Chemia i Biznes

W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia Państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczane w Państwa urządzeniu końcowym. Mogą Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej "Polityce prywatności Cookies"

Rozumiem i zgadzam się

Konfiguracja makiety

Technologie świadczą o nowoczesności przemysłu chemicznego

2017-12-14  / Autor: Dominik Wójcicki

Niejednokrotnie to wybór technologii produkcji determinuje pozycję konkurencyjną w przemyśle chemicznym.

Wybór właściwej technologii – procesu produkcyjnego odgrywa w przemyśle chemicznym rolę kluczową. Nie wszystkie bowiem przedsiębiorstwa, tym bardziej w naszym kraju, są właścicielami technologii, w oparciu o które prowadzą produkcję. Tymczasem posiadanie technologii na wytwarzanie konkretnych kategorii produktowych stanowi często największą wartość, jaką może pochwalić się dane przedsiębiorstwo. Inaczej bowiem są one zobligowane do korzystania z technologii licencjonowanych, co oznacza, że ich właściciel już na nich zarobił, odzyskał poniesione nakłady, zbudował własną pozycję, a teraz poprzez ich sprzedaż chce dodatkowo powiększyć korzyści.

Znaczenie technologii dodatkowo podkreślane jest przez fakt, iż większość chemikaliów można wyprodukować w oparciu o więcej niż jeden proces wytwórczy. O wyborze najbardziej optymalnego decydują zaś rozmaite kwestie, począwszy od aspektów ekonomicznych, poprzez efektywność danej metody, jej dopasowanie pod konkretnego producenta, bardzo ważny współcześnie wpływ na środowisko naturalne, kończąc zaś na posiadanych już przez przedsiębiorstwo umowach licencyjnych, czy też spodziewanych parametrach produktu gotowego.

Bez wielkiej przesady można zatem stwierdzić, że postawienie na odpowiednią technologię wytwórczą w przeważającym stopniu determinuje przyszłą pozycję rynkową każdej spółki produkującej chemikalia. To, że firmy są zmuszone podejmować tego rodzaju decyzje przy okazji realizowanych przez siebie inwestycji widać bardzo często także w odniesieniu do krajowej branży chemicznej.

Propylen: kilka konkurencyjnych technologii

Propylen jest organicznym związkiem chemicznym, który stanowi podstawę do dalszych procesów przemysłowych. Na jego bazie powstaje polipropylen, alkohole OXO, glikol propylenowy, epichlorohydryna, czy kilkadziesiąt innych chemikaliów. W Polsce aktualnie toczą się dwa znaczące projekty inwestycyjne, których efektem będzie rozbudowa lokalnych mocy produkcyjnych dla propylenu. Blisko ukończenia własnej instalacji w Płocku jest PKN Orlen, zaś w Policach inwestycję rozpoczynać będzie Grupa Azoty. Dzięki obydwu projektom przybyć ma w kraju dodatkowych 500 tys. ton mocy wytwórczych.

Otrzymywanie polskiego propylenu odbywać się będzie na skutek użycia dwóch zupełnie innych technologii przemysłowych. W Płocku jest to proces metatezy olefin, w Policach metoda odwodornienia propanu. Jest przywoływany propylen świetnym przykładem na to, jak dany związek chemiczny można uzyskać przy użyciu różnych metod produkcyjnych. Wymienić można co najmniej cztery źródła jego produkcji.

Głównym są krakery parowe, odpowiadające za blisko 60% światowej podaży związku. W instalacjach krakingu katalitycznego wytwarza się natomiast jedną trzecią propylenu potem wykorzystywanego w dalszym przetwórstwie. Pozostałe mniej niż 10% pochodzi z instalacji celowych.

Jakie są różnice między tymi opcjami?

Kraking oznacza przemianę węglowodorów nasyconych w węglowodory nienasycone. Jest reakcją odwodornienia, którą można prowadzić metodą termiczną lub katalityczną.

