηρή και η υγρή. Στην ξηρή μέθοδο οι ποσότητες των πρώτων υλών είναι συγκεκριμένες, ενώ καθορισμένες είναι και οι ποσότητες του νερού που βρίσκονται μέσα στο περιστρεφόμενο τύμπανο του φορτηγού με το οποίο γίνετε η παρασκευή και μεταφορά του. Η εισαγωγή των πρόσθετων γίνετε στο τύμπανο και όλα αυτά αναμειγνύονται μέσα στον περιστρεφόμενο κάδο την ώρα που το φορτηγό τα μεταφέρει στον τόπο του έργου που θα χρησιμοποιηθούν. Στην υγρή μέθοδο χρησιμοποιούνται συγκεκριμένες ποσότητες του σκυροδέματος και τοποθετούνται σε μηχανικό αναμικτήρα. Το προϊόν που παράγεται είναι το έτοιμο σκυρόδεμα που μεταφέρεται με φορτηγά στην περιοχή που θα χρησιμοποιηθεί. Τελικά τοποθετείται σε καλούπια και συμπυκνώνεται με δονητή για να πάρει την μορφή των καλουπιών Περιστροφικοί κάμινοι. Οι περιστροφικοί κάμινοι έχουν κυλινδρικό σχήμα, διαθέτουν μεγάλο όγκο και είναι κεκλιμένες κατασκευές. Στο εσωτερικό τους διαθέτουν πυρίμαχη επένδυση. Όλοι οι τύποι των περιστροφικών καμίνων λειτουργούνε με την ίδια μέθοδο. Ανάλογα με : 263

264 την κατεργασία με την οποία θα πραγματοποιηθεί δηλαδή είτε είναι ξηρή, υγρή, ημί -ξηρη, ημι - υγρή τις πρώτες ύλες και με τις τεχνολογίες ως προς την προθέρμανση της φαρίνας και την πύρωση του ασβεστόλιθου Χρησιμοποιείται και το ανάλογο μήκος για την περιστροφική κάμινo. Η κλίση της περιστροφικής καμίνου είναι προς την έξοδο, για να έχουμε την ροή του υλικού. Η ταχύτητα περιστροφής της καμίνου μπορεί να είναι από 1 μέχρι και 4 στροφές ανά λεπτό, ενώ ο χρόνος παραμονής του υλικού μέσα στην περιστροφική κάμινο είναι από 20 λεπτά μέχρι και 2 ώρες Η άλεση του κλίνκερ. H λεπτότητα του τσιμέντου είναι βασική παράμετρος γιατί επηρεάζει τις ιδιότητες του τσιμέντου και την συμπεριφορά του σκυροδέματος. Εκφράζεται με τον δείκτη Blaine και έχει μονάδες cm2/g ή m/kg. Στην άλεση χρησιμοποιούνται : οι σφαιρόμυλοι λειοτρίβησης, οι κατακόρυφοι μύλοι μεγάλης απόδοσης ή συνδιασμοί κυλινδρόπρεσσας και σφαιρόμυλοι και έχουν σαν αποτέλεσμα την αύξηση της δυναμικότητας της διάταξης και την αύξηση της λεπτότητας του προϊόντος με παράλληλη μείωση του κόστους. Τους κατακόρυφους μύλους τους χρησιμοποιούν για να αλέσουν τις πρώτες ύλες και τους σφαιρόμυλους για να αλέσουν το κλίνκερ για την παραγωγή του τσιμέντου. Οι σφαιρόμυλοι χρησιμοποιούνται και στην παραγωγή των σύνθετων τσιμέντων. Αυτοί αποτελούνται από τον μύλο άλεσης που περιέχει δύο διαμερίσματα. Στο πρώτο διαμέρισμα έχουμε σφαίρες άλεσης με μεγάλο σχετικά μέγεθος mm ενώ στο δεύτερο διαμέρισμα έχουμε σφαίρες με μικρό σχετικά μέγεθος 15-40mm. Αν 264

265 θέλουμε μεγαλύτερη λεπτότητα τότε προσθέτουμε στο δεύτερο διαμέρισμα σφαίρες με διάμετρο 5mm. Στην συνέχεια χρησιμοποιούνται οι στατικοί διαχωριστές και οι αεροδιαχωριστές για την κατανομή και τον έλεγχο στο μέγεθος των προϊόντων Σφαιρόμυλος άλεσης κλίνκερ για παραγωγή τσιμέντου 265

