Enota za ločevanje zraka za kemikalijo

Kriogena tehnologija ločevanja zraka se že vrsto let uspešno uporablja za zagotavljanje kisika za uplinjanje različnih ogljikovodikovih surovin za proizvodnjo sintez za proizvodnjo goriv, ​​kemikalij in drugih dragocenih izdelkov. Primeri vključujejo
Pretvorba tekočih in trdnih odpadkov iz rafinerij v vodik za uporabo v rafinerijah, pa tudi koprodukcijska proizvodnja električnosti in naraščajoče zanimanje za procese utekočinjanja zemeljskega plina, ki pretvori zemeljski plin v sintetično surovo nafto, voske in goriva. V zadnjih letih je za zmanjšanje stroškov opreme ali izboljšanje učinkovitosti kombinacija procesa proizvodnje kisika in naprave za predelavo ogljikovodikov na spodnjem toku vedno več pozornosti. Opisani so tradicionalni in razvijajoči se procesi proizvodnje kisika in integrirane sheme za izboljšanje gospodarstva teh objektov.

 

Vsebina

1. Pregled ne-kriogene tehnologije za obdelavo industrijskega plina

   1.1 Adsorpcija

   1.2 Polimerni membranski sistem

2.Nažti temperaturo Tehnologija za obdelavo industrijskega plina

   2.1 Pregled kriogene obdelave

   2.2 Cikel za stiskanje

   2.3 Črpanje tekočega cikla tekočega cikla tekočega cikla

   2.4 Cikli nizkega tlaka in visokega tlaka

3. primerjava alternativ procesa in izboljšav tehnologije

4. Zaključek

Kontaktirajte zdaj

1. Pregled ne-kriogene tehnologije za obdelavo industrijskega plina

1.1 Adsorpcija

Proces adsorpcije temelji na sposobnosti nekaterih naravnih in sintetičnih materialov, da prednostno adsorbira dušik. V primeru zeolitov v praznih prostorih materiala obstaja nehomogeno električno polje, kar ima za posledico prednostno adsorpcijo molekul, ki so bolj polarizirane, kot so tiste z večjimi elektrostatičnimi kvadrapolnimi trenutki. Tako se pri ločevanju zraka molekule dušika močneje adsorbirajo kot molekule kisika ali argona. Ko zrak prehaja skozi plast zeolitnega materiala, se dušik zadrži in tok, bogat s kisikom, zapusti plast zeolita. Ogljikove molekularne site so istega vrstnega reda kot molekule zraka. Ker so molekule kisika nekoliko manjše od dušikovih molekul, se hitreje razpršijo v votline adsorbenta. Tako so ogljikove molekularne site selektivne za kisik, molekularni sitovi pa so selektivni za dušik. Zeoliti se običajno uporabljajo v procesih proizvodnje kisika na osnovi adsorpcije. Stisnjeni zrak se dovaja v posodo, ki vsebuje adsorbent. Dušik je adsorbiran in tok odpadne vode, bogat s kisikom, nastane, dokler postelja ni nasičena z dušikom. Na tej točki se dovodni zrak preklopi na svežo posodo in se lahko začne regeneracija prve postelje. Regeneracijo je mogoče doseči s segrevanjem postelje ali znižanjem tlaka v postelji in s čimer zmanjšate ravnotežno vsebnost dušika v adsorbentu. Ogrevanje se običajno imenuje adsorpcija temperaturne nihanja (TSA), znižanje tlaka pa se običajno imenuje adsorpcija tlaka ali vakuumske nihanja (PSA ali VSA). Zmanjšan tlak ima kratek cikel in je preprost za upravljanje, zaradi česar je najprimernejši postopek za rastline za ločevanje zraka. Spremembe procesa, ki vplivajo na učinkovitost obratovanja, vključujejo predhodno obdelavo zraka za odstranjevanje vode in ogljikovega dioksida ločeno, več postelj, ki omogočajo okrevanje tlaka med preklopom postelje in vakuumsko delovanje med znižanim tlakom. Sistem je optimiziran na podlagi pretoka izdelka, čistosti, tlaka, porabe energije in pričakovane življenjske dobe. Čistost kisika je običajno od 93% do 95% glede na prostornino.

