Sistemas de membrana para refinarias
Os sistemas de membrana PRISM são um componente essencial na recuperação de hidrogênio em aplicações de hidroprocessamento em refinarias de petróleo. Eles rejeitam os compostos inertes que se acumulam nos circuitos de reciclagem de hidrogênio. Isso significa que é necessário menos hidrogênio produzido para manter o equilíbrio de hidrogênio no sistema. Ao renovar o circuito de hidrogênio, o processo se torna menos custoso de operar.
Os sistemas de membrana PRISM típicos consistem em uma seção de pré-tratamento que remove líquidos arrastados e pré-aquece o gás de alimentação antes de entrar nos separadores de membrana. As principais variáveis do processo incluem: pressão, temperatura, remoção de contaminantes e a área da superfície da membrana (determinada pelo número de separadores no projeto do sistema).
Diversas configurações de separadores de membrana estão disponíveis para otimizar a pureza e a recuperação. Os Sistemas de Membrana PRISM são escaláveis e personalizáveis para atender a requisitos operacionais ou de investimento específicos.
Como as membranas funcionam na separação de gases
As moléculas de gás permeiam a parede da membrana de fibra oca impulsionadas pela diferença de pressão parcial. A taxa de permeação é afetada pela solubilidade e difusão, pelas interações gás-polímero e pelas taxas de permeação dos componentes gasosos individuais. Quanto maior a diferença de permeabilidade, maior a separação efetiva.
Projeto de separador de membrana
- Instalação simplificada de um único feixe de membranas em cada vaso de pressão.
- Design de vedação de pressão diferencial simples e durável
- Fibras empacotadas axialmente (em vez de configuração firmemente enrolada)
- Vasos de pressão construídos de acordo com: ASME, PED, GOST, GB e outros códigos internacionais.
- Disponível nos diâmetros de 4 polegadas (100 mm) e 8 polegadas (200 mm).
Como funcionam as membranas nas refinarias
Nas operações de refinaria, o hidrogênio de alto valor agregado é necessário para realizar o hidroprocessamento. O gás residual de alta pressão produzido pelo hidroprocessador é rico em hidrogênio, mas também contém "inertes" como metano e compostos de hidrocarbonetos mais pesados. Ao rejeitar os "inertes", o fluxo de hidrogênio pode ser reciclado para o hidroprocessador com um volume de hidrogênio de reposição menor necessário para realizar o hidroprocessamento.
Quando o gás de alimentação entra no separador, o gás de permeação rápida (hidrogênio) atravessa a parede da membrana mais rapidamente do que os compostos mais pesados e sai pelo lado interno do feixe de membranas de fibra oca. Essa corrente purificada é devolvida ao hidroprocessador juntamente com hidrogênio de reposição.
O fluxo que não permeia as fibras (não permeado) também apresenta uma concentração de hidrogênio em torno de 40%, mas transporta metano e hidrocarbonetos mais pesados, que são então direcionados para a rede de gás combustível. Os hidrocarbonetos podem ser recuperados utilizando um simples turboexpansor ou sistema de resfriamento.
Aplicações de sistemas de membrana prismática em refinarias de petróleo
Recuperação de hidrogênio a partir de gás de purga
Com os sistemas de membrana PRISM, os fluxos de gás de purga do hidroprocessamento podem ser refinados para atingir purezas de hidrogênio de 92 a 98% em mol, com recuperações de 85 a 95%. Mesmo os fluxos de gás residual de craqueamento catalítico, contendo de 20 a 30% em mol de hidrogênio, podem ser refinados para uma pureza de 70 a 90% em mol (com uma separação em estágio único) ou até 95% em mol com um sistema de dois estágios.
Rejeição de subprodutos inertes dos circuitos de reciclagem
Uma abordagem que melhora o desempenho de unidades de hidrotratamento ou hidrocracking é a recuperação de hidrogênio de alta pureza da purga para uso como reposição incremental. Outra abordagem consiste em rejeitar os subprodutos inertes (inertes) do circuito de recirculação. Ao rejeitar os inertes à medida que se formam no reator, os Sistemas de Membrana PRISM produzem uma pureza no circuito superior à obtida com o uso exclusivo de hidrogênio de reposição. A rejeição de subprodutos inertes permite ao operador ajustar o hidroprocessador a uma gama mais ampla de especificações de alimentação e produto, sem se preocupar com perdas de hidrogênio.