266 Οι πλέον σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την συμπεριφορά του κλίνκερ κατά την άλεση είναι οι εξής : η χημική ανάλυση, η ορυκτολογική ανάλυση, η κοκκομετρική ανάλυση των συστατικών του, η ποιότητα ομοιογενοποιήσης των πρώτων υλών, η ταχύτητα ψύξης του κλίνκερ, οι συνθήκες μέσα στην κάμινο, όπως είναι ο χρόνος παραμονής και η θερμοκρασία Ακόμη όσο πιο λεπτό είναι το τσιμέντο τόσο γρηγορότερα γίνεται η ενυδάτωσή του και επομένως έχουμε γρήγορη ανάπτυξη των αντοχών Τα πρόσθετα τσιμέντου. Τα πρόσθετα τα οποία τσιμέντου είναι τα εξής : χρησιμοποιούνται για την παραγωγή οι ποζολάνες, η σκωρία από υψικαμίνους το σιδηροπυρίτιο από τις βιομηχανίες μικροεπεξεργαστών και η ιπτάμενη τέφρα από την καύση του άνθρακα στις μονάδες παραγωγής ηλεκτρισμού. Τα πρόσθετα χρησιμοποιούνται στην τελική φάση του τσιμέντου και σε διαφορετικές αναλογίες. Αντίστοιχα τα πρόσθετα για την παραγωγή του σκυροδέματος είναι : οι επιταχυντές, 266

267 οι επιβραδυντές πήξης, τα αερατικά, τα πρόσθετα μείωσης της ποσότητας του νερού και τα στεγανοποιητικά. Οι επιταχυντές στην παραγωγή του σκυροδέματος χρησιμοποιούνται σε χαμηλές θερμοκρασίες και μειώνουν τον χρόνο που απαιτείται για την πήξη και την σκλήρυνση. Επίσης βοηθάνε στην επιτάχυνση του ρυθμού αύξησης της αντοχής του υλικού. Όπως είναι φυσικό η μείωση στον χρόνο πήξης και σκλήρυνσης, είναι ανάλογη με την ποσότητα του επιταχυντή που χρησιμοποιούμε. Με το επιβραδυντικό πήξης αυξάνεται η διάρκεια του χρόνου πήξης στην περίπτωση που το έτοιμο σκυρόδεμα μεταφέρεται με φορτηγά για την κατασκευή ενός έργου. Το προσθέτουμε όταν έχουμε υψηλές θερμοκρασίες κατά την παραγωγή του σκυροδέματος για να ελέγξουμε τις αντιδράσεις της ενυδάτωσης που επιταχύνονται. Τα επιβραδυντικά μειώνουν την ποσότητα του νερού που απαιτείται για την ενυδάτωση και έτσι παίρνουμε σκυρόδεμα με μεγάλη αντοχή. Τα αερακτικά πρόσθετα χρησιμοποιούνται για να ελέγχουν την αποσάρθρωση. Είναι υγρές χημικές ουσίες που εισάγουν μικρές φυσαλίδες αέρα στην δομή του σκυροδέματος. Τα πρόσθετα για την μείωση της απαιτούμενης ποσότητας του νερού είναι χημικές ενώσεις οι οποίες προκαλούν την μείωση του νερού στην παραγωγή σκυροδέματος. Με αυτή την μείωση του νερού έχουμε αύξηση, στην αντοχή του σκυροδέματος, με τον χρόνο. Το ποσοστό μείωσης του νερού που έχουμε με αυτά τα πρόσθετα είναι της τάξης του 5-10%. Ακόμη και τα στεγανοποιητικά χρησιμοποιούνται σαν πρόσθετα Υποκατάστατα. Σαν υποκατάστατα χρησιμοποιούνται ορισμένα φυσικά αργιλοπυριτικά προϊόντα ή ακόμη και βιομηχανικά παραπροϊόντα, τα οποία λόγω της σύσταση τους μπορούν να αντικαταστήσουν το τσιμέντο 267