I tak w procesie krakingu parowego, w wysokiej temperaturze i w obecności pary wodnej, wyższe węglowodory ulegają podziałowi na cząsteczki olefin. Jak to przedstawiono w dokumentacji BAT, kraker dzieli się na trzy sekcje: pirolizy, wstępnego frakcjonowania (sprężanie) i rozdziału produktów. W zależności od stosowanych surowców, uzyskuje się różną wydajność etylenu i propylenu. Najwyższe uzyski etylenu i propylenu otrzymuje się, wykorzystując jako wsad surowcowy propan, butan, benzynę ciężką lub paliwo gazowe. Największa liczba z istniejących obecnie europejskich krakerów parowych działa w oparciu o benzynę surową. Przestawienie produkcji na tańszy wsad LPG wymagałoby bowiem poniesienia znaczących nakładów kapitałowych. Wsad etanowy zaś istotnie ogranicza uzysk propylenu.

 

Z kolei kraking katalityczny stosuje się w rafineriach do konwersji ciężkich (wysoko wrzących) frakcji w nasycone, rozgałęzione para finy, cykloparafiny i aromaty. W rafineriach wykorzystuje się katalityczny kraking fluidalny (FCC) lub kraking ze złożem ruchomym. W ten sposób można uzyskać ciekłe produkty, zaś metoda jest wykorzystywana do produkcji paliw. Warto przy tym mieć świadomość, iż stężenie olefin w strumieniu produktów jest niskie i odzysk etylenu staje się mało atrakcyjny ekonomicznie. Co więcej, zgodnie z prognozami Międzynarodowej Agencji Energii, przerób ropy do 2020 r. spadnie o ok. 10%, co pociągnie za sobą mocne ograniczenia w produkcji propylenu przy użyciu technologii krakingu katalitycznego.

Wskazane ograniczenia związane z produkcją propylenu w oparciu o dwie podstawowe metody krakingowe doprowadziły do wzrostu zainteresowania technologiami celowymi. I właśnie na takie postawiły w ostatnim czasie dwie polskie spółki. Dostawcą technologii metatezy dla PKN Orlen została firma Lummus Technology Inc. z grupy CB&I, zaś Grupa Azoty pozyskała ją od firmy UOP, która jest zresztą głównym światowym dostawcą licencji dla technologii PDH. Na świecie pracuje w tej chwili 12 instalacji zbudowanych na skutek zawarcia licencji z UOP, sześć instalacji wedle licencji Lummus Technology i tylko jedna instalacja ThyssenKrupp, stworzona w Egipcie dla Egyptian Propylene & Polypropylene Company.

Technologia metatezy olefin po raz pierwszy popularność zyskała pod koniec ubiegłego wieku wraz z pojawieniem się handlowo dostępnych, trwałych na powietrzu, homogenicznych, katalizatorów metatezy. Zainteresowanie to podtrzymane zostało przyznaniem w 2005 r. Nagrody Nobla za prace poświęcone temu zagadnieniu. Dla praktyki przemysłowej wciąż jednak poszukiwane są nowe i ulepszone warunki reakcji metatezy z wykorzystaniem nowoczesnych mediów reakcyjnych, projektowaniem nowych reaktorów lub dodatków zewnętrznych poprawiających efektywność reakcji. Stąd wybór metody przez PKN Orlen może wydawać się krokiem nieco ryzykownym. Tym bardziej, że w ostatnich latach wiele światowych projektów budowy instalacji metatezy zostało zastopowanych. Być może będzie to jednak technologia przyszłości.

Trwa natomiast konsekwentne rozwijanie inwestycji polegających na odwodornieniu propanu w reakcji endotermicznej w obecności katalizatora heterogenicznego (metoda PDH). Wzięcie, jakim cieszy się proces tłumaczy m.in. fakt, iż w wyniku takiej reakcji otrzymywany jest propylen, wodór, a dodatkowo powstają też małe ilości metanu, etanu, etylenu i innych lekkich węglowodorów. W opinii przedstawicieli Grupy Azoty, spośród wszystkich rozpatrywanych przez firmę technologii produkcji propylenu, to właśnie metoda PDH charakteryzuje się najwyższym współczynnikiem uzysku propylenu w stosunku do wsadu. W jej ramach możliwe jest otrzymanie około 80–90% wagowych propylenu w stosunku do masy wsadu. Dla żadnej z pozostałych dostępnych technologii nie jest możliwe uzyskanie tak wysokiego uzysku propylenu. Istotną zaletą instalacji PDH jest również to, iż produkcja jest oparta na propanie. Sam proces produkcyjny wytwarzania propylenu obejmuje trzy etapy: odwodornienie propanu w celu uzyskania propylenu, sprężanie mieszaniny poreakcyjnej z reaktora oraz odzysk i oczyszczanie propylenu.

