China: ¿utilización del gas etileno, tecnología? 

Cuando se habla de la utilización de gases que contienen etileno en China, muchos se imaginan inmediatamente gigantescas plantas de pirólisis en nuevos complejos petroquímicos. Pero la realidad que uno encuentra en la práctica es a menudo más compleja. El principal desafío no es tanto la escala sino la diversidad de fuentes y composición. No se trata sólo de gases de plantas de pirólisis, donde la concentración de etileno es alta, sino también de corrientes secundarias del craqueo catalítico, gases residuales de diversos procesos en los que el etileno se puede diluir con una fracción de etano-propileno, metano e hidrógeno. Y aquí es donde comienza la diversión y, a veces, el dolor de cabeza: ¿cómo extraer valor de semejante “cóctel”? económicamente justificado.

De la teoría a las “condiciones de campo”: lo que a menudo se pasa por alto

En los libros de texto todo parece armonioso: seleccionar, quemar, transformar. De hecho, cuando se llega al sitio, digamos, a una de las muchas refinerías modernizadas, lo primero que se enfrenta es la cuestión de la rentabilidad. Puede haber tecnología, pero su implementación depende de cuestiones de eficiencia energética y del coste final del producto. Por ejemplo, el fraccionamiento clásico a baja temperatura para separar etileno puro de corrientes diluidas es un proceso que consume mucha energía. Si los volúmenes de gas no son muy grandes y la infraestructura para recolectarlo está dispersa, es posible que el proyecto nunca dé frutos.

De ahí el desarrollo activo de tecnologías para la hidrogenación selectiva de acetileno y MAPD (metil acetileno y propadieno) en dichas corrientes. La tarea no es sólo obtener etileno, sino también obtenerlo con la pureza requerida, adecuada para la síntesis posterior de polietileno, por ejemplo. Empresas de ingeniería chinas comoChengdu Yizhi Technology Co., están trabajando activamente aquí, adaptando catalizadores y esquemas para composiciones específicas de materias primas. En su sitio webyzkjhx.ruSe puede ver que se posicionan como un instituto de diseño creado sobre la base de tecnologías químicas. Este es un matiz importante: es el enfoque del proyecto, y no solo la venta de equipos, lo que le permite elegir una solución "no estándar". gas.

Un error común es intentar aplicar el mismo diagrama de flujo de proceso para todos los tipos de gases. He visto proyectos donde intentaron instalar columnas de absorción estándar para gases con alto contenido inerte. El resultado es una baja recuperación y constantes problemas de ajuste. Tuve que revisar el esquema y agregar una membrana preliminar o una purificación por adsorción. Esto aumentará el costo, pero sin esto, es una pérdida de tiempo.

Rompecabezas tecnológico: de la absorción a las membranas

Entonces, ¿qué opciones hay siquiera sobre la mesa? Si hablamos de la liberación de etileno, además del enfriamiento profundo, existen métodos de adsorción, por ejemplo, utilizando zeolitas o MOF (estructuras organometálicas). Esta última es un área prometedora en la que se está trabajando activamente en China. Pero nuevamente, a escala industrial, todo depende de la estabilidad del adsorbente en presencia de impurezas como el sulfuro de hidrógeno o el agua. Los éxitos en el laboratorio y el trabajo en una instalación real son dos cosas muy diferentes.

Otra forma es no seleccionarlo, sino usarlo directamente. Oligomerización catalítica de etileno en fracciones o dímeros de gasolina. La tecnología, en principio, no es nueva, pero su uso para el aprovechamiento de corrientes secundarias de etileno es una tarea interesante. El problema está en el catalizador: debe ser resistente al envenenamiento y funcionar con cargas variables, porque el flujo es lateral y su volumen no es constante. He oído hablar de intentos de utilizar este tipo de soluciones en algunas empresas químicas de la provincia de Sichuan. Los resultados fueron ambiguos: el rendimiento de las fracciones objetivo fluctuó y, en ocasiones, la selectividad disminuyó. Pero el hecho mismo de los intentos habla de la búsqueda de soluciones flexibles.

La separación de membranas es un tema de moda. Para el enriquecimiento preliminar del flujo con etileno antes de la instalación principal, a veces funciona muy bien. Pero la palabra clave es ?a veces?. Las membranas son sensibles a la presión, la temperatura y, nuevamente, a las impurezas. Si el gas no se prepara previamente, la membrana fallará rápidamente. Por lo tanto, a menudo es sólo un paso en la cadena. Vi un proyecto en el que combinaban la separación por membranas con la adsorción sin calor de ciclo corto (SCA). Resultó compacto y bastante eficaz para un flujo con una concentración moderada de etileno.

Caso práctico y dificultades

Os cuento un caso concreto, sin nombrar la planta. La tarea consistía en aprovechar el gas residual de una planta en la que se mezclaba etileno con nitrógeno y metano. La concentración de etileno es aproximadamente del 15%. La opción de ponerlo a la venta quedó inmediatamente descartada: era caro. Consideramos la opción de enviarlo a nuestra propia caldera para generar calor, pero el contenido calórico del gas era bastante bajo.