268 σε ένα ποσοστό που κυμαίνεται από 15 έως 35%. Κατά την διαδικασία της ενυδάτωσης αυτά ενώνονται με το υδροξείδιο του ασβεστίου του χρησιμοποιημένου τσιμέντου. Τα πλεονεκτήματα που έχουν είναι : αυξάνουν την εργασιμότητα στο σκυρόδεμα, βελτιώνουν την εμφάνιση των κατασκευών, ελλατώνουν την θερμότητα λόγω της ενυδάτωσης του τσιμέντου έχουν σχετικά χαμηλό κόστος. Οι Ποζολάνες είναι ένα ανόργανο υλικό που έχει παρόμοιες ιδιότητες με το τσιμέντο ενώ υπάρχουν δύο ειδών ποζολάνες οι φυσικές και οι τεχνητές. Οι φυσικές ποζολάνες είναι ένα ελαφρύ πυριτικό ορυκτό το οποίο δημιουργείται από τις εκρήξεις των ηφαιστείων. Οι τεχνητές είναι σκωρία από υψικάμινους, ιπτάμενη τέφρα από μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με πρώτη ύλη το κάρβουνο η τον λιγνίτη. Η ποζολάνη όταν αλεσθεί και αναμειχθεί με ασβέστη και νερό δημιουργεί ένα είδος τσιμέντου Πετρώματα τσιμεντοβιομηχανία. που χρησιμοποιούνται από την Ασβεστόλιθος. Ο ασβεστόλιθος είναι ένα πέτρωμα ιζηματογενές που έχει σαν κυριότερο συστατικό τον ασβεστίτη. Περιέχει πυριτικές προσμίξεις όπως είναι οι κρυποτοκρυσταλλικές μορφές του χαλαζία, η άργιλος και η άμμος. Δημιουργείται με χημική αντίδραση ανάμεσα σε ευδιάλυτα άλατα του ασβεστίου και διοξείδιο του άνθρακα. Τα κυριότερα είδη των ασβεστόλιθων είναι τα εξής : αργιλικοί ασβεστόλιθοι, αμμούχοι ασβεστόλιθοι, και ασβεστολιθικοί σχιστόλιθοι 268

269 Γύψος. Η γύψος που είναι το ορυκτό του ασβεστίου έχει χημικό τύπο CaSO4 x H2O. Όταν ανακατευθεί με νερό γίνεται συμπαγής και σκληρή. Το χρώμα της μπορεί να είναι : λευκό, άχρωμο, τεφρό, με αποχρώσεις του κίτρινου, με αποχρώσεις του κόκκινου και με αποχρώσεις του καστανού Άργιλος. Την άργιλο την συναντάμε στην φύση με την μορφή πυριτικών αλάτων Βωξίτης. Είναι συνδυασμός ορυκτών και σχηματίζεται από την αποσάθρωση των αργιλοπυριτικών πετρωμάτων. Ο βωξίτης αποτελείται από : υδροξείδια του αργίλου, υδροξείδια του σιδήρου, οξείδια του σιδήρου και οξείδια του τιτάνιου Δολομίτης. Είναι ένα ανθρακικό ορυκτό του ασβεστίου και του μαγνησίου και έχει χημικό τύπο CaHg(CO3)2. 269

270 Φθορίτης. Ο φθορίτης είναι ορυκτό του ασβεστίου και έχει χημικό τύπο CaF2. Το όνομα του οφείλεται στο φθόριο που περιέχει και τον βρίσκουμε σε πολλά χρώματα. Το συνηθισμένο του χρώμα είναι το μπλε αλλά εμφανίζεται και με αλλά χρώματα Σιδηροπυρίτης. O σιδηροπυρίτης είναι ένα θειούχο ορυκτό του σιδήρου, που συναντάτε σχεδόν σε όλα τα γεωλογικά περιβάλλοντα. Μαζί με άλλα θειούχα όπως σφαρελίτη, μαρκασίτη, χαλκοπυρίτη, γαλανίτη κλπ βρίσκεται σε υδροθερμικές φλέβες. Λόγω της μεγάλης περιεκτικότητας που έχει σε σίδηρο τον χρησιμοποιούν στην βιομηχανία του θεϊκού οξέος Καολίνης. Είναι πέτρωμα αργιλοπυρίτικο, και έχει λευκό χρώμα. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή χαρτιού, χρωμάτων, λάστιχων και πορσελάνης Ελαφρόπετρα. Είναι ένα ηφαιστειακό πέτρωμα, με λευκό χρώμα. Είναι γνωστό για την ιδιότητά του να επιπλέει στην θάλασσα. Δημιουργείται μετά από ηφαιστειακές εκρήξεις και περιέχει πολλά πτητικά. Το χρησιμοποιούμε στην παράγωγη κονιαμάτων. 270

271 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 140 Βιομηχανία γάλακτος. 271

272 14.1. Φάσεις λειτουργίας της εγκατάστασης. Το γάλα μεταφέρεται στην μονάδα σε γαλακτοδοχεία ή με μαζική μεταφορά από τους σταθμούς πρόψυξης. Με την εισαγωγή του στο εργοστάσιο πραγματοποιείται ο ποιοτικός έλεγχος του γάλακτος, για να ελεγχθεί η ποιότητά του. Στη συνέχεια καθαρίζεται με φίλτρα και φυγοκέντρηση, για να απομακρυνθούν τα σκουπίδια που μπορεί να περιέχει. Συνήθως το ποσοστό των σκουπιδιών που περιέχεται στο γάλα είναι μικρότερο από 0,5%. Κατόπιν μεταφέρεται στην ζυγαριά για να ζυγισθεί και αποθηκεύεται σε παγολεκάνες σε θερμοκρασία 4 C. 272

