Доклад за овос на Инвестиционно предложение на "Оловно-цинков комплекс" ад г. Кърджали за

3.2.2. Алтернативи при избора на технологията за оловно топене

• 
  Технологии на основата на класически двустадиен процес, включващ агломерация на оловната сулфидна шихта и последващо топене в шахтова пещ (варианти на стандартна конструкция пещ, или Imperial Smelting-пещ) – BREF Code NFM, т. 5.1.1.1.
  
• 
  Процеси и агрегати за директно топене, представени в две принципни разновидности – BREF Code NFM, т.т. 2.6.2.6, 2.6.2.7, 2.6.2.10, 2.6.2.1 и 5.3.2- таблица 32:
  

- QSL-процес;

- Kaldo-процес (или TBRC-процес);

- ISA Smelt/Ausmelt-процес в различни варианти на изпълнение.

На агломерация се подлага шихта, която в общия случай включва сулфидни концентрати, оборотни прахове и вторични оловосъдържащи материали. Системата за предварителна подготовка на шихтата се реализира в два варианта – със и без предварително уедряване (например пелетизация). Готовата шихта се подлага на окислително пържене върху агломерационна машина, която може да работи в два режима – с “долно продухване” на въздух или с “горно просмукване” на въздуха. Процесът е напълно автогенен за сметка на генерираната топлина (екзотермичния ефект) от реакцията на окисляване на металните сулфиди, без обаче да се утилизира топлината на агломерационните газове. Полученият агломерат се подлага на допълнителна обработка (трошене и класификация) за отделяне на годен за топене фракция агломерат. Съдържащите SO₂ агломерационните газове се охлаждат, очистват се от прах и се подлагат на третиране за утилизация на SO₂ от тях.

Годният агломерат постъпва за топене в шахтова пещ при добавка на кокс като редуктор. В редукционна атмосфера (СО и въглерод) протичат процеси на редукция на оксидните съединения на оловото и получаване на онечистено с примеси, т. нар. “сурово или черно олово”. Втори продукт на топенето са оловните шлаки, които най често се подлагат да допълнителна преработка (фюминговане) за повишаване общата степен на извличане. Стопилките се изпускат от пещта периодично или непрекъснато. Обобщена технологична схема на варианта агломерация и шахтово топене е представена в BREF Code NFM - т. 5.5.1.1, фигура 5.1.
Основните технологични и екологични недостатъци на технологията са:

• 
  Проблеми с утилизацията на серния диоксид от големи по обем, бедни на SO₂ агломерационни газове;
  
• 
  Нехерметичност на агрегатите и възникване на неорганизирани вредни газови емисии;
  
• 
  Относително висок разход на скъп кокс в процеса на шахтовото топене и съответно повишени емисии от СО₂;
  
• 
  Завишени спрямо емисионните норми концентрации на SO₂ в газовете от шахтовата пещ.
  

За съвместна преработка на оловни и цинкови концентрати се прилага агрегата Imperial Smelting – шахтова пещ с модернизирана конструкция, с която обаче не се избягва предварителната агломерация. Входящият материален поток се състои от агломерат и кокс. Подгрят въздух или въздух обогатен на кислород се вдухва във фурмената зона на пещта. След протичане на окислително-редукционните процеси, се получават олово и шлака, които се източват като стопилки и цинк, който поради високият си парен натиск преминава в газовата фаза и се извежда с газовете от пещта. Изходящите пещни газове съдържат също кадмий и олово. Те преминават през специална конструкция кондензатори (т. нар. “вана с кондензатори от оловен дъжд”), в които те се промиват с въвежданото течно олово, охлаждат се и кондензиралите цинкови пари се абсорбират от течната оловна вана. Протичат процеси на ликвация, в резултат на което цинкът се отделя като горен слой над слоя течно олово. Полученият цинк се рафинира чрез дестилация, а оловото се рециклира в схемата на кондензация. Газовете след кондензатора, съдържащи СО и водород, се подлагат на очистка и вторично изгаряне, при което отделената топлина се използват за подгряване на вдухвания в шахтовата пещ въздух.

