Downstream in de olie- en gasindustrie

Ruwe eenheid

De raffinage van ruwe olie begint in de ruwe eenheid, die als belangrijkste taak heeft om de verschillende componenten te scheiden.

Hoe ruwe eenheden werken

Zware ruwe olie bevat meestal zouten. Chloridezouten veroorzaken niet alleen verstoppingen stroomafwaarts in het raffinageproces, maar corroderen ook apparatuur in de vorm van zoutzuur (HCl) - gevormd door hydrolyse onder hoge temperaturen. Ruwe olie met een aanzienlijk zoutgehalte moet eerst door een ontzouter om de onzuiverheid te verwijderen. In deze voorbehandelingsstap wordt ruwe olie verwarmd tot iets boven het kookpunt van water en vervolgens gemengd met vers water om het zout te verdunnen. Vervolgens gaat het mengsel naar een bezinktank om de olie en het zoute water te scheiden. Een elektrostatisch veld versnelt het scheidingsproces.

Na het ontzouten wordt de ruwe olie verwarmd tot ongeveer 280 °C (540 °F). Deze gedeeltelijk verdampte grondstof komt binnen vanaf de onderkant van de ruwe destillatie-eenheid (CDU), ook wel atmosferische destillatie-eenheid genoemd omdat de verwerking dicht bij de atmosferische druk plaatsvindt: 1,2 tot 1,5 atm (17,6 tot 22 psi) aan de bovenkant van de kolom. Deze kolom heeft een reboiler op de bodem en een condensor in de top, waardoor een temperatuurgradiënt ontstaat. De fracties met een hoger kookpunt - de zwaardere, minder vluchtige verbindingen - blijven onderaan, terwijl de fracties met een lager kookpunt - de lichtere, meer vluchtige verbindingen - naar boven stijgen. De geperforeerde bakken die langs de kolom zijn gestapeld, zorgen ervoor dat de lichtere stoffen blijven stijgen terwijl de zwaardere stoffen naar beneden sijpelen. De afgescheiden koolwaterstofcomponenten, of fracties, worden op verschillende hoogten in de distillatiekolom afgetapt, afhankelijk van hun kookpunten.

Restolie kan verder worden gescheiden, maar thermische destillatie kan niet plaatsvinden bij atmosferische druk omdat de vereiste hoge temperaturen de koolwaterstoffen zouden beschadigen.

Voor verdere destillatie gaat de restolie naar een vacuümdestillatie-eenheid (VDU). Bij drukken van slechts 10 inH₂O (0,36 psi) is het kookpunt van zwaardere oliën laag genoeg om thermische ontleding of barsten te voorkomen. De vacuümoven verhit de restolie tot ongeveer 400 °C (750 °F), waar de olie verdampt in de lagedrukomgeving en fractioneert in verschillende componenten voor verdere verwerking en raffinage:

• Lichte gasolie en zware gasolie (ook wel vacuümgasolie genoemd) - voor de productie van basisoliën voor smeerolie of als grondstof voor hydrokrakers en FCC units
• Vacuümresidu - als grondstof voor verkooksers, FCC-eenheden, hydrokrakers en waterstofbehandelingsinstallaties

Meetoplossingen voor ruwe eenheden

Er zijn drie hoofdtoepassingen voor flexibele meerpunts temperatuursystemen in een ruwe eenheid:

• Controle van cokesvorming in de flashzone. Zowel atmosferische als vacuümdestillatiekolommen hebben flashzones, waar een deel van de hete grondstof in damp "flitst" wanneer het de kolom binnenkomt. Door de temperatuurdistributie radiaal te meten voor hete plekken in de pakking van de flashzone, kunnen operators vroegtijdige cokevorming detecteren en de wasoliesnelheid dienovereenkomstig aanpassen om cokeafzetting te minimaliseren of te elimineren.
• Temperatuurbewaking van de top van de toren en de temperatuurgradiënt boven het hoofd. Als de bovengrondse gassen afkoelen, is het mogelijk dat verschillende zouten - ammoniakchloride of zouten gevormd uit bovengrondse remmers - bij verschillende temperaturen kristalliseren vóór het bovengrondse wassysteem. Vroege vorming kan leiden tot zoutafzetting en metaalcorrosie. Met een multipoint oplossing kunnen operators de temperaturen bovenin de toren beter regelen om vroege zoutvorming te minimaliseren of te elimineren.
• Temperatuurmeting van de lade. Een multipuntthermokoppel is een eenvoudige manier om meerdere temperatuurmetingen uit te voeren vanaf één nozzle.

Oven tubeskin thermokoppel

WIKA biedt innovatieve thermokoppel oplossingen voor gestookte heaters. Dankzij uitgebreide thermokoppeltests in onze ultramoderne R&D-faciliteit vlakbij de Houston Ship Channel kunnen we helpen bij het bepalen van de juiste configuratie en plaatsing van temperatuursensoren voor uw ovens.

Ongeacht de plaats waar de thermokoppel wordt geplaatst, moet het op de juiste manier worden geleid en geïnstalleerd. Gebruikers moeten bijvoorbeeld rekening houden met de thermische uitzetting van de ovenbuis en de sensor beschermen tegen de directe hitte van de branders. Als de thermokoppel verkeerd wordt geleid en geïnstalleerd, heeft deze waarschijnlijk een kortere levensduur en kan deze zelfs defect raken.

