Rafineria zaprojektowana w oparciu o charakterystyczną jakość przerabianego surowca i spektrum otrzymywanych produktów, w dzisiejszych czasach może nie być w pełni dostosowana do efektywnego przerobu ropy naftowej o odmiennym składzie węglowodorowym. Ropa naftowa charakteryzuje się zmienną jakością, na którą istny wpływ ma źródło pochodzenia, materia z której powstała czy wiek geologiczny. Często, aby zastąpić optymalną ropę stanowiącą dominujący surowiec w zakładzie, wymagane jest mieszanie ze sobą kilku gatunków w celu uzyskania optymalnego wsadu. O ile rafinerie są w stanie dokładnie określić produktowy potencjał mieszanek rop naftowych, to natrafiają na trudności z procesowym aspektem ich przerobu. Mieszanie kilku do kilkunastu gatunków rop w celu optymalizacji uzysków powoduje destabilizację wewnętrznej równowagi każdej z nich, a częstym efektem ubocznym nieumiejętnego dobierania składowych mieszanki wsadowej jest wytrącanie się stałej frakcji asfaltenowej. 

Współczesne rafinerie skupiają  znaczną uwagę na ocenie stabilności surowca oraz kompatybilności mieszanin różnych gatunków rop. Przez stabilność rozumiemy zachowanie jednorodności bez wytrącania stałych cząstek lub rozwarstwiania. Kompatybilność, natomiast to zdolność rop do tworzenia stabilnych mieszanin. Jak już wspomniano, mieszanie kilku do kilkunastu gatunków rop (w zbiorniku albo in-line – „w rurze”) może powodować destabilizację wsadu do instalacji destylacji atmosferycznej. W trakcie magazynowania, pompowania i podgrzewania ze wsadu może wytrącać się stała frakcja asfaltenowa, której cząstki przepływając przez układ wymienników ciepła (ang. Preheat Train, PHT) oblepiają ich wnętrze. Redukuje to efektywność wymiany ciepła do wsadu, które trzeba uzupełnić w piecu technologicznym.  Generuje to dodatkowe koszty przy obecnych,  rekordowo wysokich, cenach energii.

Obecnie dominują dwie teorie opisujące mechanizm wytrącania frakcji asfaltenowej z ropy naftowej pod wpływem czynników strącających. Pierwsza zakłada występowanie asfaltenów, jako miceli z zaadsorbowanymi na ich powierzchni żywicami. Micele są stabilizowane w środowisku bogatym w związki aromatyczne. Pojawienie się dużej ilości n-alkanów powoduje nieodwracalną destabilizację układu, rozpad otoczki żywic i wypadnięcie asfaltenów z roztworu. Druga teoria zakłada, że koagulacja asfaltenów zależy od warunków termodynamicznych i jest odwracalna. Asfalteny pozostają rozpuszczone w roztworze do momentu przekroczenia pewnych wartości krytycznych. Znajomość wpływu temperatury i ciśnienia na rozpuszczalność asfaltenów daje możliwość doboru składu mieszaniny rop pod kątem stabilności asfaltenów w ropie w warunkach prowadzenia procesu.

Z założeń pierwszej teorii wynika jasno, że niebezpieczne pod kątem kompatybilności jest mieszanie rop zawierających znaczne ilości asfaltenów z ropami parafinowymi. Na przestrzeni lat podejmowano wiele prób opracowania skutecznego sposobu określania stabilności rop naftowych i kompatybilności ich mieszanIn. Niestety pomimo usilnych prób nie uzyskano w pełni skutecznej metody predykcji zachowania rop w trakcie przygotowania wsadu, jednak dokonano usystematyzowania wiedzy pozwalającej na dość  dokładne modelowanie tego procesu.

W dzisiejszych realiach rynkowych normą stają się kilku składnikowe mieszaniny w pojedynczych zbiornikach, które są dalej mieszane ze sobą w kolektorze tłocznym pomp wsadowych. Niestety parki logistyczne większości rafinerii nie dają możliwości równoczesnego pompowania wielu gatunków rop z pojedynczych zbiorników. Uzyskanie optymalnej mieszanki rop do efektywnego przerobu stawia nie lada wyzwanie przed rafineriami. Z tego względu konieczne jest scharakteryzowanie rop naftowych pod kątem kompatybilności już na etapie oceny potencjalnego zakupu. Proces prowadzony jest w taki sposób aby w zbiornikach magazynowanych nie mieszać rop, które finalnie dadzą niekompatybilną mieszaninę. Przyjmując zasadę mieszania „podobne z podobnym”. Zasada ta kluczowa jest w przypadku rop „kłopotliwych”, gdzie gatunek idealnie pasujący pod kątem uzysków może mieć destabilizujący wpływ na inne przerabiane gatunki i w finalnym rozrachunku przynieść więcej szkody niż pożytku. Długookresowe przerabianie mieszanin niekompatybilnych rop może mieć katastrofalne skutki dla ekonomiki i bezpieczeństwa procesu. Niekontrolowana degradacja zdolności wymiany ciepła powoduje duże trudności w efektywnym planowaniu przerobu i uzyskaniu zadowalających wyników finansowych pracy instalacji. Szybki przyrost osadów na powierzchni wymiennika sprawia, że konieczne stają się częstsze postoje w celu wykonania mechanicznego czyszczenia. Rodzi to też dodatkowy problem obserwowany w rafineriach. Przy wprowadzeniu do przerobu ropy o teoretycznie wysokim potencjale stabilizującym (silny charakter aromatyczny) może dojść o wymycia osadów z wymiennika i przesunięcia do w głąb ciągu technologicznego. Zaczyna się on kumulować min. na płytach sitowych wymienników, doprowadzając do znacznych oporów hydraulicznych i wymuszając natychmiastowe zatrzymanie instalacji. Jest to o tyle bardziej niebezpieczne niż powolna utrata efektywności wymiany ciepła bo skutkuje nieprzewidywalną i praktycznie natychmiastową utratą zdolności przerobowych.

Cały artykuł naszych pracowników Dagmary Aptowicz oraz Krzysztofa Bambinka  z Rafinerii Gdańskiej jest dostępny na 1_2023_chemia_portal.pdf

Biuro Komunikacji
Rafineria Gdańska Sp. z o.o.