Impianti per la produzione di etilene

Forno di cracking

Nel forno di cracking o pirolisi dello steam cracker, gli idrocarburi a catena lunga vengono fessurati termicamente. Nella maggior parte degli impianti, ciò avviene tramite l'aggiunta di vapore caldo.

All'interno del cracker, numerose bobine corrono parallele tra loro. Dopo una fase di preriscaldamento, la miscela di C_xH_x-H₂O viene inviata, in meno di un secondo, dall'ingresso del forno attraverso le serpentine, che sono alimentate dall'esterno con bruciatori. Per garantire una qualità costante del prodotto è fondamentale che la distribuzione della portata dei fluidi sia omogenea. Questo processo è supportato da boccagli Venturi appositamente realizzati con un'elevata qualità della superficie e un profilo arrotondato progettato con precisione per evitare il coking irregolare.

Un'altra variabile critica è la temperatura dell'idrocarburo crackizzato all'uscita del forno, la Coil Outlet Temperature (COT). Il suo valore è compreso tra 750 e 900 °C, a seconda della materia prima. Gli strumenti di misura della temperatura utilizzati devono resistere a una portata di fluidi altamente abrasivi. I punti di misura invasivi richiedono pertanto l'utilizzo di pozzetti e tubi di protezione Stellit^®, sia in materiale ricavato da barra che nella versione rivestita. In alternativa, è possibile prendere in considerazione sonde per la misura di temperatura superficiale con tempi di risposta rapidi.

Oltre al metodo di cracking basato sul vapore, l'industria utilizza anche il metodo con catalizzatori. Ciò consente, ad esempio, di ottenere una maggiore resa di propilene. Il monitoraggio della temperatura nel cracking catalitico si basa principalmente su sonde di temperatura multipoint.

Raffreddamento del gas di cracking, tempra in olio e in acqua

Il gas alla fine del processo di cracking è chimicamente instabile e altamente reattivo. Deve quindi essere raffreddato di diverse centinaia di gradi, subito dopo aver lasciato il forno di cracking. Questo avviene nel raffreddatore del gas di cracking/scambiatore della linea di trasferimento. L'energia termica rilasciata viene utilizzata nel processo di scambio termico per produrre vapore ad alta pressione per l'impianto.

Il raffreddamento continua nelle fasi successive del processo di tempratura in olio e in acqua. In questi due processi, gli oli pirolitici, il benzene pirolitico e le particelle solide vengono rimossi simultaneamente dalla portata del fluido.

La tempra ad olio come frazionatore primario è di primaria importanza. La pressione differenziale tra i diversi livelli della colonna è l'indicatore chiave per il suo funzionamento ottimale. Un valore crescente implica la possibile presenza di depositi che possono ridurre il rendimento. I trasmettitori di pressione differenziale accuratamente bilanciati, in combinazione con due separatori con membrana affacciata, le cui membrane sono realizzate in materiale specifico per il fluido, garantiscono un monitoraggio accurato di questo parametro.

Compressori e lavaggio dei gas acidi

I compressori comprimono la miscela di gas preparata in quattro o sei fasi successive. Il lavaggio dei gas acidi è una fase intermedia per rimuovere l'idrogeno solforato (H₂S) e l'anidride carbonica indesiderati.

Prima e durante la compressione, il fluido passa nello stadio di intercooler e la condensa risultante viene separata in separatori. Il loro livello deve essere monitorato costantemente per evitare qualsiasi potenziale traboccamento. I compressori e le aree dell'impianto a valle sono così protetti da un'eccessiva umidità.

A questo scopo si consigliano gli strumenti di misura di livello modulari bypass, che trasmettono con precisione il valore di livello misurato e, tramite una funzione di commutazione opzionale, attivano tempestivamente un allarme. In punti particolarmente critici, le versioni con doppia camera consentono una misura ridondante. Oltre all'indicatore di bypass, è possibile integrare altri sistemi di misura, come ad esempio i sensori magnetostrittivi a catena reed, indicatori con radar a onda guidata e a forcella vibrante.

Per un funzionamento regolare dei compressori, è necessario monitorare la temperatura nei loro cuscinetti fortemente sollecitati. I sensori di temperatura altamente resistenti alle vibrazioni garantiscono la necessaria precisione.

Colonne di distillazione e splitter

Dopo la compressione e l'ulteriore raffreddamento in un impianto di refrigerazione, la miscela di gas trattati viene separata nei prodotti finali. Questo processo avviene in diverse colonne di distillazione, collegate in serie (demetanizzatore, deetanizzatore, depropanizzatore, debutanizzatore), e splitter, principalmente per i composti C₂, C₃ e C₄

A causa delle diverse temperature nelle colonne di distillazione, i componenti con un punto di ebollizione più basso salgono verso l'alto e vengono scremati, mentre le sostanze con un punto di ebollizione più alto scendono verso il fondo e da lì vengono trasferite alla colonna successiva. Gradualmente, in questo modo si ottengono le seguenti sostanze: etilene, propilene, butene e altre frazioni di idrocarburi. L'etilene è la frazione più grande in termini di volume.

