Convegno ANIMP, 11 luglio 2013

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1 Convegno ANIMP, 11 luglio 2013 Sezione 2B: L Automazione a supporto dell efficienza energetica OTTIMIZZAZIONE ENERGETICA DI UNITA DI RAFFINAZIONE ATTRAVERSO SOLUZIONI DI CONTROLLO DI PROCESSO A BASSO COSTO Relatore: Roberto Garau

2 Introduzione La memoria presenta alcune soluzioni di controllo di processo implementate da Sartec nell ambito del programma di efficienza energetica in corso nella Raffineria SARAS di Sarroch. l energia rappresenta oggi il maggior costo di produzione per la raffineria Saras, le semplici soluzioni individuate a livello di controllo di processo, hanno permesso di ottenere risultati preliminari molto interessanti in termini di risparmio energetico con tempi di pay-back estremamente contenuti

3 Presentazione dell azienda SARTEC sviluppa e fornisce soluzioni all avanguardia per le industrie e per le Pubbliche Amministrazioni. Le principali attività sono riconducibili a due aree di business: Salvaguardia ambientale Efficienza industriale e risparmio energetico In particolare, nell ambito del risparmio energetico, SARTEC fornisce consulenze, progettazioni e interventi in qualità di Energy Service Company (ESCo) per maggiori dettagli

4 Le Energy Service Company ESCo Le ESCo sono società che forniscono ai propri clienti un insieme di servizi integrati per la realizzazione, ed eventuale successiva gestione, di interventi per il risparmio energetico. La ESCo garantisce i risparmi promessi e viene compensata, in base ai risultati conseguiti.

5 Le Energy Service Company ESCo Attività principali delle ESCo: Audit energetici Elaborazione di studi di fattibilità con analisi tecnico-economica Progettazione, di massima e esecutiva, degli interventi da realizzare Realizzazione degli interventi Finanziamento con recupero dell investimento effettuato in proprio tramite i risparmi conseguiti finanziamento tramite terzi o Project financing Monitoraggio continuo degli interventi e verifica dei risultati Garanzia contrattuale sulle prestazioni Ottenimento incentivi (es. Titoli di Efficienza Energetica TEE)

6 Titoli di efficienza energetica Richiesta di riconoscimento del risparmio energetico GSE Richiesta di riconoscimento del risparmio energetico Progetti di risparmio energetico Soggetti obbligati sanzioni Verifica dei risultati ed emissione TEE GME Verifica dei risultati ed emissione TEE Soggetti volontari Progetti di risparmio energetico Accesso al mercato dei TEE Contratto bilaterale o scambio TEE

7 Efficienza energetica in SARAS Benchmarking valutato attraverso l analisi comparativa SOLOMON SOLOMON EII Energy Intensity Index Maggiori consumi energetici in paragone ai concorrenti + maggior costo energetico Attualmente il costo energetico costituisce il principale costo operativo per la Raffineria + Vapore + Elettricità + Fuel (Oil + Gas) Necessario Ottimizzare & ridurre i consumi

8 Programma di efficienza energetica in SARAS Progetto FOCUS Rendere meglio, ogni giorno RISPARMIARE ENERGIA E DENARO CON INIZIATIVE A MINIMO INVESTIMENTO! 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori

9 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori 4 Unità di trattamento MDEA dell off-gas Target >> Mantenere a specifica il FG della rete Monitoraggio qualità>> giornaliero con fialette Criticità: - Overtreating >> spreco energetico (vapore + elettricità + fuel) - Undertreating >> impatto ambientale + offspec Ottimizzazione dosare la quantità corretta di ammina per mantenere il livello di H2S nel sweet gas al target desiderato

10 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori PRIMA Portata della soluzione amminica controllata dall operatore -Azioni basate sull esito del test eseguito su base giornaliera Portata effettiva Portata calcolata Min portata DOPO Portata della soluzione amminica gestita dal controllore sulla base del calcolo del contenuto di zolfo in carica BENEFIT riduzione del 5% del consumo di vapore > Risparmio atteso >3 M /anno Portata di Ammina T % wt SK feed imp % 2 SH feedg m RichLoa g % MD wt

