Raffineriemembransysteme
PRISM-Membransysteme sind eine Schlüsselkomponente bei der Wasserstoffrückgewinnung in Hydroprocessing-Anwendungen von Ölraffinerien. Sie filtern die inerten Verbindungen heraus, die sich in Wasserstoffkreislaufsystemen ansammeln. Dadurch wird weniger künstlich erzeugter Wasserstoff benötigt, um die Wasserstoffbilanz im System aufrechtzuerhalten. Durch die Erneuerung des Wasserstoffkreislaufs wird der Prozess kostengünstiger.
Typische PRISM-Membransysteme bestehen aus einer Vorbehandlungsstufe, die mitgerissene Flüssigkeiten entfernt und das Speisegas vor dem Eintritt in die Membranseparatoren vorwärmt. Zu den wichtigsten Prozessvariablen gehören Druck, Temperatur, Entfernung von Verunreinigungen und die Membranoberfläche (bestimmt durch die Anzahl der Separatoren im Systemdesign).
Für optimale Reinheit und Ausbeute stehen verschiedene Membranseparatorkonfigurationen zur Verfügung. PRISM-Membransysteme sind skalierbar und individuell an spezifische Betriebs- oder Investitionsanforderungen anpassbar.
Wie Membranen bei der Gastrennung funktionieren
Gasmoleküle durchdringen die Oberfläche der Hohlfasermembran aufgrund des Partialdruckunterschieds. Die Permeationsrate wird durch Löslichkeit und Diffusion, Gas-Polymer-Paarungen und die Permeationsraten der einzelnen Gaskomponenten beeinflusst. Je größer der Permeabilitätsunterschied, desto besser die Trennwirkung.
Membranseparator-Design
- Einfache Installation eines einzelnen Membranbündels in jedem Druckbehälter
- Einfache und robuste Differenzdruckdichtung
- Axial gepackte Fasern (anstatt eng gewickelter Konfiguration)
- Druckbehälter gefertigt nach: ASME, PED, GOST, GB und anderen internationalen Normen
- Erhältlich in den Durchmessern 4 Zoll (100 mm) und 8 Zoll (200 mm).
Wie Membranen in Raffinerien funktionieren
Für die Hydroverarbeitung in Raffinerien wird hochwertiger Wasserstoff benötigt. Aus dem Hydroprozessor entsteht ein Hochdruckabgas, das reich an Wasserstoff ist, aber auch Inertgase wie Methan und schwerere Kohlenwasserstoffe enthält. Durch die Abtrennung dieser Inertgase kann der Wasserstoffstrom mit einer geringeren Wasserstoffmenge, die für die Hydroverarbeitung benötigt wird, in den Hydroprozessor zurückgeführt werden.
Beim Eintritt des Speisegases in den Separator durchdringt das schnellfließende Gas (Wasserstoff) die Membranwand schneller als die schwereren Verbindungen und verlässt das Hohlfasermembranbündel auf der Bohrungsseite. Dieser gereinigte Strom wird zusammen mit zugeführtem Wasserstoff zum Hydroprozessor zurückgeführt.
Der nicht durch die Fasern dringende Gasstrom (Nicht-Permeat) weist ebenfalls eine Wasserstoffkonzentration von etwa 40 % auf, transportiert aber Methan und schwerere Kohlenwasserstoffe, die in das Brenngasnetz eingespeist werden. Die Kohlenwasserstoffe lassen sich mittels eines einfachen Turboexpanders oder eines Kühlsystems zurückgewinnen.
Anwendungen von Prismenmembransystemen in Ölraffinerien
Wasserstoffrückgewinnung aus Spülgas
Mit PRISM Membrane Systems lassen sich Spülgasströme aus der Hydroprozessierung auf Wasserstoffreinheiten von 92 bis 98 Mol-% bei Ausbeuten von 85 bis 95 % aufwerten. Selbst Abgasströme aus katalytischen Crackern mit einem Wasserstoffgehalt von 20 bis 30 Mol-% können auf eine Reinheit von 70 bis 90 Mol-% (mit einer einstufigen Trennung) oder bis zu 95 Mol-% mit einem zweistufigen System aufgereinigt werden.
Aussortierung inerter Nebenprodukte aus Recyclingkreisläufen
Ein Ansatz zur Verbesserung der Leistung von Hydrotreating- oder Hydrocracker-Anlagen besteht darin, hochreinen Wasserstoff aus dem Spülgas zur zusätzlichen Zufuhr zurückzugewinnen. Ein anderer Ansatz ist die Abtrennung der inerten Nebenprodukte (Inertgase) aus dem Recyclingkreislauf. Durch die Abtrennung der Inertgase direkt bei ihrer Entstehung im Reaktor erzielen PRISM Membrane Systems eine höhere Kreislaufreinheit als mit reinem Zusatzwasserstoff. Die Abtrennung der inerten Nebenprodukte ermöglicht es dem Betreiber, den Hydroprozessor an ein breiteres Spektrum von Einsatz- und Produktspezifikationen anzupassen, ohne Wasserstoffverluste befürchten zu müssen.
Feinabstimmung von Wasserstoffkaskaden
PRISM-Membransysteme verlängern die Lebensdauer von Hydroprozessor-Katalysatoren durch Verbesserung des Wasserstoffpartialdrucks im Zulaufstrom. Die Reinheit des Zulaufstroms wird erhöht, um einen höheren Durchsatz oder eine höhere Prozessintensität in einem bestehenden Hydroprozessor zu ermöglichen.
