Oro atskyrimo vienetas chemikalui

Kriogeninio oro atskyrimo technologija daugelį metų buvo sėkmingai naudojama siekiant tiekti deguonį įvairių angliavandenilių žaliavų dujinimui, kad būtų galima gaminti sintezes degalų, chemikalų ir kitų vertingų produktų gamybai. Pavyzdžiai yra
Skystųjų ir kietųjų atliekų iš perdirbimo gamyklų pavertimas vandeniliu, skirtas naudoti naftos perdirbimo gamyklose, taip pat gamybos gamybos gamyboje ir didėjančiu susidomėjimu gamtinių dujų suskystinimo procesais, kurie gamtines dujas paverčia sintetine žalios naftos, vaško ir kuro. Pastaraisiais metais, siekiant sumažinti įrangos sąnaudas ar pagerinti efektyvumą, deguonies gamybos proceso ir paskesnių angliavandenilių perdirbimo gamyklos derinys sulaukė vis daugiau dėmesio. Apibūdinami tradiciniai ir besivystantys deguonies gamybos procesai ir integruotos schemos, skirtos pagerinti šių įrenginių ekonomiką.

 

Turinys

1. Nepakankamas nekriogeninių pramoninių dujų apdorojimo technologijos peržiūra

   1.1 Adsorbcija

   1.2 Polimero membranos sistema

2. Lenki temperatūros pramoninių dujų apdorojimo technologija

   2.1 Kriogeninio apdorojimo apžvalga

   2.2 Suspaudimo ciklekompresijos ciklas

   2.3 Skysčio ciklo siurbimas skysčio ciklas

   2.4 žemo slėgio ir aukšto slėgio ciklai

3. Proceso alternatyvų ir technologijų patobulinimų palyginimas

4.Išvada

Susisiekite dabar

1. Nepakankamas nekriogeninių pramoninių dujų apdorojimo technologijos peržiūra

1.1 Adsorbcija

Adsorbcijos procesas grindžiamas kai kurių natūralių ir sintetinių medžiagų gebėjimu adsorbuoti azoto. Zeolitų atveju medžiagos tuštumose egzistuoja nehomogeninis elektrinis laukas, todėl preferencinė molekulių adsorbcija yra labiau poliarizuota, pavyzdžiui, turintys didesnius elektrostatinius kvadrupolių momentus. Taigi oro atskyrimo metu azoto molekulės yra labiau adsorbuojamos nei deguonies ar argono molekulės. Kai oras praeina per ceolito medžiagos sluoksnį, azotas išlaikomas, o deguonies turtingas srautas palieka zeolito sluoksnį. Anglies molekuliniai sietai yra tokios pačios laipsnio kaip oro molekulės. Kadangi deguonies molekulės yra šiek tiek mažesnės nei azoto molekulės, jos greičiau difuzuoja į adsorbento ertmes. Taigi anglies molekuliniai sietai yra selektyvūs deguonies, o molekuliniai sietai yra selektyvūs azoto. Zeolitai dažniausiai naudojami adsorbcijai pagrįstame deguonies gamybos procesuose. Suspaustas oras tiekiamas į indą, kuriame yra adsorbentas. Azotas yra adsorbuojamas, o deguonies turtingas nuotekų srautas gaminamas, kol lova bus prisotinta azoto. Šiuo metu pašaro oras perjungiamas į šviežią indą ir gali prasidėti pirmosios lovos regeneracija. Regeneraciją galima pasiekti kaitinant lovą arba sumažinant lovos slėgį, taip sumažinant adsorbento pusiausvyros azoto kiekį. Šildymas paprastai vadinamas temperatūros sūpynių adsorbcija (TSA), o slėgio sumažinimas paprastai vadinamas slėgio sūpynėmis arba vakuuminiu būdu sūpynės adsorbcija (PSA arba VSA). Sumažintas slėgis turi trumpą ciklą ir jį paprasta valdyti, todėl jis yra tinkamiausias oro atskyrimo įrenginių procesas. Proceso pokyčiai, turintys įtakos veikimo efektyvumui, apima oro apdorojimą, kad būtų pašalintas vanduo ir anglies dioksidas atskirai, kelios lovos, kad slėgio energija būtų galima atsigauti perjungimo metu, ir vakuumo veikimas sumažėjusio slėgio metu. Sistema optimizuota atsižvelgiant į produkto srautą, grynumą, slėgį, energijos suvartojimą ir numatomą tarnavimo laiką. Deguonies grynumas paprastai būna nuo 93% iki 95%.

