Raffinerimembransystemer

PRISM-membransystemer er en nøkkelkomponent i gjenvinning av hydrogen i hydroprosesseringsapplikasjoner ved oljeraffinerier. De avviser de inerte forbindelsene som bygger seg opp i hydrogenresirkuleringsløkker. Dette betyr at mindre produsert hydrogen er nødvendig for å opprettholde hydrogenbalansen i systemet. Ved å fornye hydrogensløyfen blir prosessen billigere å drifte.

Typiske PRISM-membransystemer består av en forbehandlingsseksjon som fjerner medrevne væsker og forvarmer mategassen før den går inn i membranseparatorene. Viktige prosessvariabler inkluderer: trykk, temperatur, fjerning av forurensninger og membranoverflatearealet (bestemt av antall separatorer i systemdesignet).

Ulike membranseparatorkonfigurasjoner er tilgjengelige for å optimalisere renhet og gjenvinning. PRISM-membransystemer er skalerbare og kan tilpasses spesifikke drifts- eller kapitalkrav.

Hvordan membraner fungerer for gassseparasjon

Gassmolekyler trenger gjennom huden på hulfibermembranveggen drevet av partialtrykkforskjellen. Permeasjonshastigheten påvirkes av løselighet og diffusjon, gass-polymer-paringer og permeasjonshastigheter for de enkelte gasskomponentene. Jo større forskjellen i permeabilitet, desto større effektiv separasjon.

Membranseparatordesign

  • Enkel installasjon av enkeltmembranbunt i hver trykkbeholder
  • Enkel og slitesterk differensialtrykkforseglingsdesign
  • Aksialt pakkede fibre (i stedet for tett viklet konfigurasjon)
  • Trykkbeholdere bygget i henhold til: ASME, PED, GOST, GB og andre internasjonale forskrifter
  • Tilgjengelig i diameter på 100 mm og 200 mm

Hvordan membraner fungerer i raffinerier

I raffineridrift kreves det høyverdig hydrogen for å utføre hydroprosessering. Høytrykksavgass produseres fra hydroprosessoren (rik på hydrogen, men inneholder også "inerter" som metan og tyngre hydrokarbonforbindelser). Ved å avvise de "inerte" stoffene kan hydrogenstrømmen resirkuleres til hydroprosessoren med et mindre etterfyllingsvolum av hydrogen som kreves for å utføre hydroprosesseringen.

Når mategassen kommer inn i separatoren, trenger den raske gassen (hydrogen) raskere inn i membranveggen enn de tyngre forbindelsene og forlater boresiden av hulfibermembranbunten. Denne rensede strømmen returneres til hydroprosessoren sammen med tilsatt hydrogen.

Strømmen som ikke trenger gjennom fibrene (ikke-permeat) har også en hydrogenkonsentrasjon på rundt 40 %, men bærer metan og tyngre hydrokarboner, som leveres til brenngassnettverket. Hydrokarbonene kan gjenvinnes ved hjelp av en enkel turboekspander eller et kjølesystem.

Oljeraffineriapplikasjoner av prismemembransystemer

Hydrogengjenvinning fra spylegass

Med PRISM-membransystemer kan spylegassstrømmer fra hydroprosessering oppgraderes til hydrogenrenheter på 92 til 98 mol% ved utvinninger på 85 til 95%. Selv avgassstrømmer fra katalytiske krakkere som inneholder 20 til 30 mol% hydrogen kan oppgraderes til 70 til 90 mol% renhet (med ett-trinns separasjon) eller opptil 95 mol% med et totrinnssystem.

Avvisning av inerte biprodukter fra resirkuleringsløkker

En tilnærming som forbedrer ytelsen til hydrobehandleren eller hydrokrakkeren er å gjenvinne hydrogen med høy renhet fra spylingen for bruk som inkrementell etterbehandling. En annen tilnærming er å avvise de inerte biproduktene (inertene) fra resirkuleringssløyfen. Ved å avvise inerte stoffer etter hvert som de dannes i reaktoren, produserer PRISM-membransystemer høyere sløyferenhet, bedre enn å bruke kun etterbehandlingshydrogen. Avvising av inerte biprodukter lar operatøren justere hydroprosessoren til et bredere spekter av spesifikasjoner for tilførsel og produkt, uten bekymring for hydrogentap.

