Китай: утилізація хвостового газу етилену? 

Якщо чесно, коли бачиш це питання, перше, що спадає на думку – це типова помилка: ніби ?хвостовий газ етилену? – це якась однорідна субстанція, з якою можна працювати за єдиним рецептом. Насправді ж все впирається в конкретний склад, тиск і, головне, економіку процесу на конкретному заводі. Багато проектів з утилізації провалюються не через технології, а через те, що спочатку неправильно оцінили ці "хвостики".

Що ховається за терміном "хвостовий газ"?

Почнемо з основ, які чомусь часто не беруть до уваги у загальних оглядах.Хвостовий газ етилену- Це не просто потік, що відходить з колони С2-спліттера. Його склад – це коктейль з етилену, етану, метану, водню, іноді пропілену та ацетилену. Відсоткове співвідношення – ключовий фактор. На одному виробництві це може бути потік із 60% етилену, на іншому – із 20%, розведений азотом. І одразу стає зрозуміло, чому універсального рішення немає.

Часта помилка на старті – намагатись застосувати мембранний поділ або короткоциклову адсорбцію (КЦА) для потоків з низьким парціальним тиском цільових компонентів. Ефективність падає катастрофічно, капітальні витрати не окупаються. Бачив проект, де намагалися виділити етилен із потоку із загальним тиском 3 бари та вмістом етилену 15%. Мембрани просто не вийшли на проектний коефіцієнт збагачення, установка простоює.

Тут важливо дивитися джерело. Газ із установки піролізу, з установки дегідрування етану чи, може, скидні гази із ємностей зберігання? Від цього залежить як склад, а й наявність домішок-отрут для каталізаторів у наступних процесах. Наприклад, ацетилен або CO можуть бути вбивчими для систем гідрування або полімеризації, якщо газ піде на рецикл.

Основні шляхи утилізації: не лише теорія

Якщо відкинути гарні презентації, насправді у Китаї масово застосовують кілька напрямків. Перше – і найочевидніше – повернення в піч піролізу як паливний газ. Здається, просто й дешево. Але тут є аспект: теплотворна здатність такого хвостового газу дуже плаває. Якщо не стабілізувати склад паливної суміші, можна отримати проблеми з температурним режимом у пальниках, локальні перегріви, підвищений NOx. На низці старих НПЗ так і роблять – просто спалюють, але на сучасних комплексах із жорсткими екологічними нормативами це вже не пройде.

Другий шлях – виділення та рецикл. Тут лідирують технології глибокого охолодження та низькотемпературної дистиляції. Але вони енерговитратні. Виправдані тільки при великих обсягах та високому вмісті цільових С2+. Класичний приклад – встановленняутилізації хвостового газу етиленуна комплексі Ningbo Heyuan, де з потоку з високим вмістом етану та етилену їх виділяють та повертають у голову процесу. Економіка зійшлася через масштаб.

Третій шлях, який набирає обертів, - використання як сировина для синтезу. Наприклад, гідроформілювання або пряме окиснення. Але це вже хімічна конверсія, яка потребує окремого, часто примхливого, каталітичного процесу. Впроваджувати таке ризиковано без детальних пілотних випробувань. Знаю випадок на одному із заводів у провінції Цзянсу, де намагалися налагодити отримання пропіонового альдегіду з етиленового хвостового газу. Проект затих на стадії відпрацювання каталізатора – він швидко дезактивувався через слідову кількість сірки.

Практичні складності та ?підводні камені?

Ось що рідко пишуть у підручниках, але з чим стикаєшся на кожному майданчику. Перше – коливання складу. Піролізна піч – не годинниковий механізм, склад сировини змінюється, режими коригуються. І хвостовий газ ?пливе? разом із цим. Система утилізації має бути розрахована не так на усереднені значення, але в можливий діапазон. Інакше в один прекрасний? день компресор може отримати нерозрахункове навантаження, або сепаратор перестане справлятися.

Друге – питання матеріалознавства. Якщо в газі є волога та сліди кислот, при охолодженні нижче за точку роси починається корозія. Стандартна вуглецева сталь у низькотемпературних секціях може не підійти. Доводиться закладати нержавіючу сталь, що подорожчає проект. А якщо у процесі використовуєтьсяадсорбціяабо мембранний поділ, то домішки (навіть у ppm) можуть незворотно отруїти адсорбент або закупорити мембрани.

Третій головний біль – інтеграція нової системи утилізації до існуючої інфраструктури заводу. Часто немає вільного місця, потрібно врізатись у працюючі трубопроводи під тиском, узгоджувати тривалі зупинки. Іноді економічний ефект від утилізації з'їдається вартістю цих монтажних та організаційних робіт.

Досвід Chengdu Yizhi Technology: не панацея, але системний підхід

У контексті розмови про інтеграцію та практичну реалізацію варто згадати досвід проектних інститутів. Один із них –Chengdu Yizhi Technology Co.(Дочірня структура Chengdu Huaxi Chemical Technology). Вони не продають "чарівні коробки", а працюють як проектний інститут повного циклу. Їхній сайтyzkjhx.ru– це, по суті, портфоліо виконаних проектів у нафтохімії.

Що в їхньому підході цінно? Вони починають не з вибору технології, і з детального аудиту конкретного потоку хвостового газу конкретному заводі. Беруть проби у різний час доби, за різних режимів роботи установки. Будують реальну картину, а не працюють із паспортними даними. Потім уже моделюють варіанти: десь вигідніше ставити модуль попередньогоподілу газівщоб підвищити концентрацію етилену перед рециклом, десь – інтегрувати потік у систему паливного газу з попереднім змішуванням і контролем теплотворної здатності.

З їхньої практики був проект для заводу з виробництва ПВХ, де хвостовий газ з низьким вмістом етилену (близько 25%) успішно інтегрували в систему палива для котлів, але з установкою системи онлайн-аналізу та автоматичного регулювання складу суміші. Рішення не найвище технологічне, але надійне і окупившееся за рахунок зниження закупівель природного газу. Інший їхній проект – редизайн системи рекуперації на етиленовому комплексі – дозволив збільшити повернення етилену на 2-3%, що за великих обсягів дало значний економічний ефект.

Погляд у майбутнє: тренди та економічні обмеження

Куди все їде? Тренд – це, безумовно, цифровізація та передиктивна аналітика. Датчики онлайн-аналізу складу, пов'язані із системою управління технологічним процесом (АСУТП), які можуть передбачати зміни в потоці та адаптувати режим роботи установки утилізації. Це вже не фантастика, такі системи починають запроваджувати.

Другий тренд – мініатюризація та модульність установок. Не гігантські цехи, а компактні, майже контейнерні рішення для утилізації малих потоків газу на середніх і малих підприємствах. Це може стати нішою.

Але головний обмежувач – і завжди був – економіка. Ціна на етилен на ринку, вартість електроенергії для роботи кріогенних установок, тарифи на викиди CO2. Якщо ціна на продукт низька, а енергія дорога, то навіть найдосконаліша технологія утилізації етилену з хвостового газу буде нерентабельною. Усі технічні рішення упираються у цей простий розрахунок. Тому часто оптимальним рішенням виявляється не саме технологічно витончене, а адаптоване до місцевих умов і цін. Іноді це просто добре організоване спалювання з рекуперацією тепла. І в цьому немає нічого поганого – це і є інженерна практика.