273 14.1 Block diagram βιομηχανίας γάλακτος 273

274 Από το γάλα μπορεί να παραχθούν διάφορα προιόντα σε αντίστοιχα τμήματα του εργοστασίου Τμήμα παραγωγής γιαούρτης. Για την παραγωγή της γιαούρτης αρχικά έχουμε την θερμική επεξεργασία του γάλακτος σε θερμοκρασία 90 0 C. Κατόπιν έχουμε την πλήρωση των κυπέλλων με το γάλα και την παραμονή των κυπέλων σε θερμοκρασία περιβάλλοντος μέχρις ότου μειωθεί η θερμοκρασία του γάλακτος στους 45 0 C. Στην συνέχεια προσθέτουμε ειδικές καλλιέργειες και ακολουθεί η επώαση στους C, η ψύξη του προϊόντος και η συσκευασία του σε περιέκτες διαφόρων μεγεθών Τμήμα παραγωγής παστεριωμένου νωπού γάλακτος. Το αγελαδινό γάλα για 15 sec παστεριώνεται σε θερμοκρασία C. Κατόπιν ψύχεται, γίνεται μερική αποκορύφωση και παράγεται η κρέμα. Μετά από ωρίμανση της κρέμας και προσθήκη καλλιεργειών, από ένα μέρος αυτής παίρνουμε το βούτυρο. Tο μερικώς αποκορυφωμένο γάλα στη συνέχεια μεταφέρεται στο εμφιαλωτήριο όπου συσκευάζεται σε TETRAPACK κουτιά που έχουν διάφορα μεγέθη. Η ίδια διαδικασία ακολουθείται και για την παραγωγή σοκολατούχου νωπού παστεριωμένου γάλακτος με μόνη διαφορά ότι πριν οδηγηθεί στο συσκευαστήριο προσθέτουμε ζάχαρη και κακάο Τμήμα παραγωγής Τυριών. Το γάλα παστεριώνεται και μεταφέρεται σε δεξαμενές. Μέσα στις δεξαμενές με την βοήθεια της πυτιάς το γάλα σε min πήζει. Στη συνέχεια το πήγμα που έχει σχηματισθεί τεμαχίζεται και μεταφέρεται σε καλούπια, αλατίζεται και τοποθετείται σε δοχεία τα οποία οδηγούνται στην αίθουσα ωρίμανσης. Τα δοχεία κατόπιν μεταφέρονται στο ψυγείο όπου παραμένουν για διάστημα τουλάχιστον δυο μηνών. Στα σκληρά τυριά, όπως είναι το κεφαλοτύρι, το πήγμα που έχει σχηματισθεί μετά τον τεμαχισμό αναθερμαίνεται, τοποθετείται σε καλούπια και μετά από συμπίεση ακολουθείται πάλι η διαδικασία της 274

275 της φέτας, δηλαδή αλάτισμα, ωρίμανση κλπ Παραπροϊόντα. Τα στραγγίσματα που έχουμε κατά την διαδικασία παραγωγής του τυριού μεταφέρονται σε φυγοκεντρικό διαχωριστή στον οποίο παίρνουμε το βούτυρο. Το υπόλοιπο μέρος των στραγγισμάτων, που είναι σε ποσοστό περίπου το 98%, αποτελεί τον άπαχο ορό γάλακτος. Από αυτόν τον άπαχο ορό του γάλακτος με θέρμανση λαμβάνεται η μυζήθρα, σε ποσοστό περίπου 4%, καθώς επίσης και το τυρόγαλο το οποίο αποθηκεύεται και μεταφέρεται με βυτία σε χοιροστάσια για να χρησιμοποιηθεί σαν τροφή για την πάχυνση των χοίρων. Όλες οι παραπάνω διεργασίες λαμβάνουν χώρα σε θερμοκρασία περίπου 16 C. 275

276 14.2 Block diagram γαλακτοβιομηχανίας 276

277 14.6. Χρήση του νερού και της ενέργειας. Το νερό σε αυτές τις μονάδες χρησιμοποιείται κυρίως για το πλύσιμο των συσκευών, των δοχείων, των δαπέδων κ.λ.π., και επίσης για την παραγωγή του ατμού και για την ψύξη του γάλακτος. Οι ενεργειακές ανάγκες των μονάδων αυτών καλύπτονται κυρίως με ηλεκτρική ενέργεια Πρώτες ύλες - προϊόντα - παραπροϊόντα. Οι πρώτες ύλες που χρησιμοποιούνται είναι : το αγελαδινό και το αιγοπρόβειο γάλα. Τα παραγόμενα προϊόντα συνήθως είναι : γάλα παστεριωμένο συσκευασμένο, γάλα παστεριωμένο χύμα, γιαούρτη, τυρί φέτα, σκληρά τυριά, βούτυρο, κρέμα. Οι πλέον σημαντικές βοηθητικές ύλες είναι : το αλάτι προστίθεται σε ποσοστό 2-3 % το χλωριούχο ασβέστιο σε ποσοστό 3% πυτιά τυριού (100gr / tn γάλακτος) 277

