Systèmes de membranes de raffinerie

Les systèmes à membrane PRISM sont essentiels à la récupération de l'hydrogène dans les procédés d'hydrotraitement des raffineries de pétrole. Ils retiennent les composés inertes qui s'accumulent dans les boucles de recyclage de l'hydrogène. Ainsi, la quantité d'hydrogène produite nécessaire au maintien de l'équilibre hydrogène du système est réduite. Ce renouvellement constant de la boucle d'hydrogène permet de diminuer les coûts d'exploitation du procédé.

Les systèmes membranaires PRISM classiques comprennent une section de prétraitement qui élimine les liquides entraînés et préchauffe le gaz d'alimentation avant son entrée dans les séparateurs membranaires. Les principales variables du procédé sont : la pression, la température, l'élimination des contaminants et la surface de la membrane (déterminée par le nombre de séparateurs dans la conception du système).

Différentes configurations de séparateurs à membrane sont disponibles pour optimiser la pureté et la récupération. Les systèmes à membrane PRISM sont évolutifs et personnalisables pour répondre à des exigences opérationnelles ou d'investissement spécifiques.

Comment fonctionnent les membranes pour la séparation des gaz

Les molécules de gaz traversent la paroi de la membrane à fibres creuses sous l'effet de la différence de pression partielle. Le taux de perméation dépend de la solubilité et de la diffusion, des interactions gaz-polymère et des taux de perméation des différents composants gazeux. Plus la différence de perméabilité est importante, plus la séparation est efficace.

Conception de séparateur à membrane

  • Installation facile d'un seul faisceau de membranes dans chaque récipient sous pression
  • Conception simple et durable du joint d'étanchéité à pression différentielle
  • Fibres disposées axialement (plutôt que enroulées serrées)
  • Appareils sous pression construits conformément aux normes : ASME, PED, GOST, GB et autres codes internationaux
  • Disponible en diamètres de 4 pouces (100 mm) et de 8 pouces (200 mm).

Comment fonctionnent les membranes dans les raffineries

Dans les opérations de raffinage, l'hydrogène de haute qualité est indispensable à l'hydrotraitement. L'hydrotraitement génère un gaz résiduaire à haute pression (riche en hydrogène, mais contenant également des « inertes » tels que le méthane et des hydrocarbures plus lourds). En éliminant ces « inertes », le flux d'hydrogène peut être recyclé vers l'hydrotraitement, réduisant ainsi le volume d'hydrogène nécessaire à l'ajout d'éléments pour le traitement.

Lorsque le gaz d'alimentation pénètre dans le séparateur, le gaz rapide (l'hydrogène) traverse la membrane plus rapidement que les composés plus lourds et sort par l'orifice du faisceau de fibres creuses. Ce flux purifié est renvoyé à l'hydrotraiteur avec de l'hydrogène d'appoint.

Le flux qui ne traverse pas les fibres (flux non perméable) présente également une concentration en hydrogène d'environ 40 %, mais transporte le méthane et des hydrocarbures plus lourds, qui sont injectés dans le réseau de gaz combustible. Ces hydrocarbures peuvent être récupérés à l'aide d'un simple turbodétendeur ou d'un système de refroidissement.

Applications des systèmes à membrane prismatique dans les raffineries de pétrole

Récupération d'hydrogène à partir du gaz de purge

Grâce aux systèmes à membranes PRISM, les flux de gaz de purge issus de l'hydrotraitement peuvent être enrichis en hydrogène jusqu'à une pureté de 92 à 98 % molaire, avec des taux de récupération de 85 à 95 %. Même les flux de gaz résiduaires de craquage catalytique contenant de 20 à 30 % molaire d'hydrogène peuvent être enrichis jusqu'à une pureté de 70 à 90 % molaire (avec une séparation en une seule étape) ou jusqu'à 95 % molaire avec un système à deux étapes.

Rejet des sous-produits inertes issus des boucles de recyclage

Une approche permettant d'améliorer les performances d'un hydrotraiteur ou d'un hydrocraqueur consiste à récupérer l'hydrogène de haute pureté issu de la purge pour l'utiliser comme appoint. Une autre approche consiste à rejeter les sous-produits inertes (inertes) du circuit de recyclage. En rejetant les inertes dès leur formation dans le réacteur, les systèmes à membrane PRISM permettent d'obtenir une pureté de circuit supérieure à celle obtenue avec le seul hydrogène d'appoint. Le rejet des sous-produits inertes permet à l'opérateur d'adapter l'hydroprocesseur à une gamme plus étendue de spécifications d'alimentation et de produit, sans se soucier des pertes d'hydrogène.

réglage fin des cascades d'hydrogène

Les systèmes à membrane PRISM prolongent la durée de vie des catalyseurs d'hydrotraitement en améliorant la pression partielle d'hydrogène dans le flux d'alimentation. La pureté de ce flux est accrue, permettant ainsi d'augmenter le débit ou la sévérité du traitement dans un hydrotraitement existant.

