Chiny: wykorzystanie gazu resztkowego etylenu? 

Jeśli chodzi o recykling gazu resztkowego etylenu w Chinach, wiele osób od razu wyobraża sobie zakłady uwodorniania na dużą skalę lub drogie projekty mające na celu przywrócenie go do pirolizy. Jednak rzeczywistość na miejscu jest często znacznie bardziej prozaiczna i złożona. Głównym problemem nie jest brak technologii, ale jej ekonomiczna wykonalność dla konkretnego zakładu, zwłaszcza jeśli chodzi o stosunkowo małe lub stare zakłady produkcyjne. Często widzę inżynierów próbujących zastosować pomysły z „książek”. decyzje bez uwzględnienia faktycznego składu gazu, wahań obciążenia czy zwykłego braku miejsca na sprzęt.

Co tak naprawdę kryje się w „ogonach”?

Zacznijmy od podstaw, które z jakiegoś powodu często są pomijane. Gaz resztkowy etylenu nie jest tylko standardową mieszaniną. Jego skład jest odciskiem palca konkretnej produkcji pirolizy. Oprócz etylenu i propylenu może występować wszystko, od wodoru i metanu po acetylen, MAPD (metyloacetylen i propadien), a nawet śladowe ilości związków aromatycznych. W jednym projekcie, na który natknąłem się około pięć lat temu, głównym problemem nie był nawet etylen, ale wysoka zawartość wodoru, co było „mylące?” standardowych schematów uwodornienia i wymagały dodatkowego etapu rozdzielania.

Dlatego pierwszym krokiem nie powinien być zawsze wybór technologii z katalogu, ale długa i szczegółowa analiza składu gazu. Nie jednorazowe, ale rozłożone w czasie, biorąc pod uwagę wszystkie tryby pracy pieców. Zdarzało się, że instalacja zaprojektowana dla „przeciętnego” składu po prostu nie była w stanie poradzić sobie ze szczytowymi obciążeniami lub odwrotnie, przy minimalnej wydajności stała się nieopłacalna. To jest właśnie ten moment, w którym teoria odbiega od praktyki.

W tym miejscu warto wspomnieć o podejściu niektórych instytutów projektowych, które specjalizują się w tego typu niestandardowych rozwiązaniach. Na przykład Chengdu Yizhi Technology Co., która jest działem projektowym i badawczym firmy Huaxi Technology. Ich praca często rozpoczyna się od dogłębnego audytu i modelowania, a nie od sprzedaży gotowego urządzenia. To właściwy sposób, chociaż nie najszybszy.

Uwodornienie: nie panaceum, ale narzędzie

Jeśli chodzi o recykling, pierwszą myślą jest uwodornienie katalityczne w celu odzyskania etylenu i propylenu. Technologia jest sprawdzona, ale... Słowo klucz to katalizator. Wybór katalizatora to sztuka. Musi być selektywny specyficznie dla naszych docelowych składników (powiedzmy acetylen i MAPD), ale jednocześnie nie wpływać na etylen i nie powodować przegrzania. Na jednej z instalacji długo zmagaliśmy się z szybkim koksowaniem katalizatora. Okazało się, że winowajcą były ślady wyższych olefin, których po prostu nie „wyłapano” w pierwotnej analizie.

Kolejnym niuansem jest odprowadzanie ciepła. Reakcja uwodornienia jest silnie egzotermiczna. Jeśli nie zapewnisz skutecznego usuwania ciepła, możesz uzyskać nie selektywne uwodornienie, ale całkowite uwodornienie wszystkiego, z gwałtownym wzrostem temperatury i zagrożeniem dla reaktora. Konieczne było zaprojektowanie układów wielostopniowych z chłodzeniem pośrednim, co oczywiście podniosło koszt projektu.

I oczywiście źródło wodoru. Jest to idealne rozwiązanie, jeśli posiadasz własny tani wodór z zakładów reformingu. Jeśli nie, musisz rozważyć zakup lub alternatywne programy. To natychmiast uderza w gospodarkę. Czasami okazuje się, że łatwiej i taniej jest skierować gaz resztkowy do spalania w piecach, choć z punktu widzenia zasobooszczędności jest to oczywiście porażka.

Alternatywy: gdy uwodornienie nie jest korzystne

W przypadku małych strumieni lub gazów o specjalnym składzie klasyczne uwodornienie może przypominać strzelanie z armaty do wróbli. Co wtedy? Jedną z opcji, którą rozważaliśmy dla zakładu w prowincji Shandong, była separacja poszczególnych cennych komponentów. Na przykład zatężanie etylenu poprzez adsorpcję lub membrany do wykorzystania w innych procesach w tym samym miejscu (na przykład przy produkcji tlenku etylenu lub styrenu).

