Chiny: wykorzystanie gazu resztkowego etylenu? 

Szczerze mówiąc, kiedy widzisz to pytanie, pierwszą rzeczą, która przychodzi na myśl, jest typowe błędne przekonanie: ten „gaz resztkowy etylenu?” – jest to rodzaj jednorodnej substancji, z którą można pracować według jednej receptury. W praktyce wszystko zależy od konkretnego składu, ciśnienia i co najważniejsze ekonomiki procesu w konkretnym zakładzie. Wiele projektów recyklingu kończy się niepowodzeniem nie ze względu na technologię, ale dlatego, że początkowo źle oceniono te „ogony”.

Co kryje się za terminem „gaz resztkowy”?

Zacznijmy od podstaw, które z jakiegoś powodu często są pomijane w ogólnych recenzjach.Gaz resztkowy etylenu– to nie jest tylko odpływ z kolumny rozdzielacza C2. Jego skład to koktajl etylenu, etanu, metanu, wodoru, a czasami propylenu i acetylenu. Procent jest kluczowym czynnikiem. W jednym miejscu produkcji może to być strumień zawierający 60% etylenu, w innym 20%, rozcieńczony azotem. I od razu staje się jasne, dlaczego nie ma uniwersalnego rozwiązania.

Częstym błędem na początku jest próba zastosowania separacji membranowej lub adsorpcji w cyklu ciśnieniowym (PCA) dla przepływów o niskim ciśnieniu cząstkowym docelowych składników. Wydajność spada katastrofalnie, koszty kapitału nie zwracają się. Widziałem projekt, w którym próbowano oddzielić etylen ze strumienia przy całkowitym ciśnieniu 3 barów i zawartości etylenu 15%. Membrany po prostu nie osiągnęły współczynnika wzbogacenia projektu, a instalacja jest bezczynna.

Warto tu zajrzeć do źródła. Gaz z instalacji pirolizy, z instalacji odwodornienia etanu, a może gazy odlotowe ze zbiorników magazynowych? Od tego zależy nie tylko skład, ale także obecność trujących zanieczyszczeń dla katalizatorów w kolejnych procesach. Na przykład acetylen lub CO mogą być destrukcyjne dla systemów uwodornienia lub polimeryzacji, jeśli gaz zostanie poddany recyklingowi.

Główne sposoby recyklingu: nie tylko teoria

Pomijając piękne prezentacje, w Chinach szeroko stosowanych jest kilka obszarów. Pierwszy – i najbardziej oczywisty – powrót do pieca do pirolizy w postaci gazu opałowego. Wydaje się to proste i tanie. Jest tu jednak pewien niuans: wartość opałowa takiego gazu resztkowego ulega znacznym wahaniom. Jeśli nie ustabilizujesz składu mieszanki paliwowej, możesz napotkać problemy z reżimem temperaturowym w palnikach, lokalnym przegrzaniem i zwiększoną zawartością NOx. W wielu starych rafineriach tak robią - po prostu je spalają, ale w nowoczesnych kompleksach o rygorystycznych normach środowiskowych to już nie będzie działać.

Drugi sposób to separacja i recykling. Wiodą tu technologie głębokiego chłodzenia i destylacji niskotemperaturowej. Ale są energochłonne. Uzasadnione tylko w przypadku dużych ilości i dużej zawartości docelowego C2+. Klasycznym przykładem jest instalacjaodzyskiwanie gazu resztkowego etylenuw kompleksie Ningbo Heyuan, gdzie strumienie o wysokiej zawartości etanu i etylenu oddzielane są i zawracane do głowicy technologicznej. Ekonomia osiągnęła konwergencję ze względu na skalę.

Trzeci sposób, który nabiera tempa, to wykorzystanie jako surowca do syntezy. Na przykład hydroformylowanie lub bezpośrednie utlenianie. Jest to jednak konwersja chemiczna, która wymaga osobnego, często kapryśnego procesu katalitycznego. Wdrożenie tego jest ryzykowne bez szczegółowych testów pilotażowych. Znam przypadek w jednej z fabryk w prowincji Jiangsu, gdzie próbowano zorganizować produkcję aldehydu propionowego z gazu resztkowego etylenu. Projekt utknął w martwym punkcie na etapie rozwoju katalizatora – szybko uległ on dezaktywacji ze względu na śladowe ilości siarki.

Praktyczne trudności i pułapki

O tym rzadko się pisze w podręcznikach, a z czym można się spotkać na każdej stronie. Pierwszą z nich są wahania składu. Piec do pirolizy nie jest mechanizmem zegarowym; zmienia się skład surowców, dostosowuje się tryby. A gaz resztkowy unosi się? razem z tym. System recyklingu nie powinien być projektowany na wartości średnie, ale na możliwy zakres. Inaczej w jednym?idealnym? dziennie, sprężarka może otrzymać nadmierne obciążenie lub separator może już nie wytrzymać.