11 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori Unità di trattamento TailGas OBIETTIVO ottimizzare la portata di ammina agli assorbitori Impatti potenziali Costi Ambientali ottimizzare le emissioni dai camini degli inceneritori Costi di esercizio vapore, elettricità, fuel, carico e usura delle apparecchiature TARGET controllo dell SO2 a 300/350 mg/nm3 recupero totale di zolfo del 99,5% PRIMA Portata di Ammina controllata dall Operatore DOPO Portata di Ammina controllata sulla base della misura di SOx fornita dall analizzatore online installato sul camino dell inceneritore degli impianti Claus BENEFIT 840K /anno di risparmio di vapore conseguente alla ottimizzazione della circolazione di ammina; Avviato l iter per l ottenimento dei TEE

12 Programma di efficienza energetica in SARAS Progetto FOCUS Rendere meglio, ogni giorno RISPARMIARE ENERGIA E DENARO CON INIZIATIVE A MINIMO INVESTIMENTO! 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori 2. Ottimizzazione del vapore alle colonne di rigenerazione ammina

13 2. Ottimizzazione del vapore alle colonne di rigenerazione ammina OBIETTIVO ottimizzare il duty del ribollitore per rigenerare la soluzione amminica garantendo il titolo residuo di H2S desiderato Le portate di vapore ed Ammina sono strettamente correlate entrambe devono essere ottimizzate per ottenere vantaggi economici e operativi Vapore prodotto su boiler che bruciano Fuel impatti economici ed ambientali Ammina povera inviata a serbatoi intermedi e poi agli assorbitori tendenza ad incrementare il duty al ribollitore e rigenerare in maniera troppo spinta. L overduty al ribollitore comporta vari problemi: - Alte Velocità Corrosione - Degradazione termica dell Ammina Perdita di Ammina - Overstripping tendenza a rimuovere il film passivante dalle superfici interne di piping e apparecchiature

14 2. Ottimizzazione del vapore alle colonne di rigenerazione ammina PRIMA Portata di vapore controllata dall operatore sulla base di: - H2S in sweet gas - Titolo di H2S nell ammina povera - Temperature di esercizio della colonna di rigenerazione DOPO Portata di vapore controllata automaticamente sulla base della portata di ammina alimentata alla colonna di rigenerazione --> L operatore imposta i limiti del rapporto vapore /carica in un range ottimale ( ) BENEFIT Miglior controllo di processo e stabilità delle unità di rigenerazione (T, P) Riduzione dell overtreating durante le variazioni di carica preserva il film passivante sulle superfici interne di condensatori, piping e accumulatore di riflusso

15 Programma di efficienza energetica in SARAS Progetto FOCUS Rendere meglio, ogni giorno RISPARMIARE ENERGIA E DENARO CON INIZIATIVE A MINIMO INVESTIMENTO! 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori 2. Ottimizzazione del vapore alle colonne di rigenerazione ammina 3. Ottimizzazione del vapore di strippaggio alle unità HDS/MHC

16 3. Ottimizzazione del vapore di strippaggio alle unità HDS/MHC Rapporto Steam/Carica [kg/m3] Portata Steam [kg/h] OBIETTIVO ottimizzare il vapore alimentato alle colonne di strippaggio (6 colonne) Target Necessario rimuovere l H2S dai prodotti Il vapore di strippaggio proporzionale a: - H2S da rimuovere S in carica - Portata in carica alle unità Rapporto Steam/%S in carica Range di portata Steam % S in carica % S in carica

17 3. Ottimizzazione del vapore di strippaggio alle unità HDS/MHC PRIMA Portata di vapore agli stripper controllata dall operatore in funzione di: - Portata carica - Doctor test ASTM D4952 (3 volte/giorno) U400: Stripper Performance senza il controllo di ottimizzazione vapore DOPO Portata di vapore agli stripper controllata automaticamente in funzione di: - Portata carica - Caratteristiche carica (% zolfo) - BIAS settato dall operatore U400: Stripper Performance con il controllo di ottimizzazione vapore BENEFIT Ottimizzazione real-time del vapore agli stripper Riduzione della portata di vapore 5% a 15% del consumo totale ECONOMICS 75K /anno per 1 colonna di strippaggio

18 Programma di efficienza energetica in SARAS Progetto FOCUS Rendere meglio, ogni giorno RISPARMIARE ENERGIA E DENARO CON INIZIATIVE A MINIMO INVESTIMENTO! 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori 2. Ottimizzazione del vapore alle colonne di rigenerazione ammina 3. Ottimizzazione del vapore di strippaggio alle unità HDS/MHC 4. Ottimizzazione della wash water alle unità MHC