В настоящия момент, съгласно КР № 124/2006 г., в схемата на оловния завод на ОЦК АД се експлоатира инсталация за получаване на олово от сулфидни концентрати (т. нар. “рудничен цикъл”), която включва агломерационно пържене, редукционно топене в шахтова пещ и рафинация на получаваното черно олово. Използваният технологичен вариант и наличното оборудване са морално и физически остарели, нуждаят се от модернизиране на технологията, контрола и управлението на процеса, тъй като не могат да удовлетворят изискванията за опазване на околната среда (т. 5.3.2, таблица 5.32 на BREF Сode NFM).

В най-новото поколение технологии за директно топене на сулфидни оловни концентрати и вторични оловни суровини се включват технологите на т. нар. ”ванни процеси” – ISA Smelt/Ausmelt-процес, Kaldo-процес, QSL-процес, както и Kivcet-процесът от групата на т. нар. ”факерни процеси” (виж по-нататък т. 4 – BREF Code NFM, т. 2.6.2 ).

Агрегатът е от групата на факелните процеси на топене в летящо състояние. Изсушената шихта и технически кислород са вдухват непрекъснато през кислородно-шихтови горелки, разположени в свода на окислителна зона на пещта (топилна шахта). Едновременно с това се подава и кокс. Сулфидите се запалват във факела, достига се температура 1400 ⁰С и реакционното взаимодействие на окисление (десулфуризация) протича с много висока скорост. Коксът, постъпил на повърхността на ваната редуцира оловните оксиди. Потокът от частично редуцираната шлака и оловото преминават през потопена в стопилката преградна стена към редукционната зона. Последната се подгрява с графитови електроди. В редукционната зона се подава ситен кокс или въглища за пълна редукция на шлаката. Оловото се източва и отива за рафинация, а шлаката отива за допълнителна преработка – обезцинковане във Велц-пещи или Фюминг-пещи. Уловените прахове се рециклират в процеса. Схема на Kivcet-агрегат е показана на фигура 2.18 – BREF Code NFM, т. 2.6.2.14.

Процесът е разработен от LURGI GmbH (носи името на изобрерателите – Queneau, Schumann, Lurgi ). Агрегатът е конструиран като хоризонтален цилиндър с две работни зони – окислителна и редукционна. Използват се хроммагнезитови огнупори, осигуряваши режим на работа при 1250 ^о С. През фурмен пояс на дъното на пещта в окислителната зона се вдухва кослород, а в редукционната зона смес от въздух и въглищен прах, с цел редукция на шлаката. Могат да се преработват оловни суровини без изисквания по отношение на влага и едрина – от финнодисперсни до едрокъсови материали. Шихтата се зарежда през горната част на пещта в смес със въглища и флюси.

В окислителната зона се получава сурово (черно) олово, SO₂-газове и богата на олово шлака. Кондензираните фази (стопилки) преминават през редукционната зона, където се получават допълнителни количества сурово олово. Шлаката се изпуска през отвор, разположен в редукционната зона и се гранулира. Оловото се изпуска през отвор, разположен в окислителната зона и се подава за рафинация. Пещните газове след прахоуловителна система, в т. ч. и ръкавни филтри, преминават през топлообменник за оползотвряване на физическата топлина на газовете и се насочват към цех за производство на сярна киселина.
TBRC (Kaldo)-процес (BREF Code NFM, т. 2.6.2.7)

Агрегатът представлява въртяща се наклонена пещ с потопяема продухваща фурма (Top Blown Rotary Converter). Ротацията на пещта осигурявя добра хомогенизация на шихтата и скоростни химични взаимодействия, но стопилката действа агресивно върху огенеупорната зидария. През фурмата се вкарва кислород и гориво (природен газ), които се вдухват на повърхността на ваната. Използването на кислород намалява обема на изходящите газове и осигурява висока концентрация на SO₂ в тях. Процесите протичат предимно във ваната (стопилката). TBRC-процесът се провежда като цикличен процес за топене, конвертиране и обедняване на шлаката. Намира широко приложение в металургията на медта, оловото, фероникела, както и за извличане на благородни метали.

В най-новото поколение топилни процеси в цветната металургия, т. нар. “ванни процеси”, се включва технологията “ISA Smelt/Ausmelt” (т. 2.6.2.6, таблица 2.4 на BREF Сode NFM 2001) за директно топене както на концентрати, така и на вторични оловни суровини. Използва се вертикална цилиндрична пещ и стоманена потопяема фурма през която се инжектира като гориво газ, мазут или въглищен прах, обогатен на кислород въздух. Фурмата е потопена в течната вана. Преработваните материали се подават чрез конвейер. В работното пространство на пещта те реагират с висока скорост с подавания кислород и се стопяват. Газовата струя, изтичаща от фурмата, барботира във ваната, като се получава течна шлака, метал или щейн. След сепариране (ликвиране) на стопилките по плътност в обособена зона под фурмата същите се изпускат разделно. Схема на Ausmelt-агрегат с основните му детайли е представена в т. 2.6.2.6, фигура 2.9 на BREF Code NFM 2001 (виж по горе т. 2.3.2 – фиг. 2.3-1).

