Cina: utilizzo del gas di coda dell'etilene? 

Ad essere onesti, quando vedi questa domanda, la prima cosa che ti viene in mente è un tipico malinteso: che “il gas di coda dell’etilene?” – si tratta di una sostanza omogenea che può essere lavorata secondo un'unica ricetta. In pratica, tutto dipende dalla composizione specifica, dalla pressione e, soprattutto, dall'economia del processo in un particolare impianto. Molti progetti di riciclaggio falliscono non a causa della tecnologia, ma perché inizialmente queste “code” sono state valutate erroneamente.

Cosa si nasconde dietro il termine “gas di coda”?

Cominciamo dalle nozioni di base, che per qualche motivo vengono spesso trascurate nelle recensioni generali.Gas di coda di etilene– questo non è solo un deflusso dalla colonna splitter C2. La sua composizione è un cocktail di etilene, etano, metano, idrogeno e talvolta propilene e acetilene. La percentuale è il fattore chiave. In un sito di produzione può trattarsi di un flusso con il 60% di etilene, in un altro con il 20%, diluito con azoto. E diventa subito chiaro il motivo per cui non esiste una soluzione universale.

Un errore comune all’inizio è provare a utilizzare la separazione a membrana o l’adsorbimento con ciclo di pressione (PCA) per flussi con basse pressioni parziali dei componenti target. L’efficienza crolla in modo catastrofico, i costi di capitale non vengono ripagati. Ho visto un progetto in cui si cercava di separare l'etilene da un flusso con una pressione totale di 3 bar e un contenuto di etilene del 15%. Le membrane semplicemente non hanno raggiunto il fattore di arricchimento previsto e l'installazione è inattiva.

È importante guardare la fonte qui. Gas proveniente da un'unità di pirolisi, da un'unità di deidrogenazione dell'etano o forse gas di scarico dei serbatoi di stoccaggio? Da questo dipende non solo la composizione, ma anche la presenza di impurità velenose per i catalizzatori nei processi successivi. Ad esempio, l’acetilene o la CO2 possono essere distruttivi per i sistemi di idrogenazione o polimerizzazione se il gas viene riciclato.

Principali modalità di riciclaggio: non solo teoria

Belle presentazioni a parte, infatti, diversi ambiti sono ampiamente utilizzati in Cina. Il primo – e il più ovvio – ritorna al forno di pirolisi come gas combustibile. Sembra semplice ed economico. Ma qui c'è una sfumatura: il potere calorifico di tale gas di coda varia notevolmente. Se non si stabilizza la composizione della miscela di carburante, si possono verificare problemi con il regime di temperatura nei bruciatori, surriscaldamento locale e aumento di NOx. In un certo numero di vecchie raffinerie lo fanno: semplicemente li bruciano, ma nei complessi moderni con severi standard ambientali questo non funzionerà più.

Il secondo modo è la separazione e il riciclaggio. Le tecnologie di raffreddamento profondo e distillazione a bassa temperatura stanno guidando qui. Ma consumano energia. Giustificato solo per grandi volumi e alto contenuto di target C2+. Un classico esempio è l'installazionerecupero del gas di coda dell'etilenenel complesso di Ningbo Heyuan, dove i flussi ad alto contenuto di etano ed etilene vengono separati e restituiti alla testa del processo. Gli aspetti economici convergevano a causa delle dimensioni.

La terza via, che sta guadagnando slancio, è l'utilizzo come materia prima per la sintesi. Ad esempio, idroformilazione o ossidazione diretta. Ma questa è una conversione chimica che richiede un processo catalitico separato, spesso capriccioso. Implementarlo è rischioso senza test pilota dettagliati. Conosco un caso in una delle fabbriche nella provincia di Jiangsu, dove hanno cercato di organizzare la produzione di propionaldeide dal gas di coda dell'etilene. Il progetto si è bloccato nella fase di sviluppo del catalizzatore: si è rapidamente disattivato a causa di tracce di zolfo.

Difficoltà pratiche e insidie

Questo è ciò di cui raramente si scrive nei libri di testo, ma ciò che incontri su ogni sito. Il primo sono le fluttuazioni della composizione. Un forno di pirolisi non è un meccanismo a orologeria; cambia la composizione delle materie prime, si adeguano le modalità. E il gas di coda? Galleggia? insieme a questo. Il sistema di riciclaggio non dovrebbe essere progettato per valori medi, ma per un intervallo possibile. Altrimenti in uno ?perfetto? giorno, il compressore potrebbe ricevere un carico irragionevole o il separatore potrebbe non farcela più.

