Sistemi a membrana di raffineria

I sistemi a membrana PRISM sono un componente chiave per il recupero dell'idrogeno nelle applicazioni di idrotrattamento nelle raffinerie di petrolio. Respingono i composti inerti che si accumulano nei circuiti di riciclo dell'idrogeno. Ciò significa che è necessario meno idrogeno prodotto per mantenere il bilancio dell'idrogeno nel sistema. Rinnovando il circuito dell'idrogeno, il processo diventa meno costoso da gestire.

I tipici sistemi a membrana PRISM sono costituiti da una sezione di pretrattamento che rimuove i liquidi in sospensione e preriscalda il gas di alimentazione prima di entrare nei separatori a membrana. Le variabili chiave del processo includono: pressione, temperatura, rimozione dei contaminanti e area superficiale della membrana (determinata dal numero di separatori previsti dal sistema).

Sono disponibili diverse configurazioni di separatori a membrana per ottimizzare purezza e recupero. I sistemi a membrana PRISM sono scalabili e personalizzabili per specifiche esigenze operative o di capitale.

Come funzionano le membrane per la separazione dei gas

Le molecole di gas permeano attraverso la membrana a fibre cave, spinte dalla differenza di pressione parziale. La velocità di permeazione è influenzata dalla solubilità e dalla diffusione, dagli accoppiamenti gas-polimero e dalle velocità di permeazione dei singoli componenti gassosi. Maggiore è la differenza di permeabilità, maggiore è l'efficacia della separazione.

Progettazione del separatore a membrana

Facile installazione di un singolo fascio di membrane in ogni recipiente a pressione
Design semplice e durevole della guarnizione di pressione differenziale
Fibre impaccate assialmente (piuttosto che in configurazione strettamente avvolta)

Recipienti a pressione costruiti secondo: ASME, PED, GOST, GB e altri codici internazionali
Disponibile con diametro da 4 pollici (100 mm) e 8 pollici (200 mm)

Come funzionano le membrane nelle raffinerie

Nelle operazioni di raffinazione, è necessario idrogeno di alto valore per eseguire l'idroprocessamento. Dall'idroprocessore viene prodotto gas di scarico ad alta pressione (ricco di idrogeno ma contenente anche "inerti" come metano e composti idrocarburici più pesanti). Scartando gli "inerti", il flusso di idrogeno può essere riciclato all'idroprocessore con un volume di idrogeno di reintegro inferiore richiesto per eseguire l'idroprocessamento.

Quando il gas di alimentazione entra nel separatore, il gas veloce (idrogeno) permea la parete della membrana più rapidamente dei composti più pesanti ed esce dal lato del foro del fascio di membrane a fibre cave. Questo flusso purificato viene restituito all'idroprocessore insieme all'idrogeno di reintegro.

Il flusso che non permea le fibre (non permeato) ha anch'esso una concentrazione di idrogeno intorno al 40%, ma trasporta metano e idrocarburi più pesanti, che vengono immessi nella rete del gas combustibile. Gli idrocarburi possono essere recuperati utilizzando un semplice turboespansore o un sistema di raffreddamento.

Applicazioni dei sistemi a membrana prismatica nelle raffinerie di petrolio

Recupero di idrogeno dal gas di spurgo

Con i sistemi a membrana PRISM, i flussi di gas di spurgo derivanti dall'idrotrattamento possono essere potenziati fino a raggiungere una purezza dell'idrogeno compresa tra il 92 e il 98% molare, con recuperi compresi tra l'85 e il 95%. Anche i flussi di gas di scarico dei cracker catalitici contenenti tra il 20 e il 30% molare di idrogeno possono essere potenziati fino a una purezza compresa tra il 70 e il 90% molare (con una separazione a stadio singolo) o fino al 95% molare con un sistema a due stadi.

Rifiuto di sottoprodotti inerti dai circuiti di riciclo

Un approccio che migliora le prestazioni dell'idrotrattatore o dell'idrocracking consiste nel recuperare idrogeno ad alta purezza dallo spurgo per utilizzarlo come reintegro incrementale. Un altro approccio consiste nello scartare i sottoprodotti inerti (inerti) dal circuito di riciclo. Scartando gli inerti man mano che si formano nel reattore, i sistemi a membrana PRISM producono una purezza del circuito superiore, maggiore rispetto all'utilizzo del solo idrogeno di reintegro. Lo scarto dei sottoprodotti inerti consente all'operatore di adattare l'idroprocessore a una gamma più ampia di specifiche di alimentazione e prodotto, senza preoccuparsi di perdite di idrogeno.

