Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest tot strooibare korrel

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

FABRIEKSVOORONTWERP TER 'lERWERKING

VAN VARKENSDRIJFMEST TOT STROOIBARE

KORREL

VOLUME II

MEET EN REGEL TECHNIEK,

VEILIGHEID,PLANTLA YOUT,

MILIEU, KOSTENANALYSE

EN AANVULLINGEN

G-Groep '91 II.A

December 1991

In opdracht van Machine Fabriek Stramproy

Technische Universiteit Delft

Vakgroep der Apparatenbouw voor de Procesindustrie

L.J. Boone T.H. Chiang V.I.M. Gales J.L. van Krimpen N.A.H.C. van der Poel H. Ramhit

D.A. Sugeng A. Syafrinaldi J. de Vries

'

I

:1

1

I

I

'

1

I

:

1

I

I

I

I

j

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Inhoudsopgave

---INHOUDSOPGA VE

1 2 3 4 5

SAMENVATTING EN EINDCONCLUSIES VAN HET FABRIEKSVOORONTWERP

INLEIDING

1.1 Probleemstelling

1.2 Geschiedenis van het mestprobleem in Nederland

1.3 Literatuurlijst

MEET EN REGELTECHNIEK VAN HET PROCES VEILIGHEID EN PLANT-LA YOUT

3.1 Veiligheid

3.1.1 Inleiding

3.1.2 Beschikbaarheid 3.1.3 Veiligheidsstudie

3.1.4 DOW Fire and Explosion Index (FEl)

3.1.5 Resultaten en Berekeningen 3.1.6 Conclusies en Aanbevelingen 3.1.7 Literatuurlijst 3.2 Plant-Iayout MILIEUASPECTEN 4.1 Inleiding 4.2 Lucht 4.3 Water 4.4 Bodem

4.5 Geluid, afval en externe veiligheid

4.6 Vestigingscriteria

4.7 Discussie

4.8 Conclusie

4.9 Literatuur

KOSTENBEREKENING VAN HET PROCES

5.1 Vereenvoudigd model voor de kostenberekening

5 .2 Variabele kosten

5.3 Investeringskosten

5.3.1 De Factormethode

5.3.2 Aankoopkosten van de verschillende l!Pparaten 5.3.3 De Investeringen

5.4 De Produktieloonsom

5.5 De Totale kosten

5.6 Conclusie

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest _{Inhoudsopgave}

AANBEVELINGEN BU VOLUME I VAN HET FABRIEKSVOORONTWERP TER VERWERKING VAN V ARKENSDRUFMEST

Aanvulling op hoofdstuk 5 Aanvulling op hoofdstuk 7 Aanvulling op hoofdstuk 8

8.4.6 De selektieve katalytische oxydatie van ammoniak

8.4.7 Het absorberen van ammoniak in geconcentreerd zwavelzuur

8.5 Conclusies en aanbevelingen voor het ammoniakproces

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest _{Samenvatting en eindconclusies}

Samenvatting en eindconclusies

.

In het kader van de Gecombineerd-opdracht voor Werktuigbouwkundige- en Scheikundig Technologische studenten aan de TU Delft is in opdracht van Machine Fabriek Stramproy (MFS) een fabrieksvoorontwerp gemaakt voor de verwerking van varkendrijfmest tot een droge korrel.

De verwerking van 10 m3

_Jh

zal als volgt geschieden. Vanuit de opslag wordt de mest (10-12 %ds) eerst voorgescheiden met behulp van een zeefbandpers in een filtraat (5%ds) en een filterkoek (35%ds). Het filtraat wordt in een cycloon cascade luchtstripper ontdaan van

ammoniak en in een vijftrapsverdamper ingedikt tot 45 %ds. De _{eerste vier trappen van de}

verdampertrein zijn valfilmverdampers (V.O.= 305 m2

) en de vijfde trap is een

omloopverdamper (V.O.= 160 m2

). Het ingedikte filtraat wordt samen met de filterkoek en

een backmix uit de droger gemixed in een schroefmenger (Ko-Kneader). Dit mengsel (70%ds) wordt in een roterende pijpenbundeldroger (p= 3 bar, verbijftijd 0.5 uur) gevoerd waar het tot

90 %ds wordt gedroogd. De _{verdampers en de droger zijn zodanig geschakeld dat optimale}

warmterecuperatie mogelijk is. Het condensaat uit de droger bevat nog ammoniak en wordt

daarom in een gepakte kolom met lucht gestript. De _{beladen lucht uit beide strippers wordt}

door een radial-flow reactor op 400

_oe

_{over een molybdeenoxyde katalysator geleid waar het}

ammoniak selectief geoxideerd wordt tot stikstof en water.

Uit economische beschouwingen van het proces wordt de geschatte investering 18 miljoen gulden. Uitgaand van een rente van 8% en een afschrijvingstermijn van 10 jaar zijn de

verwerkingskosten in het optimale geval fl 70,-/m3 _vdm.

Met het voorgestelde proces is een "apacite~. _{van 60.000 m}3

/jaar conform de eis haalbaar zonder het gebruik van hulpstoffen of biologische methoden. Emissie-eisen worden gehaald

hoewel een voorstel-emissie-eis (voor 1992) voor kooldioxyde niet gehaald wordt De

bouwhoogte van de fabriek overschreidt de 7 meter niet. De _{gebruikte verse stoom is 10 bar}

en warmte/kracht koppeling wordt niet toegepast. Steriliteit van het eindproduct is door de lange verblijftijd in de droger gewaarborgd.

Knelpunten die nog nader onderzoek vereisen zijn de volgende. De roterende

pijpenbundeldroger wordt hier op 3 bar bedreven om de damp in de verdampers te kunnen

gebruiken, terwijl 1 bar normale praktijk is. In _{de katalytische behandelingsmethode van}

ammoniak zitten een aantal onzekerheden, die te maken hebben met de opschaling van laboratorium naar industriële schaal. Invloed van andere componenten op de omzetting van

ammoniak is onbekend, maar de zeer goede resultaten op laboratorium geven goede hoop. De

kostprijs voor de verwerking is _{nog te hoog (fl 70.- tegenover fl 45.- als commercieel}

attractief).

De voornoemde knelpunten kunnen in _{een gedetailleerdere ontwerpronde nader uitgewerkt}

worden. Kostenbeheersing _{kan dan ook beter meegenomen worden.}

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Inleiding

1

INLEIDING

1.1 Probleemstelling

De laatste jaren wordt Nederland geconfronteerd met de problematiek rond de mestover-schotten. Op dit moment wordt er in Nederland jaarlijks ongeveer 100 miljoen ton mest geproduceerd [2,4,5]. Hierdoor komen grote hoeveelheden fosfor- en stikstof-verbindingen in het milieu terecht. Ovennatige hoeveelheden fosfor- en stikstof-verbindingen hebben de volgende negatieve gevolgen voor het milieu:

*

*

*

Ammonia, dat uit mest verdampt, is een van de oorzaken van zure regen.

Nitraat, dat uit mest ontstaat, bedreigt de kwaliteit van het grondwater en daannee ook het drinkwater.

Te veel fosfor- en stikstof-verbindingen veroorzaken eutrofiëring van het opper-vlaktewater en venninderen de bodemkwaliteit.

Vanwege de bovenstaande negatieve effecten van uitrijden van de mest op het land is het gebruik van mest op landbouwgronden sinds 1987 genonneerd en zijn er regels opgesteld voor het uitrijden van mest (zie appendix

n.

Hierdoor is er in de afgelopen jaren in Nederland een mestoverschot ontstaan waar men tot op heden nog geen eenduidige oplossing voor heeft gevonden. Er zijn drie mogelijkheden om het mestoverschot terug te dringen:

1)

2)

3)

Bestrijding aan de bron door de samenstelling van het voer zo te optimaliseren dat minder mineralen worden uitgescheiden en het droge stof gehalte van de mest groter wordt.

Door de mest beter te distribueren waardoor meer mest in de akkerbouw afgezet kan worden (mest transporteren naar gebieden zonder een mestoverschot).

De verwerking van mest, waannee men beoogd de afzetmogelijkheden van de mineralen en organische stof naar het buitenland te vergroten.

Inkrimping van de veestapel wordt niet als een oplossing gezien aangezien deze bedrijfstak ons van goedkoop vlees voorziet en tevens in belangrijke mate bijdraagt tot een positieve handelsbalans. Ook brengt zij de nodige nevenactiviteiten met zich mee waardoor in totaal 40.000 - 100.000 arbeidsplaatsen worden bezet in ons land.

