Industrial scale investigation of nitrogen flow and consumption

Abstract

For many chemical processes, it is important to prevent unwanted chemical reactions, remove contaminants, and ensure process safety. Due to its abundance in the atmosphere and inert properties, nitrogen gas provides a cheap and viable alternative to ensure that these factors are met. Depending on the applications and scale of consumption, selecting a suitable nitrogen production method grants the most economically feasible way to produce it.

This bachelor’s thesis investigates the nitrogen gas consumption in production units at Borealis Polymers Oy’s Kilpilahti site. In addition, the thesis examines the different production methods for nitrogen production with the safety aspect in mind in the form of a literature review. The aim of this thesis was to investigate and determine nitrogen consumption and recognize any discrepancies in the Borealis’ mass balances. The mass balances were calculated with the help of online meters and P&ID charts.

With the results it can be concluded that the average inflow to production units is ~1880 kg/h and the yearly consumed amount is 15 M kg with the price tag of ~3 M€ per year. With additional examination of mass flow an uncalibrated flowmeter was found. The discrepancies in the flowmeter acted differently in different flow ranges, but a depiction of the discrepancies was made with flow-group division and prediction intervals.

Monissa kemianteollisuuden prosesseissa on tärkeää estää ei-toivotut kemialliset reaktiot, poistaa epäpuhtaudet ja varmistaa prosessin turvallisuus. Typen runsauden ilmakehässä ja sen inerttien ominaisuuksien takia, se tarjoaa halvan ja käyttökelpoisen vaihtoehdon yllä mainittujen tekijöiden täyttymisen varmistamiseksi. Typen sovelluksista ja kulutuksen koosta riippuen sopivan typen tuotantomenetelmän valinta takaa taloudellisesti toteuttamiskelpoisen tavan tuottaa sitä.

Tässä kandidaatintyössä tutkikaan typpikaasun kulutusta Borealis Polymers Oy:n Kilpilahden toimipisteen tuotantoyksiköissä. Lisäksi työssä tarkastellaan kirjallisuuskatsauksen muodossa typen tuotannon menetelmiä turvallisuusnäkökulmat huomioiden. Kokeellisen työn tavoitteena oli tutkia ja määrittää typen kulutus sekä tunnistaa mahdolliset poikkeamat Borealiksen massataseista. Massataseet laskettiin online-mittareiden ja PI-kaavioiden avulla.

Kokeellisen työn tulosten perusteella voidaan päätellä, että näissä yksiköissä keskimääräinen kulutus on 1880 kg/h ja vuotuinen kulutus on 15 M kg tai ~3 M€ vuodessa. Massavirtojen tarkemassa katsauksessa löydettiin kalibroimaton virtausmittari. Virtausmittarin poikkeamat käyttäytyivät eri tavoin eri virtaus väleillä, mutta kuitenkin kuva poikkeamista saatiin virtausryhmäjaolla sekä ennusteväleillä.