Dans une nouvelle installation d'hydrotraitement, PRISM Membrane Systems récupère l'hydrogène à partir de flux de carburant de faible pureté ou de gaz résiduaires de reformage catalytique.

Usine à hydrogène (réformateur de méthane à la vapeur)

Le déblocage du processus est réalisé grâce aux systèmes à membrane PRISM qui permettent de récupérer de l'hydrogène de haute pureté à partir du gaz d'alimentation du reformeur de méthane à la vapeur. L'hydrogène extrait, une plus grande quantité d'hydrocarbures peut être injectée dans le reformeur, augmentant ainsi la production d'hydrogène.

Récupération de gaz

Le gaz non perméable sort des systèmes à membrane PRISM sans perte de pression notable. Dépourvu d'hydrogène, ce gaz possède un pouvoir calorifique élevé. Il peut être facilement injecté dans un collecteur de carburant haute pression ou utilisé comme gaz d'alimentation pour une usine d'hydrogène, un gaz de pipeline ou une usine de GPL.

Caractéristiques

Flexible

Les systèmes membranaires PRISM offrent une grande flexibilité d'exploitation face aux modifications de procédé, planifiées ou imprévues. Une partie des réductions de production est absorbée par le système, et les besoins accrus en capacité sont satisfaits par l'ajout de séparateurs membranaires PRISM. Des réductions supplémentaires sont possibles grâce à la mise hors service de certains séparateurs, permettant ainsi de maintenir la récupération et la pureté du fluide. Plusieurs points de prélèvement sur le collecteur de perméat fournissent des flux de puretés et de débits différents. Les systèmes membranaires PRISM peuvent être déplacés sur différents sites de l'usine grâce à leur conception sur châssis.

Compact

Ce système compact s'intègre facilement dans les petites usines ou les espaces restreints et réduit considérablement le temps et le coût d'installation sur site, ainsi que les risques d'erreurs de construction. La préparation du site est minimale : une simple dalle de béton et les conduites d'eau et de gaz appropriées suffisent. Le raccordement au système préassemblé ne nécessite généralement aucun arrêt de production.

Efficace et économique

Les systèmes à membrane PRISM offrent des taux de récupération élevés pour l'hydrogène et les hydrocarbures, avec des rendements de 80 à 95 % pour la plupart des applications. Fonctionnant à des pressions de gaz pratiquement identiques à celles des opérations de raffinage, ces systèmes ne nécessitent aucune énergie de compression supplémentaire pour la séparation. La consommation d'énergie se limite généralement à la vapeur (pour la régulation de la température), à l'air comprimé et à l'azote pour la purge. Des énergies supplémentaires ne sont requises que pour les applications exigeant un prétraitement spécifique du gaz d'alimentation. La mise en marche et l'arrêt du système sont simples et la récupération débute immédiatement.

entretien réduit

Les séparateurs à membrane PRISM ne comportent aucune pièce mobile à surveiller, réparer ou remplacer. Ils ne nécessitent pratiquement aucun entretien lorsqu'ils sont correctement installés et utilisés dans les conditions nominales. Les systèmes à membrane PRISM ne requièrent aucun réglage, entretien ni intervention de l'opérateur. Ils fonctionnent correctement quelles que soient les conditions de traitement et tolèrent certains contaminants comme l'eau, l'ammoniac, le sulfure d'hydrogène, le dioxyde de carbone, les hydrocarbures et les composés aromatiques.

Longue vie

Les systèmes à membrane PRISM sont utilisés dans de nombreux secteurs d'activité et ont une durée de vie moyenne de sept ans. Plus de 500 systèmes à membrane PRISM ont été mis en service dans le monde entier pour des applications de traitement des gaz de procédé. Parmi ceux-ci, on compte plus de 230 systèmes pour la récupération des gaz de purge d'ammoniac, 90 systèmes pour des applications en raffinerie de pétrole, 60 systèmes pour la purification du monoxyde de carbone, 50 systèmes pour la récupération des gaz de purge de méthanol et 50 autres applications pétrochimiques.

Les systèmes classiques de raffinage du pétrole produisent de l'hydrogène d'une pureté comprise entre 90 et 98 % molaire. La pureté du gaz produit dépend de la composition de l'alimentation, de la pression partielle différentielle disponible et du taux de récupération d'hydrogène requis. Le flux riche en hydrocarbures est réinjecté à une pression quasi identique à celle du gaz d'alimentation pour être utilisé comme combustible.

Les systèmes membranaires PRISM s'intègrent facilement au schéma de procédé de la raffinerie. Ils sont couramment utilisés pour la récupération d'hydrogène, le rejet des sous-produits inertes et le décongestionnement des installations.