Présentation

Les unités de craquage catalytique, en particulier les unités de craquage catalytique des fluides, sont les chevaux de travail des raffineries de pétrole modernes, qui convertissent les fractions de gazole lourd et d'autres hydrocarbures à forte teneur en soufre en produits plus légers et plus précieux comme l'essence, le diesel et le gaz de pétrole liquéfié. Bien que ces unités soient essentielles pour maximiser les marges de raffinage, elles représentent également une source importante d'émissions atmosphériques, de déchets solides et d'eaux usées.

Les autorités de réglementation du monde entier, de l'Agence américaine pour la protection de l'environnement (EPA) à l'Agence européenne pour l'environnement, ont renforcé les limites d'émission et les exigences en matière d'élimination des déchets. La non-conformité peut entraîner des amendes massives, des arrêts opérationnels et des dommages à la réputation.

Principaux règlements environnementaux touchant les unités de FAC

Aux États-Unis, les unités de craquage catalytique sont assujetties à de multiples règles fédérales, étatiques et locales. La Clean Air Act (CAA) établit des normes nationales de qualité de l'air ambiant (NAAQS) pour les polluants de référence, y compris le SO2, les NOx, le CO, les particules et l'ozone. Les unités de FAC sont souvent classées comme sources principales dans le cadre du programme de l'examen des sources nouvelles (RSN) et doivent obtenir des permis de prévention de la détérioration importante (DSP).

La réglementation du secteur de la réfinerie , qui prévoit la surveillance de la clôture du benzène, et la règle du Plan de gestion des risques (RMP)[ qui exige des programmes de prévention des accidents pour les rejets catastrophiques.

Technologies de contrôle des émissions

Réduction des oxydes de soufre (SOx)

Les émissions de SOx des unités de FAC proviennent du soufre dans l'alimentation. La technologie de contrôle la plus courante est le lavage des gaz humides à l'aide de solutions caustiques ou à base de chaux. Les épurateurs avancés peuvent obtenir des efficacités d'élimination du SOx supérieures à 95 %. Plusieurs raffineries utilisent une combinaison d'un épurateur d'amines régénératives[ suivie d'un épurateur humide poli pour capturer les fines du catalyseur résiduel et du SOx. Pour les unités existantes, le recyclage avec un épurateur à venturi à haute efficacité ou un épurateur à jet d'air peut réduire les émissions sans temps d'arrêt important.

Contrôle des oxydes d'azote (NOx)

La formation de NOx dans les régénérateurs de FCC se fait par voie thermique et par voie d'azote liée au combustible. Les systèmes de réduction catalytique sélective (RCR) sont la technologie la plus utilisée, l'injection d'ammoniac ou d'urée dans le flux de gaz de combustion au-dessus d'un catalyseur pour convertir les NOx en azote et en eau. Les systèmes de RCR peuvent atteindre une réduction de 80 à 90 %. Pour les unités plus petites ou les budgets limités en capital, La réduction non catalytique sélective (RCR) offre une alternative à moindre coût avec une élimination de 40 à 60 %.

Matières particulaires (PM) et fines catalytiques

Les régénérateurs de FCC produisent de la poussière de catalyseur fine qui doit être captée avant le rejet de gaz de combustion.Les systèmes de protection anti-fuite sont les technologies standard. Les systèmes de protection anti-fuite utilisent des champs à haute tension pour charger les particules et les recueillir sur des plaques chargées de manière opposée.Les systèmes de protection anti-fuite filtrent le gaz par des sacs de tissu, capturant même les particules submicroniques. Les récents progrès comprennent les tissus de protection anti-fuite à haute température qui peuvent fonctionner directement dans le flux de gaz de combustion sans refroidissement.

Composés organiques volatils (COV) et monoxyde de carbone (CO)

Pour les sources ponctuelles comme le gaz de combustion du régénérateur, [C][[[C][C][C][C][[C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C][C]

Pratiques exemplaires opérationnelles en matière de conformité

Détection et réparation des fuites (LDAR)

Les raffineries doivent surveiller des milliers de composants – valvules, connecteurs, pompes, compresseurs – selon un calendrier défini en utilisant la méthode 21 de l'EPA (analyseurs de COV portatifs) ou des caméras optiques d'imagerie à gaz. Les raffineries avancées déploient maintenant des systèmes de surveillance continue avec des capteurs sans fil qui fournissent des données en temps réel. La réparation rapide des composants qui fuient réduit les émissions et la perte de produits.

Optimisation du processus

Par exemple, la réduction de la température du régénérateur peut réduire la formation de NOx, mais doit être équilibrée par rapport aux exigences de combustion du coke. L'utilisation de [[[[[FLT:]][[[FLT:]]][[FLT:]][[FLT:]][[FLT:]][[[FLT:]]][[FLT:]][[FLT:]][[FLT:]]][[FLT:]][FLT:]][[FLT:]][FLT:]][FLT:]][FLT:][F][FLT:][F][F][F][F][F][F][

Surveillance continue des émissions (CEMS)

La conformité exige des données précises en temps réel. Systèmes de surveillance continue des émissions (CEMS)[ installés sur la cheminée du régénérateur de FAC mesure le SOx, NOx, CO, CO2, O2 et opacité. Les données se nourrissent directement dans les systèmes de déclaration réglementaires tels que les EPA=Division des marchés de l'air pur. Le CEMS doit respecter des protocoles rigoureux d'étalonnage et d'assurance de la qualité (p. ex., la partie 75 de l'EPA pour les NOx et le SO2). De nombreux raffineurs installent également des moniteurs continus de particules[ à l'aide de technologies de diffusion de lumière ou de bêta-attente.