Momenteel kan nog ca. 80% van de geproduceerde mest in Nederland over het eigen land van de veehouder uitgereden worden, terwijl 15% als bedrijfsoverschot aangemerkt moet worden [4]. Deze hoeveelheden zijn gebaseerd op de fosfaatnonnen lste fase van het besluit "Gebruik Dierlijke Meststoffen"; AMvB wet Bodembescherming. Aangezien deze nonnen binnenkort aangescherpt zullen worden, zal het overschot in de toekomst nog meer toenemen.

Van het mestoverschot kan een gedeelte naar andere gebieden getransporteerd worden die kampen met een mesttekort, maar de rest zal moeten worden verwerkt.

Aan het transporteren van de mest naar andere gebieden zijn een aantal nadelen verbonden:

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Inleiding

*

*

*

*

*

*

Aangezien de mesttransportkosten vaak onaanvaardbaar hoog zijn is deze oplossing meestal niet ideaal.

Een ander probleem hierbij is dat dierlijke meststoffen met een laag drogestof gehalte zoals varkensdrijfmest (vdm) en kalvergier vaak ongewenst zijn als meststof, en het meestal verboden is deze produkten over grote afstanden te vervoeren.

Meststoffen zijn vaak niet homogeen van samenstelling en bevatten soms schadelijke ziektekiemen en/of onkruidzaden.

De mineralensamenstelling van de mest sluit niet altijd aan bij het te bemesten gewas. Vloeibare meststoffen zijn dikwijls niet bruikbaar voor bemesting op staand gewas. Er is in Nederland onvoldoende opslag- en transport-capaciteit beschikbaar om op het meest geschikte tijdstip mest over het land uit te rijden. Met name opslagcapaciteit is een groet probleem.

Omdat alleen het transporteren van de mest naar tekortgebieden op langere termijn onvoldoende blijkt te zijn, is men in Nederland naar andere manieren gaan zoeken om het mestoverschot weg te werken.

Op dit moment heeft men te kampen met een mestoverschot van 6 miljoen ton per jaar. Hiervan is het grootste deel varkensdrijfmest, waarvoor in dit onderzoek een oplossing wordt gezocht.

In dit rapport wordt eerst de meet- en regeltechnische kant van het proces belicht. De

veiligheid en plant layout worden vervolgens behandeld in hoofdstuk 3. Hierop voortgaand zal in hoofdstuk 4 het milieu aan de orde komen en in hoofdtsuk 5 de kostenberekening van het proces. Tot slot volgen nog aanvullingen op de hoofdstukken over de verdampers, de droger en de ammoniakverwijdering.

1.2 Geschiedenis van het mestprobleem in Nederland

Het probleem van de mestoverschotten begon al te ontstaan met de komst van de intensieve veehouderij in Nederland in 1960. Vooral pluimveehouders en kalvermesters hadden zelf vaak te weinig land om er hun mest over uit te rijden, zodat dit op het "land van de buurman" plaats vond. Dit was echter niet meer mogelijk toen de buurman zelf ook meer vee ging houden. In 1968 werden ten gevolge van deze problemen mestbanken opgericht, die ervoor zorgden dat o.a. kippemest naar andere landbouwgebieden werd getransporteerd. Om transport rendabeler te laten verlopen werden kippemest-droogsystemen ontwikkeld en als oplossing voor de overtollige kalvergier werden kalvergierzuiveringsinstallaties aangeboden (1976). Ondanks deze maatregelen bleven de mestoverschotten toenemen. In de zeventiger jaren was de energiecrisis aanleiding tot een groot aantal onderzoeksactiviteiten op het gebied van anaerobe vergisting. De belangstelling hiervoor daalde later doordat de technische oplossingen te duur werden bevonden.

Toen er steeds meer over het land verspreid werd, besefte de overheid dat er maatregelen genomen moesten worden om het milieu tegen deze acties te beschermen (1980). Dit resulteerde in o.a. een wetgeving: Besluit gebruik dierlijke meststoffen; Algemene Maatregel van Bestuur (AMvB) Wet Bodembescherming, die in fasen strengere eisen gaat stellen aan de hoeveelheid mest die per hectare gras- en/of bouw-land mag worden uitgereden.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest _Inleiding

De eerste fase van dit besluit trad in 1987 in werking en het is de bedoeling dat de tweede fase in 1991 van kracht wordt (zie appendix I). _{Na invoering van de tweede fase zal er een} niet meer plaatsbaar mestoverschot zijn van ongeveer 5-6 miljoen ton, wat door mestverwerking (en daarna export) zal moeten worden weggewerkt.

Op _{dit moment bedraagt de feitelijke mestverwerking slechts 0.5 miljoen ton, zodat er op dat} gebied in de komende jaren nog heel wat staat te gebeuren. Belangrijke factoren hierbij zijn de diverse proefcentra die onderzoek doen naar de ontwikkeling van nieuwe geïntegreerde mestverwerkingsprocessen. Veel onderzoek op dit gebied is gedaan door met name het IMAG (LU Wageningen) en

mo.

_{Het volgende hoofdstuk poogt een inventarisatie te geven van de} verschillende mestverwerkingstechnieken in Nederland [1,3,4].

'

I

I

:

I

1

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Inleiding

1.3 [1]

[2]

[3]

[4]

[5] Literatuurlijst

M .. Stoop, Conventionele technieken voeren boventoon bij mestverwerking, 12 procestechnologie nr.5 1989

W.H. Rulkens, F. van Voorneburg, Mest uit mest, Natuur en Techniek nr.ll 1989 P.J.W. ten Have, F. van Voorneburg, Vorderingen in het onderzoek naar centrale mestverwerking, 12

procestechnologie nr. 6, 1990

M. Stoop, Inventarisatie van de mestverwerking in Nederland, 1988

M.G. Musch, S.L.N. Liem, Fabrieksvoorontwerp, vakgroep chemische technologie T.U. Delft, 1989

I

I

I

I

I

I

1

I

1

i

l

i

I

l

1

_i

I

1

I

j

:

_I

1

i

l

:

1

!

I

1

1

I

I

I

j

1

I

I

I

.

... ...-. en .s:::"O

ö>C

~ cu ~ en !: :::3

o

0

-'=Ë

9. 7. 6.00

5.00

tit· OP:lLAGT~ INDAW'S1ICTll! l.lJINGEIl --~---M M M M ________________________________________________ tC __ _ ---.---_. _---~---_._

...

_----•

_•

_•

•

0.3

O.~ O~ Q~ O.~

Q4

Q~

QM

ds-gehalte koek

-

koek flow

-

filtraat flow backmix flow mengsel flow -M-mest flow

I

I

I

I

I

I

I

2 MEET EN REGELSYSTEEM

Doelstelling van de regeling

Het primaire doel van deze plant is het verwerken van de VDM tot droge korrels met 90% ds-gehalte. Hiernaast moet de ontstane NH3 katalytisch verbrand worden, zodat de plant aan de emissie eisen voldoet.

De doelstelling van de regeling is derhalve onder te verdelen in a) produceren van droge mestkorrels

b) continu elimineren van NH3

Keuze van de globale corrigerende grootheden.

a)

Voor het produceren van droge korrels zijn er 4 stappen te onderscheiden: filtratie, indampen, backmixen en drogen. Binnen iedere sectie moet de regeling zodanig zijn dat de sectie goed functioneert. Een voorbeeld is de level-controller in het scheidingsvat van iedere verdamper. Dit moet de flooding in de verdampers voorkomen. Tussen de secties moet het proces continu kunnen verlopen. De filtratie-sectie mag bijvoorbeeld niet meer mest verwerken dan dat de ander secties kunnen verwerken.

