Jedinica za odvajanje zraka za kemikalije

Kriogena tehnologija razdvajanja zraka uspješno se koristi dugi niz godina kako bi osigurala kisik za uplinjavanje različitih sirovina ugljikovodika za proizvodnju synga za proizvodnju goriva, kemikalija i drugih vrijednih proizvoda. Primjeri uključuju
Pretvaranje tekućeg i čvrstog otpada iz rafinerija u vodik za upotrebu unutar rafinerija, kao i koprodukciju energetske energije, te sve veći interes za procese ukapljivanja na prirodni plin koji prirodni plin pretvaraju u sintetičko sirovo naftu, voskove i goriva. Posljednjih godina, kako bi se smanjili troškovi opreme ili poboljšali učinkovitost, kombinacija procesa proizvodnje kisika i postrojenja za preradu ugljikovodika nizvodno dobila je sve veću pažnju. Opisani su tradicionalni i razvoj procesa proizvodnje kisika i integriranih shema za poboljšanje ekonomije ovih objekata.

 

Sadržaj

1. Pregled tehnologije ne-kriogene industrijske prerade plina

   1.1 adsorpcija

   1.2 Polimer membrani sustav

2. Tehnologija industrijske prerade plina za temperaturu

   2.1 Pregled kriogene obrade

   2.2 Kompresijski ciklus ciklusa

   2.3 Pumpanje tekućine ciklusa tekućeg ciklusa

   2.4 ciklusi niskog tlaka i visokog pritiska

3. Usporedba alternativa procesa i poboljšanja tehnologije

4.konkluzija

Kontaktirajte sada

1. Pregled tehnologije ne-kriogene industrijske prerade plina

1.1 adsorpcija

Proces adsorpcije temelji se na sposobnosti nekih prirodnih i sintetskih materijala da preferirano adsorbira dušik. U slučaju zeolita, u prazninim prostorima materijala postoji nehomogeno električno polje, što rezultira preferencijalnom adsorpcijom molekula koje su više polarizirane, poput onih s većim trenucima elektrostatskog četveropola. Dakle, u odvajanju zraka, molekule dušika snažnije su adsorbirane od molekula kisika ili argona. Kako zrak prolazi kroz sloj zeolitnog materijala, dušik se zadržava, a tok bogat kisikom napušta sloj zeolita. Ugljični molekularni sita jednaka su reda magnitude kao i molekule zraka. Budući da su molekule kisika nešto manje od molekula dušika, brže se difundiraju u šupljine adsorbensa. Dakle, molekularni sita ugljika selektivna su za kisik, a molekularne sita selektivne su za dušik. Zeoliti se obično koriste u procesima proizvodnje kisika koji se temelje na adsorpciji. Komprimirani zrak se dovodi u plovilo koje sadrži adsorbent. Dušik se adsorbira i stvara se protok otpadnih voda bogat kisikom dok se krevet ne zasiće dušikom. U ovom se trenutku feedov zrak prebacuje na svježu posudu i može započeti regeneracija prvog kreveta. Regeneracija se može postići zagrijavanjem kreveta ili smanjenjem tlaka u krevetu, smanjujući na taj način ravnotežni udio dušika u adsorbentu. Grijanje se obično naziva adsorpcija ljuljanja temperature (TSA), a smanjenje tlaka obično se naziva adsorpcijom ljuljanja tlaka ili vakuum ljuljanjem (PSA ili VSA). Smanjeni tlak ima kratak ciklus i jednostavan je za rad, što ga čini preferiranim postupkom za postrojenje za odvajanje zraka. Varijacije procesa koje utječu na radnu učinkovitost uključuju prethodno obradu zraka za odvojeno uklanjanje vode i ugljičnog dioksida, višestruki slojevi kako bi se omogućilo oporavak tlačne energije tijekom prebacivanja kreveta i rad vakuuma tijekom smanjenog tlaka. Sustav je optimiziran na temelju protoka proizvoda, čistoće, tlaka, potrošnje energije i očekivanog radnog vijeka. Čistoća kisika obično je 93% do 95% po volumenu.

