Raffinazione di greggi Opportunity pesanti e ad alto tenore di zolfo: prestazioni del dissalatore e impatti sull'unità a vuoto

I greggi opportunity sembrano interessanti per il differenziale di prezzo, ma spostano il problema all'inizio dell'impianto. I greggi più pesanti, con più zolfo e più acidi sono viscosi e trasportano più sale, solidi e metalli. Si trovano inoltre più vicini al limite della stabilità degli asfalteni. Il dissalatore è solitamente la prima unità a mostrarlo: salamoia che penetra nel greggio, uno strato di interfaccia che si ispessisce o un tasso di dissalazione che continua a scendere. Le conseguenze si spostano poi a valle. Una cattiva dissalazione immette cloruri e solidi nella colonna del greggio e nel sistema di testa, e una miscela marginale può sporcare gli scambiatori di preriscaldamento e il riscaldatore a vuoto. Un'unità a vuoto che scarseggia di olio di lavaggio o i cui serpentini si incrostano troppo presto può limitare l'intera raffineria. Il caso economico per un cambio di slate del greggio deve quindi includere la capacità del dissalatore, i limiti dell'unità a vuoto e la tolleranza downstream per la qualità del residuo e del gasolio che ne deriva.

Contesto degli standard e dei requisiti

Nessuno standard singolo disciplina i cambi di slate del greggio. Questi sono i punti di riferimento a cui un team di processo e integrità normalmente farebbe ricorso:

• API RP 571 descrive i meccanismi di danno che interessano le apparecchiature fisse nella raffinazione, tra cui la corrosione da acido naftenico, la solfidazione e l'attacco da cloruro di ammonio. Uno slate più pesante, più acido e più solforato tende ad accelerare questi fenomeni.
• API RP 939-C fornisce linee guida per evitare guasti da corrosione solfidica nelle raffinerie di petrolio. Utilizzarlo quando lo zolfo del greggio e la temperatura operativa cambiano insieme.
• ASTM D3230 copre i sali nel greggio mediante il metodo elettrometrico. È un controllo rapido all'ingresso e all'uscita del dissalatore, ma non sostituisce il lavoro di laboratorio su cloruri e solidi.
• ASTM D664 determina il numero di acidità mediante titolazione potenziometrica, la base abituale per lo screening del rischio da acido naftenico.
• ASTM D7157 determina la stabilità intrinseca dei residui contenenti asfalteni, degli oli combustibili pesanti e dei greggi mediante separazione di fase con n-eptano con rilevamento ottico. Viene utilizzato per confrontare le miscele e giudicare i margini di compatibilità.

La gestione del cambiamento, una revisione dei pericoli del nuovo slate (incluso l'H₂S nei sistemi di campionamento e drenaggio) e piani di monitoraggio della corrosione revisionati sono richiesti indipendentemente dall'analisi del greggio.

Perché i greggi opportunity pesanti e acidi si comportano diversamente

I greggi pesanti e acidi sono altamente viscosi e contengono molto zolfo, sale e metalli. Ogni proprietà colpisce una parte diversa dell'impianto:

• Viscosità e densità: Le goccioline d'acqua sedimentano attraverso l'olio per gravità. Man mano che l'olio diventa più denso e viscoso, la differenza di densità si riduce e la sedimentazione rallenta, quindi un dissalatore progettato per uno slate più leggero perde capacità.
• Sale e solidi: Più sale e più solidi fini significano più materiale da rimuovere. I solidi stabilizzano le emulsioni e si raccolgono all'interfaccia.
• Zolfo e acido: Questi favoriscono la corrosione nei forni, nelle linee di trasferimento e negli interni della colonna a vuoto, e cambiano la metallurgia necessaria.
• Metalli e contenuto di residuo: I metalli e il residuo si concentrano nei fondi del vuoto e nel gasolio pesante, che è dove le unità catalitiche a valle avvertono il cambiamento.