Hieronder staan de eisen die iedere sectie stelt ten aanzien van de operatie-conditie. Filtratie:

Verdampers: Menger: Droger:

Maximale mest toevoer=I400 kg/h"

Constante filtraat toevoer van 8000 kg/h en constante verzadigde damp toevoer op 3 bar.

aangenomen maximale doorvoer capaciteit = 10 ton/h aangenomen maximale verwerkingscapaciteit

=

10 ton/h

Al deze eisen leiden er toe dat tussen iedere sectie een flow-control aanwezig moet zijn. De flow-control voor de filtratie-sectie grijpt op de klep van de toevoerleiding van de verse mest aan. De constante filtraat-toevoer naar de verdampers wordt gerealiseerd door de buffer-tank tussen de filtratie en de indampsectie. Regeling geschiedt door middel van een flow-control die op de klep van de terugvoerleiding aangrijpt. De hoeveelheid

ingedikte filtraat uit de verdampers is niet regelbaar. Massastroom naar de droger moet geregeld worden aan de hand van de grootte van de koekstroom. Bij overschrijden van de maximale waarde moet de filtratie-sectie langzamer draaien. Indien dit niet mogelijk is, omdat de buffertank van het filtraat gevuld moet worden, dan moet een gedeelte van de koek terug naar de opslagtank voor de verse mest. Deze globale regeling is weergegeven in fig. 1. De te meten grootheden zijn;

buffertank niveau

filtraat flow uit de filtratie-sectie

ingedikt filtraat flow uit de indamp-sectie koek flow

Wij gaan er van uit dat de vochtigheid van de stromen niet gemeten wordt. Dit vereenvoudigt het meetsysteem.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

3 tijdsinterval 3 tijdsinterval mtraat Fig.

3

a.

Storia1!]

Fig

.

3 b

.

ds

vZlriàt;e

vc7n

hel

mengsel

3 tijdsinterval

3

tijdsinterval

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

door fig. 2. Bij de berekening is aangenomen dat het ds-gehalte van de verse mest 12% blijft. Om de verdampers zo stabiel mogelijk te laten werken moet de filtraat flow zo stabiel mogelijk gehouden worden. Dit houdt in dat er bij de me3t flow ingegrepen moet worden bij variatie in filtraat flow. De filtratie-sectie moet dan harder draaien. Variatie in filtratie flow kan optreden door ds-gehalte variatie in de koek. Dit treedt op als de filt~r

niet meer optimaal functioneert en/of als het ds-gehalte in de mest verandert. Bij constant houden van de filtraat flow wordt de koek flow dan beïnvloed. Het effect van ds-gehalte variatie in de koek heeft een dubbel effect op de mixer. Uit de figuur valt te zien dat de mengsel flow naar de droger groter dan de gestelde 10 ton/h wordt, als het ds gehalte van de koek onder 30% daalt.

Door de verhouding (filtraatflow

I

mestflow) te bepalen kan het ds-gehalte in de koek grof geschat worden. Bij constatering van een verhoogde mestflow als gevolg van het slechter werkend van de filter moet een andere grootheid gecorrigeerd worden, opdat de droger niet overbelast wordt. Gezien de fysische eigenschappen van het ingedikte filtraat en de koek, lijkt het niet wenselijk om ze in een buffertank op te slaan. Een oplossing is het terugvoeren van de koek in de opslagtank voor de verse mest. Wordt er geen oplossing voor dit verschijnsel gevonden, dan kan de situatie optreden, weergegeven door fig.3. Fig. 3a laat de storing zien. In het tijdsinterval 1 functioneert alles nog normaal. In het

tijdsinterval 2 wordt het ds-gehalte van de koek verstoord. Stel dat het ds-gehalte van het filtraat ook nog verandert, dan komt dit verstoorde filtraat in de verdamper terecht. In het zelfde interval komt de verstoorde koek aan bij de menger, waar het gemengd wordt met de baclcmix en het ingedikte normaal-filtraat. In het tijdsinterval 3 blijft de filter storing vertonen. De koek is bijvoorbeeld nog steeds te nat, en het filtraat nu ook. Nu komt het ingedikte verstoord-filtraat bij de menger aan, waar het gemengd wordt met de nog steeds verstoorde koek. In het 4e tijdsinterval is de filter hersteld. Koek is weer normaal

geworden, maar deze wordt nog even gemixed met het verstoorde filtraat. Fig. 3b laat zien wat het ds-gehalte is van het mengsel. Het blijkt dat de backmixing robuust genoeg is om de storing van het ds-gehalte op te vangen. Fig. 3c laat zien wat voor hoeveelheid mengsel dan naar de droger toe gestuurd wordt in ieder tijdsinterval. Bij dit onderzoekje is het geval genomen waarbij de verstoorde koek een ds-gehalte heeft van 25% en het filtraat 3%. Filtraat flow wordt wel op 8000kg/h gehouden. Bij het mengen veronderstelt de regelaar dat de koek een ds-gehalte heeft van 35% en het ingedikte filtraat 45% omdat de vochtigheid niet gemeten wordt. Uit fig. 3c blijkt dat dit een onaanvaardbare hoeveelheid toevoer voor de droger veroorzaakt. Een simpele regeling is bijvoorbeeld het gedeelte van de koek, dat overeenkomt met de toevoer-toename van de verse mest, terugvoeren naar de opslagtank.

In principe mag gesteld worden dat het filtraat naar de verdampers een constant ds-gehalte van 5% heeft. Vooral omdat er een buffertank is voor het filtraat. Maar dat geldt niet voor het filtraat uit de filtratie-sectie. Door verstopping van het filterdoek wordt de maaswijdte verkleind. Het filtraat wordt dan dunner. De hoeveelheid water die achterblijft in de koek wordt evenwel groter. Dit in tegenstelling tot het geval waarbij er een lek in het doek komt. Dan wordt de koek droger. Bij constatering van een abnormale verandering van de (filtraatflow

I

mestflow) verhouding moet het doek nagekeken worden.

b)

De regelorganen in de NH3 kring is van het type master-si ave regelaar. Bij de cyclonen-cascade stripper wordt de lucht toevoer afhankelijk van de filtraat flow geregeld. Bij de

1 .1 1

..

Fcg

.

4.

'Regelsc.htma

Cl I L - - -- - - _ ._ - - - --'

Flowsheet: VER'VERKING VAN VD11

C-groep '91 2a

... ler

DROGE KORREL

AFVALWATER

AFGAS

Versie:

2

Datunl:

11-12-91

Door:

J. de Vries

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT FACULTEIT DER WERKTUIGBOUWKUNDE

VAKGROEP

APPARATE~BOCW

voor

de PROCESINDUSTRIE

---I

I

I

I

I

I

-

I

1

1

1

I

·

,

I

I

,

.

"

;

1

1

katalysator is de regeling van de temperatuur van de ingaande lucht belangrijk. Daarom wordt er een vlam achter de warmtewisselaar geplaatst. Deze vlam moet bij te lage lucht temperatuur de lucht alsnog tot 350°C verwarmen. Bij het koeling gedeelte van de

katalysator moet de water flow geregeld worden op signaal van de temperatuur meter in

de katalysator. Voorts kan de druk geregeld worden met een druk regelaar. Het regelschema is opgenomen in fig. 4.

1

1

1

1

I

1

I

I

1

1

I

I

I

1

1

I

1

I

I

1

Tabel 3.1: Enkele potentieel zeer gevaarlijke processen [2.1)

Processes subject to explosive reaclion or delonation

ProcessC5 which reacl energetically with water or common conlaminants ProcessCl subject to spontaneous polymerisation or heating

Processes which arc c:xothermic

Processes containing llammablu and operatcd al hieh pressure or high lemper.turc or both

Proceues conlaining ftammables and operaled under refrigeralion Processes in which inlrinsically unstable compounds arc presenl Processes operating in or nelr the c:xplosive rance or malcrials Processes involving highly toxic malcrials

Processes subject 10 a dust or misl explosion hazard Processes with a large inventory or stored pressure energy

Tabel 3.2: Te treffen maatregelen volgens de DOW Fire and Explosion Index [2.1]

Prcycativc lad protective featurcs· File &ad ExplolloD Index Numbèn

0-20 20-40 40-60 60-75 75-90 >90 1. Fireproofing 1 2 2 3 4 4 2. Water spray (i) direclional 1 2 3 3 4 4 (i i) arell 1 2 3 3 4 4 (iii) curtain 1 1 2 2 2 4 3. Special instrumentalion (i) temperaturc 1 2 3 3 4 4 (ii) pressure 1 2 3 3 3 4

(iii) now control 1 2 3 4 4 4 4. Dump, blowdown, spiU conlrol 1 1 2 3 3 4 5. Internal explosion 1 2 3 3 4 4

6. Combuslible gas monitors

(i) signal alarm 1 1 2 3 3 4

(ii) actuate equipment 1 1 2 2 3 4 7. Remotc: operation 1 1 2 3 3 4

8. Diking 1 4 4 4 4 4 9. Blast and barrier walls,

separalion 1 1 2 3 4 4

1 Feature optional 2 Feature IUl&e5ted 3 Fealure recommended 4 Feature required • Building ventilation, building explosion relie! and dus! explosion control should be evaluated.