278 οξυγαλακτικές καλλιέργειες (5gr / tn γάλακτος) υλικά συσκευασίας ( δοχεία, πλαστικά σακουλάκια κ.λ.π ) κακάο ζάχαρη υλικά καθαριότητας και υγιεινής (απορρυπαντικά,απολυμαντικά ) Τα παραπροϊόντα που παράγονται είναι η μυζήθρα και το βούτυρο Εργαστήριο ποιοτικού ελέγχου. Τα τελικά προϊόντα της γαλακτοβιομηχανίας ελέγχονται σε εργαστήριο ποιοτικού ελέγχου ως προς : o τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά τους, δηλαδή 1. γεύση, 2. οσμή, 3. χρώμα o την χημική τους σύσταση και o την υγιεινή τους (μικροβιολογικά). 278

279 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 150 Ελαιοτριβείο. 279

280 15.1. Πρώτες ύλες. Μία είναι η πρώτη ύλη της παραγωγικής διαδικασίας ενός ελαιοτριβείου, ο ελαιόκαρπος. Η σύστασή του εξαρτάται από : τον τύπο της ελιάς, την περιοχή στην οποία καλλιεργείται η ελιά, και τις κλιματολογικές συνθήκες οι οποίες επικρατούν στην περιοχή. Τα προϊόντα τα οποία παράγονται σε ένα ελαιοτριβείο είναι: Ελαιόλαδο Ελαιοπυρήνας Φυτικά υγρά Η σύστασή τους συνήθως κυμαίνεται στα παρακάτω ποσοστά: Ελαιόλαδο: 13-18% Ελαιοπυρήνας: 50-54% Φυτικά υγρά: 29% Διαδικασία παραγωγής λαδιού. Ένα ελαιοτριβείο δουλεύει συνήθως τέσσερις με πέντε μήνες τον χρόνο. Τα στάδια παραγωγής του λαδιού είναι τα παρακάτω : Παραλαβή και ζύγισμα του ελαιόκαρπου. Αρχικά ο ελαιόκαρπος που μεταφέρεται από τους παραγωγούς ελιάς στην μονάδα, παραλαμβάνεται και ζυγίζεται. 280

281 Αποφύλλωση. Ο ελαιόκαρπος που μεταφέρεται στη μονάδα δεν είναι καθαρός, αλλά είναι αναμεμειγμένος με φύλλα και κλαδιά. Μετά το ζύγισμα τοποθετείται σε χοάνες και με μεταφορικές ταινίες μεταφέρεται στο αποφυλλωτήριο για την απομάκρυνση των φύλλων και των μικρών κλωναριών. Αυτά απομακρύνονται με ένα ρεύμα αέρα το οποίο παρεμβάλλεται και τα παρασύρει μέσα σε ένα ειδικό σωλήνα. Κατόπιν τα φύλλα και τα κλαδιά με μεταφορική ταινία μεταφέρονται για αποθήκευση Πλύσιμο των καρπών. Στη συνέχεια οι ελιές οδηγούνται για πλύσιμο με την βοήθεια νερού για να απομακρυνθούν οι σκόνες και τα χώματα. Τα υπολείμματα της πλύσης, που είναι οι πέτρες, οι λάσπες και άλλα σκληρά συστατικά συγκρατούνται σε ειδικό θάλαμο του πλυντηρίου. Από τον θάλαμο με ελικοειδή μεταφορέα απομακρύνονται εκτός του πλυντηρίου και αποθηκεύονται. Συνήθως για το πλύσιμο 1000 κιλών ελαιόκαρπου χρειάζονται 120 Lt νερού Σπάσιμο και άλεση του ελαιόκαρπου. Ο πλυμένος ελαιόκαρπος μέσω ενός ελικοειδούς μεταφορέα ελιάς οδηγείται σε αλεστικά συγκροτήματα, όπου χρησιμοποιούνται μηχανικά σφυριά για την σύνθλιψή του σε περιστροφικούς σφυρόμυλους και σπαστήρες με οδοντωτούς δίσκους. Με τους σφυρόμυλους σπάζει η σάρκα της ελιάς και ελευθερώνεται το λάδι. Με αυτόν τον τρόπο δημιουργείται η ελαιοζύμη. Σε ελαιοτριβεία που χρησιμοποιούν παραδοσιακές μεθόδους παραγωγής η άλεση του καρπού επιτυγχάνεται με κυλινδρικές μυλόπετρες Μάλαξη. Η ελαιοζύμη μετά την άλεσή της μεταφέρεται σε μαλακτήρες όπου προστίθεται και ζεστό νερό. Η μάλαξη είναι πολύ σημαντική γιατί με αυτήν επιτυγχάνεται η συνένωση των μικρών σταγονιδίων του ελαίου σε μεγαλύτερες σταγόνες. Η μάλαξη πραγματοποιείται με σταθερή θερμοκρασία C, ενώ στον μαλακτήρα προστίθεται και νερό. 281

