China: utilização do gás etileno, tecnologia? 

Quando as pessoas falam sobre a utilização de gases contendo etileno na China, muitos imediatamente imaginam gigantescas instalações de pirólise em novos complexos petroquímicos. Mas a realidade que encontramos na prática é muitas vezes mais complexa. O principal desafio não está tanto na escala, mas na diversidade de fontes e composição. Estes não são apenas gases provenientes de instalações de pirólise, onde a concentração de etileno é elevada, mas também fluxos secundários do craqueamento catalítico, gases residuais de vários processos onde o etileno pode ser diluído com uma fracção etano-propileno, metano e hidrogénio. E é aí que começa a diversão, e às vezes a dor de cabeça: como extrair valor de um “coquetel” desses? economicamente justificado.

Da teoria às “condições de campo”: o que muitas vezes é esquecido

Nos livros didáticos tudo parece harmonioso: selecionar, queimar, transformar. Na verdade, quando você chega ao local, digamos, de uma das muitas refinarias modernizadas, a primeira coisa que você enfrenta é a questão da lucratividade. Pode haver tecnologia, mas a sua implementação depende de questões de eficiência energética e do custo final do produto. Por exemplo, o fracionamento clássico em baixa temperatura para separar o etileno puro de correntes diluídas é um processo que consome muita energia. Se os volumes de gás não forem muito grandes e a infra-estrutura para a sua recolha estiver dispersa, o projecto poderá nunca dar frutos.

Daí o desenvolvimento ativo de tecnologias para a hidrogenação seletiva de acetileno e MAPD (metil acetileno e propadieno) nessas correntes. A tarefa não é apenas obter etileno, mas obtê-lo com a pureza necessária, adequado para posterior síntese de polietileno, por exemplo. Empresas de engenharia chinesas, comoTecnologia Co. de Chengdu Yizhi., eles estão trabalhando ativamente aqui, adaptando catalisadores e esquemas para composições específicas de matérias-primas. No site delesyzkjhx.ruvocê pode ver que eles se posicionam como um instituto de design criado com base em tecnologias químicas. Esta é uma nuance importante - é a abordagem do projeto, e não apenas a venda de equipamentos, que permite escolher uma solução “não padronizada”. gás.

Um erro comum é tentar aplicar o mesmo diagrama de fluxo de processo para todos os tipos de gases. Já vi projetos onde tentaram instalar colunas de absorção padrão para gases com alto teor de inertes. O resultado é baixa recuperação e problemas constantes de ajuste. Tive que revisar o esquema e adicionar membrana preliminar ou purificação por adsorção. Isso aumentará o custo, mas sem isso é uma perda de tempo.

Quebra-cabeça tecnológico: da absorção às membranas

Então, quais opções estão em jogo? Se falamos em liberação de etileno, então além do resfriamento profundo, existem métodos de adsorção, por exemplo, usando zeólitas ou MOFs (estruturas metal-orgânicas). Esta última é uma área promissora que está a ser ativamente trabalhada na China. Mas, novamente, em escala industrial, tudo depende da estabilidade do adsorvente na presença de impurezas como sulfeto de hidrogênio ou água. O sucesso do laboratório e o trabalho numa instalação real são duas coisas muito diferentes.

Outra forma não é selecioná-lo, mas sim utilizá-lo diretamente. Oligomerização catalítica de etileno em frações ou dímeros de gasolina. A tecnologia, em princípio, não é nova, mas a sua utilização para a utilização de fluxos secundários de etileno é uma tarefa interessante. O problema está no catalisador: ele deve ser resistente a intoxicações e operar sob cargas variáveis, pois o fluxo é lateral e seu volume não é constante. Ouvi falar de tentativas de utilização de tais soluções em algumas empresas químicas na província de Sichuan. Os resultados foram ambíguos: o rendimento das frações alvo flutuou e, às vezes, a seletividade caiu. Mas o próprio fato das tentativas fala da busca por soluções flexíveis.

A separação por membrana é um tema moderno. Para enriquecimento preliminar do fluxo com etileno antes da instalação principal - às vezes funciona muito bem. Mas a palavra-chave é “às vezes”. As membranas são sensíveis à pressão, temperatura e, novamente, impurezas. Se o gás não for pré-preparado, a membrana irá falhar rapidamente. Portanto, muitas vezes é apenas uma etapa da cadeia. Eu vi um projeto onde eles combinavam separação por membrana com adsorção sem calor de ciclo curto (SCA). Acabou sendo compacto e bastante eficaz para um fluxo com concentração moderada de etileno.

Caso prático e armadilhas

Vou contar um caso específico, sem citar o nome da planta. A tarefa era utilizar gases residuais de uma planta onde o etileno era misturado com nitrogênio e metano. A concentração de etileno é de cerca de 15%. A opção de colocá-lo à venda ficou imediatamente fora de questão: era caro. Consideramos a opção de enviá-lo para nosso próprio forno para gerar calor, mas o teor calórico do gás era bastante baixo.