 

1.2 Polimer membrani sustav

Membranski procesi pomoću polimernih materijala temelje se na razlikama u brzini difuzije kisika i dušika kroz membranu koja razdvaja struje visokog tlaka i procesa niskog tlaka. Fluks i selektivnost su dva svojstva koja određuju ekonomiju membranskog sustava, a obje su funkcije specifičnog membranskog materijala. Tok membrane određuje površinu membrane i funkcija je razlika tlaka podijeljena s debljinom membrane. Konstanta proporcionalnosti koja varira od vrste membrane naziva se propusnost. Selektivnost je omjer propusnosti plinova koje treba odvojiti. Većina membranskih materijala propusnija je za kisik nego za dušik zbog manje veličine molekule kisika. Membranski sustavi uglavnom su ograničeni na proizvodnju zraka obogaćenog kisikom (25% do 50% kisika). Aktivne ili olakšane prijenosne membrane sadrže sredstvo za kompleksiranje kisika za povećanje selektivnosti kisika i potencijalna su metoda povećanja čistoće kisika u membranskim sustavima, pretpostavljajući da su dostupni i membrani materijali kompatibilni s kisikom. Glavna prednost odvajanja membrane je jednostavnost procesa, njegovog kontinuiteta i njegovog rada u gotovo običnim uvjetima. Puhač osigurava dovoljan tlak glave da bi se prevladao pad tlaka preko filtera, membranske cijevi i cjevovoda. Materijali membrane obično se sastavljaju u cilindrične module koji su povezani zajedno s više veza za pružanje potrebnih proizvodnih kapaciteta. Kisik prožima kroz vlakna (tip šupljih vlakana) ili kroz listove (spiralna vrsta rane) i izvlači se kao proizvod. Vakuumska pumpa obično održava diferencijal tlaka kroz membranu i isporučuje kisik pod potrebnim tlakom. Ugljični dioksid i voda obično su prisutni u zraku obogaćenom kisikom jer su propusniji od kisika većini membranskih materijala. Međutim, membranski sustavi lako se prilagođavaju primjenama do 20 tona dnevno, gdje se može tolerirati čistoća zraka obogaćena vodom i ugljičnim dioksidom. Ova je tehnologija novija od adsorpcije ili kriogenih tehnologija, a poboljšanja u materijalima mogu membrane učiniti privlačnijim za veće potrebe za kisikom.

 

2. Tehnologija industrijske prerade plina za temperaturu

2.1 Pregled kriogene obrade

Kriogena tehnologija razdvajanja zraka trenutno je najučinkovitija i najučinkovitija tehnologija za proizvodnju velikih količina plinovitih ili tekućih kisika, dušika i argona. Jedinice za odvajanje zraka (ASUS) koriste konvencionalni proces kriogene destilacije s više stupca za proizvodnju kisika iz komprimiranog zraka pri velikom oporavku i čistoći. Kriogena tehnologija također može proizvesti dušik visoke čistoće kao koristan nusproizvod s relativno niskim inkrementalnim troškovima. Pored toga, u škriljevcu proizvoda mogu se dodati tekući argon, tekući kisik i tekući dušik za skladištenje sigurnosnih kopija proizvoda ili prodaje nusproizvoda uz nizak inkrementalni kapital i troškove električne energije. Istraživanje se nastavlja o načinima povećanja produktivnosti vlakova pojedinih opreme kao sredstvo smanjenja jediničnih troškova kroz ekonomiju razmjera. Većina opreme koristi konvencionalne električne motore za vožnju opreme za komprimiranje dovoda zraka do ASU -a, kao i kisika i drugih strujanja proizvoda. Važno je napomenuti da IGCC objekti primaju svu opskrbu zrakom vađenjem zraka iz plinskih turbina koje se koriste u kombiniranom ciklusu za proizvodnju električne energije iz plina za sintezu ugljena.

 

2.2 Kompresijski ciklus ciklusa

Procesi odvajanja zraka obično proizvode tok plinskog proizvoda na malo iznad atmosferskog tlaka i blizu temperature okoline. Obično kisik produkt ostavlja glavni izmjenjivač topline pri niskom tlaku, u rasponu od 3,5 do 7 0. 0 MPa, a centrifugalni vlak kompresora s relativno visokim protokom volumena ulaznog protoka isporučuje proizvod pod potrebnim tlakom.