 

1.2 Polimero membranos sistema

Membranos procesai, naudojant polimerines medžiagas, yra pagrįsti deguonies ir azoto difuzijos greičio skirtumais per membraną, atskiriančią aukšto slėgio ir žemo slėgio proceso srautus. Srautas ir selektyvumas yra dvi savybės, lemiančios membranos sistemos ekonomiką, ir abi yra specifinės membranos medžiagos funkcijos. Membranos srautas nustato membranos paviršiaus plotą ir yra slėgio skirtumo funkcija, padalyta iš membranos storio. Proporcingumo konstanta, kuri kinta priklausomai nuo membranos tipo, vadinama pralaidumu. Selektyvumas yra atskirtų dujų pralaidumo santykis. Dėl mažesnio deguonies molekulės dydžio dauguma membraninių medžiagų yra labiau pralaidi deguonies nei azotui. Membranos sistemos paprastai apsiriboja deguonies praturtinto oro gamyba (nuo 25% iki 50% deguonies). Aktyviose ar palengvintose perkėlimo membranose yra deguonies komplekso agentas, siekiantis padidinti deguonies selektyvumą ir yra galimas būdas padidinti deguonies grynumą membranų sistemose, darant prielaidą, kad taip pat yra membraninių medžiagų, suderinamų su deguonimi. Pagrindinis membranos atskyrimo pranašumas yra proceso paprastumas, jo tęstinumas ir jo veikimas artimųjų ambientų sąlygomis. Pūstuvas suteikia pakankamai galvos slėgio, kad būtų įveiktas slėgio kritimas per filtrus, membranos vamzdelius ir vamzdynus. Membranos medžiagos paprastai surinktos į cilindrinius modulius, kurie yra susieti keliomis jungtimis, kad būtų užtikrinta reikiama gamybos galimybė. Deguonis skverbiasi per pluoštus (tuščiavidurio pluošto tipą) arba per lakštus (spiralinės žaizdos tipas) ir išgaunamas kaip produktas. Vakuuminis siurblys paprastai palaiko slėgio skirtumą per membraną ir suteikia deguonį esant reikiamam slėgiui. Anglies dioksidas ir vanduo paprastai būna deguonies praturtintame oro produkte, nes daugumai membraninių medžiagų jie yra labiau pralaidūs nei deguonies. Tačiau membranos sistemos lengvai pritaikomos iki 20 tonų per dieną, kai galima toleruoti orą, praturtintą vandens ir anglies dioksido teršalais. Ši technologija yra naujesnė nei adsorbcija ar kriogeninės technologijos, o patobulinimai dėl medžiagų gali padaryti membranas patrauklesnes didesniams deguonies poreikiams.

 

2. Lenki temperatūros pramoninių dujų apdorojimo technologija

2.1 Kriogeninio apdorojimo apžvalga

Kriogeninio oro atskyrimo technologija šiuo metu yra pati efektyviausia ir ekonomiškiausia technologija, gaminanti didelius dujinio ar skysto deguonies, azoto ir argono kiekius. Oro atskyrimo įrenginiai (ASUS) naudoja įprastą daugialypį kriogeninį distiliavimo procesą, kad deguonies gamyba iš suslėgto oro gamina dideliu atsigavimu ir grynumu. Kriogeninė technologija taip pat gali gaminti didelio grynumo azotą kaip naudingą šalutinio produkto srautą, esant palyginti mažoms papildomoms sąnaudoms. Be to, skystas argonas, skystas deguonis ir skystas azotas gali būti pridedamas prie produkto šiferio, kad būtų galima laikyti atsarginę produktą ar šalutinių produktų pardavimą esant mažam papildomam kapitalo ir elektros sąnaudoms. Tęsiami būdai, kaip padidinti atskirų įrangos traukinių produktyvumą, kaip priemonę sumažinti vienetų išlaidas per masto ekonomiją. Daugumoje įrangos naudoja įprastus elektrinius variklius, kad būtų galima sujungti įrangą, kad būtų galima suspausti oro tiekimą į ASU, taip pat deguonies ir kitų produktų srautus. Pažymėtina, kad IGCC įrenginiai visą savo oro tiekimą gauna ištraukiant orą iš dujų turbinų, naudojamų kombinuotame cikle, kad gautų elektrą iš anglių sintezės dujų.