Има разработени редица варианти на пещи от “поколението “ISA Smelt/ Ausmelt” (т. 2.6.2.6 на BREF Сode NFM 2001), които са намерили промишлена реализация, а именно:

• 
  Производство на олово чрез директна преработка на сулфидни оловни концентрати;
  
• 
  Производство на мед от концентрати (ISA Smelt);
  
• 
  Преработка на износена огнеупорна зидария и фюминг окиси от цинково производство (Ausmelt).
  
• 
  Производство на мед и олово от “смесени” (първични и вторични) суровини.
  
• 
  Преработка на кекове от мокрото извличане в цинково производство.
  

В BREF Сode NFM - т. 5.3.2 (таблица 5.32) е представен обзор, а в т. 5.4.2.1 (таблица 5.41) – съответствието с НДНТ на първични процеси за топене на оловни суровини. Оценени са предимствата и недостатъците на различните технологии – в т. ч. съпоставка на шахтово топене и Ausmelt-топене.

При експлоатация на представените по-горе “ванни технологии” за директно топене на олово не се провежда агломерационен цикъл. Оловните сулфидни концентрати и вторичните материали се зареждат директно в пещта, където се окисляват и стопяват. Генерират се богати на SO₂ пещни газове, които след утилизация на топлината им и съответно прахоулавяне се третират в инсталации за производство на сярна киселина. Като гориво се използва въглища или природен газ, както и флюсообразуващи добавки – кварцов пясък, варовик (или варова пепелина). Като продукти на топенето се получава олово и шлака. Известни количества цинк и кадмий се отделят в газовата фаза като метални пари и след улавяне на праховете се оползотворяват.

При всички ванни процеси се получават богат на олово шлаки, като в QSL- и Kivcet-процесите е обособена допълнителна редукционна зона за редукция на оксидите на оловото и постигане на задоволително ниски остатъчни съдържания на метал в шлаките. В Kaldо-процеса се използва допълнителна фюминг-пещ за обезцинковане на шлаките. При всички модификации на ванните процеси се утилизира физическата топлина на газовете в котли-утилизатори, а сярата от газовете се извежда като сярна киселина. Праховете от пречиствателните съоръжения са оборотни продукти в цикъла на топене, като предварително могат да бъдат промити с вода или третирани с други разтвори за отстраняване на хлора, флуора, евентуално и кадмия.

Всички тези процеси намират в определена степен промишлена реализация. Kaldo-процесът е двустадиен процес и е жизнеспособен. Има данни, че QSL-процесът при първоначалното внедряване е бил затруднен в схемата на управление. ISA Smelt/Ausmelt-процесът в периода на издаване на BREF-документа (Code NFM, 2001) е бил усвоен само в етапа на топене и не е комерсиализиран за фазата на редукция на шлаките. Към днешна дата той вече се прилага в повече от десет промишлени инсталации. Kivcet-процесът се експлоатира успешно от 1990 г.

На основата на направен обстоен анализ за конкретните условия на ОЦК АД в ИП се предвижда изграждане на топилен комплекс чрез трансфер на технологията “Ausmelt” с включването на две ванни пещи с горно потопяема фурма (Top Submerged Lance), които да работят съвместно както следва:

- Ausmelt-пещ № 1 ще работи в режим на топене на сулфидната оловна шихта (непрекъснат цикъл с ЕФРВ 7008 часа в годината);

- Ausmelt-пещ № 2 ще работи в цикличен двустадиен режим на редукция на оловната шлаката (I-ви стадий) и следващ фюминг за обезцинковане на шлаката (II-ри стадий) с обща продължителност на операцията 9 часа.

Предвижданите в ИП Ausmelt-пещи са от най-новото поколение топилни агрегати в оловното производство. За утилизиране на топлината в пещните газове се предвижда включване към всяка от пещите на котел-утилизатор за производство на пара, а за конверсия на серния диоксид – изграждане на нова система за сярна киселина (ДКДА-система № 2).