Formation et procédures des opérateurs

Les simulations qui modélisent les réactions aux émissions en cas de perturbations (p. ex., pic de température du régénérateur, changement de débit d'alimentation) aident à créer une intuition. Les procédures écrites pour les événements de démarrage, d'arrêt et de dysfonctionnement (SSM) doivent être claires et accessibles. Les exercices réguliers de forage et de table couvrant les interventions en cas de déversement, les arrêts d'urgence et les obligations de déclaration renforcent une culture de conformité.

Gestion des déchets et conservation de l'eau

Élimination du catalyseur usé

Le catalyseur de FAC se désactive au fil du temps en raison de la présence de métaux (nickel, vanadium, fer) et de la désactivation hydrothermale. Le catalyseur usé est classé comme un déchet dangereux dans de nombreux pays en raison de sa teneur en métaux et de son alcalinité.L'élimination responsable exige une caractérisation par la méthode de lixiviation caractéristique de la toxicité (TCLP) des essais pour déterminer s'il est non dangereux ou doit être envoyé à une décharge autorisée.

Traitement des eaux usées

Les opérations de l'unité de FAC produisent de l'eau acide à partir de la condensation dans le système de collecte et de lavage de l'eau des épurateurs. L'eau contient de fortes concentrations de sulfures, d'ammoniac, de phénols et de solides en suspension. Le traitement commence généralement par sour water stripping[ pour enlever H2S et NH3. L'eau dépouillée se déverse ensuite dans la raffinerie où elle subit une séparation huile-eau, un traitement biologique (boues activées) et une filtration tertiaire.

Mesures de conservation de l'eau

La réduction de la consommation d'eau douce réduit non seulement les coûts d'exploitation, mais réduit également l'empreinte environnementale.De nombreuses raffineries ont mis en place des systèmes de refroidissement en boucle fermée pour l'unité de FAC qui recycle l'eau au lieu d'utiliser un refroidissement une fois par la suite. La récupération du condensat de vapeur des injecteurs de vapeur et des échangeurs de chaleur peut être réorientée vers les chaudières.

Avantages au-delà de la conformité

La mise en œuvre de stratégies de conformité environnementale solides va bien au-delà de l'élimination des amendes. Les raffineries qui investissent dans des mesures de réduction des émissions et des déchets de pointe voient souvent des améliorations de l'efficacité opérationnelle[. Par exemple, une meilleure gestion des catalyseurs réduit la fréquence de régénération, permet d'économiser l'énergie.

L'innovation est un autre avantage indirect. La nécessité de respecter des limites plus strictes a entraîné le développement de nouveaux catalyseurs qui fonctionnent à un rendement de coke inférieur, des conceptions avancées de épurateurs avec la récupération de chaleur des déchets [ et des systèmes intégrés de captage du carbone.

Tendances et défis futurs

Capture et utilisation du carbone (CCU)

Le captage postcombustion à l'aide de solvants amine est techniquement faisable mais coûteux. Des projets pilotes ont démontré le captage du carbone cryogène[ et la séparation de la membrane[ des technologies qui pourraient réduire les coûts. Le CO2 capté peut être utilisé pour améliorer la récupération du pétrole (EOR) ou converti en combustibles synthétiques et produits chimiques.

Électrification et hydrogène à faible teneur en carbone

Pour réduire les émissions des unités de FAC dans le cadre de la portée 1, certains raffineurs étudient l'électrification des droits de chauffage (p. ex., remplacement des chauffages au gaz par des unités électriques) et utilisent de l'hydrogène vert ou bleu pour l'hydrotraitement plutôt que le gaz naturel. L'électrification du régénérateur de FAC lui-même est difficile en raison des températures élevées, mais on étudie des configurations hybrides avec chauffage électrique pour le préchauffage du catalyseur.

Limites plus strictes en matière de particules et de toxicité dans l'air

Les nouvelles techniques de surveillance utilisant des réseaux de capteurs à faible coût permettent une surveillance de clôture qui deviendra probablement obligatoire. L'EPA a récemment Examen des risques résiduels et de la technologie (RRT)[ pour les raffineries peut imposer des exigences supplémentaires pour les PAP métalliques et les émissions de dioxines/furannes. Les raffineries doivent continuer à participer aux processus d'élaboration des règles et participer aux groupes industriels pour établir des délais de conformité réalisables.

Conclusion

La conformité environnementale des unités de craquage catalytique est un défi multiforme qui exige des solutions intégrées.En comprenant le cadre réglementaire, en déployant des technologies de pointe de réduction des émissions, en suivant les pratiques exemplaires opérationnelles et en gérant les déchets de façon responsable, les raffineries peuvent atteindre et maintenir la conformité.Les avantages vont au-delà de la tranquillité d'esprit réglementaire : elles comprennent des économies de coûts, l'innovation, l'amélioration des relations avec les intervenants et la compétitivité accrue.