Il secondo riguarda le questioni di scienza dei materiali. Se il gas contiene umidità e tracce di acidi, la corrosione inizia quando si raffredda al di sotto del punto di rugiada. L'acciaio al carbonio standard potrebbe non essere adatto nelle sezioni a bassa temperatura. Devi installare l'acciaio inossidabile, il che rende il progetto più costoso. E se nel processo viene utilizzatoassorbimentoo la separazione della membrana, le impurità (anche in ppm) possono avvelenare irreversibilmente l'adsorbente o intasare le membrane.

Il terzo grattacapo è l’integrazione del nuovo sistema di riciclaggio nell’infrastruttura dell’impianto esistente. Spesso non c'è spazio libero, è necessario tagliare le tubazioni in pressione e coordinare lunghe soste. A volte l'effetto economico dello smaltimento viene vanificato dal costo di questi lavori di installazione e organizzazione.

L'esperienza della Chengdu Yizhi Technology: non una panacea, ma un approccio sistematico

Nel contesto di una conversazione sull'integrazione e l'implementazione pratica, vale la pena menzionare l'esperienza degli istituti di design. Uno di questi lo èChengdu Yizhi Technology Co.(una filiale di Chengdu Huaxi Chemical Technology). Non vendono “scatole magiche”, ma operano come un istituto di progettazione a ciclo completo. Il loro sito webyzkjhx.ru– si tratta, infatti, di un portafoglio di progetti petrolchimici completati.

Cosa c’è di prezioso nel loro approccio? Non iniziano con una selezione della tecnologia, ma con un audit dettagliato di uno specifico flusso di gas di coda in uno specifico impianto. I campioni vengono prelevati in diversi momenti della giornata, in diverse modalità operative dell'impianto. Costruiscono un'immagine reale e non funzionano con i dati del passaporto. Quindi modellano le opzioni: da qualche parte è più redditizio installare un modulo preliminareseparazione del gas, per aumentare la concentrazione di etilene prima del riciclo, da qualche parte - integrare il flusso nel sistema del gas combustibile con premiscelazione e controllo del potere calorifico.

Dalla loro pratica: esisteva un progetto per un impianto di produzione di PVC, dove il gas di coda a basso contenuto di etilene (circa il 25%) veniva integrato con successo nel sistema di combustibile per caldaie, ma con l'installazione di un sistema di analisi in linea e di controllo automatico della composizione della miscela. La soluzione non è delle più tecnologiche, ma è affidabile e ripaga riducendo gli acquisti di gas naturale. Un altro dei loro progetti, la riprogettazione del sistema di recupero presso il complesso dell'etilene, ha permesso di aumentare il rendimento dell'etilene del 2-3%, il che, con grandi volumi, ha prodotto un effetto economico significativo.

Guardando al futuro: tendenze e vincoli economici

Dove sta andando tutto? La tendenza è, ovviamente, la digitalizzazione e l’analisi predittiva. Sensori di analisi della composizione online collegati a un sistema di controllo del processo (PCS) in grado di prevedere le variazioni di flusso e adattare il funzionamento dell'impianto di recupero. Questa non è più fantascienza; tali sistemi stanno cominciando ad essere implementati.

La seconda tendenza è la miniaturizzazione e la modularizzazione degli impianti. Non grandi officine, ma soluzioni compatte, quasi containerizzate, per l'utilizzo di piccoli flussi di gas nelle medie e piccole imprese. Questa potrebbe diventare una nicchia.

Ma il principale limitatore – e lo è sempre stato – è l’economia. Il prezzo dell'etilene sul mercato, il costo dell'elettricità per il funzionamento degli impianti criogenici, le tariffe per le emissioni di CO2. Se il prezzo del prodotto è basso e l’energia è costosa, anche la tecnologia più avanzata per riciclare l’etilene dal gas di coda non sarà redditizia. Tutte le soluzioni tecniche dipendono da questo semplice calcolo. Pertanto, spesso la soluzione ottimale non è quella tecnologicamente più sofisticata, ma quella più adatta alle condizioni e ai prezzi locali. A volte si tratta semplicemente di una combustione ben organizzata con recupero di calore. E non c'è niente di sbagliato in questo: questa è pratica ingegneristica.