Met WIKA's vooruitgang in de technologie van tubeskin thermokoppels is nauwkeurigheid niet het enige dat geoptimaliseerd is. Installatiegemak is ook een belangrijk kenmerk van onze temperatuurmeetoplossingen, omdat onze buitendienstmedewerkers voortdurend samenwerken met de ontwerpingenieurs van WIKA om het proces te stroomlijnen. Of de sensor nu een gegoten hitteschild heeft of niet, de installatie verloopt snel en betrouwbaar - elke keer weer.

Verkookser

Verkooksers gebruiken een hoge temperatuur (< 900 °F / 480 °C) en hoge druk om de grotere koolwaterstofmoleculen van het vacuümresidu af te breken, of te kraken, om lichtere fracties met een hogere waarde te produceren. Thermisch kraken in een verkookser levert ook vaste koolstof op, petroleumcoke (petcoke) genoemd, dat wordt gebruikt als energiebron of als primair materiaal in de productie.

Hoe verkooksers werken

Een vertraagde verkookser (delayed coker unit - DCU), het meest voorkomende type verkookser, heeft twee hoofdcomponenten: een gestookt verwarmingselement en twee of meer cokesvaten. In de gestookte verhitter voeren ovenbuizen de toevoer door stralings- en convectiesecties, waar het zijn thermische kraaktemperatuur bereikt. Deze vloeistof komt vervolgens in het cokesvat terecht, waar het kraken plaatsvindt. (Dus "vertraagd", omdat de reactie niet plaatsvindt in het verwarmingselement of de reactor) De koolwaterstofdampen verlaten de bovenkant van het vat, terwijl de cokes zich op de bodem afzetten. Als een vat vol is, wordt het offline gehaald om te ontkoken, terwijl een ander vat, dat nu decoked is, weer online wordt gezet. Hogedrukwatersnijders verwijderen de vaste deeltjes uit het cokesvat.

Een ander type is de fluïde verkookser. De toevoer wordt in de brander gesproeid als een gefluïdiseerde vaste stof en wordt opnieuw verbrand als brandstof en om de lange koolwaterstofketens verder te kraken. Een flexicoker lijkt op een fluïde verkookser, maar met de optie van gedeeltelijke of volledige vergassing van de cokes. Het voordeel van vloeistofkokers en flexicokers is een hogere opbrengst van hoogwaardige vloeibare koolwaterstoffen.

Voordelen van nauwkeurige temperatuurmeting in cokers

Ongeacht het type verkookser werken deze eenheden onder uitdagende omstandigheden: extreem hoge temperaturen, zware trillingen, corrosieve en vluchtige toevoer. Veiligheid en optimale opbrengsten vereisen betrouwbare instrumentatie om de processen continu te bewaken en te controleren. Een verkookser heater moet met name uitgebalanceerd zijn aan zowel de proceszijde als de vuurzijde.

Met nauwkeurige informatie over temperatuur en processtroom kunnen de ovenbuizen van een raffinaderij drie keer zo lang zijn in vergelijking met een gemiddelde verwarming. Nauwkeurige meting van de tubeskin temperatuur is van het grootste belang. Als een tubekin thermokoppel (TSTC) een hoge waarde aangeeft, zullen operators de looptijd onnodig verkorten, wat resulteert in een lagere productie. En als deze te laag wordt afgelezen, zullen operators onbewust de looptijd verlengen, waardoor het risico op een barst in de slang en een ongeplande uitschakeling toeneemt.

WIKA heeft een portfolio van innovatieve TSTC's ontworpen om de productie en de veiligheid van de fabriek te maximaliseren. We bieden ook installatieservices en een geavanceerd ovenbewakingsprogramma met infraroodscans, gezondheidscontroles van apparatuur, gegevensanalyses en probleemoplossing.

FCC-installatie (Fluid Catalytic Cracking)

Net als een verkookser zet een FCC-eenheid (fluid catalytic cracking) zware restolie om in lichtere producten met een hogere waarde, zoals benzine en de lichte olefinen propyleen en butyleen. Maar in tegenstelling tot een verkookser, die alleen hoge temperaturen gebruikt om lange koolwaterstofketens te kraken, wordt bij vloeibaar katalytisch kraken een katalysator gebruikt om dit proces efficiënter te maken.

Hoe FCC units werken

In een reactor wordt restolie gemengd met silica-aluminiumoxide, aluminosilicaatzeoliet of een andere katalysator. Dit fysieke contact, in de aanwezigheid van geschikte temperaturen en drukken, resulteert in een chemische reactie die de grondstof fractioneert in kleinere moleculen, die worden gescheiden en afgezogen in de fractionator. De katalysator wordt niet chemisch veranderd tijdens deze reactie, maar koolstof bedekt het poeder, de korrels of de pellets. De verbruikte katalysator gaat de regenerator in, waar de koolstof wordt afgebrand, en gaat dan terug naar de reactor.

