Doświadczenia ruchowe w eksploatacji nowych kolumn desorpcyjnych amoniaku w JSW KOKS S.A. Krzysztof Szafraniec Tomasz Szeszko Roman Wołek Bogusław Gierwatowski Tomasz Zaręba Koksownictwo 2015

Plan prezentacji Rola aparatów desorpcyjnych w procesie technologicznym Rozwiązania konstrukcyjne przed modernizacją (kolumny kołpakowe żeliwne) Budowa nowych aparatów odpędowych w Koksowniach Przyjaźń i Dębieńsko Doświadczenia eksploatacyjne: występujące problemy, modyfikacje, środki techniczne. Efekty – osiągane parametry pracy Wnioski

JSW KOKS S.A. – różnice w technologii dot. procesu desorpcji Koksownia Przyjaźń - KP Kolumna odkwaszająco - odpędowa Ścieki po BOŚ odprowadzane do potoku Bobrek Instalacja absorpcji NH3 i H2S Koksownia Jadwiga - KJ Kolumna odpędowa amoniaku BOŚ Zamknięty obieg wody Koksownia Radlin - KR Ścieki po BOŚ odprowadzane do „Karkoszki” Koksownia Dębieńsko - KD

Rola aparatów desorpcyjnych w procesie technologicznym Oczyszczanie i regeneracja wód procesowych, pogazowych oraz wytwarzanie mieszanki parowo-gazowej: Desorpcja składników kwaśnych (dwutlenek węgla, cyjanowodór, siarkowodór) i resztek węglowodorów BTX z wód procesowych – odkwaszanie za pomocą par wodno-amoniakalnych Desorpcja i rozkład amoniaku lotnego i związanego w wodzie procesowej - za pomocą pary wodnej (amoniak lotny) oraz wodnego r-ru NaOH (20-25 %) (amoniak związany) Amoniak lotny (NH4)2CO3, NH4HCO3, (NH4)2S, NH4HS, NH4CN Amoniak związany

Zbiorniki wody surowej Filtry żwirowe Koksownia Przyjaźń (KP) - Schemat blokowy obiegu wody surowej (pogazowej) Zbiorniki rozdzielcze Kolumny odkwaszająco-odpędowe Płuczki NH3 Płuczka H2S

Koksownia Dębieńsko (KD) - Schemat blokowy obiegu wody surowej (pogazowej) Zbiornik wody odbieralnikowej Zbiornik wody hydroinżekcji V20 V40 Zbiornik wody nadmiarowej V100 Zbiorniki wody do płukania filtrów żwirowych Woda pogazowa ze zmechanizowanego odstojnika smoły V80 V80 V40 V100 Układ odbieralnikowy Układ hydroinżekcji V20 Filtry żwirowe BOŚ Wymienniki płaszczowo-rurowe ciepła (x4) Kolumna odpędowa amoniaku

Koksownia Przyjaźń (KP) – Rozwiązania konstrukcyjne przed modernizacją Wydziału Produkcji Węglopochodnych Dwukolumnowe aparaty desorpcyjne amoniaku typu półkowego Poprzednie instalacje Kolumna główna Kolumna pomocnicza Ilość półek 12 18 Proces Usuwanie amoniaku lotnego i związanego Destylacja uwolnionego amoniaku Średnica DN 2800 Wysokość 9900 m 7700 m Rozstaw półek 300 mm Eksploatowane przed uruchomieniem instalacji odsiarczania KRAiC

Przepływ surowej wody pogazowej do kolumn KP – Rozwiązania konstrukcyjne przed modernizacją Wydziału Produkcji Węglopochodnych Kolumna kołpakowa – charakterystyka parametrów pracy Woda pogazowa (temp. 70-80 °C) podawana na górną półkę głównej kolumny odpędowej R-r ługu sodowego (10-15 %) podawany do dolnej części kolumny głównej Para wodna 0,6 MPa podawana na obie kolumny Parametry pracy Ciśnienie wewnątrz kolumn - 0,02-0,05 MPa Temperatura pracy - 100-110 oC Temperatura odpędzonej wody pogazowej po kolumnach - 95-100 oC Zaw. NH3 w wodzie odpędzonej całk. ≤250 mg/dm3 lotny ≤150 mg/dm3 pH - 7-10 Przepływ surowej wody pogazowej do kolumn - 70-90 m3/h