Per una separazione costante e pulita dei fluidi difficili, la pressione e la temperatura del processo devono essere sempre in perfetto equilibrio. Ciò richiede sia la loro elevata disponibilità che la corrispondente precisione degli strumenti di misura installati.

La qualità della misura non è l'unico fattore critico nella strumentazione per il monitoraggio della pressione e della temperatura, ma vale anche per il livello e la portata: gli strumenti devono essere resistenti alle condizioni di processo per svolgere il loro compito come richiesto e, allo stesso tempo, non compromettere la qualità del prodotto. Tutti gli strumenti di misura sono quindi realizzati con materiali specifici per l'applicazione e anche i cordoni di saldatura sono sottoposti a test non distruttivi.

Acetilene e idrogenazione MA/PD

L'acetilene e il metilacetilene/propadiene (MA/PD) prodotti durante il processo di distillazione/cracking vengono convertiti rispettivamente in etilene e propilene mediante idrogenazione con idrogeno. (C₂H₂ + H₂ => C₂H₄; C₃H₄ + H₂ => C₃H₆). In questo modo, la resa totale di questi due prodotti finali di alta qualità aumenta.

Il processo di idrogenazione selettiva avviene in reattori a letto fisso riempiti con i relativi catalizzatori. Il controllo del processo dipende in modo critico dal fatto che il flusso di acetilene e MA/PD sia soggetto a una temperatura omogenea. Punti di misura della temperatura multipli e distribuiti in modo ottimale nel letto di catalizzatore consentono di rilevare immediatamente i punti caldi e freddi. La funzione di monitoraggio crea quindi il presupposto affinché la reazione proceda in modo uniforme. Allo stesso tempo, consente di trarre conclusioni sull'invecchiamento del catalizzatore.

Per la misura si possono utilizzare due versioni di sonde di temperatura multipoint. La versione senza pozzetto/tubo protezione consente di impostare i punti di misura direttamente nel letto di catalizzatore. Questa soluzione offre i tempi di risposta più rapidi. Un'alternativa è rappresentata dalle sonde di temperatura multipoint in esecuzione slide con pozzetto termometrico/tubo di protezione. In questo caso, le sonde di temperatura per i punti di misura sono posizionate singolarmente nel pozzetto/tubo protezione tramite un'asta di guida e premuti contro la sua parete per ottenere un tempo di risposta relativamente breve. Il vantaggio: se necessario, le sonde di temperatura possono essere rimosse singolarmente dal pozzetto/tubo di protezione durante il funzionamento (cioè con il processo ancora chiuso) ed è quindi possibile controllare le loro prestazioni di misura.

Oltre alla temperatura, è necessario monitorare anche la pressione nel reattore. Con la misura, è importante evitare che l'aumento della temperatura nell'idrogeno causi una deriva. In questo caso, i separatori a membrana con membrane rivestite in oro garantiscono una trasmissione della pressione affidabile e permanente al rispettivo strumento di misura.

Serbatoi di stoccaggio e sistemi di torcia

Tutti i prodotti vengono stoccati temporaneamente allo stato gassoso o liquido in grandi serbatoi fino al successivo utilizzo. L'etilene, ad esempio, deve essere raffreddato a -103 °C per poterne conservare una grande quantità in uno spazio relativamente piccolo. Il processo di riempimento richiede il monitoraggio delle condizioni di temperatura nel serbatoio. A tal fine, le sonde di temperatura multipoint vengono inserite nel serbatoio dall'alto.

Data l'ampia differenza tra la temperatura del fluido e la temperatura ambiente, sul guscio d'acciaio del serbatoio sono presenti ulteriori sensori. Durante la fase di riempimento iniziale, servono ad avvertire per tempo che il guscio del serbatoio si sta raffreddando troppo rapidamente, evitando così potenziali cricche.

I sensori di temperatura nella base in calcestruzzo del serbatoio e nei fasci sotto le tubature esterne hanno uno scopo analogo: se rilevano un raffreddamento improvviso nel punto di misura, ciò è indice di una perdita nel serbatoio.

Ogni impianto di etilene ha almeno un sistema di torcia. Questo è in funzione 24 ore su 24 per eliminare, se necessario, qualsiasi gas indesiderato o in eccesso da tutte le parti della produzione in modo controllato.

Il sistema di torcia è quindi una parte fondamentale della sicurezza dell'impianto. La sua strumentazione di misura comprende termocoppie. Controllano i bruciatori pilota e forniscono informazioni non appena una quantità sufficiente di gas produce una fiamma.

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