Ökologische und wirtschaftliche Vorteile durch die Verbesserung des Betriebs von Aminanlagen

Aminanlagen in Raffinerien

Das Alkanolaminsystem einer Raffinerie, besser bekannt als „Aminanlage“, dient der Entfernung von Schwefelwasserstoff (H₂S), Kohlendioxid (CO₂) und Mercaptanen (zusammenfassend als saure Gase bezeichnet) aus Prozessgasen und flüssigen Kohlenwasserstoffströmen. Aminanlagen sind ein wesentlicher Bestandteil des Raffineriebetriebs, um die Produktqualität und die Einhaltung von Umweltvorschriften zu gewährleisten.

Ihre Bedeutung nimmt zu, da die Raffinerieanlieferungen saurer werden und die Schwefelgrenzwerte für Raffinerieprodukte gesenkt werden. Eine schlecht betriebene Aminanlage kann zu hohen Aminverlusten, mangelnder Zuverlässigkeit, Verunreinigungen der Aminlösung, nicht spezifikationsgerechten Produkten, Betriebsproblemen und erhöhten Betriebskosten für die Raffinerie führen.

Auch für die CO₂-Abscheidung aus Rauchgasen nach der Verbrennung ist das aminbasierte CO₂-Abscheidungssystem heute die kommerziell beste verfügbare Technologie. Weltweit wird an der Verbesserung dieser Technologie geforscht, vor allem um den hohen Energieaufwand zu reduzieren und die Abbauprodukte zu reduzieren.

Herausforderungen

Trotz ihrer Bedeutung sind die Abläufe in Aminanlagen oft unzureichend verstanden oder werden nicht optimal betrieben. Dies ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen, darunter:

• Aminanlagen ermöglichen einer Raffinerie zwar Gewinne, produzieren aber nicht direkt ein profitables Produkt.
• Die verschiedenen Teile einer Aminanlage sind typischerweise auf verschiedene Betriebseinheiten verteilt: Mageres Aminlösungsmittel wird üblicherweise zu Absorbertürmen in den Prozesseinheiten gepumpt, die die Produktionsflüssigkeiten enthalten. Anschließend wird angereichertes Amin zur Entfernung von Sauergasen zurück in den Stripperturm gepumpt. Daher ist die Steuerung des gesamten Kreislaufs nicht einfach.
• Viele Aminanlagen in Raffinerien werden weit über ihre ursprüngliche Auslegungskapazität hinaus betrieben.
• Aminsysteme sind oft robust genug, um die Qualität der Raffinerieprodukte aufrechtzuerhalten, selbst wenn sie weit von der ursprünglichen Auslegung oder den besten Betriebspraktiken entfernt betrieben werden.

Vorteile

Umgekehrt ergeben sich durch die Verbesserung des Betriebs der Aminanlage zahlreiche Vorteile, wie zum Beispiel:

• Konstantere Produktqualität, wodurch die Häufigkeit ereignisgesteuerter Maßnahmen zum Ausmischen oder Rückbau gelegentlich auftretender Produkte außerhalb der Spezifikation reduziert wird.
• Geringere Energiekosten.
• Geringere Kosten für Filter, Aktivkohle und Ersatzamin.
• Verbesserte Zuverlässigkeit, die die Kosten für Geräteaustausch und -reparatur senkt.
• Verbesserter Betrieb der Schwefelanlage durch eine konstantere Zulaufqualität für diese Anlage.

Figure 1 Veolias Elektrodialyseverfahren und Foto einer speziellen Anlage zur Aminrückgewinnung

Aminanlagen neigen zur Ansammlung thermisch stabiler Aminsalze (HSAS), die Probleme wie Korrosion, Verschmutzung, Effizienzverlust, Schaumbildung, Betriebsinstabilität und übermäßigen Verlust von Aminlösungsmittel verursachen. Best Practices zeigen, dass die maximal zulässige HSAS-Konzentration in der Aminlösung 2,0 Gew.-% beträgt. Ein wichtiger Aspekt für den erfolgreichen Betrieb einer Aminanlage mit optimaler Leistung ist ein gutes Aminmanagementprogramm. Dazu gehört die Überwachung des Zustands der Aminlösung und die Steuerung der Zufuhrqualität, der Betriebsbedingungen und des Aminlösungsmittels selbst, um Probleme im Zusammenhang mit stark verunreinigtem oder zersetztem Amin zu vermeiden.
Figure 2 HSAS und Ameisensäuretrends

