Filtration von Amin ist einfach

Optimierte Aminfiltration für mehr Produktivität und Sicherheit

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07.10.2020 Aminanlagen sind die stillen Helden der Branche, unerlässlich in der Entschwefelung von Kraftstoffen. Die etablierten Anlagen sind jedoch oft veraltet und vernachlässigt, und besonders die Filtration lässt sich effizienter umsetzen.

Entscheider-Facts

  • Angesichts ihrer Bedeutung sollten Aminanlagen eine hohe Priorität für technische Upgrades haben. Jedoch besteht bei vielen solcher Anlagen hohes Verbesserungspotenzial, insbesondere bei der Filtrationstechnologie.
  • Verfügbare Lösungen bieten Produktionsstätten eine zuverlässige Methode, Probleme zu reduzieren oder gar zu beseitigen, die mit anderen Filtrationstechnologien einhergehen.
  • Gleichzeitig lassen sich die Betriebszeit der Aminanlage verlängern, die Betriebskosten senken, die Umweltauswirkungen minimieren und die Bedienersicherheit steigern.

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Aminanlagen zur Kraftstoff-Entschwefelung und Produktion von Sauergas sind auf moderne Filtrationstechnologie angewiesen, um den Betrieb zu optimieren.

Ohne Aminanlagen wäre die Produktion von Sauergas schwierig. Ihnen kommt eine entscheidende Bedeutung zu, denn durch die strengen Anforderungen an die Entschwefelung von Kraftstoffen wird immer mehr Sauergas produziert. Der Effekt wird durch die fortschreitende Verlagerung zu einem eher sauren Rohöl sowie der Tatsache, dass das hergestellte Reingas ähnlich strengen Emissionsvorschriften unterliegt, verstärkt.

All dies und eine stetig steigende Zahl von Prozessen macht Aminanlagen zu einem immer wichtigeren Element. Angesichts ihrer Bedeutung wäre es logisch, wenn Aminanlagen ganz oben auf jeder Liste der technischen Upgrades stehen würden, aber davon sind wir heute weit entfernt. Die Wahrheit ist, dass die meisten derzeit betriebenen Anlagen älter und häufig vernachlässigt sind, mit veralteten Technologien und mäßiger Effizienz. Da dies nach und nach eingetreten ist, neigen Wartungs- und Betriebspersonal häufig dazu, damit zufrieden zu sein, da die Einheit so „normal“ läuft.

Suboptimale Filtration macht Probleme

Obwohl das für alle Komponenten einer Aminanlage gilt, bietet speziell die Untersuchung der Aminfiltrations-Technologien einige nützliche Einblicke in den Zustand, die eine breitere Anwendung finden können. Filtrationstechnologien spielen eine wichtige Rolle für die Leistung von Aminanlagen und haben sich seit der Entwicklung der meisten Aminanlagen und ihrer Einführung in die Produktion erheblich weiterentwickelt. Diese Verbesserungen wirken sich sowohl auf die Wartung als auch auf die Zuverlässigkeit aus. Aber noch wichtiger ist, dass sie einen kostengünstigen Weg zur Sicherheit des Bedienpersonals auf Weltklasseniveau bieten und gleichzeitig die Umweltbelastung erheblich verringern können.

Eine suboptimale Filtration ist die naheliegende Ursache für viele häufig auftretende Wartungsprobleme. Das vielleicht häufigste Symptom ist die Verblockung des Aktivkohlefilters, was sich in der Regel durch einen Anstieg des Differenzdrucks im Filter aufgrund übermäßiger Verunreinigungen bemerkbar macht. Die Folgen sind eine Durchlöcherung des Aktivkohlebetts, häufigere Regeneration, kürzere Lebensdauer des Aktivkohlefilters sowie ungeplante Abschaltungen, um das Aktivkohlebett zu warten.

