Cina: utilizzo del gas etilene, tecnologia? 

Quando si parla dell’utilizzo di gas contenenti etilene in Cina, molti immaginano immediatamente giganteschi impianti di pirolisi nei nuovi complessi petrolchimici. Ma la realtà che si incontra nella pratica è spesso più complessa. La sfida principale non è tanto nella scala quanto nella diversità delle fonti e della composizione. Non si tratta solo di gas provenienti da impianti di pirolisi, dove la concentrazione di etilene è elevata, ma anche di flussi secondari di cracking catalitico, gas di scarico di vari processi in cui l'etilene può essere diluito con una frazione etano-propilene, metano e idrogeno. Ed è qui che inizia il divertimento, e talvolta il mal di testa: come estrarre valore da un “cocktail” del genere? economicamente giustificato.

Dalla teoria alle “condizioni sul campo”: ciò che spesso viene trascurato

Nei libri di testo tutto appare armonioso: selezionare, bruciare, trasformare. Infatti, quando si arriva sul posto, ad esempio in una delle tante raffinerie modernizzate, la prima cosa che si affronta è la questione della redditività. Può esserci la tecnologia, ma la sua implementazione dipende da questioni di efficienza energetica e dal costo finale del prodotto. Ad esempio, il classico frazionamento a bassa temperatura per separare l’etilene puro dai flussi diluiti è un processo ad alta intensità energetica. Se i volumi di gas non sono molto grandi e le infrastrutture per raccoglierlo sono sparse, il progetto potrebbe non dare mai i suoi frutti.

Da qui lo sviluppo attivo di tecnologie per l'idrogenazione selettiva di acetilene e MAPD (metil acetilene e propadiene) in tali flussi. Il compito non è solo quello di ottenere l'etilene, ma di ottenerlo della purezza richiesta, adatta, ad esempio, all'ulteriore sintesi del polietilene. Società di ingegneria cinesi comeChengdu Yizhi Technology Co., stanno lavorando attivamente qui, adattando catalizzatori e schemi per composizioni specifiche di materie prime. Sul loro sito webyzkjhx.rupuoi vedere che si posizionano come un istituto di design creato sulla base di tecnologie chimiche. Questa è una sfumatura importante: è l'approccio al progetto, e non solo la vendita dell'attrezzatura, che consente di scegliere una soluzione “non standard”. gas.

Un errore comune è cercare di applicare lo stesso diagramma di flusso del processo per tutti i tipi di gas. Ho visto progetti in cui si tentava di installare colonne di assorbimento standard per gas ad alto contenuto inerte. Il risultato è un recupero basso e problemi di messa a punto costanti. Ho dovuto rivedere lo schema e aggiungere una purificazione preliminare tramite membrana o adsorbimento. Ciò aumenterà il costo, ma senza questo è una perdita di tempo.

Puzzle tecnologico: dall'assorbimento alle membrane

Quindi quali opzioni ci sono sul tavolo? Se parliamo del rilascio di etilene, oltre al raffreddamento profondo, esistono metodi di adsorbimento, ad esempio utilizzando zeoliti o MOF (strutture metallo-organiche). Quest’ultima è un’area promettente su cui si sta lavorando attivamente in Cina. Ma ancora una volta, su scala industriale, tutto dipende dalla stabilità dell'adsorbente in presenza di impurità come l'idrogeno solforato o l'acqua. I successi in laboratorio e il lavoro su un'installazione reale sono due cose molto diverse.

Un altro modo è non selezionarlo, ma usarlo direttamente. Oligomerizzazione catalitica dell'etilene in frazioni o dimeri di benzina. La tecnologia, in linea di principio, non è nuova, ma il suo utilizzo per l'utilizzo dei flussi secondari di etilene è un compito interessante. Il problema è con il catalizzatore: deve essere resistente all'avvelenamento e funzionare con carichi variabili, perché il flusso è laterale e il suo volume non è costante. Ho sentito parlare di tentativi di utilizzare tali soluzioni in alcune imprese chimiche nella provincia del Sichuan. I risultati erano ambigui: la resa delle frazioni target oscillava e talvolta la selettività diminuiva. Ma il fatto stesso dei tentativi parla della ricerca di soluzioni flessibili.

La separazione delle membrane è un argomento di tendenza. Per l'arricchimento preliminare del flusso con etilene prima dell'installazione principale - a volte funziona molto bene. Ma la parola chiave è “a volte”. Le membrane sono sensibili alla pressione, alla temperatura e, ancora, alle impurità. Se il gas non è pre-preparato, la membrana cederà rapidamente. Pertanto, spesso si tratta solo di una fase della catena. Ho visto un progetto in cui combinavano la separazione a membrana con l'adsorbimento senza calore a ciclo breve (SCA). Si è rivelato compatto e abbastanza efficace per un flusso con una moderata concentrazione di etilene.

Caso pratico e insidie

Ti parlerò di un caso specifico, senza nominare la pianta. Il compito era quello di utilizzare il gas di scarico di un impianto in cui l'etilene veniva miscelato con azoto e metano. La concentrazione di etilene è di circa il 15%. La possibilità di metterlo in vendita era immediatamente fuori discussione: era costoso. Abbiamo considerato la possibilità di inviarlo alla nostra fornace per generare calore, ma il contenuto calorico del gas era piuttosto basso.

