Posizionare le operazioni di recupero dei vapori dove il beneficio del recupero è maggiore rispetto al flusso gestito e al rischio controllato. Installare il recupero sulla corrente di spurgo quando si perde prodotto prezioso o alimentazione non reagita. Installarlo sulla corrente di riciclo del gas quando le impurità minacciano le prestazioni del reattore o la durata del catalizzatore, e posizionarlo sulla corrente di vapore flash quando devono essere affrontati entrambi gli obiettivi.
Il posizionamento del recupero dei vapori è un compromesso nel diagramma di flusso tra conservazione dei materiali, purezza del riciclo, dimensioni delle apparecchiature e controllo dei contaminanti. Recuperare dalla corrente più piccola che risolve il problema, ma rimuovere specie corrosive, tossiche, polimerizzabili o che formano ghiaccio abbastanza presto da proteggere le apparecchiature a valle.
Partire dal problema di processo
Recuperare materiale prezioso dallo spurgo
Una corrente di spurgo impedisce l'accumulo di componenti inerti o indesiderati in un ciclo di riciclo. Può anche trasportare fuori dal processo prodotto prezioso o alimentazione non reagita.
Quando questa perdita è economicamente significativa, l'unità di recupero deve essere collocata sulla linea di spurgo. Lo spurgo ha solitamente la portata più bassa tra le opzioni di posizionamento pratiche, quindi questa disposizione spesso minimizza le dimensioni delle apparecchiature, le utenze e i costi di capitale.
Proteggere il reattore e il catalizzatore
Un ciclo di riciclo può concentrare tracce di impurità dopo passaggi ripetuti. Anche piccole quantità possono ridurre l'attività del catalizzatore, alterare la selettività del prodotto o creare condizioni operative del reattore inaccettabili.
In questo caso, posizionare l'operazione di recupero dei vapori o di purificazione sulla corrente di riciclo del gas prima che il gas ritorni al reattore. L'obiettivo non è principalmente il recupero del prodotto, ma il mantenimento di una composizione di riciclo adeguata.
Affrontare sia la perdita che la contaminazione
Se il processo presenta sia perdite sostanziali dallo spurgo che un accumulo di impurità dannose, installare il recupero sulla corrente di vapore immediatamente dopo il separatore flash.
Questa posizione può trattare il vapore flash combinato prima che venga suddiviso in correnti di spurgo e riciclo. Affronta sia il recupero del materiale che la protezione del riciclo, ma l'unità deve gestire un flusso maggiore rispetto a un sistema di solo spurgo.
Utilizzare la composizione e il flusso della corrente per scegliere la posizione
Confrontare i carichi delle correnti rilevanti
La stessa tecnologia di separazione può avere costi molto diversi a seconda di dove viene installata. Un'unità sullo spurgo gestisce generalmente meno gas rispetto a una sul riciclo o sulla corrente di vapore post-flash.
Un flusso inferiore può ridurre il volume delle apparecchiature, l'area della membrana, le dimensioni dell'assorbitore, il carico del compressore, il carico del condensatore e il consumo di utenze associato. Questi risparmi devono essere soppesati rispetto al fatto che una corrente più piccola contenga tutto il materiale o i contaminanti che devono essere rimossi.
Identificare cosa deve essere recuperato
L'obiettivo del recupero può essere un prodotto condensabile, un componente di alimentazione non reagito o un'altra specie preziosa. La sua concentrazione, il comportamento di fase e la compatibilità con il metodo di recupero determinano se sono appropriati la condensazione, l'assorbimento, la separazione criogenica o la permeazione a membrana.
I metodi basati sulle proprietà fisiche utilizzano differenze nel punto di ebollizione, nella volatilità relativa o nella solubilità del gas. I metodi chimici utilizzano la reattività selettiva, come l'assorbimento chimico, l'ossidazione catalitica o l'idrogenazione catalitica.
Identificare cosa deve essere rimosso
Alcune specie sono importanti a causa della loro pericolosità o dell'effetto sulle apparecchiature piuttosto che per il loro valore economico. I contaminanti corrosivi, tossici, polimerizzabili e suscettibili al congelamento dovrebbero essere considerati esplicitamente durante la sequenza del diagramma di flusso.