Tabel 3.3: Voorkomende stoffen

Grondstof V arkensdri jfmest 10585 kg/h Hulpstof Katalysator Mo03/Si02 160 kg Stoom (10 bar) 2 t/h Brandstof Aardgas 160 m3 fh Tussenprodukten Mestkoek 2.5 t/h Filtraat (5 %ds) 8.3 t/h Filtraat (6 %ds) 6.7 t/h Filtraat (7.5 %ds) 5.3 t/h Filtraat (10.2 %ds) 3.9 t/h

.

Filtraat (16.4 %ds) 2.4 t/h Filtraat (45 %<Is) 0.9 t/h

Ongewenste bijprodukten Ammoniak 62 kg/h Azijnzuur 45 kg/h Propionzuur 18 kg/h Zwavel verbindingen ?

Eindprodukt Droge mest 1.4 l/b Afvalstoffen Condcosut 8.5 t/h

I

I

Tabel 3.4: Calorische waarden

I

MJ/kg

I

BTU/lb 10.3

I

I

propionzuur 21.27 9.19 azijnzuur 14.6 6.26 ammoniak 18.65 8.0 methaan 50.1 21.5 eindprodukt 13.7 5.9

Tabel 3.9: Resultaten FEl-index

I

Unit

I

F.E.I.

I

Waardering

I

Cyclonencascade stripper 24.1 'MILD/MODERA TE'

Condensaat stripper 10.5 'MILD'

Selectieve katalytische oxidator 33.8 'MILD/MODERA TE' Droger 28.3 'MILD/MODEARTE'

I

I

_•

_.

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijrmest Veiligheid & Plant Layout

3

Veiligheid

en Plant Layout

3.1 Veiligheid

3.1.1

Inleiding

De veiligheid van het proces is niet alleen van belang voor de personen, maar ook voor de continuïteit van het proces. Hier moet al bij het begin van het procesontwerp rekening mee gehouden worden. Op die manier kunnen dan al in een vroeg stadium veranderingen worden aangebracht. Voor het detecteren van de eventuele gevaren zijn verschillende detectie systemen ontwikkeld. In dit hoofdstuk zal 'Safety in Process Plant Design' [3.1] als een leidraad voor de veiligheidsanalyse gebruikt worden.

3.1.2

Beschikbaarheid

De betrouwbaarheid en beschikbaarheid zijn een nauw samnehangend probleem met de veiligheid. Naannate de veiligheid toeneemt zal ook de betrouwbaarheid toenemen. De betrouwbaarheid uit zich in de probabiliteit dat deze zijn functie vervult binnen een gestelde tijd en onder bepaalde condities [3.1]. De beschikbaarheid is het aantal dagen per jaar dat de installatie produceert.

3.1.3 Veilgheidsstudie

Om tot een veiligheidsanalyse te komen dient een uitvoerig onderzoek gedaan te worden naar de risico's in het proces. Om op een systematische wijze na te kunnen gaan waar zich de eventuele gevaren bevinden is, onder andere, een opsomming nodig van de in het proces voorkomende stoffen. Om tot een goede inventarisatie te komen is ervaring een vereiste. Een van de methodes om tot een veiligheidsanalyse te komen is de 'DOW Fire and Explosion Index' [3.1].

3.1.4 DOW

Fire and Explo:Jon Index

(FEl)

De FEl-index is alleen geldig voor deelprocessen. Met deze index kan een chemisch proces gschaald worden met een cijfer, waarmee de risico's en de te nemen maatregelen aangegeven kunnen worden.

Bij het ontwerp van een proces moet gelet worden op de mogelijke gevaren. Het complete proces zal moeten worden opgedeeld in van elkaar onafhankelijke deelprocessen. De deelprocessen kunnen nu op gevaar worden vergeleken met de in tabel 3.1 staande potentieel

TabeI3.5: Cyclolletu:ascade stripper TabeI3.6: COllde/lSQQt stripper

,. I -.4 I.ctor % faclor

l. Maleri31 FaClor. ,),H( x 10 -. =- IVllo"od .Hd 6;0

-k factor % flelor

l. Materi:.1 Faclor -AH,)( 10 -l. .. "oll.d _d 2. Special MOle.i.1 Hazards (SMH) 2. Special M.teri.1 H.urds (SMH)

A. OxicJisinl m:l.lcrials 0-20 :,- A. Oaidisin, maleri::als 0-20 : )

B. Reaeis with water to procJucc :I B. Reuts wilh w::.tcr to produce :1

combuslible las 0-30 cOlnbustible '3S 0-30

C. Subject 10 sponl:ancous heatina 30 C. Subject ta sponlaneaus he:.ti", 30 D. Subject to rapid sponlaneous

50-75 polymerisation

D. Subject 10 npid spontaneous

polymerisation 50-75 E. Subject 10 cllplosÎvc decomposition 125 E. Subjecl 10 explosive decomposilion 125

F. Subjecl 10 delon'lion 150 F. Subjecl 10 delon'lion 150 G. Olher special malerial hazards 0-150

SMH 10101

-

_S

[(100 + SMH 101al)/I00jx (Malerial Faclor) - TOlal No. 2

-

_9.

t

I

G. Other special malerial hazards SMH 10lal 0-1S0

-

_S [(lOO+SMH 10Ial)/loojx(Mllerial Faclor)-Total No. 2

-

_fl.'( 3. General Pro«ss Hazards (GPH) 3. General Proce .. Hazards (GPH)

A. Handling and physical ch.nges only 0-50 2S

B. Continuous relctions 25-50 C. Balch relclions 25-60

I

A. Handlina and physical changcs onl1 0-50 2.r

B. Continuous rcactions 25-50 C. Batch reactions 25-60 D. MuJciplici!y of reaelions in same D. Multiplicily of reactions in ume

cquipmcnt 0-50 cquipment 0-50

GPH 10111

-

2.~

[(100+GPH 101al)/100jx (Tolal No. 2) - Toul No. 3

-

11, /

I

GPH lolal

-

JS"

[(I00+GPH 10Ial)/l00]x(T0Ial No. 2)-Toul No. 3

-

Iq,>

.

.

Special Pro«ss Hazards (SPH) 4. Special Pro« .. Hazards (SPH) A. Lew pressure « 15 psig) 0-100

B. Operation in or near explosion ranlt 0-150 C. Low temperature: I. Carbon steel 5U" 10 - 2U"F 15

2. < -2<rF 25

I

A. B_ Operation in or ncar explosio" ranac lew pressur. « 1 5 psig) 0-100 0-150 C. lew temperature: \. Carbon sleel 5U" 10 - 2U"F 15

2. <-2<rF 25 D. High lemperature: I. > ftashpoinl 10-20 D. High lemperalure: \. > ftashpoinl 10-20

2. >boiling-poinl 25 2. >boiling·poinl 25 3. >aulo-i,nition 35

E. Hi,h pre .. ure \. 250-3000 psi, 30 2. > 3000 psig 60 F. Procencs or reactions difficult 10

I

3. >aulo·ignition 35

E. Hiah preuure \. 250-3000 psi, 30 2. > 3000 psi, 60

F. Procenes or rClct:ons difficult to

conlrol 5n-IOO I()f} control S(~I()()

G. Dust or mist hazards 30-60 G. Dust or mist hazards 30-60 H. Grtaler than avengc explosion hanrd 60-100

I. Lar,e qUlntities of combuslibl. liquids

\. 2000-6000 ,"1 .O-S5 2. 6000-20000 gal 55-75

I

H. Grcller than averlle explosion hazard 60-100

I. Lar,e quantilie. of combuslible liquid.

\. 2000-6000 ,al 40-55 2. 6000-20000 gal 5S-75 3. 20000-50000 gal 7S-100 3. 20 OOO-SO 000 ,al 7S-100 4. Above 50000 gal 100+

J. Olher 0-20

SPH 10lal

-

lilt?