La stessa logica si applica alle unità esistenti. Un'unità progettata per uno slate più leggero comporta ipotesi implicite sulla sedimentazione, sul tempo di residenza nel serpentino del riscaldatore e sul comportamento della zona di lavaggio, e le alimentazioni più pesanti metteranno alla prova ognuna di esse.

Prestazioni del dissalatore con cariche pesanti

Cosa tipicamente non funziona

Raramente c'è una sola causa.

Leve pratiche

1. Temperatura. Una temperatura più elevata riduce la viscosità e migliora la sedimentazione, ma è limitata dalla tensione di vapore del greggio alla pressione del dissalatore e dalle condizioni elettriche nel recipiente. Controllare il margine di pressione prima di aumentare la temperatura su una miscela con componenti leggeri.
2. Energia di miscelazione. I greggi pesanti necessitano di una miscelazione sufficiente per portare l'acqua di lavaggio a contatto con le goccioline di salamoia. Troppa energia, tuttavia, crea un'emulsione stretta che il campo elettrico non può rompere. Regolare la valvola di miscelazione in base al sale in uscita e alla qualità della salamoia, non su un differenziale fisso.
3. Acqua di lavaggio. Contano sia la qualità che la portata. Un'acqua di lavaggio di scarsa qualità, specialmente con elevata durezza o ammine trascinate nei flussi di riciclo, può compromettere il programma chimico.
4. Programma chimico. Rivedere la scelta del demulsificante per ogni cambiamento importante della dieta dei greggi. Un prodotto che ha funzionato sulla miscela precedente potrebbe fallire su un greggio con diverse caratteristiche di solidi o asfalteni. I bottle test su miscele rappresentative sono un punto di partenza, ma i risultati vanno confermati sull'impianto.
5. Gestione dell'interfaccia. Trattare il profilo dell'interfaccia come un segnale di prestazione primario, non secondario. L'accumulo del rag layer indica che il dissalatore sta perdendo capacità prima ancora che il sale in uscita vari.

Dion e Perez segnalano specificamente le ammine contaminate. Possono entrare attraverso gli slop o carichi contaminati e poi manifestarsi downstream come salificazione da cloruri in testa. Sospettarle quando gli indicatori di corrosione in testa peggiorano mentre il sale all'uscita del dissalatore appare accettabile.

Conseguenze sulle acque reflue

La salamoia del dissalatore da greggi pesanti può trasportare più olio, solidi e sostanze organiche verso l'impianto di trattamento degli effluenti. Un cambiamento nella chimica del demulsificante, o un maggiore trascinamento dell'interfaccia, può raggiungere la fase di trattamento biologico. Coinvolgere il team del trattamento effluenti nelle revisioni dei cambi di miscela.

Stabilità degli asfalteni e miscelazione

Gli asfalteni rimangono nel greggio finché l'olio circostante li mantiene peptizzati. Miscelando un greggio paraffinico o leggero con uno pesante asfaltenico, la miscela può precipitare, anche quando ogni greggio è stabile da solo. Gli asfalteni precipitati agiscono come materiale sporcante e come stabilizzatori di emulsione. Si manifestano all'interfaccia del dissalatore e di nuovo negli scambiatori di preriscaldo, nei tubi del forno e nella gestione del residuo a vuoto.

Conseguenze pratiche:

• L'ordine e il rapporto di miscelazione contano. Una miscela stabile al rapporto finale può passare attraverso una composizione instabile durante il riempimento di serbatoi o condotte. Monitorare la transizione, non solo lo stato finale.
• I test di stabilità devono essere specifici per la miscela. Utilizzare un metodo come ASTM D7157 su miscele reali o rappresentative e tracciare il margine al variare dei rapporti, piuttosto che affidarsi ai singoli assay del greggio.
• Trattare la compatibilità come un limite insieme a sale e acidità. La programmazione dei greggi dovrebbe prevedere un vincolo di stabilità allo stesso modo in cui prevede un vincolo per lo zolfo o il TAN.
• Monitorare i segnali downstream. L'aumento dei tassi di sporcamento nel preriscaldo, la caduta di pressione più rapida nei passi del forno e i solidi all'interfaccia del dissalatore possono indicare una stabilità marginale, anche quando ogni singola unità sembra operare in modo tollerabile.