Alla fine avete optato per uno schema con ossidazione catalitica in un reattore con zeolite trattata per produrre ossido di etilene? No, sarebbe troppo complicato per un flusso del genere. Abbiamo deciso di seguire la strada della combustione catalitica selettiva delle impurità per aumentare la concentrazione di etilene e quindi fornirlo alla rete esistente come gas combustibile di qualità superiore. Sembrerebbe semplice. Ma nella fase di avvio, si è scoperto che nel gas apparivano periodicamente tracce di composti organoclorurati provenienti da un'altra installazione. Il catalizzatore ha iniziato a disattivarsi più velocemente del previsto. Abbiamo dovuto installare urgentemente un ulteriore filtro al carbone in ingresso, il che ha modificato l'idraulica e il programma di sostituzione dell'adsorbente. Una sciocchezza? No, questa è una tipica “trappola” di cui non sempre si parla negli studi di fattibilità.

È in tali situazioni che l'esperienza di un istituto di design, che ha visto scenari diversi, è preziosa. CompagniaChengdu Yizhi Technology Co., Ltd., in quanto istituto di design con un capitale sociale di 120 milioni di yuan, creato da Huaxi Technology, di solito affronta la questione in modo sistematico: non solo "consegniamo l'impianto?", ma prima conduce un'analisi dettagliata delle materie prime, esamina l'intera logistica dei flussi nell'impresa e valuta i possibili rischi di una modifica della composizione. Questo è proprio il “design” che distingue un semplice appaltatore da un partner tecnologico.

L’economia come fattore decisivo

In definitiva, la scelta della tecnologia di riciclaggio dell’etilene è una questione di soldi. Non solo nelle spese in conto capitale (CAPEX), ma anche nelle spese operative (OPEX). Lo stesso adsorbimento richiede costi per la rigenerazione dell'adsorbente, membrane per mantenere la pressione e raffreddamento profondo per l'elettricità. Quindi ora spesso si chiede non solo “quanto etilene risparmieremo?”, ma “quale valore aggiunto otterremo durante l’intero ciclo?”

Una tendenza interessante è l’integrazione degli impianti di recupero dei gas di sottoprodotto nello schema generale “circolare”. economia aziendale. Cioè, il flusso di etilene non è considerato un rifiuto, ma una materia prima per un altro processo nello stesso sito. Ad esempio, per la sintesi dell'etilbenzene o dell'ossietilazione, se esistono impianti di produzione adeguati. Ciò riduce i costi logistici e aumenta i margini complessivi. Ma ciò richiede uno schema competente a livello di impianto e la progettazione di uno schema di questo tipo è proprio il compito delle società di ingegneria forti.

Succede anche che con i prezzi attuali delle risorse energetiche e dei polimeri, l'opzione più economica è inviare il gas alla combustione nelle centrali elettriche con recupero di calore. E questa non è una sconfitta, ma una decisione aziendale equilibrata. La tecnologia di riciclaggio deve essere adeguata alle condizioni economiche. Rincorrere soluzioni all’avanguardia che non si ripagheranno in un periodo di tempo ragionevole è un errore.

Guardando al futuro: flessibilità e digitale

Dove sta andando tutto? Secondo me le parole chiave sono flessibilità e adattabilità. I flussi di gas sottoprodotti non sono costanti e la loro composizione può cambiare. È probabile che le installazioni future siano più modulari, consentendo di riconfigurare rapidamente i parametri o addirittura la catena di processo a seconda della qualità delle materie prime in entrata. Forse gli schemi ibridi che combinano, ad esempio, membrane e adsorbimento diventeranno più diffusi.

Anche la digitalizzazione gioca un ruolo. L'implementazione di sistemi APC (controllo avanzato di processo) in tali impianti consente loro di ottimizzare il proprio funzionamento in tempo reale, adattandosi ai cambiamenti. Questa non è più fantasia, ma progetti reali. Sensori per l'analisi online della composizione del gas all'ingresso, associati ad un algoritmo di controllo che regola temperature, pressioni e portate: ciò aumenta notevolmente l'efficienza e la stabilità del funzionamento.

E, naturalmente, si continua a lavorare su catalizzatori più selettivi, stabili ed economici. Soprattutto per i processi che convertono direttamente l'etilene diluito in prodotti preziosi. Qui c'è spazio per lo sviluppo sia degli istituti scientifici che dei centri di ingegneria applicata. La cosa principale è che la connessione tra loro è forte, in modo che gli sviluppi di laboratorio progrediscano rapidamente per pilotare test industriali. A questo proposito, una struttura simile aChengdu Yizhi Technology Co., che è un progetto parte di una società tecnologica più grande (Huaxi Technology), sembra logico: gli sviluppi teorici possono rapidamente trovare una strada per l'implementazione pratica.

In generale, il tema dell’utilizzo dei gas contenenti etilene in Cina è tutt’altro che chiuso. Non si tratta semplicemente di “eliminare i rifiuti”, ma di estrarre il massimo valore da ogni metro cubo di gas in un quadro economico e ambientale in continua evoluzione. E qui non è la tecnologia più complessa a vincere, ma quella più intelligente e adattata alla vita reale in fabbrica.