282 Φυγοκέντρηση. Κατόπιν η ζύμη μεταφέρεται σε τριφασικό φυγοκεντρικό διαχωριστήρα (decanter) μέσα στον οποίο υπό την επίδραση της φυγόκεντρου δύναμης διαχωρίζονται τα διαφορετικά μέρη της ελαιοζύμης. Στους φυγοκεντρητές απαιτείται η προσθήκη σημαντικών ποσοτήτων νερού (σε ποσοστό μεγαλύτερο του 10%) και πραγματοποιείται ο διαχωρισμός της ελαιοζύμης σε : ελαιόλαδο βλαστικό υγρό και ελαιοπυρήνα Τελικός διαχωρισμός. Το νερό με το λάδι αφού περάσουν από δονητική σχάρα μεταφέρονται με αντλία σε ανοξείδωτο καζάνι και κατόπιν μοιράζονται σε δυο ελαιοδιαχωριστήρες για να επιτευχθεί με φυγοκέντρηση ο διαχωρισμός του λαδιού από το νερό. Κατόπιν το λάδι αφού περάσει και από τρίτο ελαιοδιαχωριστήρα οδηγείται και αποθηκεύεται σε κατάλληλες δεξαμενές που βρίσκονται σε κλειστό χώρο. Από την διαδικασία έχουμε την παραγωγή υγρών αποβλήτων (κατσίγαρος) και στερεών αποβλήτων (ελαιοπυρήνας). Ο ελαιοπυρήνας με κοχλίες οδηγείται σε ειδικό σιλό αποθήκευσης, και κατόπιν με φορτηγά αυτοκίνητα μεταφέρεται σε πυρηνελουργεία για επιπλέον επεξεργασία και διάθεση. Τα υγρά απόβλητα της μονάδας, αφού περάσουν από τις δονητικές συσκευές των decanter μεταφέρονται με αντλία σε δεξαμενές για να έχουμε απομάκρυνση των αιωρούμενων στερεών με καθίζηση και τελικά οδηγούνται σε απορροφητικούς βόθρους. Εκεί υφίστανται κατεργασία με την προσθήκη άσβεστου. 282

283 Από την παραγωγική διαδικασία έχουμε ακόμη σαν στερεά απόβλητα, από τα αποφυλλωτήρια του ελαιοκάρπου, τα ελαιόφυλλα. Τα ελαιόφυλλα συγκεντρώνονται σε κλειστό χώρο και κατόπιν απορρίπτονται σε ιδιοκτησίες παραγωγών σαν βελτιωτικό εδάφους. 283

284 15.1 Block diagram μονάδας ελαιοτριβείου 284

285 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 160 Συστήματα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας. Εικόνα 16.1 Ατμοστρόβιλος αξονικής ροής σε τομή Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 285

286 Σήμερα μια από τις περισσότερο αποδοτικές χρήσεις του φυσικού αερίου είναι οι Σ.Η.Θ. δηλαδή η Συμπαραγωγή Ηλεκτρισμού και Θερμότητας. Για τις περιπτώσεις που χρειαζόμαστε μεγάλες ποσότητες με θερμικά φορτία ενώ ταυτόχρονα απαιτείται και ηλεκτρική ενέργεια οι ΣΗΘ αποτελούν μια εναλλακτική λύση που είναι και οικονομικά συμφέρουσα. Εφαρμογές αυτών των συστημάτων βρίσκουμε στον βιομηχανικό τομέα, καθώς πλήθος βιομηχανικών μονάδων χρησιμοποιούν τα συστήματα ΣΗΘ, αλλά και στον εμπορικό τομέα, κυρίως σε μεγάλα εμπορικά κέντρα. Είναι γεγονός ότι η μικρή απόδοση που παρουσιάζουν τα συμβατικά συστήματα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, προβλημάτιζε από παλιά τόσο την επιχειρηματική όσο και την επιστημονική κοινότητα. Το άνοιγμα της αγοράς ενέργειας, που επιβλήθηκε με το σύγχρονο κοινοτικό νομικό πλαίσιο, έδωσε την δυνατότητα στους ιδιώτες παραγωγούς ηλεκτρικής ενέργειας να παράγουν ενέργεια και να πωλούν το περίσσευμα που έχουν στην εταιρία διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα είχαμε και την μεγάλη τεχνολογική πρόοδο που κατέστησε εναλλακτικές λύσεις όπως την αξιοποίηση του φυσικού αερίου με συστήματα ΣΗΘ, οικονομικά συμφέρουσες. Από τεχνική άποψη η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με συστήματα ΣΗΘ μπορεί να πραγματοποιηθεί με δύο διαφορετικούς τύπους εξοπλισμού. Τους αεριοστρόβιλους και Τις μηχανές εσωτερικής καύσης Σε σύγκριση με τα άλλα καύσιμα όπως είναι το μαζούτ και το πετρέλαιο η χρησιμοποίηση του φυσικού αερίου παρέχει σοβαρά πλεονεκτήματα και για τους δύο ανωτέρω τύπους εξοπλισμού. Το φυσικό αέριο σαν καύσιμο με καλύτερη ποιότητα και περισσότερη καθαρότητα από τα υπόλοιπα έχει ως αποτέλεσμα : την μεγαλύτερη απόδοση την αξιόπιστη λειτουργία την μειωμένη συντήρηση 286