In fast allen Fällen ist die Ursache eine schlechte Leistung des vorgeschalteten Filters. Um die Laufzeiten zu verlängern und Wartungskosten sowie damit verbundene Ausfallzeiten zu reduzieren, werden Filtermedien mit geringer Effizienz eingesetzt. Dies ist ein klassisches Beispiel für „sparsam im Kleinen, doch verschwenderisch im Großen“, da der Filter eine übermäßig große Menge an Verunreinigungen passieren lässt, die dann in der Kohleschicht zurückgehalten werden müssen und alle oben erwähnten Probleme verursachen.

Weitere häufig auftretende Probleme sind ein Verstopfen oder eine Schaumbildung im Absorber. Auch hier ermöglicht ein ungeeigneter vorgeschalteter Filter, dass Verunreinigungen durchgelassen werden, die dann in den Auffangwannen des Absorbers aufgefangen werden müssen. Dies führt zu Unregelmäßigkeiten in den Fließgeschwindigkeiten, was wiederum häufig Schaumbildung verursacht. Schaumbildung verringert die Effizienz der Absorption, wodurch zu viel H2S und CO2 in den Abgasstrom gelangt, ein höherer Differenzdruck im Absorber entsteht und letztendlich eine ungeplante Abschaltung erforderlich wird, um den Absorber zu reinigen und den ordnungsgemäßen Betrieb wiederherzustellen.

Heutige Technologie vermeidet Probleme

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Das Clear-Amine-System ist eine nachhaltige, kostengünstige und bedienersichere Filtrationslösung. Bild: Eaton Corporation

Die Auswirkungen einer ungeeigneten Filtrationstechnologie, die wahrscheinlich am ehesten übersehen werden, betreffen den Wärmeübertrager. Da die Leitung, die reiches Amin transportiert, häufig vollständig ungeschützt ist, sammeln sich Verunreinigungen im Gehäuse und den Rohren des Wärmeübertragers. Wird dies ignoriert, kann es zu Problemen durch Druckabfall sowie einer schlechteren Wärmedurchgangseffizienz kommen, die eine ungeplante Wartung zur Reinigung des Wärmeübertragers nach sich zieht.

Obwohl bei jedem dieser Probleme häufig sogenannte typische Wartungsmaßnahmen durchgeführt werden, muss im Grunde keines dieser Probleme überhaupt auftreten. Mit den heutigen Filtrationstechnologien kann jedes dieser Probleme vollständig vermieden werden. Die typische, in praktisch jeder Anlage eingesetzte Konfiguration bietet einige Verbesserungsmöglichkeiten im Hinblick auf die Effizienz, Umweltauswirkungen und, noch wichtiger, Bedienersicherheit.

Das erste zu lösende Problem ist die Filtrationstechnologie selbst. Beutel- und Kerzenfilter waren die Standardlösung, als die meisten Aminanlagen vor 50 oder mehr Jahren entwickelt wurden. Das Medium in den Filtern auf der vorgeschalteten Seite des Aktivkohlefilters auf der mageren Seite des Kreislaufs hat eine begrenzte, aber stark variable Lebensdauer, die durch die Menge an Verunreinigungen im Strom bestimmt wird. Wenn diese verschmutzen, sind teure, unverzügliche und außerplanmäßige Wartungsarbeiten erforderlich.

Der Austausch kontaminierter Filterbeutel und -kerzen ist teuer, arbeitsintensiv und kann speziell in dieser Applikation gefährlich sein. Immer wenn Filtermedien auszutauschen sind, sehen sich Bediener gefährlichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt, sodass sie eine persönliche Schutzausrüstung benötigen. Jeder Dampf oder jede Flüssigkeit, die beim Öffnen des Filtergehäuses in die Umgebung abgegeben werden, ist ebenfalls gefährlich und unterliegt strengen Vorschriften. Schließlich müssen die kontaminierten Filtermedien als hochgiftige Abfälle mit erheblichen und kostspieligen Umweltauswirkungen behandelt und entsorgt werden.

