Sistemas de membranas de refinería
Los sistemas de membrana PRISM son un componente clave para la recuperación de hidrógeno en aplicaciones de hidroprocesamiento en refinerías de petróleo. Rechazan los compuestos inertes que se acumulan en los circuitos de reciclaje de hidrógeno. Esto significa que se requiere menos hidrógeno fabricado para mantener el equilibrio de hidrógeno en el sistema. Al renovar el circuito de hidrógeno, el proceso se vuelve menos costoso de operar.
Los sistemas de membrana PRISM típicos constan de una sección de pretratamiento que elimina los líquidos arrastrados y precalienta el gas de alimentación antes de entrar en los separadores de membrana. Las variables clave del proceso incluyen: presión, temperatura, eliminación de contaminantes y el área superficial de la membrana (determinada por el número de separadores en el diseño del sistema).
Disponemos de diversas configuraciones de separadores de membrana para optimizar la pureza y la recuperación. Los sistemas de membrana PRISM son escalables y personalizables según necesidades operativas o de capital específicas.
Cómo funcionan las membranas para la separación de gases
Las moléculas de gas atraviesan la membrana de fibra hueca gracias a la diferencia de presión parcial. La tasa de permeación se ve afectada por la solubilidad y la difusión, los apareamientos gas-polímero y las tasas de permeación de cada componente del gas. Cuanto mayor sea la diferencia de permeabilidad, mayor será la separación efectiva.
Diseño de separador de membrana
- Fácil instalación de un solo paquete de membranas en cada recipiente a presión
- Diseño de sello de presión diferencial simple y duradero
- Fibras empaquetadas axialmente (en lugar de una configuración enrollada apretadamente)
- Recipientes a presión construidos según: ASME, PED, GOST, GB y otros códigos internacionales
- Disponible en diámetros de 4 pulgadas (100 mm) y 8 pulgadas (200 mm).
Cómo funcionan las membranas en las refinerías
En las operaciones de refinería, se requiere hidrógeno de alto valor para realizar el hidroprocesamiento. El hidroprocesador produce un gas residual a alta presión (rico en hidrógeno, pero que también contiene inertes como metano y compuestos de hidrocarburos más pesados). Al rechazar los inertes, la corriente de hidrógeno puede reciclarse al hidroprocesador con un menor volumen de hidrógeno necesario para realizar el hidroprocesamiento.
Cuando el gas de alimentación entra en el separador, el gas rápido (hidrógeno) penetra la pared de la membrana con mayor rapidez que los compuestos más pesados y sale por el lado del orificio del haz de membranas de fibra hueca. Esta corriente purificada se devuelve al hidroprocesador junto con el hidrógeno de reposición.
El flujo que no permea las fibras (no permeado) también tiene una concentración de hidrógeno cercana al 40 %, pero transporta metano e hidrocarburos más pesados, que se entregan a la red de gas combustible. Los hidrocarburos pueden recuperarse mediante un turboexpansor simple o un sistema de enfriamiento.
Aplicaciones de los sistemas de membrana Prism en refinerías de petróleo
Recuperación de hidrógeno del gas de purga
Con los sistemas de membrana PRISM, las corrientes de gas de purga del hidroprocesamiento pueden optimizarse hasta alcanzar purezas de hidrógeno del 92 al 98 % molar, con recuperaciones del 85 al 95 %. Incluso las corrientes de gases de escape del craqueador catalítico, que contienen entre el 20 y el 30 % molar de hidrógeno, pueden optimizarse hasta alcanzar una pureza del 70 al 90 % molar (con una separación de una sola etapa) o hasta el 95 % molar con un sistema de dos etapas.
Rechazo de subproductos inertes de los circuitos de reciclaje
Un enfoque que mejora el rendimiento del hidrotratador o hidrocraqueador consiste en recuperar hidrógeno de alta pureza de la purga para su uso como reposición incremental. Otro enfoque consiste en rechazar los subproductos inertes (inertes) del circuito de recirculación. Al rechazar los inertes a medida que se forman en el reactor, los sistemas de membranas PRISM producen una mayor pureza del circuito, superior a la obtenida utilizando solo hidrógeno de reposición. El rechazo de subproductos inertes permite al operador ajustar el hidroprocesador a una gama más amplia de especificaciones de alimentación y producto, sin preocuparse por las pérdidas de hidrógeno.