¿Al final se decidió por un esquema de oxidación catalítica en un reactor con zeolita tratada para producir óxido de etileno? No, sería demasiado complicado para tal flujo. Decidimos seguir el camino de la combustión catalítica selectiva de impurezas para aumentar la concentración de etileno y luego suministrarlo a la red existente como gas combustible de mayor calidad. Parecería sencillo. Pero en la etapa de puesta en marcha, resultó que periódicamente aparecían en el gas rastros de compuestos organoclorados de otra instalación. El catalizador comenzó a desactivarse más rápido de lo esperado. Tuvimos que instalar urgentemente un filtro de carbón adicional en la entrada, lo que cambió el sistema hidráulico y el cronograma de reemplazo de adsorbente. ¿Bagatela? No, se trata de un típico “escollo” sobre el que no siempre se escribe en los estudios de viabilidad.

Es en tales situaciones donde resulta valiosa la experiencia de un instituto de diseño, que ha conocido diferentes escenarios. EmpresaChengdu Yizhi Tecnología Co., Ltd., como instituto de diseño con un capital registrado de 120 millones de yuanes, creado por Huaxi Technology, suele abordar la cuestión de forma sistemática: no se limita a "¿entregar la planta?", sino que primero realiza un análisis detallado de las materias primas, examina toda la logística de los flujos en la empresa y evalúa los posibles riesgos de cambiar la composición. Este es precisamente el “diseño” que distingue a un contratista de un socio tecnológico.

La economía como factor decisivo

En última instancia, la elección de la tecnología de reciclaje de etileno se reduce a una cuestión de dinero. No sólo en gastos de capital (CAPEX), sino también en gastos operativos (OPEX). La misma adsorción requiere costos de regeneración del adsorbente, membranas para mantener la presión y enfriamiento profundo de la electricidad. Por lo tanto, ahora a menudo se plantean no sólo “¿cuánto etileno ahorraremos?”, sino “¿qué valor añadido obtendremos a lo largo de todo el ciclo?”

Una tendencia interesante es la integración de plantas de recuperación de gases de subproductos en el esquema “circular” general. economía empresarial. Es decir, la corriente de etileno no se considera como un residuo, sino como materia prima para otro proceso en el mismo sitio. Por ejemplo, para la síntesis de etilbenceno o la oxietilación, si existen instalaciones de producción adecuadas. Esto reduce los costos de logística y aumenta los márgenes generales. Pero esto requiere un plan competente para toda la planta, y diseñarlo es precisamente tarea de las empresas de ingeniería fuertes.

También sucede que con los precios actuales de los recursos energéticos y los polímeros, la opción más económica es enviar gas para combustión en centrales eléctricas con recuperación de calor. Y esto no es una derrota, sino una decisión empresarial equilibrada. La tecnología de reciclaje debe ser adecuada a las condiciones económicas. Buscar soluciones de vanguardia que no se amortizarán por sí solas en un período de tiempo razonable es un error.

Mirando hacia el futuro: flexibilidad y digital

¿A dónde va todo? En mi opinión, las palabras claves son flexibilidad y adaptabilidad. Los flujos de gases subproductos no son constantes y su composición puede cambiar. Es probable que las instalaciones futuras sean más modulares, lo que permitirá reconfigurar rápidamente los parámetros o incluso la cadena de proceso dependiendo de la calidad de las materias primas entrantes. Quizás se generalicen más los esquemas híbridos que combinan, digamos, membranas y adsorción.

La digitalización también influye. La implantación de sistemas APC (control avanzado de procesos) en este tipo de plantas les permite optimizar su funcionamiento en tiempo real, adaptándose a los cambios. Esto ya no es fantasía, sino proyectos reales. Sensores para el análisis en línea de la composición del gas en la entrada, asociados con un algoritmo de control que ajusta las temperaturas, presiones y caudales, esto aumenta seriamente la eficiencia y la estabilidad de la operación.

Y por supuesto, se continúa trabajando en catalizadores que sean más selectivos, estables y más baratos. Especialmente para procesos que convierten directamente el etileno diluido en productos valiosos. Aquí hay espacio para el desarrollo tanto de institutos científicos como de centros de ingeniería aplicada. Lo principal es que la conexión entre ellos sea fuerte, para que los desarrollos de laboratorio avancen rápidamente hacia pruebas piloto industriales. En este sentido, una estructura similar aChengdu Yizhi Technology Co., que es un proyecto que forma parte de una empresa tecnológica más grande (Huaxi Technology), parece lógico: los desarrollos teóricos pueden encontrar rápidamente un camino hacia la implementación práctica.

En general, el tema de la utilización de gases que contienen etileno en China está lejos de estar cerrado. No se trata simplemente de “deshacerse de los residuos”, sino de extraer el máximo valor de cada metro cúbico de gas en un marco económico y medioambiental en constante cambio. Y aquí no gana la tecnología más compleja, sino la más inteligente y adaptada a la vida real en la fábrica.