Stabilisierung von Ethylenproben beim Dampfkracken

Ethylen ist einer der weltweit wichtigsten Bausteine für moderne Werkstoffe. Es wird in Kunststoffen, Lösungsmitteln und vielen Industriechemikalien verwendet und in großem Umfang hergestellt, wobei jedes Jahr mehr als 20 Millionen Tonnen aus den Vereinigten Staaten exportiert werden. Der größte Teil dieser Produktion stammt aus dem Steamcracking, einem Verfahren, bei dem die Ausgangsstoffe extremen Temperaturen und Drücken ausgesetzt werden, um lange Kohlenwasserstoffe in kleinere Moleküle wie Ethylen und Propylen zu zerlegen.

Die Aufrechterhaltung von Effizienz und Sicherheit in einem Dampfspaltbetrieb hängt von einer strengen Kontrolle in jeder Phase ab - von der Ofentemperatur und dem Quenchzeitpunkt bis zur Gasabscheidung und -rückgewinnung. Die Probenahmeschleifen der Analysatoren sind ein wichtiger Bestandteil dieser Kontrolle. Diese kleinen, konditionierten Ströme speisen Gaschromatographen (GCs), Wobbe-Index-Analysatoren und Sauerstoffdetektoren und liefern den Betreibern die Daten, die sie zur Einstellung der Ofenhärte, zur Überwachung der Verkokung und zur Aufrechterhaltung eines sicheren, effizienten Betriebs benötigen.

In einer Dampfkrackanlage der Klasse I, Division 1, wurde ein Systemintegrator mit der Entwicklung eines Probenaufbereitungssystems beauftragt, das verschiedene Arten von parallel laufenden Analysatoren umfassen sollte. Die Prozessgasproben würden zunächst im Probenraum gefiltert und druckreduziert und dann zu den einzelnen Analysator-Sheltern geleitet, bevor sie abgeleitet, abgefackelt oder mit dem Hauptprozessstrom rekombiniert würden.

Jedes Analysegerät erfüllte eine bestimmte Aufgabe innerhalb des Systems, so dass es wichtig war, ein Gerät auszuwählen, das alle Betriebsanforderungen gleichzeitig erfüllen konnte:

• Die Membran zur Flüssigkeitsrückhaltung benötigte einen stabilen Gegendruck, um ein Kollabieren zu verhindern und die Filtrationseffizienz zu erhalten.
• Der Sauerstoffanalysator benötigte einen präzisen Durchfluss und Zelldruck, um eine Drift der Messwerte zu verhindern.
• Der Gaschromatograph war auf gleichbleibende Teilungsverhältnisse und einen stabilen Gegendruck angewiesen; andernfalls konnten die Retentionszeiten und die Klarheit der Peaks bei Änderungen des Umgebungsdrucks oder der Entlüftung schwanken.
• Der Wobbe-Index-Analysator erforderte einen konstanten Druck im Gleichgewichtskreislauf, um genaue Berechnungen der Verbrennungsqualität zu gewährleisten.

Ohne zuverlässige Durchfluss- und Druckregelung an jedem Punkt riskierten diese Kreisläufe inkonsistente Probenahmen, unzuverlässige Analysedaten und eine schlechte Ofenoptimierung.

Um das System zu vereinfachen und die Leistung zu steigern, verwendete der Integrator IS-Max™ Massendurchflussregler von Alicat und IS-Pro™ Druckwächter. Durch die Kombination von Messung und Steuerung in einem einzigen Gerät wird die Anzahl der Komponenten reduziert und eine digitale Kommunikation direkt mit dem Steuerungssystem der Anlage ermöglicht.

Die Membranschleife hält den Druck hinter der Kompressionspumpe mit einem einzigen IS-Max stabil. Der Sauerstoffanalysator hält den Spül- und Zelldruck mit einem Gerät statt mit mehreren Geräten konstant. Der GC profitiert von der automatischen Gegendruckregelung, die das Teilungsverhältnis konstant hält, ohne dass ein saisonales Rebalancing erforderlich ist. Der Wobbe-Analysator überprüft den Druck im Ausgleichskreislauf digital über einen IS-Pro und zeichnet Echtzeitdaten für die Bediener auf.

Durch die Konsolidierung der Instrumente und die Integration der digitalen Steuerung wurde das Probenahmesystem sowohl einfacher als auch stabiler. Die Messwerte des Analysators schwanken nicht mehr, die Leistung der Membranen bleibt konstant, und der gesamte Kreislauf erfordert weniger Eingriffe des Technikers in gefährlichen Zonen.

Durch die kontinuierliche digitale Kommunikation, die Durchfluss, Druck, Temperatur, Feuchtigkeit und Gesamtvolumen direkt in das DCS einspeist, erhalten die Bediener eine vollständige Aufzeichnung der Probenbedingungen. Sie konnten die Daten, die zur Optimierung der Öfen und zur Erstellung von Berichten über die Einhaltung von Vorschriften dienten, sehen und ihnen vertrauen.

Das Ergebnis war einfach, aber signifikant: weniger Geräte, weniger Leckstellen, stabilere Analysatoren und sauberere Daten. Bei einem so schnellen und unnachgiebigen Prozess wie dem Cracken von Ethylen schlägt sich diese Stabilität direkt in einer besseren Ausbeute, einem sichereren Betrieb und messbaren Effizienzsteigerungen nieder.

Da die Ethylenproduktion weltweit weiter wächst, müssen sich die Systeme, die sie unterstützen, ebenso schnell weiterentwickeln. Eine zuverlässige Probenahme durch Analysatoren gewährleistet Sicherheit, optimale Produktion und Einhaltung der Emissionsvorschriften. Durch die Kombination bewährter Steuerungsprinzipien mit eigensicheren digitalen Instrumenten können die Betreiber modernisieren, ohne die Zuverlässigkeit zu beeinträchtigen. Das Ergebnis sind sauberere Daten, ein sichererer Betrieb und eine solidere Grundlage für die Zukunft der petrochemischen Verarbeitung.