Finjustering av hydrogenkaskader

PRISM-membransystemer forlenger levetiden til hydrogenkatalysatorer ved å forbedre hydrogenpartialtrykket i tilførselsstrømmen. Renheten til tilførselsmaterialet økes for å muliggjøre høyere gjennomstrømning eller intensitet i en eksisterende hydroprosessor.

I et nytt hydroprosessoranlegg gjenvinner PRISM Membrane Systems hydrogen fra enten drivstoffstrømmene med lav renhet eller avgass fra den katalytiske reformeren.

Hydrogenanlegg (dampmetanreformer)

Fjerning av flaskehalser oppnås ved å bruke PRISM-membransystemer for å gjenvinne hydrogen med høy renhet fra dampmetanreformatorens fødegass. Når hydrogenet er fjernet, kan flere hydrokarboner mates til dampmetanreformatoren, og dermed øke hydrogenproduksjonen.

Gassgjenvinning

Den ikke-permeate gassen forlater PRISM-membransystemer i hovedsak uten trykktap. Når hydrogenet er fjernet, har denne gassen høy brennverdi. Den kan enkelt mates inn i en høytrykksbrenselmanifold eller brukes som hydrogenanlegg, rørledningsgass eller LPG-anlegg.

Funksjoner

Fleksibel

PRISM-membransystemer gir driftsfleksibilitet når planlagte eller uventede prosessendringer oppstår. Noe av reduksjonen absorberes av systemet, og økte kapasitetskrav dekkes ved å legge til flere PRISM-membranseparatorer. Ytterligere reduksjon oppnås ved å ventilere separatorene for å opprettholde gjenvinning og renhet. Flere uttak fra permeatmanifolden gir strømmer med ulik renhet og strømningshastighet. PRISM-membransystemer kan flyttes til forskjellige anleggssteder fordi separatorenheten er montert på meier.

Kompakt

Det kompakte systemet passer enkelt inn i små eller overfylte anlegg og vil minimere installasjonstid, kostnader og potensielle byggefeil i felten. Forberedelse av anlegget er minimal og krever bare en enkel betongstøtteplate og passende prosess- og forsyningsledninger. Tilkoblinger til det forhåndsmonterte systemet krever vanligvis ingen spesiell avstengning.

Effektiv og økonomisk

PRISM-membransystemer har høye utvinningsgrader for hydrogen og hydrokarboner med en effektivitet på 80–95 % for de fleste bruksområder. Siden PRISM-membransystemene opererer med i hovedsak samme gasstrykk som raffineridriften, er det ikke behov for ekstra kompresjonsenergi for å drive separasjonsprosessen. Forbruket av energi er vanligvis begrenset til damp (brukes til temperaturkontroll), instrumentluft og nitrogen til spyling. Ytterligere energi er kun nødvendig for bruksområder der spesialisert forbehandling av mategass er nødvendig. Oppstart og nedstengning av systemet er enkelt, og utvinningen starter umiddelbart.

Lavt vedlikehold

PRISM-membranseparatorene har ingen bevegelige deler som må overvåkes, repareres eller byttes ut. De er så godt som vedlikeholdsfrie når de er riktig installert og i drift innenfor designforholdene. PRISM-membransystemer krever ingen justeringer, vedlikehold eller operatøroppmerksomhet. De vil opprettholde riktig drift under varierende prosessforhold og tolerere noen forurensninger som vann, ammoniakk, hydrogensulfid, karbondioksid, hydrokarboner og aromater.

Lang levetid

PRISM-membransystemer har vært i drift innen en rekke tjenester med en gjennomsnittlig levetid på syv år. Over 500 PRISM-membransystemer har blitt satt i drift globalt for prosessgassapplikasjoner. Disse inkluderer mer enn 230 systemer for gjenvinning av ammoniakkrensegass, 90 systemer i oljeraffineriapplikasjoner, 60 systemer for rensing av karbonmonoksid, 50 systemer for gjenvinning av metanolrensegass og 50 i andre petrokjemiske applikasjoner.

Typiske oljeraffinerisystemer produserer hydrogen med renheter mellom 90 og 98 mol%. Produktgassens renhet avhenger av råstoffsammensetningen, tilgjengelig differensialpartialtrykk og nødvendig hydrogenutvinningsnivå. Den hydrokarbonrike strømmen returneres ved nesten samme trykk som råstoffgassen for bruk som brenngass.

PRISM-membransystemer integreres enkelt i raffineriets flytskjema. De brukes ofte til hydrogenutvinning, avvisning av inerte biprodukter og fjerning av flaskehalser i anlegg.