In einer neuen Hydroprozessoranlage gewinnt PRISM Membrane Systems Wasserstoff entweder aus den Brennstoffströmen mit niedriger Reinheit oder aus dem Abgas des katalytischen Reformers zurück.
Wasserstoffanlage (Dampfreformer für Methan)
Die Engpassbeseitigung wird durch den Einsatz von PRISM-Membransystemen zur Gewinnung von hochreinem Wasserstoff aus dem Zufuhrgas des Dampfmethanreformers erreicht. Durch die Abtrennung des Wasserstoffs können dem Dampfmethanreformer mehr Kohlenwasserstoffe zugeführt werden, wodurch die Wasserstoffproduktion gesteigert wird.
Gasrückgewinnung
Das nicht permeierte Gas verlässt PRISM-Membransysteme praktisch ohne Druckverlust. Nach der Wasserstoffentfernung besitzt dieses Gas einen hohen Heizwert. Es kann problemlos in eine Hochdruck-Brennstoffleitung eingespeist oder als Einsatzstoff für Wasserstoffanlagen, Pipelinegas oder Flüssiggasanlagen verwendet werden.
Merkmale
Flexibel
PRISM Membransysteme bieten hohe Flexibilität im Betrieb, sowohl bei geplanten als auch bei unerwarteten Prozessänderungen. Ein Teil der Nennleistung wird vom System aufgefangen, und erhöhte Kapazitätsanforderungen können durch den Einsatz weiterer PRISM Membranseparatoren erfüllt werden. Zusätzliche Leistungsreduzierungen lassen sich durch Absperren von Separatoren erreichen, um Rückgewinnung und Reinheit aufrechtzuerhalten. Mehrere Abzweige vom Permeatverteiler ermöglichen die Gewinnung von Strömen mit unterschiedlichen Reinheiten und Durchflussraten. Da die Separatorbaugruppe auf einem Rahmen montiert ist, können PRISM Membransysteme an verschiedene Standorte in der Anlage verlegt werden.
Kompakt
Das kompakte System lässt sich problemlos in kleine oder beengte Anlagen integrieren und minimiert Installationszeit, Kosten und potenzielle Baufehler. Die Baustellenvorbereitung ist minimal und erfordert lediglich eine einfache Betonfundamentplatte sowie die entsprechenden Prozess- und Versorgungsleitungen. Der Anschluss an das vormontierte System erfordert in der Regel keine spezielle Abschaltung.
Effizient und wirtschaftlich
PRISM-Membransysteme erzielen hohe Ausbeuten an Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen mit Wirkungsgraden von 80–95 % für die meisten Anwendungen. Da die PRISM-Membransysteme im Wesentlichen mit dem gleichen Gasdruck wie die Raffinerieanlagen arbeiten, ist keine zusätzliche Kompressionsenergie für den Trennprozess erforderlich. Der Verbrauch an Hilfsstoffen beschränkt sich typischerweise auf Dampf (zur Temperaturregelung), Druckluft und Stickstoff zum Spülen. Zusätzliche Hilfsstoffe werden nur für Anwendungen benötigt, die eine spezielle Vorbehandlung des Speisegases erfordern. Das Anfahren und Abschalten des Systems ist einfach, und die Rückgewinnung beginnt sofort.
Geringer Wartungsaufwand
Die PRISM-Membranseparatoren verfügen über keine beweglichen Teile, die überwacht, repariert oder ausgetauscht werden müssen. Bei sachgemäßer Installation und Betrieb unter den vorgesehenen Bedingungen sind sie praktisch wartungsfrei. PRISM-Membransysteme benötigen keine Justierungen, Wartung oder Bedienungspersonal. Sie gewährleisten einen einwandfreien Betrieb unter verschiedenen Prozessbedingungen und sind tolerant gegenüber Verunreinigungen wie Wasser, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffen und Aromaten.
Langes Leben
PRISM-Membransysteme sind in vielfältigen Anwendungsbereichen im Einsatz und weisen eine durchschnittliche Lebensdauer von sieben Jahren auf. Weltweit wurden über 500 PRISM-Membransysteme für Prozessgasanwendungen in Betrieb genommen. Dazu gehören mehr als 230 Systeme zur Ammoniak-Spülgasrückgewinnung, 90 Systeme in Ölraffinerien, 60 Systeme zur Kohlenmonoxidreinigung, 50 Systeme zur Methanol-Spülgasrückgewinnung und 50 weitere Systeme für petrochemische Anwendungen.
Typische Ölraffinerieanlagen erzeugen Wasserstoff mit einer Reinheit zwischen 90 und 98 Mol-%. Die Produktgasreinheit hängt von der Zusammensetzung des Einsatzgases, dem verfügbaren Differenzdruck und dem erforderlichen Wasserstoffausbeutegrad ab. Der kohlenwasserstoffreiche Strom wird mit nahezu dem gleichen Druck wie das Einsatzgas als Brenngas zurückgeführt.
PRISM-Membransysteme lassen sich problemlos in den Raffinerieprozess integrieren. Sie werden häufig zur Wasserstoffrückgewinnung, zur Abtrennung inerter Nebenprodukte und zur Beseitigung von Anlagenengpässen eingesetzt.