 

2.3 Pumpanje tekućine ciklusa tekućeg ciklusa

Tekući proizvodi mogu se uzeti iz kriogenih izmjenjivača topline uzvodno od dijela za destilaciju za isparavanje i grijanje. Ovi se proizvodi mogu ispumpavati na željeni tlak isporuke ili srednji tlak. Međutim, budući da je snaga potrebna za proizvodnju tekućih proizvoda iz destilacijskog sustava 2 do 3 puta veća od proizvodnje plinovitih proizvoda, ciklus mora biti učinkovit u oporavku rashladnog sredstva sadržanog u pumpljenom struju proizvoda. To se postiže kondenziranjem isparenog toka proizvoda u kriogenom izmjenjivaču topline protiv zraka visokog tlaka ili dušikovog dovoda. Ukapljeni zrak ili dušik dovode se u odjeljak za destilaciju radi hlađenja. Crmpne tekućice procesa koji pumpaju struje proizvoda na intermedijarni tlak na izlazu jedinice za odvajanje zraka nazivaju se djelomičnim pumpanim tekućim ciklusima i zahtijevaju dodatnu opremu da komprimira tok proizvoda do konačnog tlaka isporuke. Potpuno ili djelomično crpljenje strujanja proizvoda dodaje još jedan stupanj slobode u optimizaciji kriogenog ciklusa i može eliminirati ili smanjiti veličinu kompresora kisika.

2.4 ciklusi niskog tlaka i visokog pritiska
Ciklusi jedinice za razdvajanje zraka niskog tlaka (LP) temelje se na komprimiranju dovodnog zraka samo s potrebom tlaka da se odbaci dušični nusproizvod pri atmosferskom tlaku. Stoga pritisci zraka u napadu obično variraju između 360 i 6 000 MPa, ovisno o čistoći kisika i željenoj razini energetske učinkovitosti. ASU ciklusi visokog pritiska proizvode struje proizvoda i nusproizvoda pod pritiscima znatno iznad atmosferskog tlaka, što obično zahtijeva manje i kompaktnije kriogene komponente, što može uštedjeti troškove. EP ciklusi obično koriste pritiske zraka u dovodu veći od 700 MPa. EP ciklus može biti prikladan kada se sav ili gotovo sav dušični nusproizvod komprimira kao tok proizvoda. Pored toga, EP ciklus se često odabire za integriranje ASU -a s drugim procesnim jedinicama, poput plinskih turbina.

 

3. Usporedba alternativa procesa i poboljšanja tehnologije

 

Procesi adsorpcije i polimernih membrana nastavit će se poboljšati u troškovima i energetskoj učinkovitosti kontinuiranim istraživanjima i razvojem adsorbensa i membranskih materijala. Ne očekuje se da niti jedna tehnologija ne može osporiti kriogenu tehnologiju u svojoj sposobnosti da proizvodi velike količine kisika, posebno pri višim čistoći. I adsorpcijski i membranski sustavi proizvode nusproizvod dušik koji sadrži značajne količine kisika. Ako je potreban dušik visoke čistoće, za poboljšanje kvalitete dušika moraju se upotrijebiti dodatna deoksigenacija ili drugi sustavi za pročišćavanje. Nijedan postupak ne može izravno proizvoditi argonske ili plemenite plinove. Proizvodnja tekućeg kisika ili dušika za sigurnosnu kopiju sustava zahtijeva dodatnu kriogenu opremu ili prijevoz proizvoda iz biljne opreme. S druge strane, adsorpcijski i membranski procesi su jednostavniji i pasivniji od kriogenih tehnologija. Zrak izvađen iz kompresora plinske turbine može djelomično ili u potpunosti udovoljiti zahtjevima za dovodom ASU -a. U jednoj konfiguraciji, tlak destilacije ASU postavit će tlak zraka za ekstrakciju. Ako je protok zraka za ekstrakciju manji od potrebnog ukupnog ASU -a, upotrijebit će se pomoćni kompresor zraka, čiji će tlak pražnjenja uskladiti tlak zraka za ekstrakciju. Ako je ekstrahirana opskrba zrakom približno jedna četvrtina ukupne potražnje ASU, tlak destilacije ASU može se utvrditi neovisno i može se upotrijebiti tekući proces pumpa.

