تحلیل پیامدهای محیط زیستی صنایع پتروشیمی با استفاده از رویکرد ارزیابی چرخه حیات (مطالعه موردی: واحد آمونیاک پتروشیمی خراسان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه علوم و مهندسی محیط‌زیست، دانشکده شیلات و محیط‌زیست، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: در طول عمر یک محصول همه فعالیت‌ها و فرآیندها با مصرف منابع و انتشار آلاینده­ها و مواد به محیط طبیعی و برخی تبادلات محیط‌زیستی همراه هستند. دراین‌بین، صنایع پتروشیمی نیز معمولاً دارای آلودگی­ها و زائداتی هستند که از لحاظ ماهیت و ترکیبات شیمیایی خطرناک هستند و ممکن است موجب بروز بحران‌های محیط‌زیستی گردند. برای کنترل تمام آثار محیط‍‌‌‌‌ زیستی یک محصول، باید اثرات محیط‌زیستی آن در طـول چرخه عمرش مدنظر قرار گیرد. ارزیابی چرخه حیات، انتقال اثرات محیط­زیستی را از یک محیط به محیط دیگر و از یک مرحله چرخه حیات به مرحله دیگر مشخص می‌کند. هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی چرخه حیات محصول و برآورد شاخص‌های محیط زیستی واحد آمونیاک پتروشیمی خراسان است.
 مواد و روش‌ها: ارزیابی چرخه حیات واحد آمونیاک پتروشیمی خراسان طی چهار مرحله انجام شد: 1- تعریف هدف و دامنه شامل تعیین مرزهای سیستم و واحد عملکردی، 2- فهرست‌نویسی چرخه حیات شامل جمع‌آوری فهرستی از انرژی و مواد خام ورودی به سیستم، نحوه حمل‌ونقل و توزیع، مواد خروجی از سیستم شامل انتشارات به آب، خاک، هوا و پسماند)، 3- ارزیابی اثرات چرخه حیات با استفاده از روش ReCiPe 2016 Endpoint (I) در نرم‌افزار SimaPro (v9.0.0.35)  و 4- تفسیر نتایج: تفسیر نتایج و مقایسه داده‎‌های مربوط به تحلیل فهرست‌نویسی و مرحله ارزیابی اثرات جهت ارائه راهکار، انتخاب یا پیشنهاد محصول، فرآیند یا فناوری برتر انجام می­شود و طبقه اثرات محیط‌زیستی که بیشترین صدمات به آن‌ها وارد شده است و عواملی که باعث این اثرات محیط‌زیستی شده‌اند، معرفی و تحلیل خواهند شد.
نتایج و بحث: نتایج نشان داد که بیشترین اثرات سوء این واحد در طبقات اثر نهایی، متوجه اثر بر سلامت انسان به دلیل مصرف متان، بخارآب، انتشارات واحد آمونیاک و گاز طبیعی است. در طبقات اثر میانی بیشترین اثرات منفی به ترتیب مربوط به طبقه اثر تشکیل ذرات معلق، طبقه اثر گرمایش جهانی (اثر بر سلامت انسان)، اسیدی شدن و کمبود منابع فسیلی است. متان بیشترین اثرگذاری را در طبقه اثر تشکیل ذرات معلق و گرمایش جهانی دارد، احتراق ناقص متان ممکن است ذرات معلقی مانند کربن سیاه و دیگر آلاینده‌ها مانند NOX و CO تولید کند، این ذرات می‌توانند بر طبقه اثر تشکیل ذرات معلق، گرمایش جهانی و همچنین سلامت انسان تأثیر منفی بگذارند. در طبقه اثر کمبود منابع فسیلی بیشترین اثر منفی مربوط به مصرف گاز طبیعی، به عنوان خوراک و عامل اثر در طبقه اسیدی شدن نیز مربوط به متان و بخار آب است.