287 την μεγαλύτερη διάρκεια ζωής Η συνολική απόδοση που μπορεί να έχει ένα σύστημα ΣΗΘ μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 80 % ΣΗΘ με την χρήση μηχανής εσωτερικής καύσης. Ο ατμοσφαιρικός αέρας και το φυσικό αέριο τροφοδοτούνται σε μια συσκευή ανάμειξης όπου αναμειγνύονται. Κατόπιν το αέρι μείγμα μεταφέρεται σε μια μηχανή εσωτερικής καύσης (ΜΕΚ) στην οποία έχουμε την καύση του φυσικού αερίου με το οξυγόνο του αέρα. Χρήση των μηχανών εσωτερικής καύσης έχουμε περισσότερο σε συστήματα χαμηλής ισχύος, από 20 έως 200 kw. H μηχανή ΜΕΚ συνδέεται με άξονα σε μία γεννήτρια. Έτσι το έργο που παράγεται από την ΜΕΚ καταναλώνεται από την γεννήτρια για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Το ρεύμα που παράγεται χρησιμοποιείται για ιδιοκατανάλωση ενώ αν έχουμε περίσσεια οδηγείται στο δίκτυο διανομής ηλεκτρισμού με το οποίο είναι συνδεδεμένο το σύστημα. Αντίστοιχα όταν το ρεύμα που παράγεται δεν επαρκεί για ιδιοκατανάλωση τότε εισάγεται ρεύμα από το δίκτυο διανομής ηλεκτρισμού. 287

288 16.1 Σύστημα συμπαραγωγής με ΜΕΚ 288

289 Η θερμότητα την οποία μπορούμε να εκμεταλλευτούμε από την μηχανή εσωτερικής καύσης προέρχεται από : Την ενθαλπία των καυσαερίων Τα συστήματα ψύξης του λαδιού και Το χιτώνιο της μηχανής Την θερμότητα που μπορούμε να πάρουμε από την μηχανή την χρησιμοποιούμε σε άλλα σημεία της μονάδας στα οποία έχουμε έλλειμμα θερμότητας, κυρίως για την θέρμανση χώρων. Για την μεταφορά της θερμότητας έχουμε εναλλάκτες και το θερμικό φορτίο μεταφέρεται με την βοήθεια ζεστού νερού. Τα συστήματα ΣΗΘ είναι σχεδιασμένα για να καλύπτουν το θερμικό φορτίο βάσης, ενώ σε περίπτωση που το θερμικό φορτίο δεν επαρκή π.χ. σε κρύες ημέρες του χειμώνα, μπορούμε να αποκτήσουμε την επιπλέον θερμότητα με την βοήθεια υψηλής απόδοσης λεβήτων που καίνε φυσικό αέριο. Λόγω της ρύθμισης της ΜΕΚ σε σχέση με το θερμικό φορτίο βάσης η ηλεκτρική ενέργεια που θα παράγεται θα παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις. Έτσι κάποιες φορές θα έχουμε περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας και θα τροφοδοτούμε την εταιρεία διανομής ηλεκτρικής ενέργειας ενώ άλλες φορές θα έχουμε έλλειμμα και θα προμηθευόμαστε ενέργεια από το παραπάνω δίκτυο διανομής. Όπως παρατηρούμε σε βιομηχανίες και μεγάλα εμπορικά κέντρα με την καύση φυσικού αερίου σε συστήματα ΣΗΘ εξασφαλίζουμε την απαιτούμενη ηλεκτρική και θερμική ενέργεια Σύστημα ΣΗΘ με την χρήση αεριοστρόβιλου. Στο σύστημα αυτό έχουμε την προανάμειξη του φυσικού αερίου με τον ατμοσφαιρικό αέρα. Στη συνέχεια το αέριο ρεύμα οδηγείται σε ένα στρόβιλο που μέσω ενός άξονα δίνει κίνηση σε μια γεννήτρια παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Στον στρόβιλο το φυσικό αέριο καίγεται με το οξυγόνο του αέρα. Η ενέργεια από την καύση κινεί την γεννήτρια και παράγεται ρεύμα. Ένα μέρος του παραγόμενου ηλεκτρικού ρεύματος χρησιμοποιείται για ιδιοκατανάλωση ενώ το περίσσευμα οδηγείται στο 289

