Korzyści środowiskowe i ekonomiczne wynikające z usprawnienia pracy instalacji aminowej

Instalacja aminowa w rafineriach

System alkanoloaminowy w rafinerii, lepiej znany jako „jednostka aminowa” lub węzeł aminowy, służy do usuwania siarkowodoru (H₂S), dwutlenku węgla (CO₂) i merkaptanów (zwanych łącznie gazami kwaśnymi) ze strumieni gazów procesowych i ciekłych węglowodorów. Instalacje aminowe stanowią niezbędny element działalności rafinerii, umożliwiając utrzymanie jakości produktu i zgodności z przepisami dotyczącymi ochrony środowiska.

Ich znaczenie rośnie wraz ze wzrostem kwasowości surowców rafineryjnych i obniżaniem się dopuszczalnych limitów zawartości siarki w końcowych produktach rafineryjnych. Niewłaściwie eksploatowana instalacja aminowa może prowadzić do dużych strat rozpuszczalnika oraz jego zanieczyszczenia, zakłóceń w pracy instalacji, powstawania produktów rafineryjnych niezgodnych ze specyfikacją, problemów operacyjnych i wzrostu kosztów operacyjnych rafinerii.

Ponadto, w przypadku wychwytywania CO₂ z gazów spalinowych po spalaniu, system wychwytywania CO₂ oparty na alkanoloaminach jest obecnie najlepszą dostępną technologią na rynku. Na całym świecie trwają prace badawczo-rozwojowe mające na celu udoskonalenie tej technologii, głównie w celu zmniejszenia jej wysokich kosztów energetycznych i skupienia się na redukcji produktów degradacji.

Wyzwania

Pomimo swojego znaczenia, operowanie instalacją aminową często nie jest prowadzone w sposób optymalny. Wynika to z kilku czynników, m.in.:

• Instalacje aminowe umożliwiają rafinerii generowanie zysków, ale bezpośrednio nie wytwarzają wysokomarżowego produktu.
• Różne części instalacji aminowej są zazwyczaj rozproszone w rafinerii w obrębie różnych jednostek operacyjnych: tzw. "amina uboga" jest zwykle tłoczona do kolumn absorpcyjnych zlokalizowanych w obrębie różnych instalacji procesujących płynne węglowodory, a następnie tzw. "amina bogata" wraca z powrotem do kolumny regeneracyjnej w celu usunięcia kwaśnych gazów - kompleksowość tego procesu utrudnia sterowanie całym obiegiem.
• Wiele instalacji aminowych w rafineriach  pracuje znacznie powyżej swoich pierwotnych możliwości projektowych.
• Systemy aminowe są często na tyle wytrzymałe, aby utrzymać jakość produktu rafineryjnego, nawet jeśli działają w sposób daleki od pierwotnego projektu lub najlepszych praktyk operacyjnych.
  
  

Korzyści

Z drugiej strony, poprawa działania instalacji aminowej może przynieść wiele korzyści, takich jak:

• Bardziej stabilna jakość produktu, co skutkuje zmniejszeniem częstotliwości zdarzeń awaryjnych, a w następstwie działań związanych z ponownym przetwarzaniem produktów, które nie spełniają norm.
• Niższe koszty energii
• Niższe koszty utrzymania filtrów, wymiana węgla aktywnego oraz uzupełnień rozpuszczalnika aminowego
• Zwiększona niezawodność procesu, co obniża koszty wymiany/naprawy urządzeń i rurociągów
• Poprawa efektywności pracy instalacji odzysku siarki dzięki zapewnieniu bardziej spójnej jakości wsadu do tej instalacji.

Rysunek 1 Proces elektrodializy Veolii oraz dedykowana instalacja Veolia do oczyszczania aminy ("amine reclaming")

W instalacjach aminowych gromadzą się termicznie stabilne sole aminowe (HSAS), które powodują problemy takie jak korozja, zanieczyszczenie, spadek wydajności, pienienie, niestabilność operacyjna i nadmierna utrata rozpuszczalnika aminowego. Najlepsze praktyki wskazują, że maksymalne dopuszczalne stężenie HSAS w roztworze aminy wynosi 2,0% wag. Kluczowym aspektem prawidłowej eksploatacji instalacji aminowej w celu uzyskania optymalnej wydajności jest dobry program zarządzania aminą. Obejmuje to monitorowanie stanu roztworu aminowego i zarządzanie jakością surowca, warunkami pracy oraz samym rozpuszczalnikiem aminowym, aby uniknąć problemów związanych z silnie zanieczyszczoną lub zdegradowaną aminą.