3.2.2.2. Алтернативи за производството на сярна киселина от пещните газове

При оценка на алтернативите за производство на сярна киселина от пещни газове на оловното топене, наред с основния ВАТ за цветната металуртия BREF Code NFM, е използван и Draft Reference Document on Best Available Techniques in the Large Volume Inorganic Chemicals, Ammonia, Acids and Fertilises Industries, March 2004 (BREF Code LVIC- AAF). Алтернативните варианти за утилизиране на богати на серен диоксид газове (над 6 % об. SO₂) се представят с два типа системи – монокаталитичната и дубъл-каталитичната системи за сярна киселина (BREF Code NFM, т. 2.8.1.4). Моно-каталитичните системи за сярна киселина, имат ниска степен на конверсия и абсорбция, не удовлетворяват нормите за емисии на серни оксиди (BREF Code NFM - т. 2.8.2 и т. 2.8.3.5, както и BREF Code LVIC AAF - т. 1.3.1.2.3 и т. 2.3.1), поради което трябва да се изключат като алтернатива за утилизиране на SO₂ от богатиге газове на Ausmelt-пещта за топене на оловна шихта, .

Съгласно ИП, за утилизиране на серния диоксид от пещните газове на топилната пещ се предвижда модерна ДКДА-система за производство на сярна киселина, при която общата степен на извличане на сярата надхвърля 99,5 % . Предвижда се високо качество на доставеното основно оборудване, което е гаранция за сигурна експлоатация, лесна поддръжка и ниски емисии на серен диоксид в отпадъчните газовете в комин (под 0,01 об. % SO₂, респективно под 300 mg/Nm³). Системата е с двойна катализа и двойна абсорбция, която удовлетворява най-високите изисквания на документите за НДНТ (BREF Code NFM - т. 2.8.1.4 и BREF Code LVIC AAF- т. 1.3.1.2.3 и т. 2.3.1).

3.2.3. Алтернативи при избора и намаляването на енергоресурсите

Предвижда се утилизиране на топлината на изходящите пещни газове (съответно от Ausmelt-пещ № 1 около 20 000 Nm³/h с температура над 1100 ⁰ С и от Ausmelt-пещ № 2 около22 000 Nm³/h с температура над 1200 ⁰ С) в котел-утилизатори за производство на пара – утвърдена практика, която съответства на изискванията за НДНТ (BREF Сode NFM - т. 2.7.1.1 и т. 2.11.1). Произвежданата общо над 21 t/h пара с налягане 40 at. – съответно 9,6 t/h от КУ на Ausmelt-пещ № 1 и 12 t/ h от Ausmelt-пещ № 2. След редуциране на налягането й до 8 at парата ще се включи в общата схема на паропотребление (главно в цикъла на цинковото производство), което ще има косвен екологичен ефект от намаляване вредните емисии на Комбинатската пароцентрала, работеща на течно гориво. Очаква се да се реализира намаление на разход на нискосернист мазут с около 7000 тона годишно, което косвено води до намалени емисии на СО₂ с около 20 000 тона годишно (виж по-горе т. 2.3.2).

Системата за производство на сярна киселина съгласно ИП е с двойта катализа и двойна абсорбция (ДКДА-система № 2), с топлообменници и контактен апарат, които са топлинно оразмерени за автотермично осъществяване на целия процес и са в съответствие с изискванията за НДНТ (BREF Code NFM - т. 2.8.1.4).

Предвижда се в транспортните схеми да се използват по-модерни, с по-ниска консумация на електроенергия центробежни помпи, вентилатори и газодувки.

Новата система за производство на сярна киселина от пещните газове (ДКДА-система 2) е с двойта катализа и двойна абсорбция, с топлообменници и контактен апарат, които са топлинно оразмерени за автотермично осъществяване на целия процес. Предвижда се в транспортните схеми да се използват по-модерни, с по-ниска консумация на електроенергия спомагателни съоръжения – газодувка, вентилатори, помпи. Разходът на електроенергия в новия цех за сярна киселина (оборудването на системата за мокра очистка на газовете и газодувката) ще бъде сведен до около 70 kWh/t произведена сярна киселина, което съответства на НДНТ (BREF Code LVIC AAF, т. 1.3.2.1.3, таблици 1.29 и 1.30).