Impatti sull'unità a vuoto

È qui che si concentrano le sfide del greggio pesante. L'alimentazione è una frazione più ampia del greggio, più pesante, con un contenuto più elevato di metalli e zolfo, e più soggetta al cracking termico.

Forno e linea di trasferimento

Il residuo atmosferico più pesante richiede una temperatura più elevata per una data vaporizzazione, e la temperatura del film sulla parete del tubo raggiunge la regione di coking più precocemente. Il coke accorcia la durata del ciclo operativo e crea punti caldi. L'iniezione di vapore e la velocità nelle serpentine sono gli strumenti principali per gestire il tempo di residenza, ed entrambi sono limitati dai vincoli idraulici e dal carico di vapore della colonna. Monitorare le temperature superficiali (skin temperatures), il bilanciamento dei passaggi e i trend della caduta di pressione nelle serpentine rispetto alla baseline pulita.

Zona di lavaggio e qualità del gasolio pesante da vuoto

Se la zona di lavaggio è scarsamente bagnata o mal distribuita, il trascinamento porta metalli e materiale carbonizzabile nel gasolio pesante da vuoto. Tale gasolio è solitamente l'alimentazione per un'unità di hydrocracking o FCC, quindi i contaminanti colpiscono direttamente la vita del catalizzatore. I greggi pesanti rendono la gestione dell'olio di lavaggio e il design del riempimento o della griglia più critici. Il punto sollevato nell'articolo sul design CDU/VDU, ovvero che la pratica di progettazione convenzionale porta a cicli operativi brevi e a rese e qualità scarse, si applica fortemente in questo caso.

Corrosione e metallurgia

Il maggiore contenuto di zolfo e acidi aumenta la sulfidazione e la corrosione da acido naftenico nella colonna a vuoto, nella linea di trasferimento e nel circuito dei fondi. Utilizzare API RP 939-C e API RP 571 come base per la revisione dei materiali e dell'ambito di ispezione. Quindi confermare che le selezioni di leghe esistenti coprano la nuova combinazione di zolfo e acidi alle temperature operative effettivamente riscontrate.

Eiettori e testa

Un'alimentazione più pesante che subisce maggior cracking nel forno produce più frazioni leggere e incondensabili, caricando il sistema del vuoto. Verificare la capacità dell'eiettore e del condensatore rispetto al nuovo carico di gas di cracking, non solo per il caso di progetto.

Ripercussioni downstream

• Hydrotreater e hydrocracker: Più zolfo, azoto e metalli nel gasolio da vuoto aumentano il consumo di idrogeno, riducono la vita del catalizzatore e restringono il margine sul controllo della corrosione dell'effluente del reattore.
• FCC: Maggiori metalli e materiale carbonizzabile nell'alimentazione modificano il reintegro del catalizzatore e il carico del rigeneratore.
• Coker e gestione residui: Più residuo da vuoto significa maggiore richiesta per il coking o altri sbocchi per i fondi, e la natura degli asfalteni influenza il comportamento e la movimentazione del coke.
• Sistemi di testa: Un dissalaggio inefficiente si manifesta come deposizione di sali di cloruro e ammonio e corrosione da acqua acida nella testa della colonna del greggio.

Scenario illustrativo

Questo scenario è illustrativo e non è tratto da una raffineria specifica.

Una raffineria che lavora una miscela sour media sta valutando un carico pesante ad alto contenuto di zolfo per il suo blend. L'analisi mostra che il carico è stabile da solo e presenta una salinità moderata. La pianificazione propone di aumentare la frazione pesante a step attraverso successivi ricambi dei serbatoi.