Rysunek 2 Trendy HSAS i mrówczanów

Studium przypadku

W jednej z europejskich rafinerii stwierdzono wysokie stężenie HSAS (>5,0% wag. jako metylodietanoloamina – MDEA) oraz zawartość mrówczanów przekraczającą 15 000 ppm, co powodowało problemy z korozją, wzrost zanieczyszczeń oraz nadmierne straty rozpuszczalnika aminowego. Firma Veolia przeprowadziła proces regeneracji rozpuszczalnika aminowego za pomocą specjalnie zbudowanego mobilnego urządzenia do elektrodializy (ED).

Technologia ED firmy Veolia zapewnia szereg korzyści: w warunkach stabilnej pracy i bez konieczności przeprowadzania procedury czyszczenia, mobilna jednostka ED może pracować przez kilka dni lub tygodni, a generowany strumień odpadów jest obojętnym roztworem soli,  a co więcej do krążącego strumienia rozpuszczalnika nie wprowadza się dodatkowej wody.

Strumień "aminy ubogiej" przepuszczono przez jednostkę filtrujacą, odsyłając go z powrotem do instalacji aminowej. Ścieki powstałe w procesie reclaimingu (solanka utworzona ze zneutralizowanych stabilnych soli) były przesyłane bezpośrednio do oczyszczalni ścieków rafinerii, nie powodując żadnych negatywnych skutków. Mobilna jednostka ED z dwoma stosami membran filtrujących jest w pełni zautomatyzowana dzięki programowalnemu sterownikowi logicznemu (PLC) i interfejsowi człowiek-maszyna (HMI). Natężenia przepływu, temperatury, przewodności i ciśnienia są kontrolowane i mierzone automatycznie podczas pracy. System może być monitorowany i obsługiwany przez jednego operatora na zmianę, bez konieczności pełnego zaangażowania, dzięki wysokiemu poziomowi automatyzacji.

Po zakończeniu pracy odzyskano 850 m³ roztworu aminy. Osiągnięto 90% redukcję zawartości formianów, do poziomu 1500 ppm – poniżej naszych wytycznych kontrolnych wynoszących 2000 ppm. Zawartość HSAS obniżono do 0,5% wag. Straty aminy w procesie regeneracji wyniosły mniej niż 1% wag., w odniesieniu do całkowitej objętości systemu.

Koszt regeneracji dla rafinerii wyniósł mniej niż 30% kosztu zakupu nowego roztworu aminowego, nie uwzględniając kosztów utylizacji zanieczyszczonej aminy. Całkowite oszczędności dla rafinerii wyniosły ponad 400 tys. USD. Mobilna jednostka regeneracji ma szerokie zastosowanie i może być z powodzeniem stosowana do różnych rodzajów rozpuszczalników aminowych, w tym monodietanoloaminy (MDEA), monoetanoloaminy (MEA), dietanoloaminy (DEA), diizopropanoloaminy (DIPA), rozpuszczalników formułowanych i innych.

Veolia oferuje klientom również dedykowaną (stałą) jednostkę do oczyszczania rozpuszczalnika aminowego. Ta jednostka ED może być uruchomiona w trybie ciągłego zasilania i odsyłania (przy niższej wydajności), aby utrzymać HSAS na niskim poziomie. Jednostka jest obsługiwana przez zespół Veolii.

Wnioski

Chociaż jednostki aminowe nie przyczyniają się bezpośrednio do wytwarzania wysokomarżowych produktów w rafinerii, stanowią one niezbędny element procesu produkcyjnego, pozwalający utrzymać specyfikację produktu i bezpiecznie przetwarzać kwaśne gazy w rafinerii i instalacjach wychwytywania dwutlenku węgla. Dbałość o parametry operacyjne, stan i wydajność systemu aminowego może zminimalizować koszty operacyjne oraz poprawić niezawodność i funkcjonowanie rafinerii. Kompleksowe rozwiązania aminowe firmy Veolia zapewnią pełen zakres technologii zwiększających niezawodność jednostek aminowych, zmniejszających zużycie energii, koszty operacyjne i negatywny wpływ na środowisko.

Chcesz dowiedzieć się więcej? Skontaktuj się z naszym ekspertem.