Jednostka separacji powietrza dla chemikaliów

Technologia kriogenicznego separacji powietrza od wielu lat jest z powodzeniem stosowana w celu zapewnienia tlenu do zgazowania różnych surowców węglowodorów w celu wytwarzania syngów do produkcji paliw, chemikaliów i innych cennych produktów. Przykłady obejmują
Konwersja odpadów cieczy i stałych z rafinerii do wodoru w celu stosowania wewnątrz rafinerii, a także koprodukcję elektryczności oraz rosnące zainteresowanie procesami upłynnienia gazu ziemnego, które przekształcają gaz ziemny w syntetyczną ropę naftową, woski i paliwa. W ostatnich latach, w celu obniżenia kosztów sprzętu lub poprawy wydajności, połączenie procesu produkcji tlenu i dalszej instalacji przetwarzania węglowodorów coraz większa uwaga. Opisano tradycyjne i rozwijające się procesy produkcji tlenu i zintegrowane programy poprawy gospodarki tych obiektów.

 

Zawartość

1. Overview niekryogenicznej technologii przetwarzania gazu przemysłowego

   1.1 Adsorpcja

   1.2 Polimer Membran System

2. Wpływ temperatury technologii przetwarzania gazu przemysłowego

   2.1 Przegląd przetwarzania kriogenicznego

   2.2 Cykl cyklespresji kompresji

   2.3 Cykl cieczy cyklpumpingowej pompowania cieczy

   2.4 Cykle niskiego ciśnienia i wysokiego ciśnienia

3. Porównanie alternatywnych procesów i ulepszeń technologii

4. Konkuzja

Skontaktuj się teraz

1. Overview niekryogenicznej technologii przetwarzania gazu przemysłowego

1.1 Adsorpcja

Proces adsorpcji opiera się na zdolności niektórych naturalnych i syntetycznych materiałów do preferencyjnego adsorbowania azotu. W przypadku zeolitów występuje niejednorodne pole elektryczne w pustej przestrzeniach materiału, co powoduje preferencyjną adsorpcję cząsteczek, które są bardziej spolaryzowane, takie jak te z większymi elektrostatycznymi momentami kwadrupolowymi. Zatem w separacji powietrza cząsteczki azotu są silniej adsorbowane niż cząsteczki tlenu lub argonu. Gdy powietrze przechodzi przez warstwę materiału zeolitu, azot jest zachowywany, a strumień bogaty w tlen pozostawia warstwę zeolitową. Siły molekularne węglowe mają taki sam rząd wielkości co cząsteczki powietrza. Ponieważ cząsteczki tlenu są nieco mniejsze niż cząsteczki azotu, szybciej rozpraszają się w jamach adsorbentu. Zatem soki molekularne węgla są selektywne dla tlenu, a soki cząsteczkowe są selektywne pod kątem azotu. Zeolity są powszechnie stosowane w procesach produkcji tlenu na bazie adsorpcji. Sprężone powietrze jest podawane do naczynia zawierającego adsorbent. Azot jest adsorbowany i wytwarzany jest bogaty w tlen strumień ścieków, aż złoża nie zostanie nasycone azotem. W tym momencie powietrze zasilające jest przełączane na świeże naczynie i może rozpocząć się regeneracja pierwszego łóżka. Regenerację można osiągnąć poprzez podgrzanie złoża lub zmniejszenie ciśnienia w łóżku, zmniejszając w ten sposób zawartość azotu równowagi dla adsorbentu. Ogrzewanie jest zwykle określane jako adsorpcja huśtawki temperatury (TSA), a zmniejszenie ciśnienia jest zwykle określane jako adsorpcja huśtawki lub próżniowa (PSA lub VSA). Zmniejszone ciśnienie ma krótki cykl i jest prosty w obsłudze, co czyni go preferowanym procesem separacji powietrza. Zmiany procesu, które wpływają na wydajność pracy, obejmują wstępne obróbkę powietrza w celu osobno usuwanie wody i dwutlenku węgla, wiele złoża, aby umożliwić odzyskanie energii ciśnieniowej podczas przełączania złoża oraz działanie próżni podczas zmniejszonego ciśnienia. System jest zoptymalizowany na podstawie przepływu produktu, czystości, ciśnienia, zużycia energii i oczekiwanej żywotności usług. Czystość tlenu wynosi zwykle 93% do 95% objętości.