Drugie to zagadnienia materiałoznawstwa. Jeśli gaz zawiera wilgoć i ślady kwasów, korozja rozpoczyna się, gdy ostygnie poniżej punktu rosy. Standardowa stal węglowa może nie być odpowiednia w sekcjach niskotemperaturowych. Trzeba zainstalować stal nierdzewną, co czyni projekt droższym. A jeśli w procesie jest używanyadsorpcjalub separacji membranowej, zanieczyszczenia (nawet w ppm) mogą nieodwracalnie zatruć adsorbent lub zatkać membrany.

Trzecim problemem jest integracja nowego systemu recyklingu z istniejącą infrastrukturą zakładu. Często brakuje wolnego miejsca, trzeba ciąć działające pod ciśnieniem rurociągi i koordynować długie postoje. Czasami efekt ekonomiczny utylizacji pochłaniają koszty tych prac instalacyjnych i organizacyjnych.

Doświadczenie technologii Chengdu Yizhi: nie panaceum, ale systematyczne podejście

W kontekście rozmowy o integracji i praktycznym wdrożeniu warto wspomnieć o doświadczeniach instytutów projektowych. Jednym z nich jestChengdu Yizhi Technology Co.(spółka zależna Chengdu Huaxi Chemical Technology). Nie sprzedają „magicznych pudełek”, ale działają jako instytut projektowania pełnego cyklu. Ich strona internetowayzkjhx.ru– to tak naprawdę portfel zrealizowanych projektów petrochemicznych.

Co jest wartościowego w ich podejściu? Zaczynają nie od wyboru technologii, ale od szczegółowego audytu konkretnego strumienia gazów resztkowych w konkretnym zakładzie. Próbki pobierane są o różnych porach dnia, w różnych trybach pracy instalacji. Budują prawdziwy obraz, a nie pracują z danymi paszportowymi. Następnie modelują opcje: gdzieś bardziej opłaca się zainstalować moduł wstępnyseparacja gazów, aby gdzieś zwiększyć stężenie etylenu przed recyklingiem - zintegrować przepływ z układem paliwowo-gazowym ze wstępnym mieszaniem i kontrolą wartości opałowej.

Z ich praktyki: był projekt zakładu produkcji PCW, w którym z sukcesem zintegrowano gaz resztkowy o niskiej zawartości etylenu (około 25%) z układem paliwowym kotłów, ale z instalacją systemu analizy online i automatyczną kontrolą składu mieszanki. Rozwiązanie nie jest najnowocześniejsze, ale niezawodne i opłacalne w postaci ograniczenia zakupów gazu ziemnego. Kolejny z ich projektów, przeprojektowanie systemu odzysku na kompleksie etylenu, pozwolił na zwiększenie zwrotu etylenu o 2-3%, co przy dużych wolumenach zapewniło znaczący efekt ekonomiczny.

Patrząc w przyszłość: trendy i ograniczenia ekonomiczne

Gdzie wszystko zmierza? Trendem jest oczywiście cyfryzacja i analityka predykcyjna. Czujniki do analizy składu online połączone z systemem kontroli procesu (PCS), który może przewidywać zmiany w przepływie i dostosowywać działanie instalacji odzysku. To już nie jest science fiction; takie systemy zaczynają być wdrażane.

Drugim trendem jest miniaturyzacja i modularyzacja instalacji. Nie gigantyczne warsztaty, ale kompaktowe, niemal kontenerowe rozwiązania do wykorzystania małych przepływów gazu w średnich i małych przedsiębiorstwach. To może stać się niszą.

Jednak głównym ograniczeniem – i zawsze było – jest ekonomia. Cena etylenu na rynku, koszt energii elektrycznej do funkcjonowania instalacji kriogenicznych, taryfy za emisję CO2. Jeśli cena produktu będzie niska, a energia droga, to nawet najbardziej zaawansowana technologia recyklingu etylenu z gazów resztkowych będzie nieopłacalna. Wszystkie rozwiązania techniczne opierają się na tym prostym rachunku. Dlatego często optymalne rozwiązanie nie jest rozwiązaniem najbardziej zaawansowanym technologicznie, ale najlepiej dostosowanym do lokalnych warunków i cen. Czasem jest to po prostu dobrze zorganizowane spalanie z odzyskiem ciepła. I nie ma w tym nic złego - taka jest praktyka inżynierska.