I

J.Olher 4. Above 50000 a.1 100+ 0-20

SPH 10111

-

0

5. Fire and Explo,ion Index: [(lOO+S1'H 10lal)/lOOjxTotal No. J

-

_;~I 5. File .nd Explosion Ind .. : [(loo+SPH 10Ial)/loojxTolal No. 3

-

_~S

I

Tabel 3.7: Selectieve Katalytische Oxidator Tabel 3.8: Droger

.. _{_.}

-I

I. Materi.1 Faclor-AH,x 10"- 9,2 .Dllollod % factor % .led flelor

'1

2. Speci.1 M.leri.1 Haz.rds (SMH)

A. Oxidisin, maleri31s _0-20

S

B. Reuts wilh w:Uer 10 procJucc :1

I

combuslible las 0-30 C. Subject 10 sponl3ncous heatin, ₃₀ D. Subject 10 rapid spon.aneous

polymerisatio" _SO-75 E. Subject 10 elplosive decomposition ₁₂₅ F. Subjecl 10 d.lon.lion 150

I

G. Olher special maleri.1 hazards 0-150 SMH 10lal

-

_S

% flelor % faelor

Î

1. Materi:.1 Factor·~H~)( 10" · ~:J ""ollod .Hd 2. Speci.1 M.leri.1 H.urds (SMH)

A_ Oxidisin, maleri::.ls 0-20 _.1.0 B. Reacts wilh w:lIcr 10 JHOcJUCC: :1

0-30 c01ftbustible '35

C. Subject to sponlancaus hellin, JO JO D. Subject to rapid spontaneous

50-75 polymeriulion

E. Subject 10 explosive decompositio" IlS

F. Subjecl 10 delon'lion 150 $ 0

G. Olher special maleri.1 hazards 0-150 SMH lotal

-

; 0 0 [(lOO+SMH 10tal)/loojx(Mllerial Flclor)-Total No. 2

-

_{'1.7 [(lOO+SMH 10Ial)/I00jx(Malerill Faclor)-Tolal No. 2}

-

_{I~ SJ}

I

3. General Proce .. Hazards (GPH) A. Hlndling and physical ch.nges only 0-50 B. Continuous reactions 25-50 C. Balch relclions 25-60 So

D. Mulliplicity or reactions in same

equipmcnt 0-50 _So

I

GPH 10111

-

/00

[(lOO+GPH lotal)/I00jx(Total No. 2)-Tolll No. 3

-''1.1

3. General Pro« .. H .. ards (GPH)

A. Handlina and physical ch.n,es only 0-50 SO

B. Continuous relctions 25-50 C. Balch reaclions 25-60

D. Mulliplicily of reaclions in same

O-SO equipmcnt

GPH lolal

-

5'0

[(100 + GPH 101.1)/l00]x (Tolal No. 2) -.Tolll No. 3

-

;.1 •. Speci.1 Proce .. Hazards (SPH)

I

A. Lew preuur. « I S psig) 0-100

B. Operation in or near explosio" ran,e 0-150 _Sa C. Low temperature: I. Carbon steel 5U" 10 - 2U"F IS

2. <-20"F 25

D. High lemperalure: \. > ftashpoinl 10-20

I

2. >boilin,-poinl 3. > aUlo-ignition 35 25 zS" E. Hi,h pre.sure 1. 251)..3000 psi, 30

2. > 3000 p"i, 60 F. Processe. or relclions diflicull 10

con trol 511-1()()

I

HG. DUSlor mist hazards . Gre.ter than .venae explosion hazard 60-100 3~

I. Lar,e qUlnlili .. of combullible liquids

I. 2000-6000 ,"1 40-55 2. 6000-20000 ,al S5-7S 3. 20000-50000 ,al 75-100

I

J. Ol her 4. "bove 50000 ,al 100+ 0-20

SPH 10111

-

IJ

4. Special Process Hazards (SPH)

A. Lew pressur. «IS psig) 0-100

B. Operatio" in or nc ar explosio" rlnlc O-ISO C. Lew lemperature: I. Carbon sleel SU" to - 2U"F IS

2. <-2O"F 2S

D. High lemperalure: \. > nashpoinl 10-20 2. >boilina-poinl 25 3. >aulo-ignilion 35 E. Hi,h pressure 1. 2SI)..30oo psi, 30 2. > 3000 psi, 60 F. Processes or re,clions diflicull 10

S(~I()()

eonlrol

60

G. Dust or mist hazards 30-60 H. Grul .. Ihln aver.,e e.plosion hlzard 60-100

I. Lar,e qUlnlilie. of combuslible liquids

.O-S5 I. 2000-6000 ,"1 ? 2. 6000-20000 ,al S5-7S 3. 20000-50000 ,al 75-100 •. "bove SO 000 ,al 100+ J. Olher 0-20 SPH 10111

-

60 S. Fire and Explosion Indn: [(loo+SPH 10Ial)/looj><Tolll No. 3

-

_J?I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest VeHigbeid & Plant Layout

zeer gevaarlijke processen. Bij de processen die als mogelijk gevaarlijk kunnen worden betiteld zal gekeken gaan worden wat de gevaarlijkste stof is aan de hand van de 'material factor' [3.1]. Deze wordt bepaald met de onderste calorische waarde van de gevaarlijke stoffen, die gevonden dan wel berekend kunnen worden in [3.2], [3.3] en [3.4]. Deze waarde wordt gebruikt om de FEl-index te bepalen.

Nu de FEl-index bepaald is kan in tabel 3.2 opgezocht worden wat de eventueel te nemen maatregelen zijn.

3.1.5 Resultaten en berekeningen

Om te beginnen staan in tabel 3.3 de stoffen die in het proces voorkomen. Van de als onafhankelijk beschouwde deelprocessen worden de strippers, de droger en de selectieve katalytische oxidator verder onderzocht

In tabel 3.4 staan de calorische waarden van de gevaarlijke stoffen. In de tabellen 3.5

tlm

3.8

staan de FEl-index bepalingen. In tabel 3.9 is een overzicht te vinden van de resultaten van de FEl-index.

3.1.6 Conclusies en aanbevelingen

Uit tabel 3.9 blijkt dat voor de condensaat stripper geen aanpassingen nodig zijn.

Voor de cyclonencascade stripper is de regelbaarheid het punt van verhoogde aandacht. Hier zou aandacht besteed kunnen worden aan het meet- en regelwerk.

Voor de droger is de aanwezigheid van stof de voornaamste oorzaak van het gevaar. Gezien het feit dat dit deel van het proces al bij voorbaat overdekt wordt zou gekozen kunnen worden voor een bebouwing met een zeer lichte dakconstructie.

Voor de selectieve katalytische oxidator geldt dat het als gevaarlijker betiteld moet worden omdat het hier om meerdere reacties in een zelfde vat gaat en dat de operatietemperatuur in de buurt is van de spontane explosie temperatuur van een van de componeneten. Een verzachtende omstandigheid hierbij is dat de concentrtaie van deze stof dermate laag is dat het geen gevaar zal opleveren.

Hierboven zijn met name de veiligheidsaspecten met betrekking tot de apparaten beschouwd. Met het ontwerp van de plant layout is vooral rekening gehouden met een goede toegankelijkheid van de verschillende apparaten. Verder is de bedrijfsveiligheid geholpen door de pijpen die onderhoudswegen passeren via goten te laten oversteken. De veiligheid met betrekking tot de bedrijfsvoering en de oorzaken met mogelijke gevolgen van menselijk falen dienen in een zeker in een vervolgonderzoek aan de beurt te komen.

I

I

I

I

I

I

!

I

,

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest VeUigbeid & Plant Layout

3.1.7 Literatuurlijst

[1] Wells, G.L., Safety in Process Plant Design. John Wiley & Sons, New York & Toronto, 1980.

[2]

[3]

[4]

[5]

N.V. Nederlandse Gasunie, Basisgegevens Aardgassen. 1980.

Perry R.H., Green D., Perry' s Chemical Engineer' s Handbook. 6th edition, Mc-Graw-Hill.

M.L.M. Stoop, Inventarisatie van de mestverwerking in Nederland. TU Eindhóven, 1988.

G-groep verslag, Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest tot

strooibare korrel. Laboratorium van de Apparatenbouw voor de procesindustrie,

TU-Delft, 1991.

I

I

:

1

~

_~

;

1

I I

I

I

1

I

:

I

.