 

1.2 Polimer Membran System

Procesy membranowe z wykorzystaniem materiałów polimerowych oparte są na różnicach w szybkości dyfuzji tlenu i azotu przez błonę, która oddziela strumienie procesów pod wysokim ciśnieniem i niskim ciśnieniem. Strumień i selektywność to dwie właściwości, które określają ekonomię układu membranowego i oba są funkcjami określonego materiału membranowego. Strumień membrany określa pole powierzchni membrany i jest funkcją różnicy ciśnienia podzielonej przez grubość błony. Stała proporcjonalności, która zmienia się w zależności od rodzaju błony, nazywa się przepuszczalnością. Selektywność jest stosunkiem permeability gazów do oddzielania. Większość materiałów błonowych jest bardziej przepuszczalna dla tlenu niż dla azotu ze względu na mniejszy rozmiar cząsteczki tlenu. Systemy błonowe są ogólnie ograniczone do produkcji powietrza wzbogaconego w tlen (od 25% do 50% tlenu). Aktywne lub ułatwione błony transferowe zawierają środek kompleksowy tlenu w celu zwiększenia selektywności tlenu i są potencjalną metodą zwiększania czystości tlenu w układach membranowych, zakładając, że dostępne są również materiały błonowe kompatybilne z tlenem. Główną zaletą rozdziału błony jest prostota procesu, jego ciągłość i jego działanie w warunkach niemal ambitnych. Dmuchawa zapewnia wystarczające ciśnienie głowy, aby przezwyciężyć spadek ciśnienia na filtry, rurki membranowe i rurociąg. Materiały membranowe są zwykle montowane w cylindrycznych modułach, które są połączone wieloma połączeniami, aby zapewnić wymaganą zdolność produkcyjną. Tlen przenika przez włókna (typ pustego włókna) lub przez arkusze (typ rany spiralnej) i jest ekstrahowany jako produkt. Pompa próżniowa zwykle utrzymuje różnicę ciśnienia w membranie i dostarcza tlen pod wymaganym ciśnieniem. Dwutlenek węgla i woda są zwykle obecne w produkcie powietrznym wzbogaconym w tlen, ponieważ są one bardziej przepuszczalne niż tlen do większości materiałów membranowych. Jednak systemy membranowe można łatwo dostosować do zastosowań do 20 ton dziennie, gdzie można tolerować czystość powietrza wzbogaconego o zanieczyszczenia wodne i dwutlenku węgla. Ta technologia jest nowsza niż technologie adsorpcyjne lub kriogeniczne, a poprawa materiałów może uczynić membrany bardziej atrakcyjne dla większych zapotrzebowania na tlen.

 

2. Wpływ temperatury technologii przetwarzania gazu przemysłowego

2.1 Przegląd przetwarzania kriogenicznego

Technologia kriogenicznego separacji powietrza jest obecnie najbardziej wydajną i opłacalną technologią wytwarzania dużych ilości tlenu gazowego lub ciekłego, azotu i argonu. Jednostki separacji powietrza (ASUS) wykorzystują konwencjonalny wielotłokowy proces destylacji kriogenicznej do wytwarzania tlenu ze sprężonego powietrza o wysokim odzysku i czystości. Technologia kriogeniczna może również wytwarzać azot o dużej czystości jako przydatny strumień produktu ubocznego przy stosunkowo niskich kosztach przyrostowych. Ponadto do argumentu ciekłego, ciekłego tlenu i ciekłego azotu można dodać do tablicy produktu w celu przechowywania tworzenia kopii zapasowych produktu lub sprzedaży produktów ubocznych przy niskich kosztach kapitału przyrostowego i energii elektrycznej. Badania trwają sposoby zwiększenia wydajności poszczególnych pociągów sprzętowych jako sposobu zmniejszenia kosztów jednostkowych poprzez korzyści skali. Większość urządzeń wykorzystuje konwencjonalne silniki elektryczne do napędzania sprzętu do kompresji zasilania powietrza do ASU, a także tlenu i innych strumieni produktów. Warto zauważyć, że obiekty IGCC otrzymywały całe swoje dostawy powietrza poprzez wydobywanie powietrza z turbin gazowych stosowanych w cyklu połączonym do wytwarzania energii elektrycznej z gazu syntezowego węgla.

 

2.2 Cykl cyklespresji kompresji

Procesy separacji powietrza zazwyczaj wytwarzają strumień produktu gazowego przy nieco nad ciśnieniem atmosferycznym i w pobliżu temperatury otoczenia. Zazwyczaj produkt tlen pozostawia główny wymiennik ciepła o niskim ciśnieniu, od 3,5 do 7 0. 0 MPa, a pociąg sprężarki odśrodkowej ze stosunkowo wysoką prędkością przepływu objętościowego dostarcza produkt pod wymaganym ciśnieniem.