Temperatuurbewaking in FCC units

FCC units, de geldmakers van moderne raffinaderijen, kunnen continu draaien, afgezien van een geplande stop om de vijf jaar voor regulier onderhoud. In het ideale geval is de doorlooptijd kort, zodat de apparatuur weer kan beginnen met raffineren. Maar als het opstarten niet goed gebeurt, kan er condensatie optreden, wordt de katalysator nat en plakkerig en moet de unit opnieuw worden uitgeschakeld om te worden gereinigd. Om dit kostbare scenario te vermijden, is het belangrijk om de temperatuur van de dipleg tijdens het opwarmen voortdurend te controleren om condensatie te voorkomen. Een ander belangrijk gebied voor temperatuurbewaking is de regenerator, om ervoor te zorgen dat de omstandigheden heet genoeg zijn om de koolstof te verbranden en de katalysator te regenereren.

Alkylatie-eenheid

Een alkyleringsunit maakt iso-paraffines die alkylaten worden genoemd. Het produceert deze benzinecomponent met hoog octaangehalte door isobutaan (uit de isomerisatie-eenheid van de raffinaderij) te combineren met propyleen of butyleen (uit een FCC unit) in aanwezigheid van een katalysator. Deze eenheid, ook wel alky genoemd, is een belangrijk onderdeel van het voldoen aan de huidige strenge brandstofnormen voor lagere emissies.

Soorten alkylerings units

Er zijn tegenwoordig vier soorten alkylerings units, genoemd naar de gebruikte katalysator. De conventionele zijn de waterstoffluoride alkylerings unit (HFAU) en de zwavelzuur alkylerings unit (SAAU). De grootste uitdaging bij deze units is dat vloeibare zure katalysatoren corrosief, giftig en mogelijk schadelijk voor het milieu zijn. Daarom is het van het grootste belang om emissies en lekken te voorkomen. Het membraanbewakingssysteem van WIKA heeft een tweede, intern membraan dat zorgt voor een betrouwbare scheiding van de omgeving en het proces als het primaire membraan defect raakt. Als dit gebeurt, neemt de druk in de tussenruimte toe en waarschuwt het systeem de operators voor de breuk. Om de inherente risico's van het gebruik van vloeibare zuren te vermijden, kiezen sommige raffinaderijen voor alkylering met vaste zuren en ionische vloeistofalkylering. Beide technologieën zijn veelbelovend, omdat de katalysatoren minder gevaarlijk zijn om te hanteren, te regenereren en te verwijderen dan HF of H₂SO₄.

Ongeacht de katalysator of technologie vereist alkylering nauwkeurige temperatuur- en drukbereiken voor optimale chemische reacties.

Continue katalysatorregeneratie (CCR) reformer

Katalytisch reformeren is een proces waarbij nafta's met behulp van een katalysator in aanwezigheid van hoge hitte en verhoogde druk worden omgezet in benzinecomponenten met een hoog octaangehalte, of reformaten. Omdat een van de chemische reacties dehydrogenering is, produceert katalytisch reforming grote hoeveelheden waterstof, die wordt gebruikt in hydrocrackers en elders in de raffinaderij.

Hoe CCR-hervormers werken

In een typische reformer met continue katalysatorregeneratie (CCR) begint het proces met het verhitten van de naftavoeding tot de juiste temperatuur. Van daaruit komt de toevoer in een reeks reactoren, waar langzaam bewegende beddingen van katalysatoren, meestal op basis van platina, de chemische reactie versnellen om een reeks hoogwaardige koolwaterstoffen te produceren. De resulterende reformaten worden samen met reformorgas en waterstof gescheiden.

Processen in de reactor zetten cokes af op de katalysator. Na het verlaten van de laatste reactor wordt de verbruikte katalysator naar de regenerator geleid om te worden ontkoekt, waarna hij weer terugkeert naar de reactor.

Continue katalysatorregeneratie is populairder en efficiënter dan semi-regeneratief reforming, waarbij katalysatoren met een vast bed worden gebruikt die alleen kunnen worden geregenereerd tijdens shutdowns om de paar maanden. CCR daarentegen kan non-stop opereren met uitzondering van een ommekeer om de ongeveer drie jaar.

Waar de temperatuur in een CCR-hervormer te bewaken

Temperatuur speelt een sleutelrol bij het optimaliseren van de chemische processen van een CCR-reformer en temperatuursensoren werken onder uitdagende omstandigheden.

• Oven: Nauwkeurige en robuuste tubeskin temperatuurmeting is belangrijk voor een veilige werking en het optimaliseren van de doorvoercapaciteit. Een typische CCR-eenheid heeft ovens met meerdere cellen - één voor elk katalysatorbed/zone - met buizen in wickets of arbours. Zowel de buis als de header zetten uit bij grote hitte, dus het instrument moet omgaan met driedimensionale differentiële uitzetting.
• Reactor: Temperatuursensoren in bewegende katalysatorbedden dienen om de katalysatorprestaties te controleren en ongelijkmatige stroomverdeling te detecteren. Meetinstrumenten zijn echter gevoelig voor erosie door herhaaldelijk contact met katalysatorpellets. Een zwaarwandige kabel biedt bescherming tegen bewegende katalysatoren en hoge temperaturen.
• Regenerator: Hier wordt de gebruikte katalysator geoxideerd om de cokesafzetting te verwijderen en vervolgens gechloreerd om de zuurgraad te herstellen. A flexibel multipoint thermokoppel controleert de gastemperaturen in elke zone om een maximale levensduur van de katalysator te garanderen. In deze omgeving met hoge temperaturen en corrosie is de superlegering Inconel het aanbevolen materiaal voor meetinstrumenten.

