Membransysteme für petrochemische Anlagen
Durch die Entfernung von Verunreinigungen aus Gasströmen lassen sich Kosten sparen, da wertvolle Gase recycelt und wiederverwendet werden. Gasmischungen können sogar mehrfach durchgeleitet werden, um die gewünschte Reaktion zu erzielen.
Wasserstoffrückgewinnung aus Methanolspülung
Methanol wird durch Einleitung eines Synthesegasstroms in einen katalytischen Reaktor hergestellt. Das Synthesegas besteht aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und inerten Nebenprodukten wie Methan, Stickstoff und Argon. Da die Methanolsynthese im ersten Durchgang nicht vollständig abläuft, müssen die Komponenten in einem Kreislauf geführt werden. Dadurch reichern sich die inerten Nebenprodukte an und werden entfernt.
Das entstehende Spülgas enthält hohe Konzentrationen der Synthesegaskomponenten. Es enthält außerdem Methanol, das beim Verflüssigungsschritt nicht entfernt wird. Wird dieses Methanol nicht zurückgewonnen, stellt es eine kostspielige Produktverschwendung dar.
PRISM-Membransysteme behandeln den Spülstrom, indem sie Methanol als Produktgas abtrennen und den Wasserstoff in den Synthesekreislauf zurückführen. Das System umfasst üblicherweise einen Wasserwäscher zur Rückgewinnung des im Spülstrom verlorenen Methanols. PRISM-Membranen gewinnen 90 % des Wasserstoffs und 60 % der Kohlenoxide zurück. Das System lässt sich leicht an die schwankende Methanolproduktion der Anlage anpassen.
Anpassung des H2/CO-Synthesegasverhältnisses (Syngas)
Das allererste PRISM-Membransystem wurde 1977 genau für diese Anwendung entwickelt. PRISM-Membranseparatoren regulieren das Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnis in Oxoalkohol-Synthesegasströmen. Die Membrantrenntechnik eignet sich hervorragend für diese Anwendung, da das Zufuhrgas im Wesentlichen unter dem gleichen Druck wie im Synthesekreislauf behandelt wird. Das Wasserstoff-Kohlenmonoxid-Verhältnis lässt sich problemlos an spezifische Prozessanforderungen anpassen.
Petrochemische Anwendungen von PRISM-Membransystemen
Hydrierungs-Spülströme
Der aus dem Membransystem gewonnene Wasserstoff wird dem Hydrierungsprozess zugeführt und kann auch an anderer Stelle in der Anlage verwendet werden. PRISM-Membransysteme sind darauf ausgelegt, Wasserstoff von einer Reinheit von 60–70 Mol-% auf bis zu 85–90 Mol-% mit Rückgewinnungsraten von über 80 % anzureichern. Bei flexiblen Reinheitsanforderungen lassen sich höhere Rückgewinnungsraten erzielen. PRISM-Membransysteme bewältigen stark schwankende Spülstrommengen und Bedingungen, bei denen andere Wasserstoffrückgewinnungssysteme versagen.
Wasserstoffrückgewinnung aus PSA-Spülgas
In Kombination mit einem PSA-System können PRISM-Membranseparatoren bis zu 97 % des Wasserstoffs durch Komprimierung und Aufbereitung des Abgases zurückgewinnen.
Kohlenmonoxidanreicherung
PRISM Membransysteme reinigen Kohlenmonoxid (CO) aus Zufuhrströmen, die Wasserstoff enthalten.
In dieser Anwendung kann das PRISM-Membransystem in einem einstufigen System CO mit einer Reinheit von 85 Mol-% erzeugen. Für Systeme, die eine höhere CO-Reinheit erfordern, verbessert ein zweistufiges System mit einem Rezirkulationskompressor die Trennung und erhöht die Produktreinheit auf 95 Mol-% oder mehr. Die Membrantrennung entfernt Wasserdampf und Wasserstoff, sodass der CO-Gasstrom ohne weitere Entwässerung direkt verwendet werden kann.