O globalnym wzroście powodzenia metody PDH świadczy także, iż plany wybudowania w Europie instalacji podobnych do tej w Policach ogłosiły już takie koncerny, jak Borealis oraz INEOS.

Oczywiście podobna różnorodność metod wytwórczych jest w stanie, przynajmniej hipotetycznie, występować również w odniesieniu do produkcji etylenu, czyli najbardziej podstawowego typu olefin. Co prawda przeważająca ilość etylenu produkowana jest w Europie z przerobu benzyny ciężkiej, to jednak możliwa jest także produkcja z paliwa gazowego, butanu, propanu, metanolu.

 

W ostatnich kilku latach – celuje w tym zwłaszcza INEOS – europejskie krakery etylenowe zaczynają sięgać odważniej po etan. Wciąż niezagrożenie dominują rzecz jasna surowce ciekłe z uwagi na ich większą dostępność, technologiczne przystosowanie krakerów oraz stosunkową łatwość w transporcie, ale wraz z rosnącym podażem i poprawą kosztowej opłacalności i transportowymi ułatwieniami można się spodziewać coraz większej otwartości europejskich producentów na sięganie po etan.

Na poziomie globalnym jedna trzecia etylenu produkowana jest dzisiaj z etanu, choć Europa znacznie ten odsetek zaniża. Być może będzie się to jednak zmieniać.

Wybór surowca wyjściowego jest naturalnie zdeterminowany wieloma czynnikami. Krakery są z reguły zintegrowane z rafinerią ropy naftowej i dlatego sytuuje się je w tym samym miejscu, co rafinerie. To z kolei siłą rzeczy predestynuje je do sięgania po benzynę ciężką.

Prawo wskazuje technologie

W opisanym powyżej przypadku to wciąż kwestie ekonomiczne i technologiczne decydują o wyborze odpowiedniej technologii produkcyjnej. Coraz częściej jednak czynnikiem rozdającym karty zaczynają być przepisy prawa europejskiego. Dobrym tego potwierdzeniem jest obecna sytuacja na rynku chloru.

Aktualnie mamy na naszym kontynencie do czynienia z tzw. procesem konwersji instalacji chlorowych. Europejscy producenci chloru są w trakcie przekształcania technologii rtęciowej na membranową.

O ile jeszcze w 2000 r. produkcja chloru z elektrolizy rtęciowej stanowiła 54% wszystkich zdolności europejskich, to w ubiegłym roku było to już tylko 20%. Całkowite zainstalowane moce wytwórcze dla chloru to w tej chwili ok. 12 mln ton. Część producentów europejskich zdecydowało się na konwersję, część ogłosiło jednak zamknięcie zakładów elektrolizy rtęciowej z końcem bieżącego roku. Wszystko to za sprawą przyjętej cztery lata temu dyrektywy o emisjach przemysłowych, która zakazuje używania technologii rtęciowej w produkcji chloru od 1 stycznia 2018 r. Obydwaj polscy producenci chloru, czyli ANWIL i PCC Rokita z powodzeniem wykorzystują już metodę elektrolizy membranowej – ta druga spółka przeszła na nią ostatecznie w 2015 r. Choć przykładowo czeska Spolana, której ANWIL był do ubiegłego roku udziałowcem, będzie musiała zamknąć swoją instalację, gdyż nie zdecydowała się na zmianę technologii wytwórczej. W zamian za to będzie produkować polichlorek winylu alternatywnie, bez użycia chloru. Z punktu widzenia pozycji rynkowej może to być jednak decyzja oznaczająca problemy.