Aangezien CCR units aanzienlijk kunnen verschillen afhankelijk van de licentiegever, is inzicht in de verschillen essentieel voor een juiste instrumentatie.

Hydrokraker

Met hydrokrakerunits kan een verscheidenheid aan laagwaardige grondstoffen worden opgewaardeerd tot de middendistillaten van vliegtuigbrandstof, diesel, kerosine en lichte gasolie.

Hoe hydrokrakers werken

Zoals de naam al zegt, breken hydrokraakreactoren zwaardere gasoliën in een waterstofrijke atmosfeer. Ze doen dit met een vastbedkatalysator (meestal zeoliet), verhoogde temperaturen (750-1.500 °F / 400-815 °C) en hoge druk (1000-2.000 psi / 70-140 bar). Het gekraakte mengsel gaat vervolgens naar een fractionator, waar destillaten met een lager kookpunt worden afgetapt en de resterende olie met een hoger kookpunt wordt gerecycled naar de reactor om opnieuw te worden geconverteerd.

Waterstof speelt twee functies in dit proces:

• Combinatie met gekraakte, onverzadigde koolwaterstof tot verzadigde hoogwaardige producten
• Regeling van de temperatuur in de reactor (verzadiging met waterstof is exotherm, dus meer waterstof toevoegen resulteert in meer warmte)

Zware gasoliën bevatten meestal aanzienlijke hoeveelheden zwavel en stikstof. In een tweetraps hydrokraker is de eerste fase de hydrobehandeling: met behulp van een katalysator worden de onzuiverheden uit de grondstof verwijderd en wordt waterstof gebonden aan zwavel en stikstof om gasvormig waterstofsulfide (H₂S) en ammoniak (NH₃) te produceren. Waswater lost deze gassen op en het resulterende ammoniumhydrosulfide (NH₄HS) wordt afgevoerd om te strippen. Bij eentraps hydrokrakers moet de grondstof eerst door een hydrofobeerder om de ongewenste verbindingen te verwijderen.

Het belang van temperatuurbewaking in hydrokrakers

Katalytisch kraken is een endotherm proces, terwijl bij de verzadiging van waterstof warmte vrijkomt. De veiligheid en efficiëntie van hydrokraken hangt dus af van het binnen een bepaald bereik houden van de reactortemperatuur. Door het temperatuurprofiel te monitoren, kunnen operators de prestaties van de reactor beter begrijpen en controleren, vooral om thermische runaways te voorkomen.

Aangezien het ontwerp van hydrokrakers verschilt, afhankelijk van de licentiegever, is het belangrijk om samen te werken met specialisten die de industrie begrijpen en een breed scala aan temperatuurprofielsystemen voor hydrokrakers kunnen ontwerpen - dit alles aangevuld met deskundige begeleiding multipoint installaties en 24/7 customer support. WIKA heeft een lange geschiedenis in het ontwikkelen van meetoplossingen die raffinaderijen helpen om ongeplande stilleggingen te voorkomen, de runlengte te verbeteren en de winstgevendheid te verhogen.

Waterstofbehandelaar

Waterstofbehandelingsinstallaties, ook wel waterstofontzwaveling (HDS) genoemd, zijn procesinstallaties die zwavel, stikstof, zuurstof, zware metalen en andere ongewenste producten verwijderen uit mengsels of grondstoffen. Dit is een van de belangrijkste stappen in moderne raffinaderijactiviteiten, omdat:

• Raffinaderijen moeten voldoen aan steeds strengere milieunormen voor lagere emissies in aardgas en transport brandstoffen.
• Waterstofbehandeling verlengt de levensduur van de katalysator, omdat zwavel- en stikstofverbindingen metalen katalysatoren kunnen vergiftigen.
• Onzuiverheden in de grondstof kunnen de verwerking units vervuilen, dus door hydrotreating wordt de productie langer en worden onnodige stilleggingen van downstreamapparatuur vermeden.

Hoe waterstofbehandelingsinstallaties werken

Net als een hydrokraker mengt een hydrotreater grondstof met waterstof, verhit het mengsel in een oven tot 260-400 °C (500-750 °F) en spuit het vervolgens in een reactor. In aanwezigheid van metaalkatalysatoren en onder hoge temperaturen (575-750 °F / 300-400 °C) en hoge druk (440-1.910 psi / 30-130 bar) reageert de waterstof met de grondstof om de zwavel te verwijderen door gasvormig waterstofsulfide (H₂S) en stikstof (door ammoniak of NH₃) te maken. Tegelijkertijd verzadigt de waterstof de alkenen en aromaten.

Er zijn verschillende categorieën waterstofbehandelingsinstallaties, die worden gedefinieerd door het type grondstof dat ze behandelen - van residuen, zware nafta en kerosine tot diesel, vacuümgasolie en FCC-benzine.

Temperatuurbewaking voorkomt problemen met waterstofbehandeling

Temperatuursensoren in waterstofbehandelingsinstallaties spelen een sleutelrol in veiligheid en productiviteit. Op verschillende locaties, flexibel multipoint thermokoppel zoals de Flex-R® controleer op hotspots, controleer de werking van de katalysator en zoek naar gebieden met een slechte verdeling, vooral bij uitlaatpunten. Bij inlaatpunten controleren temperatuursensoren de prestaties van de reactorinwendige onderdelen.