Una revisione corretta procederebbe come segue:

1. Eseguire test di stabilità sui rapporti di miscelazione intermedi, non solo su quello finale, e individuare il punto con il margine minimo.
2. Commissionare test in bottiglia del demulsionante esistente sulla miscela più pesante e chiedere al fornitore di prodotti chimici di verificare la presenza di calcio, ammine e solidi trasportati dal carico.
3. Aumentare la frequenza di campionamento dell'interfaccia del dissalatore durante i primi ricambi dei serbatoi, monitorare il "rag layer" e il contenuto di olio nella salamoia, e informare preventivamente l'impianto effluenti.
4. Revisionare le temperature superficiali del forno a vuoto, il bilanciamento dei passaggi e le prestazioni della zona di lavaggio rispetto alla baseline precedente. Concordare un valore di soglia per ridurre la frazione pesante prima che il coking acceleri.
5. Chiedere ai responsabili delle unità downstream di confermare la loro tolleranza per il gasolio da vuoto e il residuo più pesanti, inclusi il bilancio dell'idrogeno e il monitoraggio del catalizzatore.

La decisione si basa quindi sui trend osservati in ogni fase, con una via di rollback concordata preventivamente. Non dovrebbe basarsi solo sul differenziale di prezzo del carico. Ogni campionamento di idrocarburi o salamoia deve utilizzare sistemi a circuito chiuso con precauzioni per H2S. Qualsiasi ispezione interna di dissalatori o colonne a vuoto richiede isolamento, depressurizzazione, verifica dell'energia zero, lockout/tagout, rilevamento gas, controlli per area classificata e ventilazione sicura prima che chiunque entri o apra l'apparecchiatura.

Checklist per valutare un cambio verso una miscela pesante ad alto contenuto di zolfo

• Confermare che le analisi del greggio includano sale, solidi, calcio, numero di acidità, zolfo, metalli e contenuto di asfalteni, e verificarli rispetto alle ricevute.
• Eseguire test di stabilità del blend su tutti i rapporti intermedi, non solo sulla miscela target.
• Verificare la temperatura del dissalatore, il margine di pressione, il range della valvola di miscelazione e la capacità dell'acqua di lavaggio rispetto alla viscosità dell'alimentazione più pesante.
• Testare il demulsionante sulla miscela effettiva e chiedere al fornitore informazioni su calcio, ammine e compatibilità.
• Definire il profilo dell'interfaccia e il contenuto di olio nella salamoia come indicatori di prestazione monitorati.
• Avvisare il team del trattamento effluenti prima che venga lavorato il primo carico pesante.
• Revisionare la velocità nelle serpentine del forno a vuoto, l'iniezione di vapore, il margine della temperatura superficiale e i trend della caduta di pressione nelle serpentine.
• Verificare la portata del liquido e la distribuzione nella zona di lavaggio a vuoto rispetto all'alimentazione più pesante.
• Revisionare la metallurgia e l'ambito di ispezione rispetto al rischio di sulfidazione e acido naftenico.
• Verificare la capacità dell'eiettore e del condensatore per il carico di gas di cracking.
• Ottenere conferma dalle unità downstream per la qualità del gasolio da vuoto e del residuo.
• Stabilire una soglia di rollback e un percorso di comunicazione prima dell'inizio del trial.

Conclusione

I greggi d'opportunità pesanti e ad alto contenuto di zolfo sono gestibili quando il dissalatore, l'unità da vuoto e le unità downstream vengono valutati insieme. L'errore comune è l'ottimizzazione di un'unità mentre la successiva ne assorbe le penalità. Iniziare con test di stabilità specifici per la miscela e una revisione dei prodotti chimici e della miscelazione del dissalatore. Quindi, verificare i margini del riscaldatore del vuoto e della zona di lavaggio, e la tolleranza delle unità downstream per gasolio pesante e residuo. Testare il portafoglio carichi per fasi con criteri definiti di monitoraggio e rollback, e coinvolgere specialisti di integrità, trattamento degli effluenti e fornitori di prodotti chimici prima dell'arrivo del primo carico.