IZVODLJIVOST DOBIJANJA RETKIH ELEMENATA I INDUSTRIJSKIH MATERJALA IZ TEHNOLOŠKOG OTPADA RTB-a BOR (Devetnaesti deo - IZVODLJIVOST DOBIJANJA ENERGIJE IZ PIRITA)

II.3.1.5. Izvodljivost dobijanja energije  iz pirita

Osim stabilnosti u snabdevanju Nove fabrike sumporne kiseline koncentrovanim sumpor dioksidom, prerada pirita bi omogućila RTB-u Bor i stabilnost u snabdevanju toplotnom energijom, jer je proces prženja pirita zasnovan na egzotermnim reakcijama, pa bi od ukupno dobijene toplote skoro 50 % moglo biti iskorišćeno za zagrevanje parnih kotlova.

Za približno sagledavanje toplotnog bilansa tokom prženja pirita i dobijanja sumporne kiseline treba uzeti u obzir da je za prženje 1 kg S potrebno 0,7 m³ kiseonika, a iz tog procesa se dobija 0,7 m³ sumpor dioksida i 10.460 kJ toplotne energije. Do ove računice dolazi se na osnovu sledeće hemijske reakcije:

S + O₂ = SO₂,

Iz gornje reakcije se može zaključiti da je za sagorevanje 1 mola sumpora potreban 1 mol kiseonika da bi se od toga stvorio 1 mol sumpor dioksida. To znači da je za 32 kg sumpora potrebno 22,4 m³ kiseonika, što daje 22,4 m³ sumpor dioksida, odnosno za sagorevanje 1 kg sumpora biće potrebno 22,4/32 m³ kiseonika, što daje 22,4/32 m³ sumpor dioksida uz oslobađanje 10.460 kJ toplotne energije.

Teoretski izvodljive egzotermne hemijske reakcije prženja pirita i dobijanja sumporne kiseline  su sledeće:

2FeS₂ + 5½O₂ = Fe₂O₃ + 4SO₂ + 1719,6 kJ

SO₂ + ½O₂   SO₃ + 98,1 kJ

SO₃ + H₂O = H₂SO₄ + 137,2 kJ

Zbirna reakcija je:

2FeS₂ +7½O₂ + 4H₂O = Fe₂O₃ + 4H₂SO₄ + 2660,8 kJ

Za precizniji obračun neiskorišćene energije iz procesa prženja pirita i dobijanja sumporne kiseline potrebno je imati precizne podatke o kapacitetima agregata za prženje pirita i proizvodnju sumporne kiseline, količinu utrošene električne energije za vođenje procesa, količinu potrebnog vazduha, količinu upotrebljene vode, temperature odvijanja procesa, temperature produkata procesa, stepen desulfurizacije, sadržaj sumpor dioksida, sadržaj sumpor trioksida itd.

Otpadna toplota iz navedenih procesa gubi se u obimu koji zavisi od kvaliteta sirovina, kao i uslova i načina rukovanja sa materjalnim bilansima, koji učestvuju u procesu (sadržaj pirita u koncentratu, količina silikatnog peska, količina vode, količina vazduha, količina nastale piritne izgoretine, količina i sadržaj gasne faze, itd.).

U zavisnosti od temperature na kojoj se odvijaju procesi prženja pirita i proizvodnje sumporne kiseline otpadna toplotna energija je definisana po sledećim grupama:

- Visokotemperaturna (iznad 650 ⁰ C),

- Srednjetemperaturna (200 ⁰ C do 650 ⁰ C),

- Prelazno područje (100 ⁰ C do 200 ⁰ C),

- Niskotemperaturna (ispod 100 ⁰ C).

U zavisnosti od nosilaca sekundarne (otpadne toplotne energije) razlikujemo:

- Sekundarnu energiju gasovitih produkata,

- Sekundarnu energiju proizvoda i nuz proizvoda,

- Sekundarnu energiju sadržanu u tehnološkoj vodi.

Efikasnijim korišćenjem sekundarne energije postiže se značajno smanjenje utroška primarne energije, a time i smanjenje izdataka, koji opterećuju proizvodnju primarne energije, jer je poznato da su troškovi proizvodnje sekundarne energije niži od troškova proizvodnje primarne energije, zato što u troškovima proizvodnje sekundarne energije nema troškova na ime lokacija za skladiranje goriva (za potrebe termoelektrana) ili izgradnju vodenih akumulacija (za potrebe hidroelektrana), nema potrebe za lokacijskim prostorima za smeštaj uređaja za pripremu i proizvodnju primarne energije (skladišta goriva i rezervnog materjala, građevinski objekti, termo ili hidroagregati), nema troškova transporta goriva i prenosa proizvedene primarne energije (putevi, pruge, dalekovodi), itd. Umesto navedenih troškova za proizvodnju primarne energije kod proizvodnje sekundarne energije mogu nastati samo troškovi po osnovu izgradnje utilizacionih parnih kotlova, izmenjivača toplote, toplotnih pumpi, sušara i eventualnih razvodnih mreža do lokacije potrošnje sekundarne energije.