No final, você optou por um esquema de oxidação catalítica em um reator com zeólita tratada para produzir óxido de etileno? Não, seria muito complicado para tal fluxo. Decidimos seguir o caminho da combustão catalítica seletiva de impurezas para aumentar a concentração de etileno, e depois fornecê-lo à rede existente como gás combustível de maior qualidade. Pareceria simples. Mas, na fase de arranque, descobriu-se que vestígios de compostos organoclorados de outra instalação apareciam periodicamente no gás. O catalisador começou a desativar mais rápido do que o esperado. Tivemos que instalar com urgência um filtro de carbono adicional na entrada, o que alterou a hidráulica e o cronograma de troca do adsorvente. Bagatela? Não, esta é uma “armadilha” típica que nem sempre é mencionada nos estudos de viabilidade.

É nessas situações que a experiência de um instituto de design, que já viu diferentes cenários, é valiosa. EmpresaTecnologia Co. de Chengdu Yizhi, Ltd., como instituto de design com capital social de 120 milhões de yuans, criado pela Huaxi Technology, costuma abordar a questão de forma sistemática: não apenas “vamos entregar a planta?”, mas primeiro faz uma análise detalhada das matérias-primas, analisa toda a logística dos fluxos do empreendimento e avalia os possíveis riscos de alteração da composição. Este é o próprio “design” que distingue apenas um empreiteiro de um parceiro tecnológico.

Economia como fator decisivo

Em última análise, a escolha da tecnologia de reciclagem de etileno depende do dinheiro. Não só em despesas de capital (CAPEX), mas também em despesas operacionais (OPEX). A mesma adsorção requer custos para regeneração do adsorvente, membranas para manutenção da pressão e resfriamento profundo para eletricidade. Portanto, agora muitas vezes consideram não apenas “quanto etileno iremos poupar?”, mas “que valor acrescentado obteremos ao longo de todo o ciclo?”

Uma tendência interessante é a integração de instalações de recuperação de gases derivados no esquema geral “circular”. economia empresarial. Ou seja, a corrente de etileno não é considerada um resíduo, mas sim uma matéria-prima para outro processo no mesmo local. Por exemplo, para a síntese de etilbenzeno ou oxietilação, se existirem instalações de produção adequadas. Isso reduz os custos logísticos e aumenta as margens gerais. Mas isto requer um esquema competente em toda a fábrica, e conceber tal esquema é precisamente a tarefa das empresas de engenharia fortes.

Acontece também que com os preços atuais dos recursos energéticos e dos polímeros, a opção mais económica é enviar gás para combustão em centrais com recuperação de calor. E isso não é uma derrota, mas uma decisão empresarial equilibrada. A tecnologia de reciclagem deve ser adequada às condições económicas. Buscar soluções de ponta que não se pagam em um período de tempo razoável é um erro.

Olhando para o futuro: flexibilidade e digital

Para onde tudo vai? Na minha opinião, as palavras-chave são flexibilidade e adaptabilidade. Os fluxos de gases subprodutos não são constantes e a sua composição pode mudar. As instalações futuras provavelmente serão mais modulares, permitindo que os parâmetros ou mesmo a cadeia do processo sejam rapidamente reconfigurados dependendo da qualidade das matérias-primas recebidas. Talvez os esquemas híbridos que combinam, por exemplo, membranas e adsorção se tornem mais difundidos.

A digitalização também desempenha um papel. A implementação de sistemas APC (controle avançado de processos) nessas plantas permite otimizar sua operação em tempo real, adaptando-se às mudanças. Isso não é mais fantasia, mas projetos reais. Sensores para análise online da composição do gás na entrada, associados a um algoritmo de controle que ajusta temperaturas, pressões e vazões - isso aumenta seriamente a eficiência e estabilidade de operação.

E, claro, o trabalho continua em catalisadores mais seletivos, estáveis ​​e mais baratos. Especialmente para processos que convertem diretamente o etileno diluído em produtos valiosos. Há espaço para o desenvolvimento de institutos científicos e centros de engenharia aplicada. O principal é que a ligação entre eles seja forte, para que os desenvolvimentos laboratoriais evoluam rapidamente para testes industriais piloto. Nesse sentido, uma estrutura semelhante àTecnologia Co. de Chengdu Yizhi., que é um projeto parte de uma empresa de tecnologia maior (Huaxi Technology), parece lógico – os desenvolvimentos teóricos podem encontrar rapidamente um caminho para a implementação prática.

Em geral, o tema da utilização de gases contendo etileno na China está longe de estar encerrado. Não se trata simplesmente de “eliminar os resíduos”, mas de extrair o máximo valor de cada metro cúbico de gás num quadro económico e ambiental em constante mudança. E aqui não é a tecnologia mais complexa que vence, mas sim a mais inteligente e adaptada à vida real no chão de fábrica.