Isomerisatie-eenheid

Isomerisatie verbetert de kwaliteit van benzine door koolwaterstoffen met rechte ketens, die een lager octaangehalte hebben, om te zetten in koolwaterstoffen met vertakte ketens, die een hoger octaangehalte hebben. Vergeleken met katalytisch reforming is isomerisatie zuiniger en produceert het minder CO₂ uitstoot en gevaarlijke bijproducten.

Wat is isomerisatie?

Isomeren zijn moleculen met dezelfde molecuulformule maar een verschillende moleculaire rangschikking. Normaal butaan (n-C4) is bijvoorbeeld een molecuul met een rechte keten van 4 koolstofatomen en 10 waterstofatomen. Het isomeer, isobutaan (i-C4), is ook C₄H₁₀ maar heeft een CH₃ groep die aftakt van het centrale koolstofatoom.

Door deze structurele verschillen gedragen koolwaterstoffen met vertakte ketens zich anders, zowel fysisch als chemisch, dan hun neven met rechte ketens. Normaal pentaan en hexaan zijn bijvoorbeeld laagoctaan, ongeveer 66-70 RON (research octane number), terwijl isopentaan en isohexaan ongeveer 82-87 RON zijn.

Er zijn twee soorten isomerisatie-eenheden:

• C4-isomerisatie-eenheden zetten butaan (n-C4) om in isobutaan (i-C4) voor gebruik in alkylatie-eenheden.
• C5/C6-isomerisatie-eenheden zetten pentaan (n-C5) om in isopentaan (i-C5) en hexaan (n-C6) in isohexaan (i-C6) voor gebruik als blendstock.

Het C5/C6-isomerisatieproces

Eerst wordt lichte nafta met waterstof behandeld om zwavel, stikstof en andere ongewenste producten te verwijderen. De behandelde grondstof wordt dan gemengd met variërende hoeveelheden waterstof (afhankelijk van de gebruikte katalysator) en in de reactor gespoten, een omgeving met vastbedkatalysator en matige hitte (200-400 °F / 93-204 °C).

Isomerisatieprocessen gebruiken een van de drie soorten katalysatoren.

De volgende stappen hangen af van het type katalysator dat wordt gebruikt. Over het algemeen komt het effluent van de reactor in vaten waar de producten worden gescheiden:

• H₂ wordt teruggewonnen en hergebruikt in de reactor.
• De isomeraten worden verder geleid en stroomafwaarts gemengd.
• Als er HCl wordt geproduceerd, wordt dit verwijderd en behandeld.
• De gekraakte gassen C₁ (methaan), C₂ (ethaan), C₃ (propaan) en C₄ (butaan) worden teruggewonnen en verwijderd.
• Alle niet-omgezette C₅ en C₆ worden als grondstof teruggevoerd naar de reactor.

Temperatuurbewaking van katalysatoren

Om isomerisatie units in staat te stellen isomeraten met een hoog octaangehalte te blijven produceren, moet de katalysator optimaal presteren. Operators kunnen channeling, maldistributie en algemene katalysatoractiviteit controleren met multipoint thermokoppel op verschillende punten langs de vaste bedden. Een volledig temperatuurprofiel kan de levensduur van de katalysator verlengen, de verwerkingsefficiëntie verhogen en de veiligheid in de fabriek verbeteren.

Amine eenheid

Met behulp van stikstofhoudende verbindingen die bekend staan als amines, strippen amine-eenheden ongewenste waterstofsulfide en kooldioxide uit aardgas. Aminebehandeling is een van de beste manieren om zure gassen te verwijderen en aardolieproducten geschikt te maken voor gebruik.

De basisprincipes van aminebehandeling

Een amine eenheid bevat verschillende stappen voor het verzoeten van zuur gas en het recyclen van het aminesolvent.

• 1. Vóór de aminebehandeling wordt het vuile proces naar een KO-trommel (sour gas knockout) geleid om water- en oliedruppels te verwijderen.
• 2. Het voorbehandelde gas gaat de bodem van de aminekolom in, ook wel een absorber of contactor genoemd.
• 3. Terwijl het zure gas opstijgt, komt het in contact met de magere amineoplossing (zonder zure gassen) die van boven naar beneden regent. Hoe groter het contact, hoe meer H₂S en CO₂ worden geabsorbeerd.
• 4. Bovenaan de contactorkolom wordt het gezoete gas afgevoerd naar de schone procesuitlaat.
• 5. Het schone proces komt in de KO-trommel voor zoet gas, waar eventueel achtergebleven amine wordt opgevangen en hergebruikt, en het aardgas wordt verder stroomafwaarts geleid.
• 6. De amineoplossing, die nu verzadigd is met zure gassen (rijk amine), bezinkt naar de bodem van de contactor en wordt naar de strippenkolom geleid.
• 7. In de stripper scheidt stoom van de reboiler de zure gassen van het rijke amine.
• 8. De zure gassen worden afgekoeld in de condensor en naar terugwinningseenheden geleid voor verwerking.
• 9. De gestripte amine gaat door een serie filters voor verdere reiniging.
• 10. De amine, die nu weer mager is, wordt terug naar de bovenkant van de contactor geleid voor hergebruik.

