Il recupero dei gas di scarico a basso livello permette alle raffinerie di migliorare l’efficienza dei loro riscaldatori. Tuttavia, questo processo potrebbe portare alla condensazione dei gas di scarico e queste goccioline acide possono corrodere le apparecchiature. Per una sicurezza ed efficienza ottimali, le raffinerie devono monitorare le temperature ed effettuare le necessarie regolazioni operative.
Nelle raffinerie, i riscaldatori a gas sono tra i principali utilizzatori di energia, consumando circa il 40-50% del combustibile in varie unità di processo. Il sistema che costituisce le caldaie e le turbine a gas consuma circa il 30-40% del combustibile. Per una tipica raffineria con un impianto di lavorazione secondaria, il consumo medio di combustibile delle stufe alimentate ammonta a circa il 7 wt% della produzione di greggio.
Con il crescente impulso a ridurre le emissioni di carbonio, il miglioramento dell’efficienza dei riscaldatori a fiamma è uno dei passi più importanti che una raffineria può fare. Un modo per migliorare l’efficienza è quello di utilizzare il recupero di calore dei fumi di combustione a basso livello, che rappresenta il processo di scambio di calore dei fumi con i processi a bassa temperatura come l’acqua di alimentazione della caldaia, l’aria di combustione, ecc.
Tuttavia, il recupero del calore dei fumi di scarico di basso livello comporta delle sfide, e una delle più importanti da tenere a mente è la corrosione dovuta al punto di rugiada dei fumi.
Condensazione e corrosione negli impianti di raffinazione
Quando i combustibili contenenti composti sulfurei bruciano, i gas di scarico risultanti possono condensarsi in acido solforico (H2SO4), acido solforoso (H2SO3) e altre sostanze aggressive. Questi acidi condensati corrodono i tubi e altre superfici estese nelle sezioni di convezione, nei condotti di scarico, nelle pile, nei preriscaldatori d’aria, ecc. La quantità di composti contenenti zolfo, per lo più sotto forma di solfuro di idrogeno solforato (H2S) nel combustibile, è direttamente correlata alla concentrazione delle goccioline di acido e, quindi, al grado di corrosione.
Diversi ricercatori condotto un lavoro approfondito sulla stima accurata del punto di rugiada acido, o la temperatura alla quale un certo gas acido si condensa in goccioline. Per i riscaldatori, l’obiettivo è quello di mantenere la temperatura delle regioni sensibili al di sopra di quel punto di rugiada. Questa variabile è facile da controllare durante le normali condizioni di funzionamento. Tuttavia, durante il funzionamento di turndown, come quello che l’industria sta vivendo attualmente, la zona a bassa temperatura dei riscaldatori (comunemente chiamata “cold end”) può avvicinarsi alla temperatura del punto di rugiada acido.
Minori volumi di produzione, maggiori rischi di corrosione
Da quando il COVID-19 ha conquistato il mondo, i consumatori e le imprese hanno ridotto il loro consumo di carburanti per il trasporto. L’industria oil & gas ha risposto a questa minore domanda diminuendo la produzione raffinerie, con i maggiori cali sulle unità concentrate sulla produzione di benzina.
Secondo la U.S. Energy Information Administration (EIA): “Gli ingressi lordi alle ADU [unità di distillazione atmosferica] nell’aprile 2020 erano 3,4 milioni di barili al giorno (b/d) (21%) inferiori alla media quinquennale (2015-19), e gli input lordi alle ADU nel maggio 2020 erano 3,6 milioni b/d (21%) inferiori alla media quinquennale (Figura 1). Rispetto alle ADU e ad altre unità a valle, gli ingressi ai cracker catalitici, associati alla produzione di benzina in una raffineria, hanno avuto la seconda maggiore variazione su base di volume rispetto alle medie quinquennali di aprile e maggio, con una media rispettivamente di 1,6 milioni b/d e 1,4 milioni b/d in meno” (This Week in Petroleum, 19 agosto 2020, U.S. EIA).
Il funzionamento a basso rendimento dei riscaldatori a gas ha un impatto diretto sulle temperature della parte fredda, che potrebbe portare alla corrosione del punto di rugiada acido. Per un funzionamento ottimale e l’integrità delle apparecchiature, le raffinerie devono monitorare le temperature ed effettuare le necessarie regolazioni operative.
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