Ad esempio, H2S, anidride carbonica e umidità potrebbero richiedere la rimozione prima di operazioni a bassa temperatura o a membrana, dove potrebbero causare corrosione, congelamento, incrostazioni, degrado o operazioni non sicure.
Sequenziare la protezione prima dell'ottimizzazione del recupero
Rimuovere precocemente le specie dannose
Il posizionamento preferito non è sempre il punto con la portata più bassa. Se un contaminante può danneggiare le apparecchiature a valle, dovrebbe essere rimosso prima di tali apparecchiature, anche se la corrente di trattamento è più grande.
La rimozione precoce dei contaminanti protegge il resto del treno di separazione e impedisce a un'unità di recupero di diventare una fonte di incrostazioni, corrosione, ostruzioni o esposizione pericolosa.
Proteggere le operazioni a bassa temperatura
Le operazioni criogeniche e altre operazioni a bassa temperatura sono particolarmente sensibili ai componenti che congelano o solidificano. L'umidità e l'anidride carbonica suscettibile al congelamento ne sono esempi comuni.
Queste specie dovrebbero essere controllate a monte dell'unità a bassa temperatura. In caso contrario, l'operazione di recupero nominalmente efficiente potrebbe subire blocchi, perdita di capacità o arresto forzato.
Proteggere membrane e unità reattive
Le membrane richiedono condizioni di alimentazione compatibili con il materiale della membrana e il suo inviluppo operativo. I contaminanti reattivi possono anche interferire con le fasi di trattamento catalitico o chimico.
Il diagramma di flusso dovrebbe quindi posizionare il pretrattamento davanti alle unità sensibili, preservando al contempo il componente target in una forma che l'operazione di recupero a valle possa ancora catturare.
Mantenere il diagramma di flusso leggibile fisicamente ed economicamente
Rappresentare ogni operazione separatamente
Ogni blocco del diagramma di flusso dovrebbe rappresentare un'operazione fisica o chimica. Miscelazione, reazione, flash, assorbimento, condensazione e separazione non dovrebbero essere combinati in un blocco ambiguo quando i loro compiti e vincoli di progettazione differiscono.
Ciò rende chiara la posizione dell'operazione di recupero dei vapori e consente a ciascuna unità di ricevere il proprio bilancio di massa, bilancio energetico, condizioni operative e valutazione delle apparecchiature.
Etichettare completamente le correnti
Le etichette delle correnti dovrebbero identificare la composizione e le condizioni fisiche rilevanti, inclusi portata, temperatura, pressione e fase, ove appropriato.
Le decisioni di posizionamento dipendono da queste proprietà. Uno spurgo con una piccola portata molare ma un'alta concentrazione di un prezioso condensabile può essere più interessante di una corrente di riciclo più grande con una concentrazione diluita dello stesso componente.
Preservare la conservazione della massa
Ogni posizione di recupero proposta deve soddisfare la conservazione dei materiali tra le unità interessate. Prodotto recuperato, impurità scartata, gas di spurgo, gas di riciclo ed eventuali sottoprodotti o correnti di scarto devono essere rappresentati esplicitamente.
Un'unità di recupero che appare vantaggiosa a causa di un bilancio incompleto del diagramma di flusso può produrre stime fuorvianti di recupero, emissioni, composizione del riciclo ed economia.
Comprendere i compromessi
Il posizionamento sullo spurgo riduce i costi ma può limitare la protezione
Il recupero sulla linea di spurgo solitamente minimizza la gestione del flusso e le dimensioni delle apparecchiature. Tuttavia, potrebbe non rimuovere le impurità dal ciclo di riciclo prima che influenzino il reattore.
È quindi appropriato quando il problema principale è la perdita di materiale prezioso, non quando è richiesto un controllo continuo delle impurità.
Il posizionamento sul riciclo protegge il reattore ma può recuperare meno efficientemente
Il trattamento sulla linea di riciclo controlla direttamente il gas che ritorna al reattore. Questa è la priorità corretta quando l'avvelenamento del catalizzatore, la perdita di selettività o l'instabilità del reattore sono il rischio dominante.
Il compromesso è che l'unità potrebbe gestire un flusso maggiore rispetto a un sistema di solo spurgo e potrebbe richiedere un funzionamento continuo, utenze aggiuntive o specifiche di impurità più rigorose.