U zavisnosti od fizičkih, mehaničkih i toplotnih osobina nosilaca sekundarne energije, ista može biti korišćena na neki od sledećih načina:

-  Gasovi više (iznad 650 ⁰ C) i srednje temperature (200 ⁰ C do 650 ⁰ C), uz pomoć izmenjivača toplote i vrelovodnih kotlova, mogu se koristiti za predgrevanje vazduha potrebnog za sagorevanje goriva i proizvodnju električne i toplotne energije,

-  Izlazni gasovi, zagrejana voda iz rashladnih uređaja i kondenzovana para mogu se koristiti za zagrevanje tehnoloških medijuma u niskotemperaturnim procesima (naprimer. elektrolita u pogonu elektrolitičke rafinacije bakra), kao i za grejanje potrošne vode (naprimer: radnička kupatila u pogonima RTB-a Bor),

-  Zagrejan vazduh od hlađenja kompresora, elektromotora i hidrauličnih sistema može se koristiti za grejanje prostorija, a povratni vazduh iz tog procesa i otpadna toplota iz prethodno nabrojanih može se koristiti za grejanje medijuma toplotnih pumpi.

Iz poglavlja II. 3.1.2. (Izvodljivost dobijanja sumpordioksida iz pirita) videli smo da gasovi i piritna izgoretina iz tog procesa izlaze sa temperaturom od oko 700 ⁰ C, a iz sl. II. 3.1.2.1. videli smo da tehnološka šema tog postupka sadrži uređaje za višestepeno otprašivanje (ciklone, suvi i mokri elektrofilter), izmenjivač toplote i uređaje za hlađenje i pranje gasa.

Radi korišćenja sekundarne energije iz tog procesa izvodljivo je da svi navedeni uređaji budu opremljeni opremom za hlađenje kroz koju cirkuliše voda. Energiju te rashladne vode izvodljivo je koristiti na jedan od načina navedenih u ovom poglavlju.

Iz poglavlja II.3.1.4. (Izvodljivost dobijanja  sumporne kiseline iz pirita) videli smo da produkti tog procesa izlaze sa temperaturom od 450 ⁰ C do 500 ⁰ C. I u ovom postupku je izvodljivo da agregati za proizvodnju sumporne kiseline budu snabdeveni uređajima za hlađenje pomoću vode radi iskorišćenja sekundarne energije iz ovog postupka.

Kao primer izvodljivosti korišćenja sekundarne energije iz postupka prženja pirita i proizvodnje sumporne kiseline mogu se uzeti podaci proračuna za jednu fabriku sumporne kiseline kapaciteta od 1.500 tona sumporne kiseline dnevno.  U tabeli II.3.1.5.1. prikazani su podaci o raspoloživoj otpadnoj toploti iz takve fabrike za proizvodnju sumporne kiseline iz pirita.

Tabela II.3.1.5.1. Podaci o raspoloživoj otpadnoj toploti iz fabrike za proizvodnju sumporne kiseline iz pirita

Iz tabele II.3.1.6.1. vidi se da je od ukupno 439,073 MJ/h raspoložive toplotne energije iskorišćeno samo 212,258 GJ/h (oko 48 %). Ta toplotna energija je iskorišćena u obliku vodene pare, što u konkretnom slučaju predstavlja najrentabilniji način.

Ostatak neiskorišćene toplotne energije od 226,815 MJ/h (oko 52 %) je oslobođen u toku procesa, radi hlađenja piritne izgoretine, pržnih gasova i sumporne kiseline. Rashladna voda je grejana sa 27 ⁰ C na 40 ⁰ C da bi se na kuli za rashlađivanje hladila raspršivanjem preko ispuna u protivstrujnom toku vazduha. Navedeni iznos toplotne energije na mestima razmene moraju se kontinuirano odvoditi iz sistema da bi se održali propisani tehnološki parametri (radne temperature SO₂, SO₃, Fe₂O₃ i H₂SO₄). Rashladna voda iz sistema se nalazi na niskom energetskom nivou (oko 40 ⁰ C), a ekonomično korišćenje toplotne energije zahteva temperaturu vode od 90 ⁰ C do 95 ⁰ C, što je u konkretnom slučaju izvodljivo jedino korišćenjem otpadne toplotne energije iz procesa sušenja i apsorpcije ugradnjom izmenjivačkih hladnjaka preko kojih bi se oslobođena toplotna energija mogla koristiti za zagrevanje vode na 90 do 95 ⁰ C, koja bi se zatim mogla iskoristiti kao zagrevni medijum sa mogućim padom temperature do 55 ⁰ C.  Pošto se otpadna toplotna energija iz procesa apsorpcije nalazi na višem energetskom nivou u odnosu na otpadnu toplotnu energiju iz procesa sušenja, nameće se logičan zaključak da bi otpadnu toplotnu energiju trebalo prvenstveno koristiti iz procesa apsorpcije, pa tek onda iz procesa sušenja.

Otpadnu toplotnu energija iz Fabrike sumporne kiseline, pored upotrebe za grejanje i proizvodnju električne energije, izvodljivo je koristiti i za predgrevanje kotlovske vode borske Toplane (preko 40 GJ/h ), zagrevanje vode za sanitarne potrebe u  pogonima RTB.a – radnička kupatila  (preko 7 GJ/h ), predgrevanje  kotlovske vode u pogonima RTB-a Bor (preko 24 GJ/h) i zagrevanje plastenika u okolini Bora (preko 60 GJ/h). Šema izvodljivog iskorišćenja otpadne toplotne energije iz pogona za proizvodnju sumporne kiseline prikazana je na sl. II.3.1.5.1.  

Nenad Radulović