Ajuste fino de las cascadas de hidrógeno
Los sistemas de membrana PRISM prolongan la vida útil del catalizador del hidroprocesador al mejorar la presión parcial de hidrógeno en la corriente de alimentación. La pureza de la alimentación se incrementa para permitir un mayor rendimiento o una mayor severidad en un hidroprocesador existente.
En una nueva instalación de hidroprocesador, los sistemas de membrana PRISM recuperan hidrógeno de corrientes de combustible de baja pureza o de gases de escape del reformador catalítico.
Planta de hidrógeno (reformador de metano con vapor)
La eliminación de cuellos de botella se logra mediante el uso de sistemas de membrana PRISM para recuperar hidrógeno de alta pureza del gas de alimentación del reformador de metano con vapor. Al eliminar el hidrógeno, se pueden alimentar más hidrocarburos al reformador de metano con vapor, aumentando así la producción de hidrógeno.
Recuperación de gas
El gas no permeado sale de los sistemas de membrana PRISM prácticamente sin pérdida de presión. Al eliminar el hidrógeno, este gas posee un alto poder calorífico. Puede alimentarse fácilmente a un colector de combustible de alta presión o utilizarse como alimentación de plantas de hidrógeno, gas de gasoducto o GLP.
Características
Flexible
Los sistemas de membrana PRISM ofrecen flexibilidad operativa ante cambios planificados o inesperados en el proceso. El sistema absorbe parte de la reducción de caudal y satisface las necesidades de mayor capacidad añadiendo más separadores de membrana PRISM. La reducción adicional se logra cerrando los separadores con válvulas para mantener la recuperación y la pureza. Múltiples derivaciones desde el colector de permeado proporcionan corrientes de diferentes purezas y caudales. Los sistemas de membrana PRISM pueden trasladarse a diferentes ubicaciones de la planta gracias a que el conjunto separador está montado sobre patines.
Compacto
El sistema compacto se adapta fácilmente a plantas pequeñas o congestionadas y minimiza el tiempo, los gastos y los posibles errores de construcción durante la instalación en campo. La preparación del terreno es mínima, requiriendo únicamente una simple plataforma de hormigón y las líneas de proceso y servicios públicos adecuadas. Las conexiones al sistema preensamblado no suelen requerir una parada especial.
Eficiente y económico
Los sistemas de membrana PRISM ofrecen altas tasas de recuperación de hidrógeno e hidrocarburos, con eficiencias del 80-95 % para la mayoría de las aplicaciones. Dado que los sistemas de membrana PRISM operan prácticamente a las mismas presiones de gas que las operaciones de refinería, no se requiere energía de compresión adicional para impulsar el proceso de separación. El consumo de servicios públicos se limita generalmente a vapor (utilizado para el control de temperatura), aire de instrumentación y nitrógeno para la purga. Solo se requieren servicios públicos adicionales para aplicaciones que requieren un pretratamiento especializado del gas de alimentación. El arranque y el apagado del sistema son sencillos y la recuperación comienza de inmediato.
Bajo mantenimiento
Los separadores de membrana PRISM no tienen piezas móviles que monitorear, reparar o reemplazar. Prácticamente no requieren mantenimiento si se instalan y operan correctamente dentro de las condiciones de diseño. Los sistemas de membrana PRISM no requieren ajustes, mantenimiento ni la atención del operador. Mantienen un funcionamiento adecuado en diversas condiciones de proceso y toleran ciertos contaminantes como agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, hidrocarburos y aromáticos.
Larga vida
Los sistemas de membrana PRISM han operado en una amplia gama de servicios, con una vida útil promedio de siete años. Se han puesto en servicio más de 500 sistemas de membrana PRISM en todo el mundo para aplicaciones de gases de proceso. Estos incluyen más de 230 sistemas para la recuperación de gas de purga de amoníaco, 90 sistemas para refinerías de petróleo, 60 sistemas para la purificación de monóxido de carbono, 50 sistemas para la recuperación de gas de purga de metanol y 50 sistemas para otras aplicaciones petroquímicas.
Los sistemas típicos de refinería de petróleo producen hidrógeno con purezas de entre el 90 y el 98 % molar. La pureza del gas producto depende de la composición de la alimentación, la presión parcial diferencial disponible y el nivel de recuperación de hidrógeno requerido. La corriente rica en hidrocarburos se devuelve a una presión prácticamente igual a la del gas de alimentación para su uso como gas combustible.
Los sistemas de membrana PRISM se integran fácilmente en el diagrama de flujo de la refinería. Se utilizan comúnmente para la recuperación de hidrógeno, el rechazo de subproductos inertes y la descongestión de la planta.