Il posizionamento post-flash gestisce più flusso
Il trattamento immediatamente dopo il flash può risolvere sia i problemi di recupero che quelli di purezza del riciclo. Può anche centralizzare il compito di separazione prima della divisione della corrente.
Lo svantaggio è una maggiore portata volumetrica, che può aumentare i requisiti di compressore, condensatore, assorbitore, membrana o separatore. Il posizionamento dovrebbe essere giustificato dal valore di risolvere entrambi i problemi con un'unica operazione.
Il recupero potrebbe non essere giustificato
Nessuna unità di recupero dei vapori è necessaria quando le perdite di spurgo sono economicamente insignificanti e le impurità non si accumulano a livelli dannosi nel ciclo di riciclo.
Un sistema di recupero non dovrebbe essere aggiunto solo perché è presente un componente. Il suo valore dipende dalla quantità recuperabile, dal valore del prodotto, dagli obblighi ambientali o di sicurezza, dai requisiti del reattore, dai costi operativi e dalle conseguenze del mancato trattamento della corrente.
La geometria del separatore è una questione di progettazione separata
Un separatore gas-liquido verticale a monte di un'unità di recupero può essere progettato utilizzando un rapporto d'aspetto vicino a L/D = 3, con un intervallo pratico più ampio di circa 2,5 a 5. Il tempo di permanenza del liquido viene solitamente valutato in circa 5-10 minuti in una condizione ipotizzata di mezzo pieno, e un demister a rete metallica può essere utilizzato per limitare il trascinamento del liquido.
Queste sono euristiche di dimensionamento delle apparecchiature, non regole per scegliere tra posizionamento su spurgo, riciclo e post-flash. La decisione di posizionamento viene prima; le dimensioni del separatore e gli interni seguono dal diagramma di flusso selezionato e dalle condizioni operative.
Come applicarlo al tuo progetto
Utilizza la seguente logica decisionale durante la progettazione concettuale:
- Se il tuo obiettivo principale è minimizzare la perdita di prodotto prezioso: Posiziona il recupero sulla corrente di spurgo, a condizione che le impurità del riciclo non richiedano un trattamento precedente.
- Se il tuo obiettivo principale è proteggere un reattore o un catalizzatore: Posiziona il recupero o la purificazione sulla corrente di riciclo del gas prima che ritorni al reattore.
- Se il tuo obiettivo principale è risolvere sia la perdita di materiale che l'accumulo di impurità: Posiziona il recupero sulla corrente di vapore flash prima che si divida nei flussi di spurgo e riciclo.
- Se il tuo obiettivo principale è proteggere le apparecchiature a valle a bassa temperatura o a membrana: Rimuovi le specie corrosive, tossiche, polimerizzabili o suscettibili al congelamento a monte dell'operazione sensibile.
- Se il tuo obiettivo principale è minimizzare i costi inutili di capitale e operativi: Ometti il recupero dei vapori quando sia le perdite di spurgo che la contaminazione del riciclo sono dimostrabilmente insignificanti.
Il posizionamento corretto è quello che risolve il problema di processo dominante nel primo punto necessario, senza imporre costi di recupero su una corrente più grande di quanto richiesto dal processo.
Tabella riassuntiva:
| Priorità di processo | Posizionamento consigliato | Beneficio principale | Compromesso chiave |
|---|---|---|---|
| Ridurre la perdita di prodotto o alimentazione preziosa | Corrente di spurgo | Apparecchiature più piccole e costi di utenza inferiori | Potrebbe non proteggere il ciclo di riciclo dalle impurità |
| Proteggere il reattore o il catalizzatore | Corrente di riciclo del gas prima del reattore | Controlla l'accumulo di impurità e mantiene la qualità del riciclo | Gestisce più flusso e potrebbe richiedere un trattamento continuo |
| Risolvere problemi di recupero e contaminazione | Corrente di vapore flash prima della divisione spurgo/riciclo | Trattamento centralizzato per entrambi gli obiettivi | Maggiore portata e costo delle apparecchiature |
| Proteggere apparecchiature criogeniche, a membrana o sensibili | A monte dell'unità sensibile | Previene congelamento, incrostazioni, corrosione o danni | Il pretrattamento potrebbe richiedere una corrente più grande |
| Evitare investimenti inutili | Nessuna unità di recupero | Elimina costi di capitale e operativi ingiustificati | Appropriato solo quando perdite e contaminazione sono insignificanti |
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