290 δίκτυο διανομής ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον τα θερμά καυσαέρια με θερμοκρασία κοντά στους C μεταφέρονται σε μονάδα ανάκτησης θερμότητας, και θερμαίνουν νερό παράγοντας ατμό. Ο ατμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην θέρμανση χώρων. Ανάμεσα στον στρόβιλο και τον λέβητα ανάκτησης παρεμβάλλεται ένας καυστήρας, ο οποίος τροφοδοτείται με φυσικό αέριο. Τα καυσαέρια από τον στρόβιλο περιέχουν οξυγόνο που έχει περισσέψει από την καύση του φυσικού αερίου σε αυτόν. Η περίσσεια οξυγόνου από τον στρόβιλο με το νέο φυσικό αέριο που τροφοδοτείται στον καυστήρα καίγονται παρέχοντας επιπλέον ενέργεια. 290

291 16.2 Σύστημα συμπαραγωγής με αεριοστρόβιλο 291

292 16.3. Σύστημα συνδυασμένου κύκλου. Το σύστημα συνδυασμένου κύκλου είναι μια παραλλαγή από τα συστήματα που έχουν παρουσιαστεί παραπάνω. Τα σύστημα αυτό εφαρμόζεται στις μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Είναι ίδιο με το σύστημα ΣΗΘ με την χρήση αεριοστρόβιλου με την διαφορά ότι στον λέβητα ανάκτησης παράγεται ατμός που τροφοδοτεί έναν δεύτερο ατμοστρόβιλο. Η ενέργεια που παράγεται στον αεριοστρόβιλο αυτό μέσω ενός άξονα μεταφέρεται σε μία γεννήτρια όπου μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. Ο ατμός στην έξοδο του δεύτερου αεριοστρόβιλου είναι χαμηλής πίεσης και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ανάλογα. Οι αποδόσεις των συστημάτων συνδυασμένου κύκλου με καύσιμο το φυσικό αέριο είναι σημαντικά μεγαλύτερες από τις αποδόσεις που έχουμε σε συστήματα ηλεκτροπαραγωγής με συμβατικές τεχνολογίες. 292

293 16.3 Σύστημα συνδυασμένου κύκλου 293

294 16.4. Χρήση των συστημάτων Σ.Η.Θ. Για το άμεσο μέλλον αλλά και για το παρών μία από τις καλύτερες επιλογές για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι τα συστήματα συνδυασμένου κύκλου. Γενικότερα η καλύτερη λύση για εγκαταστάσεις οι οποίες καταναλώνουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας είναι τα συστήματα Σ.Η.Θ. με την χρήση φυσικού αερίου σαν καύσιμο. Ο λόγος είναι ότι έχουν μεγάλη απόδοση στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ενώ συγχρόνως εξασφαλίζουν την μικρότερη δυνατή επιβάρυνση στο περιβάλλον. Για την βιομηχανία ειδικότερα γνωρίζουμε ότι η κατανάλωση σε φυσικό αέριο καλύπτει περίπου το 30 % της συνολικής κατανάλωσης σε φυσικό αέριο, και το ποσοστό αυτό συνεχώς μεγαλώνει. Άλλωστε τα πλεονεκτήματα της αντικατάστασης του πετρελαίου καθώς και άλλων παραδοσιακών ορυκτών καυσίμων από το φυσικό αέριο έχουν ήδη αναφερθεί. Βεβαίως το φυσικό αέριο δεν χρησιμοποιείται στην βιομηχανία μόνο σαν καύσιμο για την παραγωγή ενέργειας. Μία σημαντική ποσότητά του αποτελεί την πρώτη ύλη για την παραγωγή μεθανόλης, αμμωνίας και πολυολεφινών. Εικόνα 16.2 Γεννήτρια και ατμοστρόβιλος Εργαστήριο μηχανολογίας ΤΕΙ Ανατολικής Μακεδονίας & Θράκης 294