Poprzednie instalacje Koksownia Dębieńsko (KD) – Rozwiązania konstrukcyjne przed modernizacją Żeliwna kolumna kołpakowa Poprzednie instalacje Kolumna nr 1 Kolumna nr 2 Ilość półek 14 9 Średnica DN 1850 5 półek - DN2250/ 4 półki- DN2000 Eksploatowana do maja 2013 Materiały użyte do wykonania aparatu: Żeliwne segmenty Żeliwne tace, półki i bełkotki Podłużne żeliwne kołpaki

KD – Rozwiązania konstrukcyjne przed modernizacją Żeliwna kolumna kołpakowa – charakterystyka parametrów pracy Woda pogazowa (temp. 60-70 °C) podawana na drugą od góry półkę R-r ługu sodowego (18-20 %) podawany na 5 półkę dolnej części Para wodna podawana za pomocą dwóch bełkotek Parametry pracy Ciśnienie wewnątrz kolumny - 0,02-0,025 MPa Temperatura w dolnej części - 109-110oC Temperatura opar na szczycie kolumny - 102-105oC Zaw. NH3 w wodzie odpędzonej całk. ≤250 mg/dm3 lotny ≤50 mg/dm3 pH - maks. 9,2 Przepływ ścieków przemysłowych - 12-15 m3/h

KD – żeliwna kolumna kołpakowa

KD – żeliwna kolumna kołpakowa

KD – Przyczyny wyłączenia z ruchu kolumny desorpcyjnej zły stan techniczny – kolejny remont nieuzasadniony ze względów technicznych i ekonomicznych brak możliwości przerobu całkowitej ilości wody amoniakalnej – 8-10 m3/h niedostateczne usuwanie amoniaku z wody amoniakalnej brak dostatecznego opomiarowania i możliwości włączenia do istniejącego systemu wizualizacji pracy instalacji

Data uruchomienia: 24.10.2008 – 09.12.2008 roku Budowa nowych aparatów odpędowych w Koksowniach Przyjaźń (KP) i Dębieńsko (KD) Koksownia Przyjaźń (KP) Wysokość całkowita kolumny z deflegmatorem: H = 25 100 mm Średnica zewnętrzna kolumny z deflegmatorem: D = 2800 mm – sekcja inżekcyjna, odpędowa i odkwaszająca D = 1400 mm – deflegmator. Ilość półek – 6 szt. + 1 szt. W skład kolumny wchodzą 4 części: część dolna – sekcja inżekcyjna, część środkowa – sekcja odpędowa, część górna – sekcja odkwaszająca część szczytowa – deflegmator, Data uruchomienia: 24.10.2008 – 09.12.2008 roku

KP – Schemat kolumny odkwaszająco-odpędowej Koksownia Przyjaźń (KP) - Schemat aparatu desorpcyjnego KP – Schemat kolumny odkwaszająco-odpędowej

KP - Schemat kolumny odpędowej amoniaku - wizualizacja

Budowa nowych aparatów odpędowych w Koksowniach Przyjaźń (KP) i Dębieńsko (KD) Koksownia Dębieńsko (KD) Wysokość całkowita kolumny z deflegmatorem: H = 14 600 mm Średnica wewnętrzna kolumny z deflegmatorem: D = 2000 mm – sekcja inżekcyjna i część odpędowa (z półkami); D = 800 mm – deflegmator. Ilość półek – 26 szt. + 1 szt. W skład kolumny wchodzą 3 części: - część dolna – sekcja inżekcyjna (zbiornik rozprężny); - część środkowa – sekcja odpędowa; - część szczytowa – deflegmator. Data uruchomienia: maj 2013 roku

Charakterystyka instalacji kolumny odpędowej amoniaku Koksownia Dębieńsko (KD) - Schemat kolumny odpędowej amoniaku Charakterystyka instalacji kolumny odpędowej amoniaku 1

KD - Schemat kolumny odpędowej amoniaku - wizualizacja

Budowa nowych aparatów desorpcyjnych amoniaku Półka rozprowadzająca deflegmatora Materiały użyte do wykonania aparatów korpus, półki żeliwo szare pozostałe elementy wewnętrzne Alloy lub Hastelloy bełkotka parowa stal kwasoodporna /węglowa wypełnienie strukturalne pierścienie Białeckiego - polipropylen

Koksownia Przyjaźń (KP) – Doświadczenia eksploatacyjne – wprowadzone modyfikacje Zabudowano przegrodę w części inżekcyjnej kolumny Jaki efekt osiągnięto? Zabezpieczono przewody ssące pomp wody odpędzonej przed zatykaniem osadami smołowo-koksikowymi Rola zabudowanej przegrody