19 4. Ottimizzazione della wash water alle unità MHC Lo scopo principale della wash water utilizzata nelle unità HDT/HC è quello di disciogliere i sali corrosivi ed impedirne l accumulo nei banchi di raffreddamento ad aria dell effluente dai reattori WashWater Injection To SWS Sulla base del contenuto medio di azoto in carica è necessario fornire una minima percentuale %vol di wash water rispetto alla carica per garantire la specifica sul contenuto dei Sali inferiore all 8%w

20 4. Ottimizzazione della wash water alle unità MHC AZIONI Step1) Implementazione a DCS del controllore di rapporto Wash water/carica Dato un SP al rapporto, permette di dosare automaticamente il quantitativo di Wash water rispetto alle variazioni di carica Risparmio Risparmio medio di Wash water nell anno: 2m3/h 16,000 m3/anno Step2) Implementazione di un controllore che adegui il rapporto in funzione del contenuto di azoto in carica Necessario elaborare un calcolo on-line per la stima dell azoto in carica in accordo al tipo di carica alimentata ai topping Risparmio Risparmio medio di Wash water nell anno: 5m3/h 40,000 m3/anno L approccio attuale è quello considerare il caso peggiore (massimo contenuto di azoto in carica). Su questa base è richiesto un minimo rapporto di acqua/carica pari al 7,6%vol ECONOMICS Risparmio atteso Acqua demi + Vapore alle unità SWS 0,6M /anno

21 Programma di efficienza energetica in SARAS Progetto FOCUS Rendere meglio, ogni giorno RISPARMIARE ENERGIA E DENARO CON INIZIATIVE A MINIMO INVESTIMENTO! 1. Ottimizzazione della portata di ammina agli assorbitori 2. Ottimizzazione del vapore alle colonne di rigenerazione ammina 3. Ottimizzazione del vapore di strippaggio alle unità HDS/MHC 4. Ottimizzazione della wash water alle unità MHC 5. Massimizzazione delle cariche calde in colaggio diretto agli impianti

22 5. Massimizzazione delle cariche calde in colaggio diretto agli impianti OBIETTIVO ottimizzare il recupero termico massimizzando gli stream caldi in alimentazione diretta agli impianti AZIONI Identificati potenziali ambiti di intervento CONSTRAINTS - Temperature - Portate BENEFIT - Risparmi di Fuel + Energia elettrica - Impatto ambientale KPI oggettivi e facilmente quantificabili

23 5. Massimizzazione delle cariche calde in colaggio diretto agli impianti Topping RT2 F 35% 53% 0.5 RA GT 41% T 100ºC 160ºC 145ºC Mild Hyd Vacuum F 45% 57% GAV GAV V1 MHC 2 55% Cracking FCC RA Residuo Atm Topping T2 GT Vacuum V2 GAV RV F 3% 30% % Visbreaker VSB GT GAV GAV Topping Gas Oil Vacuum Gas Oil Vacuum Gas Oil RV Residuo Vacuum Topping T1 RA GT T 125ºC 140ºC ºC Mild Hyd MHC 1 Vincolo (F or T) Baseline Benefit potenziale (M ) Target Performance

24 5. Massimizzazione delle cariche calde in colaggio diretto agli impianti OBIETTIVO massimizzare la portata di carica calda da RT2 a V1 (V1FRC5), rispettando i vincoli impiantistici:

25 5. Massimizzazione delle cariche calde in colaggio diretto agli impianti SOLUZIONE controllo multivariabile costituito da: 1 MV, 3 DV, 5 CV MV01: Carica calda da RT2 a V1; DV01: Portata totale fondo RT2; DV02: Temperatura carica calda da RT2; DV03: Carica totale a V1; CV01: Portata residuo a stoccaggio (minima portata); CV02: OP portata carica calda a V1 (valvola non in saturazione); CV03: Carica V1 da stoccaggio (minima portata pompa); CV04: OP portata fondo RT2 (valvola non in saturazione); CV05: Temperatura carica a MP1 (max T tenuta pompa);

26 Conclusioni Essendo l'energia di gran lunga il maggior costo di esercizio per la raffineria SARAS, gli investimenti, come le azioni day by day, orientati al miglioramento dell efficienza energetica, rivestono una grande importanza per il bilancio economico aziendale. Abbiamo presentato alcune delle azioni identificate nell ambito del programma di efficienza energetica in corso nella Raffineria SARAS, che SARTEC ha implementato recentemente. Il risparmio per ciascuna di queste iniziative può essere piccolo, ma talvolta è risultato inaspettatamente alto, e in ogni caso... è a basso costo! Ulteriori vantaggi legati alla certificazione dei risparmi e all ottenimento dei Titoli di Efficienza Energetica