Benefici ambientali ed economici derivanti dal miglioramento dell’operatività delle unità amminiche

Impianti amminici nelle raffinerie

Il sistema alcanolammina in una raffineria, meglio noto come "unità amminica", viene utilizzato per rimuovere l'idrogeno solforato (H₂S), l'anidride carbonica (CO₂) e i mercaptani (complessivamente denominati gas acidi) dai flussi di gas di processo e di idrocarburi liquidi. Le unità amminiche sono una parte essenziale del funzionamento della raffineria per mantenere la qualità del prodotto e la conformità ambientale.

La loro importanza sta aumentando con l'aumentare dell'acidità delle alimentazioni di raffineria e l'abbassamento dei limiti di zolfo nei prodotti di raffineria. Un'unità amminica mal gestita può causare elevate perdite di ammina, scarsa affidabilità dell'unità, contaminazione della soluzione amminica, prodotti fuori specifica, problemi operativi e aumento dei costi operativi per la raffineria.

Inoltre, la cattura di CO₂ post-combustione dai gas di scarico, basata su ammina, è la migliore tecnologia disponibile oggi sul mercato. Attualmente è in corso un'attività di ricerca e sviluppo a livello mondiale per migliorare questa tecnologia, principalmente per ridurne l'elevato consumo energetico e concentrarsi sulla minimizzazione dei prodotti di degradazione.

Le sfide

Nonostante la loro importanza, le operazioni delle unità amminiche spesso non sono ben comprese o gestite in modo ottimale. Ciò è dovuto a diversi fattori, tra cui:

• • Le unità amminiche consentono a una raffineria di realizzare profitti, ma non producono direttamente un reddito.
  • Le varie parti di un'unità amminica sono in genere distribuite tra diverse unità operative: il solvente amminico povero viene solitamente pompato nelle torri di assorbimento nelle unità di processo contenenti i fluidi di produzione, poi l'ammina ricca viene pompata nuovamente nella torre di stripping per la rimozione dei gas acidi, quindi il controllo dell'intero circuito non è semplice.
  • Molte unità amminiche di raffineria vengono gestite ben oltre le loro capacità di progettazione originali.
  • I sistemi amminici sono spesso sufficientemente robusti da mantenere la qualità del prodotto di raffineria, anche quando operano in modo diverso dal progetto originale o dalle migliori pratiche operative.
    
    

I benefici

Al contrario, sono molti i vantaggi che si possono ottenere migliorando le operazioni dell'unità amminica, come:

• Qualità del prodotto più costante, con conseguente riduzione della frequenza delle attività "event-driven" per miscelare o ritirare prodotti fuori specifica occasionali
• Riduzione dei costi energetici
• Riduzione dei costi per filtri, carbone attivo e ammina sostitutiva
• Maggiore affidabilità che riduce i costi di sostituzione/riparazione delle apparecchiature
• Miglioramento del funzionamento dell'impianto di zolfo grazie a una qualità di alimentazione più costante per questa unità.

Figure 1  Processo di elettrodialisi di Veolia e foto di un'unità dedicata al recupero delle ammine

Le unità amminiche tendono ad accumulare sali di ammina termicamente stabili (HSAS), che causano problemi come corrosione, incrostazioni, perdita di efficienza, formazione di schiuma, instabilità operativa ed eccessiva perdita di solvente amminico. Le migliori pratiche indicano che la concentrazione massima consentita di HSAS è del 2,0% in peso nella soluzione amminica. Un aspetto fondamentale per il corretto funzionamento di un'unità amminica e per ottenere prestazioni ottimali è un buon programma di gestione dell'ammina. Ciò implica il monitoraggio delle condizioni della soluzione amminica e la gestione della qualità di alimentazione, delle condizioni operative e del solvente amminico stesso per evitare problemi associati ad ammina altamente contaminata o degradata.
Figura 2 Tendenze HSAS e acido formico

Caso di studio

Una raffineria in Europa presentava un'elevata concentrazione di HSAS (>5,0% in peso di metildietanolammina, MDEA) e un contenuto di formiato superiore a 15.000 ppm, che causavano problemi di corrosione, incrostazioni e un'eccessiva perdita di solvente amminico. Veolia ha eseguito il recupero del solvente amminico utilizzando un'unità mobile di elettrodialisi (ED) appositamente progettata.

La tecnologia ED di Veolia offre diversi vantaggi: in condizioni di funzionamento stabile e se non è necessario eseguire una procedura di pulizia, un'unità mobile di elettrodialisi può rimanere in funzione per diversi giorni o settimane e il flusso di scarto generato è una soluzione salina neutra. Inoltre, durante questo periodo, non viene introdotta acqua nel flusso di ammina, ad eccezione di una sequenza di "lavaggio" necessaria prima di un lavaggio in loco (CIP).

Un flusso di ammina magra è stato fatto passare attraverso l'unità di recupero, reinviando il flusso recuperato all'unità di trattamento delle ammine. L'effluente generato nel processo di recupero (salamoia formata da sali stabili neutralizzati) è stato inviato direttamente all'impianto di trattamento delle acque reflue della raffineria senza alcun impatto negativo. L'unità mobile a doppio ED è completamente automatizzata da un sistema di controllo logico programmabile (PLC) + interfaccia uomo-macchina (HMI). Portate, temperature, conducibilità e pressioni sono controllate e misurate automaticamente durante il funzionamento. Il sistema sarà monitorato e gestito da un singolo operatore per turno, senza una dedicazione esclusiva, dato il livello di automazione.

Al termine dell'operazione, sono stati recuperati 850 m³ di soluzione amminica. È stata ottenuta una riduzione del 90% del contenuto di formiato, fino a 1.500 ppm, al di sotto del nostro limite di controllo di 2.000 ppm. L'HSAS è stato ridotto allo 0,5% in peso. Le perdite di ammina durante il processo di rigenerazione sono state inferiori all'1% in peso, in base al volume totale del sistema.

Il costo del recupero per la raffineria è stato inferiore al 30% rispetto al costo di sostituzione della soluzione amminica, senza considerare i costi di smaltimento dell'ammina contaminata. Il risparmio totale per la raffineria è stato di oltre 400.000 dollari (USA). L'unità mobile di recupero ha un'ampia applicabilità e può essere utilizzata con successo per diversi tipi di solventi amminici, tra cui MDEA, monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), diisopropanolamine (DIPA), solventi formulati e altri.

Veolia può anche offrire ai clienti un'unità dedicata al recupero dell'ammina. Questa unità ED può essere messa in funzione in continuo con alimentazione e spurgo (a capacità ridotta) per mantenere l'HSAS a un livello costantemente basso, come previsto da Veolia.

Conclusione

Sebbene le unità amminiche non contribuiscano direttamente alla produzione dei prodotti di una raffineria, rappresentano un'attività essenziale per il mantenimento delle specifiche di prodotto e per la gestione sicura dei gas acidi nelle operazioni di raffineria e negli impianti di cattura del carbonio. L'attenzione ai parametri operativi, alle condizioni del sistema amminico e alle prestazioni può ridurre al minimo i costi operativi e migliorare l'affidabilità e le operazioni delle unità di raffinazione. Total Amine Solutions di Veolia offre una gamma completa di tecnologie per aumentare l'affidabilità delle unità amminiche, ridurre l'impatto energetico, i costi operativi e l'impatto ambientale.

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