Meetoplossingen voor geoptimaliseerde aminebehandeling

Temperatuurbewaking en -regeling spelen een sleutelrol in de efficiëntie van amine eenheden. Het procesgas en de amineoplossing werken het best binnen een smal temperatuurbereik.

• Als de amine te koel is wanneer het in contact komt met de koolwaterstoffen, kan het vuile procesgas condenseren en schuimen, wat resulteert in een slechtere gaskwaliteit. In het ideale geval is de magere amine net iets heter dan de gastemperatuur bij de inlaat.
• Maar als de magere amine te heet is, zal het te snel stromen en niet genoeg zure gassen absorberen.
• Als het vuile procesgas te heet is wanneer het de aminekolom binnenkomt, zal het te snel stijgen en contact maken met de magere amine te dicht bij de schone procesuitlaat aan de bovenkant van de kolom. In deze situatie kan schuimvorming optreden, wat resulteert in een slechtere gaskwaliteit en mogelijk amineverlies.
• Als de rijke amine te heet is, zullen zure gassen uit de oplossing breken en de metalen oppervlakken aantasten, wat corrosie tot gevolg heeft.
• Als de temperatuur van het filtersysteem te laag is, zal het minder effectief zijn in het verwijderen van verontreinigingen uit de amineoplossing voordat deze teruggepompt wordt naar de contactor, wat resulteert in een minder efficiënte absorptie van zure gassen.

De omloopsnelheid van amine, de gasstroom, de inlaatgastemperatuur en de amineconcentratie hebben allemaal invloed op de efficiëntie van aminebehandelingsprocessen. Met kwaliteitsinstrumenten zoals multipoint thermokoppels, vooral de TC96-M miniatuur multipoint thermokoppel, beschikken raffinaderijen over de nauwkeurige, realtime informatie die ze nodig hebben om slimme operationele beslissingen te nemen.

Waterstofeenheid

Waterstof is tegenwoordig een cruciaal onderdeel in raffinaderijen, dat nodig is om koolwaterstoffen met een lagere waarde om te zetten in producten met een hogere waarde. De waterstof die wordt gebruikt in hydrokrakers, hydrotreaters en isomerisatie-eenheden kan afkomstig zijn van een CCR-reformer, die H₂ maakt als bijproduct. Aan extra vraag kan worden voldaan door een stoom methane reformer (SMR), die methaan - meestal uit aardgas - en water omzet in waterstof.

1. Indien nodig wordt aardgas eerst ontzwaveld in een waterstofbehandelingsinstallatie.

2. Een SMR gebruikt een hoge druk (44-360 psi / 3-25 bar), hoge temperaturen (1.290-1.830 °F / 700-1.000 °C), een vastbedkatalysator en oververhitte stoom om methaan om te zetten in waterstof en koolmonoxide.

CH₄ + H₂O→ 3 H₂ + CO

3. Koolmonoxide is een onzuiverheid die moeilijk te verwijderen is. Het resulterende synthesegas van de stoomreformer ondergaat nu dus een water-gasverschuivingsreactie om koolmonoxide om te zetten in kooldioxide en extra waterstof.

CO + H₂O→ CO₂ + H₂

Dit proces vereist ook een katalysator, maar bij iets lagere temperaturen van 400-900 °F (200-480 °C).

4. Er zijn twee manieren om kooldioxide uit waterstof te verwijderen.

• Bij PSA (Pressure Swing Adsorption) wordt gebruik gemaakt van hoge druk en adsorberende materialen om ongewenste gassen af te vangen. Vervolgens gaat het proces over op lage druk, waardoor de materialen hun respectieve gassen afgeven en hun adsorberende eigenschappen herstellen.
• Bij CO₂ methanisatie wordt een amine oplosmiddel gebruikt om koolstof vast te leggen en vervolgens om te zetten in CH₄ met behulp van een katalysator en de juiste temperatuur en druk. Het ontstane methaan wordt vervolgens teruggevoerd naar de Stoom Reformer.

Beide methoden genereren een bijna zuivere waterstofstoom voor een raffinaderij.

Meetoplossingen voor waterstofeenheden

Omdat stoomreforming endotherm is, vereist dit proces een regelmatige toevoer van warmte uit een oven. De temperaturen van de ovenbuizen kunnen oplopen tot 815 °C (1.500 °F). Oplossingen voor temperatuurmeting omvatten tubeskin thermocouples, flexibele multipoint thermokoppel en thermokoppels in thermowells en pijpbuizen. Met temperatuursensoren kunnen operators ook op data gebaseerde beslissingen nemen over het vervangen van katalysatoren.

Het bewaken en regelen van druk, niveau en debiet zijn ook essentieel voor efficiënte processen tijdens het reformeren van methaan met stoom.

Zwavelterugwinningseenheid

Zwavel is een ongewenst product in olie en gas omdat de verbranding ervan milieuverontreinigende stoffen produceert. Na ontzwaveling in een waterstofbehandelingsinstallatie of een andere verwerkingseenheid gebruikt een zwavelterugwinningseenheid (SRU) het Claus-proces om het resulterende waterstofsulfide om te zetten in zwavel, een verkoopbaar product dat wordt gebruikt in de industrie en voor het maken van meststoffen.

Stappen van zwavelterugwinning in een raffinaderij

Het Claus-proces bestaat uit twee fasen om zwavel terug te winnen:

1. Thermische fase

Waterstofsulfide verbrandt met de zuurstof in lucht om elementaire zwavel te produceren.