نتیجه‌گیری: به‌طورکلی، نتایج نشان می‌دهد که وابستگی بالای فرایند تولید آمونیاک به سوخت‌ها و خوراک‌های فسیلی و همچنین انتشارات مرتبط با متان و فرایند تولید، عامل اصلی بروز اثرات محیط‌زیستی این واحد در طبقات اثر میانی و نهایی است. شناسایی این اثرات و ارائه راهکارهای هدفمند می‌تواند نقش مؤثری در بهبود عملکرد محیط‌زیستی و کاهش پیامدهای منفی ایفا کند. در این راستا، به‌کارگیری فناوری‌های جذب و کاهش انتشار CO₂ در واحد ریفرمینگ بخار متان، کاهش نشت متان از طریق پایش مستمر و استقرار سیستم مدیریت انرژی مبتنی بر پایش لحظه‌ای مصرف سوخت و بخار از مهم‌ترین اقدامات پیشنهادی به شمار می‌رود. همچنین بهسازی سیستم‌های کنترل آلاینده‌ها، بهینه‌سازی عملکرد کاتالیست‌ها به‌منظور افزایش راندمان واکنش، بازیابی حرارت از گازهای خروجی کوره‌ها و ریفرمرها و بهینه‌سازی شرایط احتراق از دیگر راهکارهای مؤثر محسوب می‌شوند. استفاده از مشعل‌های کم‌آلاینده نیز می‌تواند انتشار NOx و اثرات مرتبط با اسیدی شدن و تشکیل ذرات معلق را کاهش دهد. قابلیت تعمیم و اجرا در سایر واحدهای پتروشیمی با شرایط عملیاتی مشابه را نیز دارا می‌باشند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Analyzing the Environmental Impacts of Petrochemical Industries Using a Life Cycle Assessment Approach (Case Study: Ammonia Unit of Khorasan Petrochemical Company)

نویسندگان [English]

  • Ali Jafari
  • Sepideh Saeidi
  • Hassan Rezaei
Department of Environmental Sciences, Faculty of Fisheries and Environmental Sciences, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Introduction: Throughout the life of a product, all activities and processes are associated with resource consumption and the release of pollutants and materials into the natural environment and some environmental exchanges. In the meantime, petrochemical industries also usually have pollutants and wastes that are dangerous in terms of their nature and chemical composition and may cause environmental crises. To control all environmental effects of a product, its environmental effects must be considered throughout its life cycle. Life cycle assessment determines the transfer of environmental effects from one environment to another and from one stage of the life cycle to another. The purpose of this research is life cycle assessment and estimate the environmental indicators of the ammonia product of Khorasan Petrochemical Company.
Material and methods: The life cycle assessment (LCA) of the ammonia unit at Khorasan Petrochemical Complex was conducted in four main stages: (1) Goal and scope definition, including determination of system boundaries and the functional unit; (2) Life Cycle Inventory Analysis, involving the collection of data on energy and raw material inputs to the system, transportation and distribution modes, and system outputs, including emissions to water, soil, air, and waste generation; (3) Life Cycle Impact Assessment using the ReCiPe 2016 Endpoint (I) method implemented in SimaPro software (v9.0.0.35); and (4) Interpretation of results, in which the inventory and impact assessment results were analyzed and compared in order to propose improvement strategies and to identify and evaluate the environmental impact categories experiencing the greatest damage, as well as the key contributing factors.
Results and discussion: The results indicated that, at the endpoint level, the most significant adverse impacts of this unit are associated with human health, mainly due to the consumption of methane, steam, emissions from the ammonia unit, and natural gas. At the midpoint level, the highest negative impacts were related, respectively, to particulate matter formation, global warming (human health), acidification, and fossil resource scarcity. Methane showed the greatest contribution to particulate matter formation and global warming. Incomplete combustion of methane can generate particulate matter such as black carbon, as well as other pollutants including NOx and CO, which adversely affect particulate matter formation, global warming, and human health. In the fossil resource scarcity category, the main negative impact was attributed to the consumption of natural gas as feedstock, while in the acidification category, methane and steam were identified as the main contributing factors.
Conclusion: Overall, the results demonstrate that the strong dependence of the ammonia production process on fossil fuels and feedstocks, together with emissions associated with methane and the production process, is the main cause of the environmental impacts observed at both midpoint and endpoint levels. Identifying these impacts and proposing targeted mitigation measures can significantly improve the environmental performance of the ammonia unit and reduce its negative consequences. Accordingly, the implementation of CO₂ capture and reduction technologies in the steam methane reforming unit, reduction of methane leakage through continuous monitoring, and establishment of an energy management system based on real-time monitoring of fuel and steam consumption are among the most important recommended measures. In addition, upgrading pollution control systems, optimizing catalyst performance to improve reaction efficiency, recovering heat from furnace and reformer exhaust gases, and optimizing combustion conditions are considered effective strategies. The use of low-NOx burners can further reduce NOx emissions and the associated impacts related to acidification and particulate matter formation. These measures are also applicable to other petrochemical units operating under similar conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Petrochemical Industries
  • Ammonia
  • Life Cycle Assessment
  • Environmental Impacts