China: ¿utilización de gas de cola de etileno? 

Para ser honesto, cuando uno ve esta pregunta, lo primero que le viene a la mente es un concepto erróneo típico: ¿ese “gas de cola de etileno”? – se trata de una especie de sustancia homogénea con la que se puede trabajar según una única receta. En la práctica, todo depende de la composición específica, la presión y, lo más importante, la economía del proceso en una planta en particular. Muchos proyectos de reciclaje fracasan no debido a la tecnología, sino porque inicialmente estas “colas” fueron mal juzgadas.

¿Qué se esconde detrás del término “gas de cola”?

Comencemos con lo básico, que por alguna razón a menudo se pasa por alto en las revisiones generales.Gas de cola de etileno– esto no es sólo una salida de la columna divisora C2. Su composición es un cóctel de etileno, etano, metano, hidrógeno y, a veces, propileno y acetileno. El porcentaje es el factor clave. En un lugar de producción puede ser un chorro con un 60% de etileno, en otro, con un 20% diluido con nitrógeno. Y de inmediato queda claro por qué no existe una solución universal.

Un error común al principio es intentar utilizar la separación por membrana o la adsorción por ciclo de presión (PCA) para flujos con presiones parciales bajas de los componentes objetivo. La eficiencia cae catastróficamente y los costes de capital no se amortizan. Vi un proyecto en el que intentaron separar etileno de una corriente con una presión total de 3 bar y un contenido de etileno del 15%. Las membranas simplemente no alcanzaron el factor de enriquecimiento del diseño y la instalación está inactiva.

Es importante mirar la fuente aquí. ¿Gas de una unidad de pirólisis, de una unidad de deshidrogenación de etano o quizás gases residuales de tanques de almacenamiento? De esto depende no sólo la composición, sino también la presencia de impurezas tóxicas para los catalizadores en procesos posteriores. Por ejemplo, el acetileno o el CO pueden ser destructivos para los sistemas de hidrogenación o polimerización si el gas se recicla.

Principales formas de reciclaje: no sólo teoría

Dejando a un lado las hermosas presentaciones, de hecho, en China se utilizan ampliamente varias áreas. El primero, y el más obvio, regresa al horno de pirólisis como gas combustible. Parece sencillo y barato. Pero aquí hay un matiz: el poder calorífico de este gas de cola fluctúa mucho. Si no estabiliza la composición de la mezcla de combustible, puede tener problemas con el régimen de temperatura en los quemadores, sobrecalentamiento local y aumento de NOx. En varias refinerías antiguas hacen esto: simplemente las queman, pero en complejos modernos con estándares ambientales estrictos esto ya no funciona.

La segunda forma es la separación y el reciclaje. En este sentido, las tecnologías de enfriamiento profundo y destilación a baja temperatura son líderes. Pero consumen energía. Justificado sólo para grandes volúmenes y alto contenido de objetivo C2+. Un ejemplo clásico es la instalación.recuperación de gas de cola de etilenoen el complejo Ningbo Heyuan, donde las corrientes con alto contenido de etano y etileno se separan y devuelven al cabezal del proceso. La economía convergió debido a la escala.

La tercera vía, que está ganando impulso, es su utilización como materia prima para la síntesis. Por ejemplo, hidroformilación u oxidación directa. Pero se trata de una conversión química que requiere un proceso catalítico independiente, a menudo caprichoso. Implementar esto es arriesgado sin pruebas piloto detalladas. Conozco un caso en una de las fábricas de la provincia de Jiangsu, donde intentaron organizar la producción de propionaldehído a partir del gas de cola de etileno. El proyecto se estancó en la etapa de desarrollo del catalizador: se desactivó rápidamente debido a trazas de azufre.

Dificultades y peligros prácticos

Esto es sobre lo que rara vez se escribe en los libros de texto, pero es lo que se encuentra en todos los sitios. La primera son las fluctuaciones de la composición. Un horno de pirólisis no es un mecanismo de relojería; la composición de las materias primas cambia, los modos se ajustan. ¿Y el gas de cola? ¿flota? junto con esto. El sistema de reciclaje no debe diseñarse para valores medios, sino para un rango posible. De lo contrario, ¿en uno? perfecto? día, el compresor puede recibir una carga excesiva o el separador ya no puede soportarlo.