:

1

I

I

I

I

1

I

I

3.2 LAYOUT

De apparaten van de mestverwerkingsinstallatie worden opgesteld zoals getekend in tig 1. De installatie is als een open laagbouw gebouwd. Volgens statistische gegevens (zie Chemische Fabriek deel 1b 1), tabel 1-11) zijn de kansen op brand en ontploffing kleiner

bij open laagbouw' dan die bij gesloten constructies. Er wordt wel een opslagloods gebouwd voor het droge produkt. Het produkt wordt in containers opgeslagen die de opslagloods in en uitgereden kunnen worden. De hoofdingang van de plant is zo gekozen dat men de voedingsopslagtank makkelijk kan bereiken. Het hoofdpad is minimaal 6 meter breed en loopt om de hele installatie. Deze is belangrijk om de toegang naar de apparaten te vergemakkelijken bij het schoonmaken en eventuele reparaties van de apparaten. Daarnaast worden ook een paar zijpaden getekend om de voornoemde redenen en inspectiesmogelijkheden. De zijpaden zijn 2 meter breed omdat reparaties en het schoon-maken vanaf deze zijpaden minder ruimte vergt. De controlekamer (3) is gemaakt voor 2 mensen en is ongeveer 10 meter verwijderd van de installatie. Dit uit veiligheids- en gezondheidsoverwegingen. Het langdurig inhaleren van ammoniak die eventueel bij het proces vrijkomt is slecht voor de luchtwegen, ogen en huid (zie de Chemiekaarten 2), pg

42 en 43). De stoomketel is ook 10 meter van de installatie en de controlekamer verwij-derd uit veiligheidsoverwegin5en zodat bij ontploffmg of brand van de ketel, de kans op verdere schade beperkt blijft.

Het leidingsysteem is verdeeld in drie sectoren. De leidingen worden zowel boven- als ondergronds geïnstalleerd.

De voordelen van de ondergrondse tegenover de bovengrondse leiding zoals genoemd in 1)

zijn:

konstante temperatuur kan worden behouden. geen bevriezingsgevaar voor waterige stromen. weinig kans op beschadiging.

geen verkeersobstakel. De nadelen daarvan zijn:

hogere installatie en aanschafkosten. vaak corrosiebescherming nodig.

inspektie van de pijpen slecht mogelijk. onderhoud is kostbaar

Het leidingsysteem voor de mest-, filtraat- en mestkoekstromen (tig 2) is deels onder-gronds gekozen (de leidingen die de paden passeren) en deels laag-bovenonder-gronds geïnstal-leerd dit om de pompenergie te sparen. De leidingen voor de stoom- (tig 3) en de dampstroom (tig 4) zijn boven de installatie geinstallerd behalve het stuk dat tussen de ketel en de installatie ligt. Dit stuk is weer ondergronds geïnstalleerd omdat deze leiding behoorlijk lang is. Door het ondergronds te installeren kan de temperatuur van de stoom konstant worden gehouden.

Verder wordt een aparte tekening gemaakt van de condensaatstromen (tig 4). De conden-saatstroom uit de droger wordt teruggestuurd naar de stoomketel via een ondergrondse leiding om daarna herbruikt te worden als ketelvoedingwater. De andere stroom is de condensaatstroom die komt van de verdampers en de droger. Die condensaatstroom is

i

I

1

I

I

I

I

I

I _,

I

I

I

1

I

!

1

1

I

1

I

I

I

I

I

1

schoon genoeg om te lozen, maar niet schoon genoeg voor herbruik in de stoomketel. Voor de lucht-ammoniakstroom (fig 5) zijn de leidingen hoog geïnstalleerd, want het gaat de weg passeren. De riolering is gemaakt langs de paden aan de installatie, deze dient voor bijvoorbeeld de condensaatafvoer of afvoer van regen- en spoelwater. De riolering is 0.5 m breed.

I

I

,

I

I

I

I

I

I

1

_j

1

:

_l

1

1

1

i

:

~

1

I

I

I

APPARATENLUST

1. 2.

3.

4.

5.

6. 7.

8.

9.

10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Cyclonen cascade stripper

Selectief katalitische verbrandingsinstallatie Controlekamer

Flashverdamper Condensaatstripper Voorverwarmer (2e stap) Valfilmverdampers

Buffer voor de verdampers Luchtcondensor

Voorverwarmer (1 e stap) Roterende pijpenbundel droger Menger

Zeefbandpers

Voedingsopslagtank (teven.s als buffer voor 2 dagen) Stoomketel

I

I

_I

I

,

I

I

I

I

I

i

l

I

,

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

[ ]

3

LAYOUT:

4

00 00 00 00 00 00 HOOF DINGANG

o

-5

o

I

16

14

12 ... 1 -'--_ _ --'

' - - - ' , 10

7.r:().dJ

eeO

<J

CE]

Cl

'9l~---I

t: 6~ 00 00 00 00 00 00 1

I

_'-1---'

o

2

FIG 1. DE LIGGING VAN DE APPARATEN

I I

o

1

5

Versie: 1

G-Gt"oep

91

20.

VER"'ERKING VAN VDM Door'l

TU DELFT fACUL TEl T DE ~ ... ,. ·.iFlt-, .. ,'" , .. ;, " ' . , : . • " '" •. ':': .• ,; ,'.1 ". '" ••.. ;. '.' • " ,.

10

M

Do.

tUM:11-12-91

I

I

I

D

I

I

i

l

, i

J

I

D

I

1

1

I

1

I

I

1

I

1

1

o

i

l

!

I ,

I

I I

o

1

5

10

M

I

LAYOUT:

F"lG 2. MES:TLEIDINGEN Versie: 1

Do.

tUrrI: 11-12-'

i

G-Groep

91

20.

VER\.JERKING VAN VDM

Doorl

D. A. Sugl>ng

1

1

TU DELFT fACUL TElT DER 'NERKTUIGBOU\tIKUNDE VAKGROEP APPARATENBOU\tl voor de PROCE:SINDU:STRIE

I

I

I

~

j

I

I

!

I

:

1

I

I

I

I

I

I

I

,

-1

I

I

j

'

I

i

I

I

I

I

I

I

D

I

011

11

0

I I

0

D

[JD

I

00 00 00 00

0

00 00 00 00 00 00 00 00 I I

o

1

5

10

M

LAYDUT: FIG 3. DE VERSE STOOM LEIDINGEN Versie: 1

Do.

tUl'rj: 11-12-91

G-G~"oep 91 20. VER\.IERKING VAN VDM

Doorl

D. A. Sugeng

[ ]

I

I

I

_I

I

6

D

I I

'

I

I .I

-I

I

I

I

.

I

0

arpVllvl

I

(jD

:::

I

.

I

00 00

I

I

00 00

0

00 00 00 00 00 00 00 00

I

I

I I

o

1

5

10

M

I

LAYDUT:

G-Groep

I="IG 4. DAMP LEIDINGEN

91

20.

VER'WERKING VAN VDM

Versie: 1

I

Do. tUfY\:11-12-91

Doorl D. À. Sugl'ng

I

TU DELfT fACULTEIT DER \>IERKTUIGBOU'w'KUNDE VAKGROEP APPARATENBOIJ'w' voor de PROCESINDUSTRIE

I

I

_,.

I[J

I

,

I

I

I

011

11

I

()

I I

I

I

1

I

1

1

Afgo.!J

1

,

I

I

!

I

I

I I

o

1

5

10

M

I

LAYOUT:

F"IG b

.

. AMt.4[]NIAKLUCHT~BEHA~mELING~LElDINGEN Versie: 1

Do.

tUM: 11-12-91

G-Groep

91

20.

