Étude de l’unité d’extraction de l’hélium par membranes Separex™ au sein du complexe SORFERT d’Arzew – Performances, dégradation et optimisation

Abstract

L’unité d’extraction de l’hélium du complexe SORFERT (Arzew, Algérie) utilise la technologie membranaire Separex™ de Honeywell UOP. Après plusieurs années de fonctionnement, une dégradation progressive des membranes a été constatée, entraînant une chute du taux de récupération de l’hélium de 81,3 % à 47,6 %. La production annuelle est passée de 232 à 136 tonnes. Ce mémoire porte sur l’étude détaillée de cette unité. Un modèle numérique a été développé sous Excel, basé sur les équations de perméation gazeuse, et calibré à partir des bilans matière réels fournis par UOP. Les perméances obtenues sont : Hélium (0,01237), Méthane (0,000697), Azote (0,000773) kgmole/(h·m²·bar). Le modèle reproduit les données avec un écart inférieur à 0,1 %. L’optimisation des paramètres opératoires (pression, débit) n’a montré qu’un gain marginal. Le remplacement des membranes (coût 2,3 M$) génère un gain annuel de marge de 20,9 M$, avec un retour sur investissement de 4.7 mois. Une nouvelle installation hybride (membrane nouvelle génération + PSA) est proposée, permettant d’atteindre une production de 237 t/an, une pureté de 99,99 % et une marge annuelle de 28,4 M$, avec un retour sur investissement inférieur à six mois. Mots-clés : Hélium, membranes Separex™, SORFERT, dégradation, modélisation, optimisation. الملخص تستخدم وحدة استخراج الهيليوم في مجمع سورفيرت )أرزيو، الجزائر( تقنية األغشية من Honeywell™ Separex . UOP بعد عدة سنوات من التشغيل، لوحظ تدهور تدريجي لألغشية، مما أدى إلى انخفاض معدل استرجاع الهيليوم من 81.3 % إلى 47.6 .% انخفض اإلنتاج السنوي من 232 إلى 136 طنًا. يتناول هذا البحث دراسة تفصيلية لهذه الوحدة. تم تطوير نموذج رقمي باستخدام Excelيعتمد على معادالت نفاذية الغازات، وتمت معايرته باستخدام بيانات التوازن المادي الحقيقية المقدمة من UPO ,النفاذية المحسوبة هي: الهيليوم )0.01237(، الميثان )0.000697(، النيتروجين )0.000773( كجم مول/)ساعة·م²·بار( ، يعيد النموذج إنتاج البيانات بفارق أقل من 0.1 .% لم يُظهر تحسين المعايير التشغيلية )الضغط، التدفق( سوى مكاسب هامشية. استبدال األغشية )تكلفة 2,3 مليون دوالر( يحقق رب ًحا سنويا قدره 20.9 مليون دوالر مع عائد استثمار4.7 شهر. تم اقتراح منشأة هجينة جديدة )غشاء جيل جديد +PSA(.لتحقيق إنتاج237 طن/سنة، ونقاء 99.99 ،% وهامش سنوي 28.4مليون دوالر، مع عائد استثمار أقل من 6 شهر الكلمات المفتاحية : هيليوم، أغشية TMSeparex ، سورفيرت، تدهور، نمذجة ، تحسين . Abstract The helium extraction unit at the SORFERT complex (Arzew, Algeria) uses Honeywell UOP Separex™ membrane technology. After several years of operation, progressive membrane degradation was observed, causing a drop in helium recovery from 81.3 % to 47.6 %. Annual production fell from 232 to 136 tons. This study focuses on a detailed analysis of this unit. A numerical model was developed using Excel, based on gas permeation equations, and calibrated with actual mass balance data provided by UOP. The calculated permeances are : Helium (0.01237), Methane (0.000697), Nitrogen (0.000773) kgmole/(h·m²·bar). The model reproduces the data with a deviation of less than 0.1 %. Optimization of operating parameters (pressure, flow) showed only marginal gains. Replacing the membranes (cost $2,3M) generates an annual margin gain of $20.9M, with a payback period of 4.7 months. A new hybrid installation (next-generation membranes + PSA) is proposed, achieving a production of 237 t/year, 99.99 % purity, and an annual margin of $28.4M, with a payback period of less than six months. Keywords : Helium, Separex™ membranes, SORFERT, degradation, modeling, optimization.