2 H₂S+ O₂ → 2 S + 2 H₂O

De oxidatietemperatuur wordt boven 850 °C (1.560 °F) gehouden. De hete effluent gaat vervolgens naar een condensor, waar de stoom wordt weggeleid van de zwavel. Aangezien de waterstofsulfide slechts gedeeltelijk wordt geoxideerd, wordt ~70 % van de zwavel afgescheiden, en bevat de stroom nog steeds waterstofsulfide. Bij extra verbranding met lucht ontstaat zwaveldioxide.

2 H₂S + 3 O₂ → 2 SO₂ + 2 H₂O

2. Katalysatorfase

De uitstroom van de condensor wordt opnieuw verhit, omdat zwavelcondensatie de katalysator vervuilt. Het hete mengsel gaat vervolgens door een reeks vastbedkatalysatorreactoren (Claus-reactoren) om de zwavel verder af te scheiden.

2 H₂S + SO₂ → 3 S + 2 H₂O

De katalysatorfase vindt plaats bij lagere temperaturen van 600-625 °F (~315-330 °C) maar boven het dauwpunt van zwavel.

Het Claus-proces wint 95-97 % van de H₂S in de toevoerstroom terug, maar dat percentage is niet hoog genoeg om te voldoen aan de huidige strenge regelgeving voor luchtverontreinigingscontrole. De laatste stap is daarom het behandelen van het rookgas met behulp van een rookgasbehandelingsinstallatie (TGTU). In essentie wordt het zwavelhoudende uitlaatgas verhit en gehydrogeneerd om waterstofsulfide te produceren, dat door een amine-eenheid gaat. Het gestripte waterstofsulfide gaat dan terug naar de oxidator om het Claus-proces te hervatten.

Het belang van temperatuurmeting bij zwavelterugwinning

Nauwkeurige temperatuurbewaking en -regeling spelen een enorme rol in elke fase van een SRU, van oxidatoren en condensatoren tot herverhitters, reactoren en rookgasbehandelingsunits (TGTU's). Als de temperatuur van een Claus-reactor bijvoorbeeld te laag is, zal de katalysator niet optimaal reageren. Bovendien zal het zwavelhoudende gas condenseren en de katalysator vervuilen.

Fakkel stapel

Om zowel economische als milieuredenen vinden raffinaderijen manieren om bijna alle restproducten van hun processen terug te winnen en te recyclen. Maar er zijn bepaalde gassen die niet hergebruikt kunnen worden en die worden veilig afgefakkeld. In geval van overdruk of andere gevaarlijke situaties zorgen ESD-systemen (Emergency Shutdown) er bovendien voor dat gevaarlijke dampen automatisch uit gevoelige delen van de fabriek worden geëvacueerd en via fakkelleidingen naar een fakkelpijp worden geleid voor verbranding.

Een fakkelpijp regelt de verbranding van deze ongewenste gassen, waardoor minder schadelijke producten worden geproduceerd die in de atmosfeer terechtkomen. Zo heeft methaan een aardopwarmingsvermogen (GWP) van 27-30, vergeleken met een GWP van kooldioxide van 1. Bij het verbranden van methaan dat niet wordt teruggewonnen, ontstaan kooldioxide en water.

Verschillende leidingen voor lucht, stoom en ongewenste gassen voeren naar een fakkelpijp en worden aan de fakkeltip aangestoken. Instrumenten voor het meten van de stroomsnelheid helpen bij het regelen van het proces voor meer veiligheid en een efficiënte verbranding. Thermokoppels die naar de fakkel worden geleid, zijn essentieel voor het bewaken van de pilots die de fakkel ondersteunen.

Electric Substation

Grote downstream operaties zijn meestal mede-eigenaar van een elektrisch substation met het nutsbedrijf in de regio. In een raffinaderij moeten operators spanningsniveaus transformeren en de elektriciteit omleiden naar waar deze nodig is.

Apparatuur voor midden- en hoogspanning maakt tegenwoordig gebruik van verschillende gassen voor isolatie en boogblussing. WIKA is een wereldwijde leverancier van gasbehandelingsoplossingen voor de energietransmissie- en distributie-industrie, en onze productenportefeuille stellen downstream bedrijven en elektriciteitsleveranciers in staat om alle soorten isolerende gassen in stroomonderbrekers, transformatoren, schakelapparatuur en meer te controleren, analyseren en verwerken.

Het meest voorkomende gas in gasgeïsoleerde apparatuur is zwavelhexafluoride (SF₆). Het heeft een uitstekende diëlektrische sterkte voor betrouwbaar boog doven. Tegelijkertijd is dit het broeikasgas met het hoogste bekende aardopwarmingsvermogen (GWP). Lekpreventie is van het grootste belang om de gevaren van het gebruik van SF₆ gas te vermijden.

WEgrid Solutions is een volledige dochteronderneming van WIKA en biedt een uitgebreid pakket producten en diensten voor het veilig omgaan met SF₆ en alternatieve gassen. Online bewaking van de gasdichtheid met trendanalyse maakt service en onderhoud op basis van conditie mogelijk, waardoor substation beheerders de veiligheid kunnen verhogen, kosten kunnen verlagen en het milieu kunnen beschermen.

