Unitat de separació d'etilè d'una planta de producció de polipropilè copolímer

Identificador:  TFG:135

Handle: https://hdl.handle.net/20.500.11797/TFG135

Autors:  Adrià Casas Mercadé

Resum:
Unitat de separació d’etilè d’una planta de producció de polipropilè copolímer 1-3 RESUM La planta de producció de polipropilè copolímer, a la qual se situa aquesta unitat, segueix el procés Novolen. Aquest és un dels diferents mètodes de síntesi del producte. Té com a matèries primeres etilè i propilè. Després de la zona de reacció i la formació de les cadenes del polímer desitjat, es realitza la separació d’aquest mateix de tots els gasos no reaccionats. L’objectiu del projecte és el tractament de 4340 kg/h de gas, contenint 933 kg/h d’etilè i 3068 kg/h de propilè, essent la resta productes secundaris. Donat que la gran part d’aquest corrent està format per gasos alimentats al reactor, és interessant el reaprofitament d’aquests per augmentar l’eficiència del procés. Es tenen en compte dues alternatives. Una primera, de la qual s’ha realitzat un estudi rigorós, que consisteix en el disseny d’una unitat de recuperació capaç d’extreure d’aquest corrent el 99 % de l’etilè, obtenint una recirculació pel reactor del 94.2 % de puresa. La segona possibilitat és la implantació d’una caldera de generació de vapor alimentada per aquest corrent, però cal tenir en compte que aquesta alternativa s’ha estudiat amb menys profunditat que l’anterior. Per al procés de separació s’opta per la destil·lació dels compostos. Inicialment es realitzen el diagrama de blocs (BFD) i el diagrama de flux (PFD), per tal de definir tots els equips i les canonades que integren la unitat dissenyada. L’estudi d’aquesta unitat implica un alt nivell de detall, el qual suposa la realització dels balanços de matèria i energia mecànica, amb la conseqüent estandardització de les canonades, les llistes de línies i instruments, dissenyar uns bucles de control adequats per a assegurar l’òptim funcionament del procés, disseny dels equips impulsors, les vàlvules de control i la tria de les diferents vàlvules de seguretat i d’elements de mesura, com les plaques d’orifici. Seguidament es realitza el disseny dels plats, el condensador i el reboiler de la columna de destil·lació, el disseny tèrmic i mecànic dels intercanviadors, i el disseny dels recipients a pressió i la seva suportació. Un cop es disposi dels dissenys, cal realitzar el diagrama de canonades i instruments (P&ID), omplint tot seguit les fulles d’especificació de tots els equips presents en la unitat de separació. També cal decidir la disposició física dels equips o layout, la qual es veu reflectida en el plot plant. També es realitza una isomètrica de la línia d’entrada a la unitat. Per tal d’assegurar la integritat tant dels treballadors com de la pròpia instal·lació, es realitzen diferents estudis de seguretat, elaborant el HAZOP i l’Índex Dow d’Incendi i Explosió de tota Unitat de separació d’etilè d’una planta de producció de polipropilè copolímer 2-3 la unitat, es defineixen les zones ATEX i s’estudien possibles incidents com una BLEVE o la dispersió d’una fuita per efecte del vent. Cal comprovar que es compleix la normativa vigent pel que fa als impactes mediambientals que la unitat dissenyada pugui causar. Per això és necessari dur a terme un estudi mediambiental en el qual s’especifiquin els impactes que implica la planta i les possibles mesures a considerar. A més a més, es realitzarà un manual de manteniment i un altre d’operació. Tot i que la unitat dissenyada compleixi totes les especificacions imposades, segueixi la normativa actual i operi amb un alt nivell de seguretat, finalment cal justificar econòmicament la viabilitat d’aquest projecte. Es realitza un pressupost de l’adquisició dels equips de la unitat, els costos que suposa operar amb aquests, i extreure’n el benefici que implica separar l’etilè i reintroduir-lo al reactor de polimerització. Un cop dissenyada la unitat de separació d’etilè de la planta de producció de polipropilè copolímer, es pot afirmar que s’ha dut a terme un disseny rigorós en la majoria dels equips, comparant els mètodes estipulats en la bibliografia amb els resultats dels diferents simuladors disponibles, sense obtenir diferències rellevants en la majoria dels càlculs. Aquest procediment s’ha seguit per a poder entendre realment els diferents paràmetres que s’imposen i resulten d’una simulació. Un cop dissenyat els diferents equips, es pot afirmar que la flexibilitat d’operació de la unitat és molt reduïda, podent treballar entre un 90 i un 100% del cabal de disseny. Si s’excedissin aquests marges, la columna de destil·lació no podrà dur a terme la separació desitjada, ja sigui pel pas del règim d’operació a esprai o pel degoteig que es forma. Per a poder realitzar els intercanvis de calor necessaris, serà necessari disposar d’un equip de fred capaç de condensar i refredar propilè a -40 ºC per liquar el fluid de procés i introduir-lo a la columna de destil·lació, la qual està formada per 31 plats perforats. Un cop finalitzat el disseny dels equips, s’ha realitzat un complert estudi de seguretat, realitzant un HAZOP, analitzant possibles riscos de seguretat i modificant així el sistema de control plantejat inicialment, l’Índex Dow, el qual estipula que el risc d’operació es moderat, s’ha estudiat si l’atmosfera de la unitat és explosiva, classificant-la com a Zona ATEX de nivell 2, és a dir, poc provable, i els casos hipotètics d’una fuga i la producció una BLEVE en el recipient pulmó, la qual afectaria a més de 250 metres de distància. També s’han estudiat les emissions que afectarien al medi local, i els residus que es poden generar. S’han classificat els impactes que es durien a terme tant en la construcció com durant Unitat de separació d’etilè d’una planta de producció de polipropilè copolímer 3-3 la fase d’explotació. També s’ha tingut en compte l’estalvi energètic de la planta amb les condicions actuals. Gairebé la totalitat d’equips, canonades i accessoris estan recoberts de material aïllant, ja sigui per alta o per baixa temperatura. Finalment s’ha realitzat l’estudi econòmic per verificar la viabilitat d’aquest projecte, obtenint un VAN(10%) 15,692,174.75 € i una TIR del 81%, recuperant la inversió abans de finalitzar el segon any. Per altra banda s’ha comparat amb la possibilitat de generar vapor a partir d’aquest corrent, però queda totalment descartada pels resultats obtinguts, essent el VAN(10%) de 425,250.72 € i la TIR 21%.