 

2.3 Cykl cieczy cyklpumpingowej pompowania cieczy

Produkty płynne można pobrać z kriogenicznych wymienników ciepła powyżej odcinka destylacji do odparowania i ogrzewania. Produkty te można pompować do pożądanego ciśnienia dostarczania lub ciśnienia pośredniego. Ponieważ jednak moc wymagana do wytwarzania płynnych produktów z systemu destylacyjnego wynosi 2 do 3 razy niż w produkcji produktów gazowych, cykl musi być wydajny w odzyskiwaniu czynnika chłodniczego zawartego w pompowanym strumieniu produktu. Odbywa się to poprzez kondensowanie wyparowanego strumienia produktu w kriogenicznym wymienniku ciepła przeciwko strumieniu zasilającego powietrza lub azotu pod wysokim ciśnieniem. Skroplona zasilanie powietrza lub azotu jest zwracane do sekcji destylacji w celu chłodzenia. Pompowane cykle procesu płynnego, które pompują strumienie produktu do ciśnienia pośredniego na wylocie jednostki separacji powietrza, nazywane są częściowymi cyklami cieczy pompowanymi i wymagają dodatkowego sprzętu do sprężenia strumienia produktu do końcowego ciśnienia dostarczania. Pełne lub częściowe pompowanie strumieni produktów dodaje kolejnego stopnia swobody w optymalizacji cyklu kriogenicznego i może wyeliminować lub zmniejszyć wielkość sprężarki tlenu.

2.4 Cykle niskiego ciśnienia i wysokiego ciśnienia
Cykle rozdziału powietrza o niskim ciśnieniu (LP) oparte są na ściskaniu powietrza zasilającego tylko z wymogiem ciśnienia w celu odrzucenia produktu ubocznego azotu przy ciśnieniu atmosferycznym. Dlatego ciśnienie powietrza zasilające zwykle różnią się między 360 a 6 000 MPA, w zależności od czystości tlenu i pożądanego poziomu wydajności energetycznej. Cykle ASU pod wysokim ciśnieniem wytwarzają strumienie produktów i produktów ubocznych pod ciśnieniem znacznie powyżej ciśnienia atmosferycznego, zwykle wymagające mniejszych i bardziej kompaktowych komponentów kriogenicznych, które mogą zaoszczędzić koszty. Cykle EP zwykle używają ciśnienia powietrza zasilającego przekraczające 700 MPa. Cykl EP może być odpowiedni, gdy wszystkie lub prawie cały produkt uboczny azotu jest ściśnięty jako strumień produktu. Ponadto cykl EP jest często wybierany do integracji ASU z innymi jednostkami procesowymi, takimi jak turbiny gazowe.

 

3. Porównanie alternatywnych procesów i ulepszeń technologii

 

Procesy adsorpcji i membrany polimerowej będą nadal poprawiać koszty i efektywność energetyczną poprzez dalsze badania i rozwój adsorbentów i materiałów błonowych. Oczekuje się, że żadna technologia nie zakwestionuje technologii kriogenicznej w zakresie wytwarzania dużych ilości tlenu, szczególnie przy wyższych czystości. Zarówno systemy adsorpcyjne, jak i membranowe wytwarzają azot produktu ubocznego, który zawiera znaczne ilości tlenu. Jeśli wymagany jest azot o wysokiej czystości, należy zastosować dodatkowe odtlenienie lub inne systemy oczyszczania, aby poprawić jakość azotu. Żaden proces nie może bezpośrednio wytwarzać gazów argonowych lub szlachetnych. Produkcja ciekłego tlenu lub azotu do tworzenia kopii zapasowej systemu wymaga dodatkowego sprzętu kriogenicznego lub transportu produktu z sprzętu roślinnego. Z drugiej strony procesy adsorpcji i błony są prostsze i bardziej pasywne niż technologie kriogeniczne. Powietrze ekstrahowane ze sprężarki turbiny gazowej może częściowo lub całkowicie spełniać wymagania paszowe ASU. W prostej konfiguracji ciśnienie destylacji ASU ustawi ciśnienie powietrza ekstrakcyjnego. Jeśli przepływ powietrza ekstrakcji jest mniejszy niż całkowity wymagany ASU, zostanie zastosowana pomocnicza sprężarka powietrza, której ciśnienie wyładowania będzie zgodne z ciśnieniem powietrza ekstrakcyjnego. Jeśli wyodrębnione podaż powietrza wynosi około jednej czwartej całkowitego popytu ASU, ciśnienie destylacji ASU można ustalić niezależnie i można zastosować proces pompowanego cieczy.