Zrak ekstrakcije visokog tlaka ključa tekućim kisikom ili dušikom pod tlakom u kriogenoj zoni izmjene topline. Pomoćni napad komprimiranog zraka postavlja tlak destilacije ASU.

U objektima koji koriste plinske turbine zrak se može izvući iz različitih razloga.
Kao dovođenje jedinice za odvajanje zraka, kao "ispušni" zrak za hlađenje za samu turbinu ili druge zahtjeve za zrakom pod tlakom unutar objekta. Izvađeni zrak sadrži vrijednu toplinu koja se može oporaviti ključastom tekućinom na diskretnim temperaturnim razinama ili razumnim prijenosom topline u drugu tekućinu. Jedna klasa aplikacija koja koristi oporavljenu toplinu je regeneracija otapala, što je postupak koji prvo provodi korak apsorpcije plina/tekućine, a zatim prenosi toplinu u tekućinu u desorb plinovite proizvode ili onečišćenja. Ovaj korak posjeduje svojstvo koje primjeri procesa koji mogu imati koristi od ove toplinske integracije uključuju, ali nisu ograničeni na sljedeće jedinice koje se mogu naći u postrojenjima za uplinjavanje ugljikovodika ili objekta za preradu ugljikovodika. Regeneracija sustava za prethodno obradu zraka na bazi tekućine kao dio kriogene jedinice za odvajanje zraka. Koraci apsorpcije na bazi tekućine za uklanjanje onečišćenja iz strujanja dovoda zraka do postrojenja za odvajanje zraka mogu imati koristi od ekstraktivnog oporavka topline zraka. U jednoj izvedbi, vrući zrak se hladi u odnosu na tekućine iz stupca apsorbera. Ohlađeni zrak ulazi u stupac i kontaktira tekućinu apsorbira, gdje se nečistoće u struji zraka apsorbiraju u tekućinu. Korak grijanja u apsorbiranju zrak-apsorbira desorsira onečišćenja iz apsorbirne tekućine, koja se zatim vraća u stupac upijanja. Sustav apsorpcije može uključivati ​​jednu ili više tekućine u nekoliko koraka apsorpcije za povećanje uklanjanja učinkovitosti ili korištenje specifičnih apsorbira za uklanjanje specifičnih nečistoća iz struje zraka. Regeneracija apsorbiranja može uključivati ​​zagrijavanje iz drugih izvora, u kombinaciji s grijanjem kako bi se smanjio tlak na desorb nečistoće. Toplina iz ekstrahiranog zraka može se vratiti neizravnim kontaktom vrućeg zraka s procesnom tekućinom ili prijenosom topline iz zraka u radnu tekućinu, poput pare ili inertnog plina. U ovom primjeru, visoka razina topline nastale iz ekstrahiranog izvora zraka prenosi se u dušik koji se vraća u plinsku turbinu. Ekstrahirani zrak se dodatno ohladi kontaktom s dno obogaćenim apsorberom koji se koriste za prethodno liječenje zračnog unosa u ASU.
Ovaj korak prijenosa topline također se može postići u drugim sustavima apsorpcije unutar radnog područja Pox ili Pox proizvoda u postrojenju. Ovisno o materijalu otapala i apsorpcije, mogu se eliminirati koraci za oporavak topline na visokoj razini i sva ekstrahirana toplina zraka koja se koristi za regeneraciju apsorbera.
CO2 se može preraditi i prodati kao nusproizvod ili se koristiti u postrojenju. Primjer je vratiti CO2 u plinsku turbinu kao dodani razrjeđivač.

 

4.konkluzija

Kriogeni procesi trenutno su preferirana metoda za opskrbu industrijskim plinovima velikim objektima. Integracija topline, hlađenja, procesa i otpada između industrijskih plinskih procesa i drugih jedinica u cijelom objektu može poboljšati učinkovitost i smanjiti troškove. Napredni koncepti integracije topline mogu u budućnosti olakšati upotrebu kemijskih ili ITM procesa.