Messa a punto delle cascate di idrogeno

I sistemi a membrana PRISM prolungano la durata del catalizzatore dell'idroprocessore migliorando la pressione parziale dell'idrogeno nel flusso di alimentazione. La purezza dell'alimentazione viene aumentata per consentire una maggiore produttività o severità in un idroprocessore esistente.

In una nuova installazione di idroprocessore, i sistemi a membrana PRISM recuperano l'idrogeno dai flussi di combustibile a bassa purezza o dai gas di scarico del reforming catalitico.

Impianto a idrogeno (riformatore di metano a vapore)

Il debotttlenecking viene ottenuto utilizzando i sistemi a membrana PRISM per recuperare idrogeno ad alta purezza dal gas di alimentazione del reforming a vapore del metano. Con l'idrogeno rimosso, è possibile alimentare il reforming a vapore del metano con una maggiore quantità di idrocarburi, aumentando così la produzione di idrogeno.

Recupero del gas

Il gas non permeato esce dai sistemi a membrana PRISM praticamente senza alcuna perdita di pressione. Privo di idrogeno, questo gas ha un elevato potere calorifico. Può essere facilmente immesso in un collettore di combustibile ad alta pressione o utilizzato come alimentazione per impianti a idrogeno, gas di condotte o GPL.

Caratteristiche

Flessibile

I sistemi a membrana PRISM offrono flessibilità operativa in caso di modifiche di processo pianificate o impreviste. Una parte del turndown viene assorbita dal sistema e l'aggiunta di ulteriori separatori a membrana PRISM soddisfa i requisiti di capacità aumentata. Un ulteriore turndown viene ottenuto tramite valvole di esclusione dei separatori per mantenere il recupero e la purezza. Prese multiple dal collettore del permeato forniscono flussi di diverse purezze e portate. I sistemi a membrana PRISM possono essere spostati in diverse sedi dell'impianto poiché il gruppo separatore è montato su skid.

Compatto

Il sistema compatto si adatta facilmente a impianti piccoli o affollati e riduce al minimo i tempi di installazione in loco, i costi e i potenziali errori di costruzione. La preparazione del sito è minima, richiedendo solo una semplice piattaforma di supporto in calcestruzzo e linee di processo e di servizio adeguate. I collegamenti al sistema preassemblato di solito non richiedono arresti speciali.

Efficiente ed economico

I sistemi a membrana PRISM offrono elevati tassi di recupero di idrogeno e idrocarburi, con efficienze dell'80-95% per la maggior parte delle applicazioni. Poiché i sistemi a membrana PRISM operano essenzialmente alla stessa pressione del gas utilizzata nelle operazioni di raffineria, non è necessaria ulteriore energia di compressione per azionare il processo di separazione. Il consumo di energia è in genere limitato al vapore (utilizzato per il controllo della temperatura), all'aria strumentale e all'azoto per lo spurgo. Ulteriori utenze sono necessarie solo per le applicazioni che richiedono un pretrattamento specializzato del gas di alimentazione. L'avvio e lo spegnimento del sistema sono semplici e il recupero inizia immediatamente.

Bassa manutenzione

I separatori a membrana PRISM non hanno parti mobili da monitorare, riparare o sostituire. Sono praticamente esenti da manutenzione se correttamente installati e utilizzati entro le condizioni di progetto. I sistemi a membrana PRISM non richiedono regolazioni, manutenzione o attenzione da parte dell'operatore. Mantengono il corretto funzionamento in diverse condizioni di processo e tollerano alcuni contaminanti come acqua, ammoniaca, acido solfidrico, anidride carbonica, idrocarburi e aromatici.

Lunga vita

I sistemi a membrana PRISM sono operativi in un'ampia gamma di servizi, con una durata media di sette anni. Oltre 500 sistemi a membrana PRISM sono stati messi in servizio in tutto il mondo per applicazioni con gas di processo. Tra questi, più di 230 sistemi per il recupero di gas di spurgo dell'ammoniaca, 90 sistemi per applicazioni di raffinazione del petrolio, 60 sistemi per la purificazione del monossido di carbonio, 50 sistemi per il recupero di gas di spurgo del metanolo e 50 in altre applicazioni petrolchimiche.

I tipici sistemi di raffinazione del petrolio producono idrogeno con purezza compresa tra il 90 e il 98% molare. La purezza del gas prodotto dipende dalla composizione dell'alimentazione, dalla pressione parziale differenziale disponibile e dal livello di recupero dell'idrogeno richiesto. Il flusso ricco di idrocarburi viene restituito a una pressione pressoché identica a quella del gas di alimentazione per essere utilizzato come gas combustibile.

I sistemi a membrana PRISM si integrano facilmente nel flusso di processo della raffineria. Sono comunemente utilizzati per il recupero dell'idrogeno, lo scarto dei sottoprodotti inerti e la rimozione dei colli di bottiglia dagli impianti.