Zwycięstwo technologii membranowej w starciu z najpopularniejszą przez lata metodą rtęciową wynika z dostrzeżenia, iż ta druga prowadziła do znacznego zanieczyszczenia środowiska. Ze względu na właściwości procesu, rtęć mogła być emitowana do otoczenia poprzez powietrze, wodę, odpady oraz jako zanieczyszczenie produktów elektrolizy, czyli w produktach. Jeszcze mocniej środowisko i zdrowie ludzkie obciążała inna technologia produkcji chloru, mianowicie przeponowa, która wykorzystywała azbest. Proces membranowy charakteryzuje się pewnymi zaletami ekologicznymi już choćby z tej przyczyny, iż nie stosuje się w nim ani rtęci, ani azbestu. Na przykładzie elektrolizy membranowej widać jednak pewną ciekawą rzecz odnoszącą się do zachowania firm chemicznych.

Otóż jest wprawdzie elektroliza membranowa technologią najbardziej wydajną energetycznie (średnie zużycie energii w niej to 2790 kWh/t, podczas gdy dla technologii rtęciowej jest to 3560 kWh/t, a dla przeponowej – 2970 kWh/t), ale zastępowanie nią starszych technologii rtęciowych wcale nie było dla producentów chloru sprawą oczywistą, dopóki nie zmusiły ich do tego regulacje prawne. Zmiana starych technologii na membranowe przebiegała powoli, gdyż większość instalacji, które powstały w Europie Zachodniej jeszcze w latach 70. Ubiegłego wieku miało wyznaczoną trwałość eksploatacyjną nawet na 60 lat. Firmy uznawały zatem, że nie ma potrzeby kosztownego modernizowania wytwórni chloru. Zrobiły to dopiero pod wpływem dyrektywy. Zresztą to presja środowiskowa zapoczątkowała w ogóle rozwój technologii membranowej w produkcji chloru. Pierwsze membrany stworzyła ponad 40 lat temu firma DuPont. W 1975 r. japoński Asahi Glass zbudował zaś w swojej ojczyźnie pionierską przemysłową instalację membranową.

Wszystko to, co wydarzyło się w Japonii i dało początek elektrolizie membranowej było pokłosiem epidemii zatruć rtęcią do jakich doszło w tamtejszej prefekturze Kumamoto w zatoce Minamata. Od lat 50. XX wieku działająca tam wytwórnia tworzyw sztucznych emitowała ścieki zawierające metylortęć. Mimo niskiego stężenia jonów rtęci w wodzie, w kolejnych ogniwach łańcucha pokarmowego dochodziło do kumulacji metylortęci i dimetylortęci. W mięsie ryb i owocach morza stężenie rtęci było 2–10 tys. razy wyższe niż w wodzie. Ponieważ ryby i kraby stanowiły główne składniki diety mieszkańców okolicznych wiosek, to doszło u nich do licznych zatruć. Tak powstał zespół objawów chorobowych o nazwie choroba z Minamaty. W reakcji na to władze japońskie zakazały stosowania wszelkich procesów rtęciowych i w kraju tym zainicjowano wprowadzanie procesu membranowego w produkcji chloru.


CAŁY ARTYKUŁ ZNAJDĄ PAŃSTWO W NR 6/2017 DWUMIESIĘCZNIKA "CHEMIA I BIZNES". ZAPRASZAMY.


 


przemysł chemicznychlorpropylen

Podoba Ci się ten artykuł? Udostępnij!

Oddaj swój głos  

Ten artykuł nie został jeszcze oceniony.

Dodaj komentarz

Redakcja Portalu Chemia i Biznes zastrzega sobie prawo usuwania komentarzy obraźliwych dla innych osób, zawierających słowa wulgarne lub nie odnoszących się merytorycznie do tematu. Twój komentarz wyświetli się zaraz po tym, jak zostanie zatwierdzony przez moderatora. Dziękujemy i zapraszamy do dyskusji!


WięcejNajnowsze

Więcej aktualności





WięcejNajpopularniejsze

Więcej aktualności (192)



WięcejPolecane

Więcej aktualności (97)





WięcejSonda

Czy fake newsy w branży chemicznej to problem?

Zobacz wyniki

WięcejW obiektywie