製油所用膜システム
PRISMメンブレンシステムは、石油精製所における水素化処理アプリケーションにおける水素回収の重要なコンポーネントです。水素リサイクルループに蓄積する不活性化合物を除去します。これにより、システム内の水素バランスを維持するために必要な製造水素の量を削減できます。水素ループをリフレッシュすることで、プロセスの運用コストを削減できます。
典型的なPRISMメンブレンシステムは、膜分離装置に入る前に混入液を除去し、供給ガスを予熱する前処理セクションで構成されています。主要なプロセス変数には、圧力、温度、汚染物質の除去、膜表面積（システム設計における分離装置の数によって決定）などがあります。
純度と回収率を最適化するために、様々なメンブレンセパレーター構成をご用意しています。PRISMメンブレンシステムは、特定の運用要件や設備投資要件に合わせて拡張・カスタマイズ可能です。
ガス分離における膜の仕組み
ガス分子は、分圧差によって中空糸膜壁の表皮を透過します。透過速度は、溶解度と拡散、ガスとポリマーのペアリング、そして個々のガス成分の透過速度によって影響を受けます。透過率の差が大きいほど、効果的な分離は大きくなります。
膜分離器の設計
- 各圧力容器に単一の膜束を簡単に設置できます
- シンプルで耐久性のある差圧シール設計
- 軸方向に詰め込まれた繊維（密に巻かれた構成ではなく）
- ASME、PED、GOST、GB、その他の国際規格に準拠した圧力容器
- 直径4インチ（100 mm）と8インチ（200 mm）の2種類があります
製油所における膜の仕組み
製油所の操業では、水素化処理を行うために高付加価値の水素が必要です。水素化処理装置からは高圧のオフガス（水素を豊富に含むものの、メタンや重質炭化水素化合物などの「不活性物質」も含まれています）が生成されます。「不活性物質」を除去することで、水素流を水素化処理装置に再循環させることができ、水素化処理を行うために必要な水素の補充量を削減できます。
供給ガスが分離装置に入ると、高純度ガス（水素）は重質化合物よりも速く膜壁を透過し、中空糸膜束の内径側から排出されます。この精製されたガス流は、補給水素とともにハイドロプロセッサに戻されます。
繊維を透過しない流れ（非透過流）も水素濃度は約40%ですが、メタンと重質炭化水素を運び、燃料ガス供給網に送られます。これらの炭化水素は、シンプルなターボエキスパンダーまたは冷却システムを用いて回収できます。
プリズム膜システムの石油精製への応用
パージガスからの水素回収
PRISMメンブレンシステムを用いることで、水素化処理からのパージガス流を、回収率85～95%で水素純度92～98モル%まで精製できます。20～30モル%の水素を含む接触分解装置のオフガス流であっても、一段分離の場合は70～90モル%、二段分離の場合は最大95モル%まで純度を精製できます。
リサイクルループからの不活性副産物の除去
水素化処理装置または水素化分解装置の性能を向上させる一つの方法は、パージから高純度の水素を回収し、増分補給として使用することです。もう一つの方法は、リサイクルループから不活性副生成物（イナート）を除去することです。PRISMメンブレンシステムは、反応器内で生成される不活性副生成物を除去することで、補給水素のみを使用する場合よりも高いループ純度を実現します。不活性副生成物の除去により、オペレーターは水素損失を懸念することなく、より幅広い原料および製品仕様に合わせて水素化処理装置を調整できます。
水素カスケードの微調整
PRISMメンブレンシステムは、供給ストリーム中の水素分圧を改善することで、ハイドロプロセッサ触媒の寿命を延ばします。供給原料の純度を高めることで、既存のハイドロプロセッサにおける処理能力や過酷度の向上を実現します。
新しいハイドロプロセッサ設備では、PRISM メンブレン システムが低純度の燃料ストリームまたは触媒改質装置のオフガスから水素を回収します。
水素プラント（水蒸気メタン改質装置）
ボトルネックの解消は、PRISMメンブレンシステムを用いて水蒸気メタン改質器の原料ガスから高純度の水素を回収することで実現します。水素が除去されることで、より多くの炭化水素を水蒸気メタン改質器に供給できるようになり、水素生産量が増加します。
ガス回収
PRISMメンブレンシステムから排出される非透過ガスは、実質的に圧力損失なく排出されます。水素が除去されているため、このガスは高い発熱量を有しています。高圧燃料ヘッダーに容易に供給できるほか、水素プラントの原料、パイプラインガス、LPGプラントの原料としても使用できます。
特徴
フレキシブル
PRISMメンブレンシステムは、計画的または予期せぬプロセス変更が発生した場合でも、柔軟な運用を実現します。一部のターンダウンはシステムによって吸収され、処理能力の要件増加はPRISMメンブレンセパレーターを追加することで対応できます。さらにターンダウンが必要な場合は、セパレーターのバルブを開閉することで回収率と純度を維持できます。透過水マニホールドからの複数の分岐により、純度と流量の異なるストリームを供給できます。セパレーターアセンブリはスキッドマウント式であるため、PRISMメンブレンシステムはプラント内の様々な場所に移動可能です。
コンパクト
このコンパクトなシステムは、小規模または混雑したプラントにも容易に設置でき、現場での設置時間、費用、そして施工ミスの可能性を最小限に抑えます。現場の準備は最小限で、シンプルなコンクリート製の支持台と適切なプロセスおよびユーティリティラインを設置するだけで済みます。事前組み立て済みのシステムに接続する際に、特別なシャットダウン作業は通常不要です。
効率的で経済的
PRISMメンブレンシステムは、ほとんどの用途において水素と炭化水素の回収率を80～95%と高く実現します。PRISMメンブレンシステムは、製油所の運転とほぼ同じガス圧力で稼働するため、分離プロセスを駆動するために追加の圧縮エネルギーを必要としません。ユーティリティの消費は通常、蒸気（温度制御用）、計装用空気、およびパージ用窒素に限られます。追加のユーティリティは、特殊な原料ガス前処理が必要な用途にのみ必要です。システムの起動と停止は簡単で、回収はすぐに開始されます。
メンテナンスの手間がかからない
PRISMメンブレンセパレーターには、監視、修理、交換が必要な可動部品がありません。適切に設置され、設計条件下で運転されている場合、実質的にメンテナンスフリーです。PRISMメンブレンシステムは、調整、メンテナンス、オペレーターの介入を必要としません。さまざまなプロセス条件下でも適切な動作を維持し、水、アンモニア、硫化水素、二酸化炭素、炭化水素、芳香族などの汚染物質にも耐性があります。
長寿
PRISMメンブレンシステムは、平均寿命7年という幅広い用途で稼働しています。世界中で500台以上のPRISMメンブレンシステムがプロセスガス用途で稼働しています。これには、アンモニアパージガス回収用230台以上、石油精製用途90台、一酸化炭素精製用60台、メタノールパージガス回収用50台、その他の石油化学用途50台が含まれます。
一般的な石油精製システムでは、純度90～98モル%の水素が生産されます。生成ガスの純度は、原料ガスの組成、利用可能な差圧、そして必要な水素回収率に依存します。炭化水素を豊富に含むガス流は、原料ガスとほぼ同じ圧力で燃料ガスとして返送されます。
PRISMメンブレンシステムは、製油所のフローシートに容易に統合できます。水素回収、不活性副産物の除去、プラントのボトルネック解消などに広く利用されています。