Ajustando com precisão as cascatas de hidrogênio
Os sistemas de membrana PRISM prolongam a vida útil do catalisador do hidroprocessador, melhorando a pressão parcial de hidrogênio na corrente de alimentação. A pureza da alimentação é aumentada, permitindo maior vazão ou maior severidade em um hidroprocessador existente.
Em uma nova instalação de hidroprocessamento, a PRISM Membrane Systems recupera hidrogênio tanto de fluxos de combustível de baixa pureza quanto de gases residuais do reformador catalítico.
Usina de hidrogênio (reformador de metano a vapor)
O desengarrafamento é realizado utilizando Sistemas de Membrana PRISM para recuperar hidrogênio de alta pureza do gás de alimentação do reformador de metano a vapor. Com a remoção do hidrogênio, mais hidrocarbonetos podem ser alimentados ao reformador de metano a vapor, aumentando assim a produção de hidrogênio.
recuperação de gás
O gás não permeado sai dos Sistemas de Membrana PRISM praticamente sem perda de pressão. Após a remoção do hidrogênio, esse gás apresenta alto poder calorífico. Ele pode ser facilmente injetado em um coletor de combustível de alta pressão ou utilizado como matéria-prima para plantas de hidrogênio, gás de gasoduto ou gás liquefeito de petróleo (GLP).
Características
Flexível
Os Sistemas de Membrana PRISM oferecem flexibilidade operacional quando ocorrem alterações de processo planejadas ou inesperadas. Parte da redução de vazão é absorvida pelo sistema e os requisitos de capacidade aumentada são atendidos com a adição de mais Separadores de Membrana PRISM. Uma redução adicional de vazão é obtida através do fechamento de válvulas nos separadores para manter a recuperação e a pureza. Múltiplas saídas do coletor de permeado fornecem fluxos com diferentes purezas e vazões. Os Sistemas de Membrana PRISM podem ser movidos para diferentes locais da planta, pois o conjunto do separador é montado sobre uma base.
Compactar
O sistema compacto se adapta facilmente a instalações pequenas ou com espaço limitado, minimizando o tempo, os custos e os possíveis erros de construção durante a instalação. A preparação do local é mínima, exigindo apenas uma base de concreto simples e as linhas de processo e utilidades adequadas. As conexões ao sistema pré-montado geralmente não requerem paralisação especial.
Eficiente e econômico
Os sistemas de membrana PRISM apresentam altas taxas de recuperação de hidrogênio e hidrocarbonetos, com eficiências de 80 a 95% para a maioria das aplicações. Como os sistemas de membrana PRISM operam essencialmente com as mesmas pressões de gás das operações de refinaria, não há necessidade de energia de compressão adicional para impulsionar o processo de separação. O consumo de utilidades geralmente se limita a vapor (usado para controle de temperatura), ar comprimido e nitrogênio para purga. Utilidades adicionais são necessárias apenas para aplicações que exigem pré-tratamento especializado do gás de alimentação. A inicialização e a parada do sistema são simples e a recuperação começa imediatamente.
Baixa manutenção
Os separadores de membrana PRISM não possuem peças móveis que necessitem de monitoramento, reparo ou substituição. São praticamente isentos de manutenção quando instalados e operados corretamente, dentro das condições de projeto. Os sistemas de membrana PRISM não requerem ajustes, manutenção ou atenção do operador. Mantêm o funcionamento adequado sob diversas condições de processo e toleram alguns contaminantes, como água, amônia, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, hidrocarbonetos e aromáticos.
Vida longa
Os sistemas de membrana PRISM têm operado em uma ampla variedade de serviços com uma vida útil média de sete anos. Mais de 500 sistemas de membrana PRISM foram instalados globalmente para aplicações com gases de processo. Isso inclui mais de 230 sistemas para recuperação de gás de purga de amônia, 90 sistemas em refinarias de petróleo, 60 sistemas para purificação de monóxido de carbono, 50 sistemas para recuperação de gás de purga de metanol e 50 em outras aplicações petroquímicas.
Os sistemas típicos de refinarias de petróleo produzem hidrogênio com pureza entre 90 e 98% em mol. A pureza do gás de produto depende da composição da alimentação, da pressão parcial diferencial disponível e do nível de recuperação de hidrogênio necessário. A corrente rica em hidrocarbonetos é retornada a uma pressão quase igual à do gás de alimentação para ser utilizada como gás combustível.
Os sistemas de membrana PRISM integram-se facilmente ao fluxograma da refinaria. São comumente utilizados para recuperação de hidrogênio, rejeição de subprodutos inertes e desengarrafamento de plantas industriais.