Innym sposobem jest recykling energii. Ale nie tylko spalanie na pochodniach, ale wykorzystanie go jako gazu opałowego w piecach procesowych lub do wytwarzania pary. Problemem jest niestabilna wartość opałowa. Aby kocioł lub piec działał stabilnie, potrzebny jest system mieszający lub regulacyjny. Wdrożyliśmy taki schemat, a główny ból głowy związany był z automatyką, która musiała reagować w czasie rzeczywistym na zmiany w składzie gazu resztkowego.

Podejmowano także bardziej egzotyczne próby, takie jak zastosowanie gazu wzbogaconego w etylen do produkcji liniowych alfa olefin czy jako surowca do polietylenu o dużej gęstości. Ale tutaj napotykasz logistykę, czystość surowców i konkurencję z głównym przepływem polimerowego etylenu. Najczęściej takie projekty pozostawały na papierze.

Doświadczenie i pułapki: spojrzenie od środka

Chciałbym podzielić się jednym konkretnym przypadkiem, który dobrze ilustruje wszystkie trudności. Był to projekt modernizacji starego kompleksu etylenu. Zadaniem jest wykorzystanie gazu resztkowego z oczyszczalni. Specyfikacje techniczne początkowo dotyczyły uwodornienia. Kiedy jednak przeprowadziliśmy (wówczas współpracowałem z zespołem z Chengdu Yizhi Technology Co.) szczegółową analizę, okazało się, że gaz zawiera nieprzyzwoitą ilość substancji obojętnych (azot, metan). Uwodornienie takiej kompozycji oznacza przepuszczanie ogromnego balastu przez reaktor i sprężarki, co powoduje marnowanie energii.

W rezultacie zaproponowali system hybrydowy. Po pierwsze, separacja membranowa w celu wstępnego zatężania etylenu i propylenu. Następnie - kompaktowa jednostka do selektywnego uwodornienia tego koncentratu. Pozostały gaz ubogi wykorzystano jako paliwo. Strona firmowayzkjhx.ruopisuje podobne zintegrowane podejścia i w tym przypadku zadziałało. Efekt ekonomiczny osiągnięto poprzez zmniejszenie kosztów inwestycyjnych sprężania i wielkości reaktora, a także oszczędność paliwa gazowego.

Główny wniosek płynący z tego projektu: nie ma jednego rozwiązania pasującego do wszystkich. Każdy przypadek wymaga własnego audytu technologicznego i często kombinacji metod. Największą pułapką jest chęć kierownictwa zakładu, aby uzyskać szybkie i tanie rozwiązanie. Ale w tym obszarze szybko i tanio oznacza zazwyczaj ?nieskutecznie? lub „nie działa na dłuższą metę”.

Przyszłość i ekonomika procesu

W jakim kierunku zmierza branża? Trendem jest maksymalna integracja i cyfryzacja. Mówimy o systemach optymalizujących reżim recyklingu w czasie rzeczywistym w zależności od składu surowców i wartości rynkowej produktów. Jeżeli cena polimeru etylenu jest wysoka, system będzie dążył do maksymalizacji jego odzysku. Jeśli bardziej opłaca się wytwarzać energię elektryczną, priorytetem będzie wykorzystanie energii.

Drugim trendem jest miniaturyzacja i modularyzacja instalacji. Dotyczy to zwłaszcza średnich i małych producentów. Zamiast gigantycznych struktur kapitałowych istnieją kompaktowe, niemal kontenerowe rozwiązania, które można szybko wdrożyć i dostosować. Nawiasem mówiąc, Chengdu Yizhi Technology Co., Ltd. aktywnie pracuje nad takimi rozwiązaniami, korzystając z doświadczenia swojego macierzystego instytutu Huaxi Technology w dziedzinie procesów katalizy i separacji.

Ostatecznie kwestia utylizacji gazu resztkowego etylenu nie zależy od technologii, ale od ekonomii i ekologii. Rośnie presja ze strony organów regulacyjnych na zmniejszenie emisji i śladu węglowego. Spalanie staje się coraz droższe ze względu na opłaty. Dlatego inwestowanie w kompetentne systemy recyklingu nie jest już kwestią premium, ale kwestią przetrwania przedsiębiorstwa w perspektywie średnioterminowej. Ale inwestycje muszą być mądre i oparte na dogłębnej analizie, a nie na fantazyjnych broszurach. I tutaj doświadczenie praktyków, którzy przeszli przez dziesiątki takich projektów, okazuje się bezcenne.