KP – Doświadczenia eksploatacyjne – wprowadzone modyfikacje Smoła w przewodzie ssącym pompy – przed zabudową przegrody

KP – Doświadczenia eksploatacyjne Zastosowano płukanie półek r-rem NaOH z cyrkulacją przy użyciu pompy z jednoczesnym parowaniem kolumny (kolumna 601C) – próba przywrócenia drożności przytkanych półek kołpakowych i wypełnienia pierścieniowego Część zbiornikowa kolumny z dorobioną przegrodą

KP – Doświadczenia eksploatacyjne – prace remontowe Zastąpienie kołpaków dzwonkowych kołpakami grzebieniowymi prostokątnymi z powodu korozji Uszkodzenia Aktualnie Efekt

KP – Doświadczenia eksploatacyjne 2 razy do roku wyłączenie kolumny do przeglądu wraz z usuwaniem osadów: sprawdzenie drożności wstawek na ssaniu pomp wody odpędzonej i odkwaszonej przegląd pomp wody odpędzonej i odkwaszonej sprawdzenie stanu technicznego urządzeń pomiarowych - przepływomierze na wodach procesowych i parze wodnej 0,2 MPa; 0,6 MPa i 3,8 MPa; oraz przetworniki poziomów i króćce przed przetwornikami poziomów Stosowanie się ściśle do opracowanej instrukcji prawidłowego przełączania kolumn wraz z odstawieniem do przeglądu 1 raz na miesiąc przełączenie pomp pracujących na rezerwowe Codziennie płukanie filtrów żwirowych, zastosowanie samoczyszczących filtrów szczelinowych Hydac

Koksownia Dębieńsko (KD) – Doświadczenia eksploatacyjne – problemy nowej kolumny odpędowej amoniaku Wzrost ciśnienia w aparacie 08.01.2015 zanik wskazań parametrów kolumny w systemie wizualizacji; zatrzymanie pracy kolumny 09.01.2015 – problemy z uruchomieniem kolumny i uzyskaniem stabilnego przepływu wody pogazowej przez kolumnę 13.01. – 05.02.2015r. Demontaż kolumny i czyszczenie – Prace serwisowe 06.02.2015 uruchomienie kolumny

KD – Doświadczenia eksploatacyjne - demontaż kolumny odpędowej amoniaku – część flegmująca

KD – Doświadczenia eksploatacyjne - demontaż kolumny odpędowej amoniaku – część podciśnieniowa

KD – Doświadczenia eksploatacyjne – pozostałości usunięte z wnętrza kolumny 95,0 % - koksik, pozostałości smołowe

KD – Doświadczenia eksploatacyjne - demontaż kolumny odpędowej amoniaku – półki kołpakowe

KD – Doświadczenia eksploatacyjne - czyszczenie segmentów kolumny odpędowej amoniaku

KD – Doświadczenia eksploatacyjne - czyszczenie segmentów kolumny odpędowej amoniaku

KD – Doświadczenia eksploatacyjne – montaż kolumny odpędowej amoniaku po czyszczeniu Luty 2015

KD – Doświadczenia eksploatacyjne – środki techniczne Bieżąca kontrola i utrzymywanie parametrów technologicznych pracy kolumny: wyeliminowanie całkowitego zatrzymania pracy kolumny podczas postojów instalacji amoniakalni 1 raz na 3 tygodnie płukanie deflegmatora: wodą obiegową z dodatkiem kwasu fosforowego ok. 1-1,5 zmiany – 8-12 godzin 1 raz na tydzień płukanie filtrów żwirowych: wodą separatorową lub kondensatem ok. 3 godziny 2 razy na zmianę odmulanie filtra koksowego: wymiana wkładu raz na rok Włączono do układu 2 dodatkowe zbiorniki oczyszczonej wody pogazowej: V40 i V20 KD - Filtry żwirowe

KD – Doświadczenia eksploatacyjne – Schemat według dokumentacji technologiczno-eksploatacyjnej Zbiornik wody odbieralnikowej Zbiornik wody hydroinżekcji V20 V40 Zbiornik wody nadmiarowej V100 Zbiorniki wody do płukania filtrów żwirowych Woda pogazowa ze zmechanizowanego odstojnika smoły V80 V80 V40 Filtr koksowy V20 Układ odbieralnikowy Układ hydroinżekcji V40 Filtry żwirowe BOŚ V100 Wymienniki płaszczowo-rurowe ciepła (x4) V20 Kolumna odpędowa amoniaku