Powietrze do ekstrakcji wysokiego ciśnienia gotuje ciśnienie ciekłego tlenu lub azotu w strefie wymiany ciepła kriogenicznego. Pomocniczy zasilanie sprężonego powietrza ustawia ciśnienie destylacyjne ASU.

W obiektach wykorzystujących turbiny gazowe powietrze można wyodrębnić z różnych powodów.
Jako podawanie do jednostki separacji powietrza, jako „spalin” chłodzącego powietrze dla samej turbiny lub inne wymagania dotyczące powietrza pod ciśnieniem w obiekcie. Wyciągnięte powietrze zawiera cenne ciepło, które można odzyskać przez wrzącą ciecz przy dyskretnych poziomach temperatury lub przez rozsądne przeniesienie ciepła do innej cieczy. Jedną klasą zastosowań, które wykorzystują odzyskane ciepło, jest regeneracja rozpuszczalnika, która jest procesem, który najpierw wykonuje etap absorpcji gazu/cieczy, a następnie przenosi ciepło do cieczy na desorbowe produkty gazowe lub zanieczyszczenia. Ten etap ma właściwość, którą przykłady procesów, które mogą skorzystać z tej integracji cieplnej, obejmują, ale nie ograniczają się do następujących operacji jednostkowych, które można znaleźć w zgazowaniu węglowodorów lub urządzeniach do przetwarzania węglowodorów. Regeneracja systemu wstępnego obróbki powietrznej na bazie cieczy w ramach kriogenicznego jednostki separacji powietrza. Kroki absorpcji na bazie cieczy w celu usunięcia zanieczyszczeń z strumieni zasilających powietrze do roślin separacji powietrza mogą skorzystać z wydobywczego odzyskiwania ciepła powietrza. W jednym przykładzie wykonania gorące powietrze jest chłodzone w stosunku do cieczy z kolumny absorbera. Ochłodzone powietrze wchodzi do kolumny i kontaktuje się z chłonnością cieczy, gdzie zanieczyszczenia w strumieniu powietrza są wchłaniane w ciecz. Krok ogrzewania powietrza do Absorbent rozpuszcza zanieczyszczenia z chłonnej cieczy, która jest następnie zwracana do kolumny chłonnej. System absorpcji może obejmować jeden lub więcej płynów w kilku etapach absorpcji w celu zwiększenia usuwania wydajności lub zastosowania określonych chłonnych w celu usunięcia określonych zanieczyszczeń ze strumienia powietrza. Regeneracja chłonności może obejmować ogrzewanie z innych źródeł, w połączeniu z ogrzewaniem w celu zmniejszenia ciśnienia do zanieczyszczeń Desorb. Ciepło z wydobytego powietrza można odzyskać przez pośrednie kontakt gorącego powietrza z płynem procesowym lub przez przenoszenie ciepła z powietrza do płynu roboczego, takiego jak pary lub gaz obojętny. W tym przykładzie wysoki poziom ciepła wytwarzanego z ekstrahowanego źródła powietrza jest przenoszony do strumienia azotu powracającego do turbiny gazowej. Wyodrębnione powietrze jest dalej chłodzone przez kontakt z wzbogaconymi pochłaniającymi dnem stosowanym do wstępnego traktowania zasilania powietrza do ASU.
Ten etap przenoszenia ciepła można również osiągnąć w innych systemach absorpcji w obszarze roboczym produktu OPX lub Pole Product. W zależności od rozpuszczalnika i materiału absorpcji można wyeliminować stopnie odzyskiwania ciepła wysokiego poziomu i całe wydobyte ciepło powietrzne stosowane do regeneracji absorbera.
CO2 może być przetwarzany i sprzedawany jako produkt uboczny lub stosować w zakładzie. Przykładem jest zwrócenie CO2 do turbiny gazowej jako dodatkowego rozcieńczalnika.

 

4. Konkuzja

Procesy kriogeniczne są obecnie preferowaną metodą dostarczania gazów przemysłowych do dużych obiektów. Integracja ciepła, chłodzenia, procesów i strumieni odpadów między procesami gazu przemysłowego a innymi jednostkami w całym obiekcie może poprawić wydajność i obniżyć koszty. Zaawansowane koncepcje integracji cieplnej mogą ułatwić stosowanie procesów chemicznych lub ITM w przyszłości.