VERIJERKING VAN VDH

Doorl

D. A. Sugfmg

I

TU DELFT FACUL TElT DER 'NERKTUIGBOU\VKUNDE VAKGROEP APPARATENBOU'N voor de PROCESINDUSTRIE

~~~=---~~~=-~=--I

·

1

1

1

1

I

1

-I

1

1

1

1

1

Literatuur 1. Montfoort AG

Kollegediktaat Chemische Fabriek (st 44) deellb

Fac. der Scheikundige Technologie en der Materiaalkunde

TU Delft, 1988 2. Chemiekaarten

I

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

I

1

I

I

I

1

1

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Milieuaspecten

4

EISEN TEN AANZIEN VAN HET MILIEU:

EMISSIENORMEN

4.1

Inleiding

Emissie van afvalstromen door een fabriek kan schade berokkenen aan mens en natuur. Bij het bouwen van een chemische fabriek moet het uiteindelijke procesontwerp afgestemd worden op de eisen waaraan voldaan moet worden. Deze eisen zijn bijna altijd vastgelegd in een aantal wetten door de regionale of landelijke overheden. De belangrijkste wet waar-mee op milieu- en veiligheids-gebied rekening dient te worden gehouden, is de Wet Algemene Bepalingen Milieuhygiëne (W ABM). Hierin zijn een aantal wetten samen-gevoegd, te weten:

*

Wet houdende regelingen omtrent de ontgrondingen

*

Mijnwet

*

Kernenergiewet

*

Grondwaterwet

*

Wet verontreiniging oppervlaktewateren

*

Wet olieverontreiniging zeewater

*

Wet luchtverontreiniging

*

Destructiewet

*

Wet chemische afvalstoffen

*

Mvalstoffenwet

*

Wet geluidshinder

Andere wetten waarmee men te maken krijgt tijdens de bouw van een fabriek zijn:

*

Elektriciteit

*

*

*

*

*

*

*

*

Waterleidingwet Hinderwet

Wet gevaarlijke stoffen Veiligheidswet

Stoomwet Wet drukvaten

Wet gevaarlijke werktuigen

Gemeentelijke brandbeveiligingsvoorschriften

De normstelling die moet worden nageleefd, wordt bepaald door het ministerie van VROM en het Rijks Instituut voor Volksgezondheid en Milieuhygiëne (RIVM). Deze normen zijn gebaseerd op concentraties die volgens de huidige stand van de medische wetenschap, aanleiding kunnen geven tot gevaar voor de gezondheid. Achtereenvolgens zullen nu de verschillende emissienonnen en andere eisen ten aanzien van het milieu, voor deze mestverwerkingsfabriek besproken worden. Hierbij wordt voornamelijk uitgegaan van de voorlopige inspectie richtlijn mestverwerkingsinstallaties (lit.[2]). Deze richtlijn is

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Milieuaspecten

opgesteld ten behoeve van de advisering aan controlerende instanties en de

mestverwerkende industrie, aangezien nog veel onzekerheden bleken te bestaan met betrekking tot de milieuhygiënische eisen waaraan een mestverwerkingsinstallatie moet voldoen. Vanwege het feit dat van sommige mestverwerkingsprocessen een aantal milieu aspecten nog onvoldoende kunnen worden beoordeelt, zullen sommige van de gepresenteerde nonnen en richtlijnen een voorlopig karakter hebben. In de komende jaren zal een eventuele bijstelling plaatsvinden op basis van evaluaties van de technische ontwikkelingen op dit gebied. In 1994 zal de richtlijn definitief worden gemaakt. De in deze richtlijn vermelde n~rmstelling is niet gebaseerd op de best bestaande techniek (BBT) maar op de best uitvoerbare techniek (BUT), omdat de mestverwerking als

"milieuvriendelijk" wordt omschreven en zeker in het begin betaalbaar dient te blijven. Totdat de richtlijn definitief wordt, zijn meet-, registratie- en onderzoeks-verplichtingen verplicht. In deze overbruggingsperiode kan een tijdelijke vergunning aangevraagd worden, die dan in 1994 eventueel omgezet kan worden naar een definitieve vergunning.

4.2

Lucht

Bij emissies in de lucht zijn de volgende parameters van belang:

*

Geur; de geurnonn wordt uitgedrukt in een geureenheid per kubieke meter.

*

*

*

*

Hieronder wordt de dusdanige hoeveelheid stof in een m3 geurvrije lucht verstaan, zodat het luchtmonster door de helft van een panel van waarnemers juist kan worden onderscheiden van geurvrije lucht.

Ammoniak; In het kader van het Bestrijdingsplan Verzuring (VROM), wordt gesproken over een ammoniakemissie-reductie van 80-90 %. Op grond van de huidige beschikbare technieken is een emissie grenswaarde van 5 mg/Nm3 opgesteld.

Stikstof oxiden en zwavel oxiden; deze oxiden ontstaan voornamelijk bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Hiervoor worden de grenswaarden uit de AMvB Stookinstallaties overgenomen. In het kader van het Bestrijdingsplan Verzuring zijn streefwaarden gefonnuleerd, die in 1994 als grenswaarden zullen gaan gelden.

Koolstofoxiden; hiervoor worden geen emissiewaarden gegeven. Om de uitstoot van COx te beperken is men verplicht energiezuinige apparatuur te gebruiken en aan te tonen dat de energie op een efficiënte wijze wordt benut. Voor CO wordt de maximale emissiewaarde uit de Richtlijn Verbranden overgenomen, deze bedraagt 50 mg/Nm3•

Zwavelwaterstof (H2S); bij b.V. vergisting ontstaan H2S en andere vluchtige

organische stoffen als componenten van biogas. Voor ~S geldt zowel een emissie-als immissie-eis. In het Indicatief Meerjaren Programma Lucht, is voor H₂S een immissiegrenswaarde van 2.5 Jlg/m3 gesteld. Als emissiegrenswaarde dient te worden voldaan aan de eis van 5 mg/Nm3•

i

I

label 4.1: Toetsingskader emissiewaarden lucht

!

.

I

I

I

i

l

j

I

I

1

1

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Component geur ammoniak (NH₃₎ stikstofoxiden (NOx) zwaveldioxide (S02) zwavelwaterstof (H₂S) koolmonoxide (CO) vluchtige or-ganische ver-bindingen (VOS) stof endotoxinen pathogene kiemen

Conc. Emissie- Emissie- Opmerkingen eenheid grenswaarde streefwaarde

GE/m3

_-

-

_{geur heeft alleen}

immissie-grenswaarden (zie tabel 2.1.3) mg/Nm3 51) mg/Nm3 _{3002•3) 1104) oliegestookt (bij 3%} O₂ als uurgemiddelde) 1753) 604) gasgestookt (bij 3% O₂ als uurgem.) mg/Nm3 _{353) 20 gasgestookte installatie} O₂ als uurgem.

mg/Nm3 _{55) zie ook}

immissie-waarde (tabel 2.1.3)

mg/Nm3 ₅₀6,7) bij 11% O

2 als uurgem.

mg/Nm3 _{205) 10 stofklasse I, bij een}

massaconcentratie van 0,1 kg/h of meer

1005•6) stofklasse 11, bij een

massacone. van 2 kg/h of meer mg/Nm3 _{20(10)8) 10 uitgangspunt:} ng/Nm3 _{* doekenfilter} KVE/Nm3 _** 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) * **

op basis van gemeten waarden uitgedrukt in N0₂

AMvB Stookinstallaties (VROM, 1990). Dit geldt voor de gasgestookte installaties, niet voor verbranding van biogas. deze waarden gelden per 1994 als grenswaarden als de beste technische maatregelen dit toestaan (Bestrijdingsplan Verzuring) (VROM, 1989a)

TA Luft (1986)(zie voor de stofklassen bijlage 5.2.7 van deel 2) uitgedrukt in C (koolstof)

Richtlijn Verbranden (VROM, 1989b)

Deze waarde geldt wel als grenswaarde voor stof, dat met een doekenfilter kan worden behandeld (bij een massaconcentratie van 0,5 kg/h of meer). Dus bijvoorbeeld stof afkomstig van pelletiseermachines, en verbranding van mest(fracties). door de lage emissiegrenswaarde voor stof wordt de

emissiegrenswaarde voor endotoxinen niet overschreden. Een immissiegrenswaarde voor endotoxinen is in dit verband derhalve niet noodzakelijk.

Er is geen grenswaarde of no-effect level voor het aantal

kolonie-vormend~ eenheden (KVE)/m3• Het percentage pathogene (o.a.

allergene) kiemen t.o.v. de totale concentratie kiemen is niet constant (Heederik en Smid, 1988). Er zijn bij bestaande openlucht composteringsinstallaties, waar grote hoeveelheden KVElm3

verwacht worden, geen aanwijzingen voor verhoogde ziekte-incidentie bij de omwonenden. In verband hiermee en in

combinatie met de voorgestelde geur- en stofeisen is het, op basis van de op dit moment beschikbare informatie, niet zinvol

een

. .r;

-

I

I

!

I

I

I

I

I

,

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

i

j

l

,

:

1

-

I

I

I

-I

I

I

Tabel 4.ll: Toetsingskader immissiewaarden lucht

