Tilastollinen tutkimus koksaamon rikinpoistolaitoksesta

Abstract

Koksaamon sivutuotelaitoksella puhdistetaan koksausprosessissa syntyvä koksikaasu ammoniakista, tervasta, raakabentseenistä, naftaleenista sekä rikistä. Ammoniakki aiheuttaa korroosiota hiiliteräksissä sekä tukkeutumista koksikaasun jakelujärjestelmään. Rikkivety on pääasiassa ympäristöhaitta, mutta myös kaasuputkistoihin muodostuva alkuainerikki on haitallista aiheuttaen kaasuputkien tukkeutumista. Koksikaasun puhdistus on taloudellisesti ja ympäristön kannalta tärkeä prosessi. Puhdistettua koksikaasua voidaan käyttää energiana lämmitysprosesseissa. Näiden syiden vuoksi on tärkeä puhdistaa edellä mainitut komponentit koksikaasusta ennen koksikaasun käyttöä polttoaineena muissa prosesseissa.

Opinnäytetyössä tutkittiin tilastollisesti koksikaasun rikinpoistoprosessia ja selvitettiin rikkivetyanalysaattorin luotettavuutta prosessin ohjauksessa. Työssä todettiin rikkivetyanalysaattorin vikaherkkyys sekä poikkeama laboratorioanalyyseihin nähden. Työn tuloksena päädyttiin rakentamaan tilastolliseen prosessiohjaukseen perustuva seuranta rikkivetyanalysaattorista saataville prosessimittauksille.

Työssä kartoitettiin mahdollisuutta integroida käynnistyspoltin krakkausreaktorin pääpolttimeen. Kartoituksen pohjalta päädyttiin jatkamaan nykyisellä toimintamallilla, sillä investointi ei ollut riittävän kannattava ja SSAB strategian mukainen vihreän siirtymän tavoite on sulkea SSAB Raahen tehtaan koksaamo sekä nykyiseen masuunitekniikkaan perustuva raudanvalmistus.

Opinnäytetyössä hyödynnettiin Lean Six Sigma -ajattelumallia ja työ tehtiin SSAB Raahen tehtaan koksaamolle.

Coking plant coke ovens produces raw coke oven gas which includes by-products such as ammonia, tar, light oil and sulfur. Ammonia and hydrogen sulfide are formed during the carbonization of coking coal. Ammonia in raw coke oven gas corrodes mild carbon steel. High concentration of ammonia is causes progressive corrosion and plugging of the coke oven gas distribution system. Hydrogen sulfide is primarily an environmental issue but it has also important operation aspect as well. Hydrogen sulfide in coke oven gas may cause formation of elemental sulfur in the gas piping system. Therefore it is important to remove previously mentioned components from the coke oven gas before it can be used as fuel gas.

The aim of this thesis was to study the behavior of the coke oven gas desulfurization process and the reliability of the tail gas analyzer. The study confirmed that the tail gas analyzer is fault sensitive and it can be detected as increasing deviation in measurements and a difference compared to laboratory analyses. Therefore, the tail gas analyzer needs to be replaced with new a tail gas analyzer. As a solution statistical process control was applied for tail gas analyzer measurements.

Starting the cracking process requires an external startup burner to preheat the high temperature reactor. The secondary aim of the thesis was to figure out possibility to integrate start up burned to main burner. As a conclusion it is not profitable to invest in a new main burner with a startup burner. Moreover, SSAB strategy aims to fossil free steel production which means that the coking plant and blast furnaces will be shut down when new production lines are in use.

Lean Six Sigma methods were used in this study to examine different process variables and the thesis was commissioned by SSAB Europe Raahe coking plant.