 

2.2 Suspaudimo ciklekompresijos ciklas

Oro atskyrimo procesai paprastai sukuria dujų produkto srautą, esant šiek tiek virš atmosferos slėgio ir beveik aplinkos temperatūros. Paprastai produktas „deguonis“ pagrindinį šilumokaitį palieka esant žemam slėgiui - nuo 3,5 iki 7 0.

 

2.3 Skysčio ciklo siurbimas skysčio ciklas

Skystus produktus galima paimti iš kriogeninių šilumokaičių, esančių prieš distiliavimo skyrių, kad išgaruotų ir kaitintų. Šie produktai gali būti pumpuojami pagal norimą pristatymo slėgį arba tarpinį slėgį. Tačiau kadangi galia, reikalinga skystiems produktams gaminti iš distiliavimo sistemos, yra nuo 2 iki 3 kartus didesnė nei dujinių produktų gamyba, ciklas turi būti efektyvus atkuriant šaltnešį, esantį siurblio produkto sraute. Tai atliekama kondensuojant išgaruojamą produkto srautą kriogeniniame šilumokaityje nuo aukšto slėgio oro ar azoto tiekimo srauto. Suskystintas oro arba azoto tiekimas grąžinamas į distiliavimo skyrių šaldymui. Siurbliai, kurie siurbia produktų srautus iki tarpinio slėgio oro atskyrimo įrenginio išleidimo angoje, yra vadinami daliniais pumpuojamais skysčio ciklais ir reikalauja papildomos įrangos, kad produkto srautas suspaustų iki galutinio pristatymo slėgio. Visas ar dalinis produktų srautų siurbimas suteikia dar vieną laisvės laipsnį optimizuojant kriogeninį ciklą ir gali pašalinti arba sumažinti deguonies kompresoriaus dydį.

2.4 žemo slėgio ir aukšto slėgio ciklai
Žemo slėgio (LP) oro atskyrimo vieneto ciklai yra pagrįsti tiekimo oro suspaudimu tik turint slėgio poreikį atmesti azoto šalutinį produktą esant atmosferos slėgiui. Todėl tiekimo oro slėgis paprastai skiriasi nuo 360 iki 6 000 MPA, atsižvelgiant į deguonies grynumą ir norimą energijos vartojimo efektyvumo lygį. Aukšto slėgio ASU ciklai gamina produktų ir šalutinių produktų srautus esant slėgiui, gerokai didesniam nei atmosferos slėgiui, paprastai reikalaujant mažesnių ir kompaktiškesnių kriogeninių komponentų, kurie gali sutaupyti išlaidų. EP cikluose paprastai naudojami tiekiami oro slėgiai, viršijantys 700 MPa. EP ciklas gali būti tinkamas, kai visas ar beveik visas azoto šalutinis produktas yra suspaustas kaip produkto srautas. Be to, EP ciklas dažnai pasirenkamas siekiant integruoti ASU su kitais proceso blokais, tokiais kaip dujų turbinos.

 

3. Proceso alternatyvų ir technologijų patobulinimų palyginimas

 

Adsorbcijos ir polimerų membranų procesai ir toliau didės išlaidų ir energijos vartojimo efektyvumo, tęsiant nuolatinius adsorbentų ir membranos medžiagų plėtrą. Nematoma, kad nė viena technologija neginčija kriogeninės technologijos, nes ji gebėja gaminti didelius deguonies kiekius, ypač esant didesniam grynumui. Tiek adsorbcijos, tiek membranų sistemos sukuria šalutinio produkto azotą, kuriame yra didelis deguonies kiekis. Jei reikia aukšto grynumo azoto, azoto kokybei pagerinti turi būti naudojamos papildomos deoksigenizacijos ar kitos gryninimo sistemos. Nei vienas procesas negali tiesiogiai gaminti argono ar kilnių dujų. Norint gaminti skystą deguonį arba azoto, norint atsarginei sistemos atsarginėms kopijoms, reikia papildomos kriogeninės įrangos arba gaminio gabenimo iš augalų įrangos. Kita vertus, adsorbcijos ir membranos procesai yra paprastesni ir pasyvesni nei kriogeninės technologijos. Iš dujų turbinos kompresoriaus išgaunamas oras gali iš dalies arba visiškai patenkinti ASU pašarų reikalavimus. Esant paprastai konfigūracijai, ASU distiliavimo slėgis nustatys ekstrahavimo oro slėgį. Jei ekstrahavimo oro srautas yra mažesnis nei reikalingas bendras ASU, bus naudojamas pagalbinis oro kompresorius, kurio išleidimo slėgis atitiks ekstrahavimo oro slėgį. Jei ištrauktas oro tiekimas yra maždaug ketvirtadalis bendro ASU paklausos, ASU distiliavimo slėgis gali būti nustatytas savarankiškai ir gali būti naudojamas pumpuojamas skysčio procesas.