Rückspülfilter mit Selbstreinigung

Diese Probleme lassen sich durch den Einsatz einer Filtrationstechnologie in Form eines Rückspülfilters mit automatischer Selbstreinigung beheben und minimieren. Das hat zwei wesentliche Vorteile. Zunächst verfügt ein Rückspülfilter über eine Selbstreinigungsfunktion. Während des Betriebs lagern sich Verunreinigungen an der Außenseite des Filtermediums an und bilden so einen Partikelkuchen, der den Differenzdruck im Filter allmählich erhöht. Sobald der Differenzdruck einen voreingestellten Wert erreicht hat, wird der Durchfluss durch den Filter umgekehrt, um den Schmutzpartikelkuchen zu entfernen und auszuspülen. Die Auswirkungen dieser Technologie auf die Bedienersicherheit sind offensichtlich. Wenn der Filter nicht geöffnet werden muss, müssen sich die Bediener nicht in einer gefährlichen Umgebung aufhalten, und die Wahrscheinlichkeit von Unfällen ist minimal.

Der zweite Vorteil eines selbstreinigenden Rückspülfilters ist wirtschaftlicher Art. Es sind keine Filterkerzen oder Filterbeutel zu ersetzen und zu entsorgen, und alle damit verbundenen Kosten entfallen. Das Gleiche gilt für die Kosten für Ausfallzeiten und Arbeit, die beim Wechsel anfallen. Diese Kosten sind nicht belanglos. Die in Aminanlagen verwendeten Filterkerzen können bis zu 500 US-Dollar pro Stück kosten. Viele Anlagen benötigen jährlich tausend oder sogar mehr Filterkerzen. Durch einen Umstieg auf die Rückspültechnologie können diese Kosten zusätzlich zu den Kosten für Arbeit, Ausfallzeiten und Entsorgung ganz einfach reduziert oder sogar eliminiert werden.

Rückspülfilter mit automatischer Selbstreinigung waren bereits verfügbar, als die meisten Aminanlagen entwickelt wurden. Allerdings gab die Technologie den Einsatz mit gefährlichen Flüssigkeiten wie Amin nicht her. Das Problem bestand darin, dass die Prozessflüssigkeit zum Spülen des Filters verwendet werden musste, sodass das Bedienpersonal dennoch mit einer bestimmten Menge verunreinigter Prozessflüssigkeit umgehen und diese entsorgen musste, was keinen Vorteil brachte. Das änderte sich mit der verwendeten Rückspültechnologie in der Clear-Amine-Anlage von Eaton. Diese Anlage arbeitet mit einem mehrstufigen Spülzyklus, in dem zunächst der Prozessflüssigkeitsfilter gereinigt wird, bevor dieser der Rückspülung unterzogen wird, um dann von der Rückspülflüssigkeit gereinigt zu werden, bevor er wieder in Betrieb genommen wird.

Am Ende bleibt nur Schmutzwasser

In der Anlage wird der Filter zunächst entweder mit Stickstoff oder Brenngas gespült, um das Amin zu entfernen. Anschließend werden die Schmutzpartikel durch eine Rückspülung mit Wasser aus dem Filter entfernt. Schließlich wird das Wasser mit Stickstoff oder Brenngas aus dem Filter gespült, sodass das Amin bei Wiederinbetriebnahme des Filters nicht kontaminiert wird. Am Ende des Zyklus wird nur schmutziges Wasser entsorgt.

Aufgrund der betrieblichen und potenziellen Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit Beutel- und Kerzenfiltern befinden sich diese in praktisch allen Aminanlagen auf der mageren Seite des Kreislaufs, wo die Amin- und H2S-Werte niedriger sind. Dieser Standort bietet jedoch nur minimalen Schutz für den Wärmeübertrager und den Regenerator.

Da ein selbstreinigender Rückspülfilter wenig bis gar keine Wartung erfordert, kann er auf der aminreichen Seite des Kreislaufs eingesetzt werden, um alle Anlagenkomponenten zu schützen. Tatsächlich erledigt das Installieren eines Rückspülfilters mit automatischer Selbstreinigung auf dieser Kreislaufseite die Arbeit für die komplette Anlage, und der Bediener muss keine Änderungen auf der aminmageren Seite vornehmen, da er die vorhandenen Einheiten im Betrieb lassen kann.

Heftausgabe: Oktober 2020

Über den Autor

Cyril Coutures, EMEA Oil & Gas Sales Manager, Eaton Corporation
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