Fallstudie

A Eine Raffinerie in Europa wies eine hohe HSAS-Konzentration (> 5,0 Gew.-% als Methyldiethanolamin, MDEA) und einen Formiatgehalt von über 15.000 ppm auf. Dies führte zu Korrosionsproblemen, Fouling und einem übermäßigen Verlust an Aminlösungsmittel. Veolia führte die Rückgewinnung des Aminlösungsmittels mit einer speziell angefertigten mobilen Elektrodialyseanlage (ED) durch.

Die ED-Technologie von Veolia bietet mehrere Vorteile: Bei stabilem Betrieb und ohne Reinigungsbedarf kann eine mobile ED-Anlage mehrere Tage oder Wochen in Betrieb bleiben, wobei der entstehende Abfallstrom eine neutrale Salzlösung ist. Darüber hinaus wird während dieser Zeit kein Wasser in den Aminstrom eingeleitet, mit Ausnahme einer Spülsequenz vor einer CIP-Reinigung.

Ein abgereicherter Aminstrom wurde durch die Rückgewinnungsanlage geleitet und der zurückgewonnene Strom wieder der Aminanlage zugeführt. Das im Rückgewinnungsprozess anfallende Abwasser (aus neutralisierten stabilen Salzen gebildete Sole) wurde ohne negative Auswirkungen direkt in die Kläranlage der Raffinerie geleitet. Die mobile Doppel-ED-Anlage ist vollautomatisch und verfügt über eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) mit Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI). Durchflussraten, Temperaturen, Leitfähigkeiten und Drücke werden während des Betriebs automatisch gesteuert und gemessen. Aufgrund des Automatisierungsgrades wird das System von einem einzigen Bediener pro Schicht überwacht und gesteuert, ohne dass dieser allein dafür zuständig ist.

Am Ende des Betriebs wurden 850 m³ Aminlösung zurückgewonnen. Der Formiatgehalt wurde um 90% auf 1.500 ppm reduziert – unter unserem Kontrollrichtwert von 2.000 ppm. Der HSAS-Gehalt wurde auf 0,5 Gew.-% reduziert. Die Aminverluste während des Regenerationsprozesses lagen unter 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtsystemvolumen.

Die Kosten für die Rückgewinnung betrugen für die Raffinerie weniger als 30% der Kosten für den Austausch der Aminlösung, ohne Berücksichtigung der Entsorgungskosten des verunreinigten Amins. Die Gesamteinsparung für die Raffinerie betrug mehr als 400.000 US-Dollar. Die mobile Rückgewinnungsanlage ist vielseitig einsetzbar und kann erfolgreich für verschiedene Aminlösungsmittel eingesetzt werden, darunter MDEA, Monoethanolamin (MEA), Diethanolamin (DEA), Diisopropanolamin (DIPA), formulierte Lösungsmittel und andere.

Veolia bietet seinen Kunden auch eine spezielle Anlage zur Aminrückgewinnung an. Diese ED-Anlage kann im kontinuierlichen Zufuhr- und Ablassbetrieb (bei geringerer Kapazität) betrieben werden, um den HSAS-Wert konstant niedrig zu halten.

Fazit

Aminanlagen tragen zwar nicht direkt zur Herstellung der Produkte einer Raffinerie bei, sind aber ein wesentlicher Betriebsschritt zur Einhaltung der Produktspezifikationen und zum sicheren Umgang mit den sauren Gasen in Raffinerien und Anlagen zur Kohlenstoffabscheidung.
Die Beachtung der Betriebsparameter, des Zustands und der Leistung des Aminsystems kann die Betriebskosten minimieren und die Zuverlässigkeit und den Betrieb der Raffinerieanlagen verbessern. Die Total Amine Solutions von Veolia bieten ein umfassendes Technologiespektrum, um die Zuverlässigkeit von Aminanlagen zu erhöhen, den Energieverbrauch zu reduzieren und die Betriebskosten sowie den ökologischen Fußabdruck zu senken.

Wenn Sie mehr über unsere Total Amine Solutions erfahren möchten, besuchen Sie bitte unsere Website.