Kalibratie & Services

WIKA biedt een breed scala aan diensten voor de downstream olie- en gasindustrie.

Kalibratiecentrum: Advies, ontwerp en implementatie - alles uit één bron

Laat WIKA uw referentie- en testapparatuur kalibreren, in onze ISO 17025-geaccrediteerde laboratoria of op uw locatie. Naast een breed scala aan kalibratie-instrumenten bieden we kalibratiediensten voor druk, temperatuur, kracht, stroming en elektrische meetinstrumenten, evenals SF₆ gasdichtheidsinstrumenten.

Gekalibreerde instrumenten produceren nauwkeurige gegevens, een voorwaarde voor het soort slimme besluitvorming dat leidt tot veiligere werkzaamheden en een hogere productie. Maar kalibratieproducten zijn slechts een deel van de vergelijking.

Voor een complete oplossing die net zo uniek is als uw downstreamactiviteiten, werkt u samen met WIKA. Onze olie- en gasspecialisten kunnen een krachtig kalibratiesysteem ontwerpen uit ons uitgebreide productassortiment, met:

• Aanpasbaarheid voor testonderdelen
• Druk- en vacuümtoevoer
• Componenten voor drukregeling en fijnafstelling
• Spanningsvoeding en multimeters voor het kalibreren van elektrische testonderdelen

Een ander sterk punt van ons is projectplanning. We kunnen toepassingsspecifieke systemen ontwerpen, bouwen en implementeren voor elk type kalibratie op locatie, van handmatige werkstations tot volledig geautomatiseerde testsystemen in productielijnen.

Alomvattend bewakingsprogramma voor de oven (FCMP)

Branders vormen het hart van veel raffinaderijeenheden en slechte prestaties hebben een negatieve invloed op de veiligheid en productiviteit. Om uw apparatuur zo dicht mogelijk bij de doelomstandigheden te laten werken, bieden we drie niveaus van ovenbewaking om aan de behoeften van uw raffinaderij te voldoen.

• Basis: infrarood scannen + grondige audit om problemen met apparatuur op te sporen
• Gevorderd: het basisplan + regelmatige controle en evaluatie
• Uitgebreid: het geavanceerde plan + bruikbare informatie en diepgaand begrip van de problemen

Reparatie membraanafdichtingssysteem

Vervang niet als je kunt repareren. Met WIKA's diensten voor membraandichtingssystemen (DS), kunnen klanten aanzienlijk besparen in vergelijking met de aanschafkosten van een nieuw apparaat. Dit komt omdat de levensduur van de procestransmitter langer is dan die van de bevochtigde onderdelen. Als een membraanafdichtingssysteem niet meer werkt, moet daarom alleen in zeldzame gevallen de hele eenheid worden vervangen.

We onderhouden zowel onze eigen membraandichtingssystemen als die van andere fabrikanten. En met een locatie direct naast het Houston Shipping Channel bieden we snelle reparatieservices voor de raffinaderijen in de omgeving. Een dropbox voor membraandichtingen, bij u of bij ons, betekent nog meer gemak.

R&D centrum

Het R&D centrum van WIKA ligt vlakbij het Houston Ship Channel en is een faciliteit van wereldklasse die is opgezet om raffinaderijen te helpen het maximale uit hun activa te halen. Het hart van deze campus wordt gevormd door een procesinstallatie op ware grootte, ontworpen en gebouwd volgens de ASME- en API-richtlijnen. De 9,6M BTU oven kan een groot aantal processen nabootsen die plaatsvinden in grootschalige verwarmers en reactoren, waardoor we de prestaties van onze temperatuurinstrumenten kunnen testen en verifiëren in daadwerkelijke praktijksituaties.

Maar deze ultramoderne faciliteit is niet alleen voor WIKA. Onze klanten profiteren ook van een reeks diensten:

• De problemen met temperatuurmetingen in een raffinaderij nabootsen in een actief gestookte verwarmer die voor dit doel is ontworpen.
• Ondersteuning voor het testen van sensoren zonder apparatuur te beschadigen of de raffinaderij tegen hoge kosten stil te leggen.
• Ontvang praktijkgerichte training om het maximale uit meetinstrumenten en proceseenheden te halen, inclusief inzichten in de optimale plaatsing en configuratie van tubeskin thermokoppels.

Samen met deskundig advies en onze portfolio van kwaliteitsinstrumenten voor de olie- en gasindustriehet R&D centrum van WIKA heeft raffinaderijen over de hele wereld geholpen om hun processen efficiënter te maken, de doorlooptijd te verkorten en de opbrengsten en marges te verhogen.

Installatie

Onze ervaren technici en ingenieurs zijn beschikbaar voor ondersteuning op locatie bij de installatie en inbedrijfstelling van WIKA instrumenten en systemen. Ons assortiment van field services omvat supervisie, advies, laswerkzaamheden, analyse en probleemoplossing, inspectie, onderhoud en reparaties. Van nieuwe projecten tot toezicht tijdens geplande of ongeplande shutdowns, ons wereldwijde team staat voor u klaar.

Professionele ontwikkeling

Onze industrie experts zijn beschikbaar voor workshops, seminars en overleg over al onze productlijnen - bij u op locatie of bij ons. Neem contact met ons op voor meer informatie over het trainen en bijscholen van uw team.