El segundo son las cuestiones de la ciencia de los materiales. Si el gas contiene humedad y trazas de ácidos, la corrosión comienza cuando se enfría por debajo del punto de rocío. Es posible que el acero al carbono estándar no sea adecuado en secciones de baja temperatura. Hay que instalar acero inoxidable, lo que encarece el proyecto. Y si en el proceso se utilizaadsorcióno separación de membranas, las impurezas (incluso en ppm) pueden envenenar irreversiblemente el adsorbente u obstruir las membranas.

El tercer dolor de cabeza es la integración del nuevo sistema de reciclaje en la infraestructura de la planta existente. A menudo no hay espacio libre, es necesario cortar las tuberías bajo presión y coordinar paradas prolongadas. A veces, el efecto económico de la eliminación se ve afectado por el coste de estos trabajos de instalación y organización.

La experiencia de Chengdu Yizhi Technology: no una panacea, sino un enfoque sistemático

En el contexto de una conversación sobre integración e implementación práctica, vale la pena mencionar la experiencia de los institutos de diseño. Uno de ellos esChengdu Yizhi Technology Co.(una filial de Chengdu Huaxi Chemical Technology). No venden “cajas mágicas”, sino que funcionan como un instituto de diseño de ciclo completo. Su sitio webyzkjhx.ru– esto es, de hecho, una cartera de proyectos petroquímicos completados.

¿Qué tiene de valioso su enfoque? No comienzan con una selección de tecnología, sino con una auditoría detallada de un flujo de gas de cola específico en una planta específica. Las muestras se toman en diferentes momentos del día, bajo diferentes modos de funcionamiento de la instalación. Crean una imagen real y no trabajan con datos de pasaporte. Luego modelan las opciones: en algún lugar es más rentable instalar un módulo preliminarseparación de gases, para aumentar la concentración de etileno antes del reciclaje, en algún lugar: integrar el flujo en el sistema de gas combustible con premezcla y control del poder calorífico.

De su práctica: había un proyecto para una planta de producción de PVC, donde se integró con éxito gas de cola con un bajo contenido de etileno (alrededor del 25%) en el sistema de combustible de las calderas, pero con la instalación de un sistema de análisis en línea y control automático de la composición de la mezcla. La solución no es la más tecnológica, pero es confiable y rentable al reducir las compras de gas natural. Otro de sus proyectos, el rediseño del sistema de recuperación en el complejo de etileno, permitió aumentar el retorno de etileno en un 2-3%, lo que, en grandes volúmenes, proporcionó un efecto económico significativo.

Mirando hacia el futuro: tendencias y limitaciones económicas

¿A dónde va todo? La tendencia es, por supuesto, la digitalización y el análisis predictivo. Sensores de análisis de composición en línea vinculados a un sistema de control de procesos (PCS) que pueden predecir cambios de flujo y adaptar el funcionamiento de la planta de recuperación. Esto ya no es ciencia ficción; Estos sistemas están empezando a implementarse.

La segunda tendencia es la miniaturización y modularización de las instalaciones. No se trata de talleres gigantes, sino de soluciones compactas, casi basadas en contenedores, para el aprovechamiento de pequeños flujos de gas en medianas y pequeñas empresas. Esto podría convertirse en un nicho.

Pero el principal limitante -y siempre lo ha sido- es la economía. El precio del etileno en el mercado, el coste de la electricidad para el funcionamiento de las plantas criogénicas, las tarifas por las emisiones de CO2. Si el precio del producto es bajo y la energía cara, entonces incluso la tecnología más avanzada para reciclar el etileno del gas de cola no será rentable. Todas las soluciones técnicas dependen de este sencillo cálculo. Por lo tanto, muchas veces la solución óptima no es la más sofisticada tecnológicamente, sino la más adaptada a las condiciones y precios locales. A veces se trata simplemente de una combustión bien organizada con recuperación de calor. Y esto no tiene nada de malo: esto es una práctica de ingeniería.