Wie Membranen bei der Gastrennung funktionieren
Gasmoleküle diffundieren aufgrund eines Partialdruckunterschieds durch die dünne Außenhaut der Hohlfasermembran. Die Permeationsrate ist abhängig vom jeweiligen Gas-Polymer-Paar. Der Transportmechanismus beruht auf der Kombination aus Löslichkeit in der Membran und Diffusion durch sie hindurch. Das Trennvermögen wird durch die relativen Permeationsraten der einzelnen Gaskomponenten bestimmt. Je größer der Unterschied in der Permeabilität, desto größer die effektive Trennung durch Diffusion.
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).
Merkmale
Flexibel
PRISM Membransysteme bieten hohe Flexibilität im Betrieb, sowohl bei geplanten als auch bei unerwarteten Prozessänderungen. Ein Teil des Regelbereichs wird durch die Systemflexibilität aufgefangen, und erhöhte Kapazitätsanforderungen lassen sich durch den Einsatz zusätzlicher Separatoren erfüllen. Weitere Leistungsreduzierungen werden durch das Absperren von Separatoren erreicht, wodurch Rückgewinnung und Reinheit erhalten bleiben. Mehrere Abzweige vom Permeatverteiler ermöglichen die Gewinnung von Strömen unterschiedlicher Reinheit und Durchflussrate. Für einige Anwendungen ist eine Vorbehandlung des Speisegases erforderlich.
Kompakt
Das kompakte Membransystem eignet sich ideal für kleine oder beengte Anlagen. Dank seines effizienten und modularen Designs werden Installationszeit und -kosten minimiert. Die Standortvorbereitung ist minimal und erfordert lediglich eine einfache Betonfundamentplatte sowie Prozess- und Versorgungsleitungen. Der Anschluss an das vormontierte System erfordert in der Regel keine spezielle Abschaltung. PRISM Membransysteme sind flexibel einsetzbar, da die Separatoreinheit auf einem Rahmen montiert ist.
Effizient und wirtschaftlich
PRISM-Membransysteme erzielen hohe Ausbeuten an Wasserstoff, CO₂ und Kohlenwasserstoffen mit Wirkungsgraden von 80–95 % für die meisten Anwendungen. Der Energieverbrauch beschränkt sich üblicherweise auf Instrumentenluft; Dampf (oder Wasser) dient der Temperaturregelung. Typische Spülsysteme arbeiten mit Drücken, die für die erforderlichen Trennungen geeignet sind, sodass keine Kompressionsleistung benötigt wird. Inbetriebnahme und Abschaltung sind unkompliziert: Abkühlung oder Vorkonditionierung sind nicht erforderlich, und die Rückgewinnung beginnt unmittelbar nach der Gaszufuhr.
Geringer Wartungsaufwand
Die PRISM-Membranabscheider 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-Membranabscheider benötigen kaum Justierungen oder Bedienereingriffe. Sie gewährleisten einen einwandfreien Betrieb unter verschiedenen Prozessbedingungen und tolerieren geringe Konzentrationen von Verunreinigungen wie Wasser, Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Kohlenwasserstoffen und Aromaten.
Langes Leben
Die robuste Konstruktion gewährleistet eine lange Lebensdauer in petrochemischen Anwendungen. PRISM-Membranseparatoren sind in unterschiedlichsten Bereichen im Einsatz – einige bereits seit 1977.
Warum Air Products wählen?
Wir verfügen über die größte Erfahrung in der Entwicklung und dem Bau von spezifikationskonformen Systemen für petrochemische Anwendungen. Einige der ersten PRISM-Membranseparatoren wurden 1977 in Betrieb genommen.
Weltweit sind über 500 PRISM-Membransysteme für Prozessgasanwendungen im Einsatz. Dazu gehören 230 Systeme zur Ammoniak-Spülgasrückgewinnung, 90 Systeme in Ölraffinerien, 60 Systeme zur Kohlenmonoxidreinigung, 50 Systeme zur Methanol-Spülgasrückgewinnung und 50 weitere Systeme in der petrochemischen Industrie.