Component Conc. Immissie- Opmerkingen· eenheid grenswaarde

geur GE/m3

₁

_{GE/m3 ;}

_99,5

_{perc. aaneengesloten woonbebouwing,}

gevoelige objecten zoals zieken-huizen, objecten van dag- en verblijfsrecreatie e.d.

1

GE/m3 ;

98

perc. woningen in het buitengebied, bedrijfswoningen en gevoelige industriêle- en commerciêle activiteiten

1

GE/m3 ;

95

perc. verspreidstaande agrarische bebouwing in het buitengebied; overige industriêle activiteiten zwavelwaterstof

(H₂S) mg/Nm3

_{2,5 10-}

_{3 ;}

_99,5

_perc.

•

De geurimmissiegrenswaarde mag niet worden overschreden ter plaatse van de in deze tabel genoemde objecten.

Tabel 4.llI: Indicatieve lozingseisen oppervlaktewater en RWZI

RWZI oppervlaktewater (mg/I) (mg/I) pH

6.5 - 9.0

6.5 - 9

.

0

kleur p.m. p.m. CZV

1500

-BZV

500

15

N-Kj

100

10

N0₂/N0₃

-

15

onopgeloste bestanddelen

-

30

P-totaal

30

1-2

chloride

150

150

kalium p.m. p.m. sulfaat

100

100

koper

100 10-

3

50 10-

3 zink

400 10-

3

200 10-

3 cadmium

5 10-

3

2.5 10-

3

.

-I

,

I

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfrnest Milieuaspecten

*

*

*

*

Vluchtige Organische Verbindingen (VOS); deze verbindingen bestaan o.a. uit lichte vetzuren en komen vrij tijdens het indampen en drogen van de mest. De TA Luft wordt hierbij als richtlijn aangehouden [2]. Hierbij worden VOS ingedeeld naar stofklassen. Bij bepaling van de emissie-eis voor het totaal aan VOS, moet uitgegaan worden van de aanwezige hoogst geklasseerde geëmitteerde organische verbinding. Voor VOS uit stofklasse 1 geldt een emissiewaarde van 20 mg/Nm3,

voor VOS uit stofr1_{.asse 2 is dit 100 mg/Nm}3 •

Stof en endotoxinen; stof ontstaat voornamelijk tijdens het drogen, pelletiseren of verbranden van de mest. De maximale emissiewaarde voor stof wordt voorgesteld op 10 mg/Nm3

, minimaal moet echter aan een emissie van 20 mg/Nm3 worden

voldaan.

Endotoxinen zijn van bacteriën afkomstige verbindingen die allergische reacties kunnen veroorzaken en een onderdeel van stof vormen. Als advies grenswaarde voor de blootstelling aan endotoxinen wordt een waarde van 100 ng/m3 gehanteerd. Pathogene kiemen; dit zijn schimmels of ziektekiemen die in de mest voorkomen. De mate van pathogeniteit hangt echter sterk af van soort, temperatuur,

vochtigheid, emissiegrootte en jaargetijde.

Zware metalen; deze komen eigenlijk alleen als afvalstoffen in de lucht terecht bij de directe verbranding van mest.

In tabel 4.1 worden de emissiewaarden naar lucht gegeven van de hierboven besproken categorie. Tabel

4.n

geeft de immissiewaarden in lucht voor zover deze bekend zijn. Het volgende dient ten aanzien van emissie in lucht opgemerkt te worden over de aard en hoogte van het emissiepunt:

Processen dienen zoveel mogelijk gesloten te worden uitgevoerd.

Afgassen moeten zoveel mogelijk via een centrale schoorsteen worden afgevoerd. Het aantal diffuse bronnen dient zoveel mogelijk beperkt te worden.

Met behulp van bestaande modellen kan berekend worden welke hoogte de

schoorsteen nodig heeft om te kunnen voldoen aan de immissie-eisen van geur en H2S.

1

1

1 I

!

I

I

I

I

î

l

l

:

1

:

1

1

i

l

I

.

I

I

.

,

I

I

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Milieuaspecten

4.3

Water

Algemene uitgangspunten voor het lozen van water zijn vastgesteld in de Wet

Verontreiniging Oppervlaktewateren. Op grond van stofeigenschappen zijn stoffen verdeeld in "zwarte lijststoffen" en overige verontreinigingen. Uitgaande van het Indicatief

Meerjaren Programma Water (V&W, VROM, 1984) wordt het volgende onderscheid gemaakt:

1) Emissieaanpak:

a Voor potentiële zwarte-lijst-stoffen geldt dat de verontreiniging moer worden beëindigd door gebruik te maken van best bestaande technieken (BBn.

b Bij overige verontreinigingen betreft het een breed scala van verbindingen. Bij deze groep staat gebruik van de best uitvoerbare technieken (BUT) voorop.

2) Waterkw aliteits aanpak:

Dit geldt voor relatief onschadelijke verbindingen die van nature al in oppervlaktewater voorkomen. De mate waarin deze verontreinigingen dienen te worden beperkt is primair afhankelijk van de wijze waarop het water gebruikt wordt. Als algemene beleidslijn geldt hier dat door emissie van dergelijke stoffen de waterkwaliteit niet significant mag

verslechteren. Als randvoorwaarde wordt hierbij gesteld dat lozing van effluenten van mestverwerkingsinstallaties, alleen plaats mag vinden op grote oppervlaktewateren. Lozing op min of meer stagnante eutrofieringsgevoelige wateren dient niet te worden toegestaan. De volgende verbindingen zijn essentieel voor de bepaling van de kwaliteit van het te lozen effluent uit de mestverwerkingsiI! ,Uatie:

*

Chloride (Cr); hiervan worden de lozingseisen vastgesteld in overleg met de waterkwaliteitsbeheerder. Als algemene indicatieve waarde voor lozing op zoet oppervlaktewater kan worden uitgegaan van een waarde van 200 mg/l Chloride.

*

*

*

*

Stikstof (N); Voor de totale hoeveelheid stikstofverbindingen (organisch gebonden stikstof, NH_3, nitraat en nitriet), worden lozingseisen gesteld die gelijk zijn aan die voor riool waterzuiveringsinstallaties. Dit houdt in dat uitgegaan wordt van een jaargemiddelde grenswaarde van 10 mg/l N, bij lozing op oppervlaktewater. Biochemisch zuurstofverbruik (BZV); Voor lozing op alle watersystemen wordt voorlopig een daggemiddelde lozingsnorm van het effluent geadviseerd van 20 mg O.j1 (BZV20~).

Fosfaat; Als algemene lozingsnorm wordt hiervoor 1 rng Pil gehanteerd. Zware metalen; Als indicatoren voor de lozing van zware metalen bij de mestverwerking kunnen cadmium, koper en zink aangehouden worden. De

lozingseisen zullen per geval vastgesteld moeten wordèn. Indicatieve waarden zijn vermeld in tabel 4.ill. Met RWZI worden rioolwaterzuiveringsinstallaties bedoeld.

I

I

I

I

I

,

I

i

l

I I 1

1

l

1

1

I

:

1

I

_I

I

I

I

Tabel 4.IV: Toetsingskader geluid

Aard van de woonomgeving

1. Landelijke omgeving (herstellings-oorden, stille recreatie)

2. Rustige woonwijk, weinig verkeer 3. Woonwijk in de stad

Toelaatbare equivalente geluidsniveaus in de woonomgeving dB(A) (op dichtstbijzijnde gevel)

dag avond nacht

(7.00-19.00) (19.00-23.00) (23.00-7.00) 40 35 30

45 40 35 50 45 40

I

I

I

I

1

I

I

I

I

I

I

Fabrieksvoorontwerp ter verwerking van varkensdrijfmest Milieuaspecten

4.4

Bodem

De opslag van de mest dient te geschieden overeenkomstig de richtlijnen vermeld in het Besluit Mestbasins Hinderwet. Deze houden in dat:

Ten gevolge van het vullen of legen van de basins, tankwagens etc. geen verontreiniging van de bodem op mag treden.

Bij het aan- en af-voeren van dunne mest de omgeving niet mag worden

verontreinigd. Transport dient te geschieden in gesloten tankwagens en in gesloten, mestdichte leidingen.

De fundering van opslag- en buffer-tanks moet aan de richtlijnen voldoen en gebaseerd zijn op een doelmatig grondonderzoek.

4.5

Geluid, afval en externe veiligheid

Voor de criteria en normen voor het geluid is de Circulaire Industrielawaai 1981 van toepassing. Hierbij moeten aan- en af-voertransport worden meegenomen. De gemeten waarden dienen getoetst te worden aan tabel 4.IV.

Afvalstromen die ontstaan tijdens de bedrijfsvoering dienen behandeld te worden volgens de wet chemisch afval. De bedrijfsvoering dient echter zodanig te zijn, dat de hoeveelheid afvalstoffen minimaal is.

Met betrekking tot externe veiligheid is met name het gebruik en de opslag van

brandstoffen, chemicaliën en gedroogde mest van belang. Hiervoor wordt verwezen naar het Handboek Milieuvergunningen en de richtlijnen uit de publikatie Bouwtechnische Richtlijnen Mestbasins. Voldoende aandacht moet besteed worden aan het voorkomen van stofexplosies bij de mestdroging en de bewerking van de droge mest.