Aukšto slėgio ekstrahavimo oras verda suslėgtą skystą deguonį arba azotą kriogeninės šilumos mainų zonoje. Pagalbinis suspausto oro tiekimas nustato ASU distiliavimo slėgį.

Patalpose, kuriose naudojamos dujų turbinos, oras gali būti išgaunamas dėl įvairių priežasčių.
Kaip pašaras prie oro atskyrimo bloko, kaip „išmetimo“ aušinimo oras pačiai turbinai, arba kiti reikalavimai slėgio orui įrenginyje. Ištrauktame ore yra vertinga šiluma, kurią galima atgauti verdant skystį esant atskirai temperatūrai, arba protingą šilumos perdavimą į kitą skystį. Viena klasė, kuri naudoja atkurtą šilumą, yra tirpiklio regeneracija, tai yra procesas, kuris pirmiausia atlieka dujų/skysčio absorbcijos žingsnį, o po to perkelia šilumą į skystį į desorb dujinius produktus ar teršalus. Šis žingsnis turi nuosavybę, kurią procesų, kuriems gali būti naudinga ši šilumos integracija, pavyzdžiai, bet tuo neapsiriboja, šiose vieneto operacijose, kurias galima rasti angliavandenilių dujinimo ar angliavandenilių perdirbimo įrenginiuose. Skysčio pagrindu pagamintos oro išankstinio gydymo sistemos regeneracija kaip kriogeninio oro atskyrimo įrenginio dalis. Skystųjų absorbcijos žingsniai, skirti pašalinti teršalus nuo oro tiekimo srautų į oro atskyrimo įrenginius, gali būti naudingi gavybos oro šilumos atkūrimui. Viename įgyvendinimo variante karštas oras atvėsinamas, palyginti su skysčių dugnais iš absorberio kolonėlės. Atvėsęs oras patenka į koloną ir liečiasi su skysčio absorbentu, kur oro srauto priemaišos absorbuojamos į skystį. Oro į vidų šildymo žingsnis desorbuoja teršalus iš absorbuojančio skysčio, kuris vėliau grąžinamas į absorbuojamą kolonėlę. Absorbcijos sistema gali apimti vieną ar daugiau skysčių į keletą absorbcijos etapų, siekiant padidinti efektyvumo pašalinimą arba naudoti specifinius absorbentus, kad pašalintų konkrečias priemaišas iš oro srauto. Absorbuojamas regeneracija gali apimti kaitinimą iš kitų šaltinių, kartu su kaitinimu, kad būtų sumažintas slėgis iki desorbavimo priemaišų. Ištraukto oro šiluma gali būti atgauta netiesiogiai kontaktuojant su karštu oru proceso skysčiu, arba šilumos pernešimu iš oro į veikiantį skystį, pavyzdžiui, garą ar inertines dujas. Šiame pavyzdyje aukštas šilumos kiekis, susidarantis iš ištraukto oro šaltinio, perkeliamas į azoto srautą, grįžtantį į dujų turbiną. Ištrauktas oras dar labiau atvėsinamas kontaktuojant su absorberiu praturtintais dugnais, naudojamais oro pašarui iš anksto apdoroti ASU.
Šis šilumos perdavimo žingsnis taip pat gali būti atliktas kitose augalo absorbcijos sistemose, esančiose raupų ar raupų produkto darbo vietoje. Priklausomai nuo tirpiklio ir absorbcijos medžiagos, gali būti pašalinti aukšto lygio šilumos atkūrimo žingsniai ir visa ekstrahuota oro šiluma, naudojama absorberio regeneracijai.
CO2 gali būti perdirbamas ir parduodamas kaip šalutinis produktas arba naudojamas augale. Pavyzdys yra CO2 grąžinimas į dujų turbiną kaip pridėtą skiediklį.

 

4.Išvada

Kriogeniniai procesai šiuo metu yra tinkamiausias būdas tiekti pramonines dujas dideliems įrenginiams. Šilumos, šaldymo, procesų ir atliekų srautų integracija tarp pramoninių dujų procesų ir kitų įrenginių visame įrenginyje gali pagerinti efektyvumą ir sumažinti išlaidas. Pažangios šilumos integracijos koncepcijos ateityje gali palengvinti cheminių ar ITM procesų naudojimą.