Sistemas de membranas para plantas petroquímicas
La eliminación de impurezas de las corrientes de gas ahorra dinero al reciclar y reutilizar gases valiosos. Las mezclas de gases pueden incluso recircularse varias veces para lograr la reacción deseada.
Recuperación de hidrógeno a partir de la purga de metanol
El metanol se produce introduciendo una corriente de gas de síntesis en un reactor catalítico. El gas de síntesis está compuesto de hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono y subproductos inertes como metano, nitrógeno y argón. La conversión del metanol no se sintetiza completamente en la primera pasada, por lo que el proceso requiere que los componentes se repita en un ciclo. Este proceso provoca la acumulación y purga de los subproductos inertes.
El gas de purga resultante contiene altas concentraciones de los componentes del gas de síntesis. También incluye metanol, que no se elimina en la etapa de licuefacción. Si no se recupera, este metanol puede suponer un costoso desperdicio de producto.
Los sistemas de membranas PRISM tratan la corriente de purga separando el metanol como gas producto y devolviendo el hidrógeno al bucle de síntesis. El sistema suele incluir un depurador de agua para recuperar el metanol perdido en la purga. Las membranas PRISM recuperan el 90 % del hidrógeno y el 60 % de los óxidos de carbono. El sistema se ajusta fácilmente para adaptarse a la producción fluctuante de la planta de metanol.
Ajuste de la relación de gas de síntesis H2/CO (SynGas)
El primer sistema de membrana PRISM se construyó para esta aplicación específica en 1977. Los separadores de membrana PRISM ajustan la proporción de hidrógeno y monóxido de carbono en corrientes de gas de síntesis de oxoalcohol. La separación por membrana es ideal para esta aplicación, ya que el gas de alimentación se trata prácticamente a la misma presión que la del circuito de síntesis. La proporción de hidrógeno y monóxido de carbono se puede ajustar fácilmente para satisfacer los requisitos específicos del proceso.
Aplicaciones petroquímicas de los sistemas de membrana PRISM
Corrientes de purga de hidrogenación
El hidrógeno recuperado del sistema de membranas alimenta el proceso de hidrogenación y también puede utilizarse en otras partes de la planta. Los sistemas de membranas PRISM están diseñados para mejorar la pureza del hidrógeno desde un 60-70 % molar hasta un 85-90 % molar, con tasas de recuperación superiores al 80 %. Si el requisito de pureza es flexible, se pueden lograr tasas de recuperación más altas. Los sistemas de membranas PRISM gestionan caudales de purga con grandes fluctuaciones y condiciones donde otros sistemas de recuperación de hidrógeno presentan deficiencias.
Recuperación de hidrógeno a partir de gas de purga PSA
Cuando se combinan detrás de un sistema PSA, los separadores de membrana PRISM pueden recuperar hasta el 97% del hidrógeno comprimiendo y mejorando el gas de cola.
Enriquecimiento de monóxido de carbono
Los sistemas de membrana PRISM purifican el monóxido de carbono (CO) de las corrientes de alimentación que contienen hidrógeno.
En esta aplicación, el sistema de membrana PRISM puede producir CO con una pureza del 85 % molar en un sistema de una sola etapa. Para sistemas que requieren CO de mayor pureza, un sistema de dos etapas y un compresor de reciclaje mejorarán la separación, aumentando la pureza del CO al 95 % molar o más. La separación por membrana elimina el vapor de agua y el hidrógeno, de modo que la corriente de gas CO está lista para su uso sin deshidratación adicional.
Cómo funcionan las membranas para la separación de gases
Las moléculas de gas atraviesan la fina membrana de la pared de la fibra hueca gracias a una diferencia de presión parcial. La tasa de permeación es específica del par gas-polímero. El mecanismo de transporte combina la solubilidad y la difusión a través de la membrana. La capacidad de separación está determinada por las tasas de permeación relativas de cada componente del gas. Cuanto mayor sea la diferencia de permeabilidad, mayor será la separación efectiva por difusión.
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).
Características
Flexible
Los sistemas de membrana PRISM ofrecen flexibilidad operativa ante cambios planificados o inesperados en el proceso. La flexibilidad del sistema absorbe parte de la reducción de caudal, y la adición de más separadores satisface los requisitos de mayor capacidad. La reducción adicional se logra cerrando los separadores con válvulas, lo que mantiene la recuperación y la pureza. Múltiples derivaciones desde el colector de permeado proporcionan corrientes de diferentes purezas y caudales. Algunas aplicaciones requieren pretratamiento del gas de alimentación.
Compacto
El sistema de membrana compacto se adapta a plantas pequeñas o congestionadas. Su diseño eficiente y modular minimiza el tiempo y los costos de instalación en el sitio. La preparación del sitio es mínima, requiriendo únicamente una simple plataforma de concreto, además de las líneas de proceso y servicios públicos. Las conexiones al sistema preensamblado generalmente no requieren una parada especial. Los sistemas de membrana PRISM se pueden mover gracias a que el conjunto separador está montado sobre patines.
Eficiente y económico
Los sistemas de membrana PRISM ofrecen altas tasas de recuperación de hidrógeno, CO₂ e hidrocarburos, con eficiencias del 80-95 % para la mayoría de las aplicaciones. El consumo de servicios públicos se limita normalmente al aire de instrumentación, con vapor (o agua) para el control de temperatura. Los sistemas de purga típicos operan a presiones adecuadas para generar las separaciones requeridas, por lo que no se requiere potencia de compresión. El arranque y la parada son sencillos: no se requiere enfriamiento ni preacondicionamiento, y la recuperación comienza inmediatamente después de introducir el gas en el sistema.
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 separadores de membrana PRISM prácticamente no requieren ajustes ni la atención del operador. Mantienen un funcionamiento adecuado en condiciones de proceso variables y toleran pequeñas concentraciones de contaminantes como agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, hidrocarburos y aromáticos.
Larga vida
Su diseño y construcción robustos garantizan una larga vida útil en aplicaciones petroquímicas. Los separadores de membrana PRISM han estado funcionando en una amplia variedad de servicios, algunos desde 1977.
¿Por qué elegir Air Products?
Contamos con la mayor experiencia en el diseño y la construcción de sistemas que cumplen con las especificaciones para aplicaciones petroquímicas. Algunos de los primeros separadores de membrana PRISM se pusieron en servicio en 1977.
Más de 500 sistemas de membrana PRISM para aplicaciones de gases de proceso operan en todo el mundo. Estos incluyen 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.