KD – Doświadczenia eksploatacyjne – środki techniczne Zapewnienie rezerwy dla obecnie eksploatowanej kolumny odpędowej w trakcie postoju (płukanie/czyszczenie) Zwiększenie częstotliwości płukania filtrów żwirowych – 2 razy na tydzień Analiza możliwości wprowadzenia rozwiązań zastosowanych w Koksowni Przyjaźń ograniczających ilość gromadzących się osadów koksiku i pozostałości smołowych KD – Remontowana kolumna odpędowa

KD – Doświadczenia eksploatacyjne – środki techniczne KD – Remontowana kolumna odpędowa

Efekty – osiągane parametry pracy Analiza wody surowej i odpędzonej – wartości średnie Koksownia Przyjaźń (KP) Koksownia Dębieńsko (KD) Rok 2015 NH3 w wodzie surowej NH3 w wodzie odpędzonej miesiąc całk. mg/dm3 lotny mg/dm3 pH Styczeń 4 570 2 210 9 71 9,2 Luty 4 690 2 450 70 8,8 Marzec 4 890 2 540 74 Kwiecień 5 980 3 870 78 9,1 Maj 5 360 2 850 84 9,0 Czerwiec 4 840 2 350 88 8,5 Średnia 5 055 2 712 8,9 Rok 2015 Amoniakalnia miesiąc NH3 w wodzie surowej NH3 w wodzie odpędzonej pH całk. mg/dm3 lotny mg/dm3 Styczeń 5 032 2 898 2 058 1 271 9,1 Luty 4 732 2 891 577 341 Marzec 5 008 2 885 89 40 Kwiecień 4 739 2 690 97 45 9,3 Maj 5 049 2 755 96 36 9,05 Czerwiec 4814 2514 114 70 9,4 Średnia 4 903 2 711 99 48 9,2 Sprawność: 98,5 % Sprawność: 98,0 %

Efekty – osiągane parametry pracy KP - Średnie przepływy wód procesowych w kolumnach odkwaszająco - odpędowych Kolumna odkwaszająco - odpędowa Woda pogazowa z ob.256 [m3/h] Woda zakwaszona gorąca [m3/h] Woda zakwaszona zimna [m3/h] Suma wód procesowych [m3/h] Przepływ ługu sodowego ok. 25 % [m3/h] min. do max. Zużycie 100% ługu sodowego w kg na 1 m3 wody pogazowej/h Wskaźnik zużycia ługu sodowego [kg/tsw] Kolumny 601A - 601D 120 ÷ 136 284 ÷ 307 54 ÷ 80 śr. 485 2,15 ÷ 2,89 4,96 ÷ 7,73 1,6 śr. 128 śr. 292 śr. 65 KD - Średnie przepływy wód procesowych w kolumnie odpędowej amoniaku Kolumna odpędowa amoniaku Woda pogazowa [m3/h] Woda odpędzona [m3/h] Przepływ ługu sodowego ok. 20 % [m3/h] Zużycie 100% ługu sodowego w kg na 1 kg NH3 związanego Wskaźnik zużycia ługu sodowego [kg/tsw] śr. 12,0 śr. 13,5 śr. 0,26 2,5 1,6

Efekty – zalety nowej instalacji desorpcji składników kwaśnych i NH3 ustabilizowany proces odpędu amoniaku możliwość bieżącego przerobu całości wody amoniakalnej opomiarowanie i monitoring pracy instalacji – włączenie do systemu wizualizacji i sterowania ograniczenie kontaktu załogi z czynnikami szkodliwymi – dot. również instalacji absorpcji siarkowodoru i amoniaku z gazu oraz instalacji KRAiC

Wnioski Zalety: Nowe kolumny desorpcyjne amoniaku znacznie zwiększyły stopień redukcji amoniaku lotnego (do 99,0%). Zoptymalizowano stopień zużycia mediów technologicznych i energetycznych doprowadzanych do kolumny – zużycie pary wodnej i ługu sodowego. Dokładne i bardziej precyzyjne opomiarowanie instalacji umożliwia bieżący nadzór nad parametrami jej pracy i reagowanie na nieprawidłowości. Wady: Nowe kolumny desorpcyjne amoniaku są bardziej czułe na zanieczyszczenia osadami smołowo - koksikowymi i wymagają dużej dyscypliny oczyszczenia doprowadzanej wody pogazowej oraz częstych kontroli stanu zanieczyszczeń m.in. części zbiornikowej kolumn: - częste postoje i ewentualne czyszczenie kolumn, wiążą się z koniecznością posiadania kolumn rezerwowych.

JSW KOKS SA – Koksownia Dębieńsko DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!