MTBE:n reaktoreiden syrjäytysten optimointi

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Neste Oyj:n Porvoon öljyjalostamolla ja tarkoituksena oli optimoida MTBE-yksikön reaktoreiden syrjäytysprosesseja. Tavoitteena oli etsiä hidastavia tekijöitä, taulukoida syrjäytysvaiheiden ajankäyttöä ja laatia reaktorin katalyytin vaihdosta prosessikaavio. Hidastavien tekijöiden pohjalta etsittiin ratkaisuja nopeuttaa katalyytinvaihtoa muuttamatta prosessia. Prosessikaavion tarkoituksena oli selkeyttää katalyytinvaihtoprosessin rooleja, vastuita ja etenemistä työntekijöille.

Opinnäytetyössä esimerkkisyrjäytyksenä käytettiin marraskuussa 2019 alkanutta katalyytinvaihtoa reaktorille DC-1901. Syrjäytysvaiheiden kesto taulukoitiin, jotta pystyttiin vertailemaan eri vaiheiden viemää aikaa. Syrjäytykset ennen katalyytin vaihtoa veivät selvästi enemmän aikaa kuin vaihdon jälkeiset syrjäytykset. Tämä johtuu turvallisuudesta, koska reaktorin hiilivetyvedyttömyys ja metanolittomuus ovat kriittisen tärkeää avattaessa reaktori ja laskettaessa sen sisältämä neste viemäriin. Ajankäytön perusteella ja syrjäytysvirtauksia tutkimalla laskettiin likimääräiset tilavuudet tuotetuille syrjäytysseoksille.

Tulosten perusteella syrjäytysten suurimpia hidasteita ovat epäonnistunut katalyytin kuivaus, reaktoreiden metanolitäytön hitaus, syrjäytyslinjojen tukokset ja erotuskolonnien operointiongelmista johtuva rajoitettu syrjäytysnopeus. Paras keino syrjäytysten nopeuttamiseen olisi erilliset syrjäytyssäiliöt, joihin syrjäytysnopeus olisi rajoittamaton. Virtauksen varmistamiseksi vesimetanolisyrjäytyslinjaan voitaisiin sijoittaa suodatin syrjäytysautomaatin tukkeutumisen estämiseksi. Reaktoreiden metanolitäyttöjen nopeuttaminen olisi mahdollista rakentamalla metanolipumpuille omat minimikierrot tai vaihtamalla pumput tehokkaampiin. Katalyyttien kuivauksen helpottamiseen voitaisiin suunnitella kiinteä typpikuumennin, jolla saataisiin parempi kuivaustulos. Uudistusten kannattavuus on kuitenkin laskettava, jotta niiden toteuttaminen olisi järkevää.

The objective of this thesis was to optimize liquid replacement processes for reactors in MTBE unit. The goal was to find the delaying factors of the changing catalyst process and to make a process chart to define the stages of the process and clarify the roles and responsibilities involved.

Time used in different replacement processes were calculated from catalyst change which was done for the reactor DC-1901 in November 2019. The data obtained of the time used in different parts of process was arranged into tabular form. Liquid replacement processes before catalyst change took significantly more time than the processes after the catalyst change. To avoid hazardous leaks, it is crucial to have a low hydrocarbon and methanol percentage before opening the reactor and running it empty to the sewer. The approximate volumes of the replacement mixtures caused by the different replacement processes were calculated by the duration of the process and by the data from the process measurements.

According to the results and experience of catalyst changes it seems that the major delays are inflicted by various reasons like unsuccessful catalyst drying, insufficient methanol feed for reactor at point of filling it up, clogged replacement mixture pipes and limited replacement mixture flows caused by operation problems in the separation colons. Separate vessels for the replacement mixtures would free the flow speed in the replacement process. To prevent clogs, it would be useful to add a filter to the water and methanol mixture pipeline. To speed up the reactor’s methanol filling the methanol pumps should be replaced by ones with a bigger output or by installing separate bypass loops and operate the pumps parallel. The best way to ensure better drying results for the catalyst drying is to design a firm nitrogen heater. However, in future it is necessary to calculate the expenses for the reformations to ensure the cost-effectiveness.