 

1.2 Polimerni membranski sistem

Membranski procesi, ki uporabljajo polimerne materiale, temeljijo na razlikah v hitrosti difuzije kisika in dušika skozi membrano, ki ločuje visokotlačni in nizkotlačni procesni tokovi. Tok in selektivnost sta dve lastnosti, ki določata ekonomijo membranskega sistema in obe sta funkciji specifičnega membranskega materiala. Membranski tok določa površino membrane in je funkcija razlike v tlaku, deljeno z debelino membrane. Konstanta sorazmernosti, ki se razlikuje glede na vrsto membrane, se imenuje prepustnost. Selektivnost je razmerje med prepustnostjo plinov, ki jih je treba ločiti. Večina membranskih materialov je zaradi manjše velikosti molekule kisika bolj prepustna kot kisik kot dušik. Membranski sistemi so na splošno omejeni na proizvodnjo zraka, obogatenega s kisikom (25% do 50% kisika). Aktivne ali olajšane prenosne membrane vsebujejo sredstvo za kompleksni kisik za povečanje selektivnosti kisika in so potencialna metoda povečanja čistosti kisika v membranskih sistemih, ob predpostavki, da so na voljo tudi membranski materiali, združljivi s kisikom. Glavna prednost ločitve membran je preprostost procesa, njena kontinuiteta in njegovo delovanje v skorajšnjih pogojih. Puhalo zagotavlja dovolj tlaka glave za premagovanje padca tlaka po filtrih, membranskih ceveh in cevovodih. Membranski materiali se običajno sestavljajo v cilindrične module, ki so povezane z več povezavami, da se zagotovi potrebna proizvodna zmogljivost. Kisik prežema skozi vlakna (vrsta votlih vlaken) ali skozi liste (spiralna vrsta rane) in se izvleče kot izdelek. Vakuumska črpalka običajno vzdržuje diferencial tlaka po membrani in prinaša kisik pri zahtevanem tlaku. Ogljikov dioksid in voda sta običajno prisotni v zračnem izdelku, obogatenem s kisikom, ker sta bolj prepustni od kisika do večine membranskih materialov. Vendar pa se membranski sistemi zlahka prilagodijo uporabi do 20 ton na dan, kjer je mogoče prenašati čistost zraka, obogatenega z vodo in ogljikovim dioksidnim onesnaževalcem. Ta tehnologija je novejša od adsorpcijskih ali kriogenih tehnologij, izboljšave materialov pa lahko membrane bolj privlačne za večje potrebe po kisiku.

 

2.Nažti temperaturo Tehnologija za obdelavo industrijskega plina

2.1 Pregled kriogene obdelave

Kriogena tehnologija ločevanja zraka je trenutno najučinkovitejša in stroškovno učinkovita tehnologija za proizvodnjo velikih količin plinastega ali tekočega kisika, dušika in argona. Enote za ločevanje zraka (ASUS) uporabljajo običajni večnamenski kriogeni postopek destilacije, da nastanejo kisik iz stisnjenega zraka pri visokem okrevanju in čistosti. Kriogena tehnologija lahko ustvari tudi dušik z visoko čistostjo kot uporaben stranski tok s sorazmerno nizkimi inkrementalnimi stroški. Poleg tega lahko tekoči argon, tekoči kisik in tekoči dušik dodate v skrilavci izdelka za shranjevanje varnostne kopije izdelkov ali prodaje stranskih proizvodov pri nizkih stroškov povečanja kapitala in električne energije. Raziskave se nadaljujejo na načinih za povečanje produktivnosti posameznih vlakov za opremo kot sredstva za zmanjšanje stroškov na enoto z ekonomijo obsega. Večina opreme uporablja običajne električne motorje za pogon opreme za stiskanje zraka na ASU, pa tudi kisik in druge tokove izdelkov. Omeniti velja, da objekti IGCC prejemajo vso oskrbo z zrakom tako, da izvlečejo zrak iz plinskih turbin, ki se uporabljajo v kombiniranem ciklu za proizvodnjo električne energije iz plina s sintezo premoga.

 

2.2 Cikel za stiskanje

Postopki ločevanja zraka običajno proizvajajo tok plinskega izdelka pri nekoliko nad atmosferskim tlakom in blizu temperature okolice. Običajno proizvodni kisik zapusti glavni toplotni izmenjevalec pri nizkem tlaku, od 3,5 do 7 0. 0 MPa, centrifugalni vlak kompresorja pa z razmeroma visokim volumskim pretokom dovoda dovaja izdelek pri zahtevanem tlaku.

 

2.3 Črpanje tekočega cikla tekočega cikla tekočega cikla

Tekoče izdelke lahko vzamemo iz kriogenih toplotnih izmenjevalnikov navzgor od destilacijskega odseka za izhlapevanje in ogrevanje. Te izdelke lahko črpamo na želeni dostavni tlak ali vmesni tlak. Ker pa je moč, potrebna za proizvodnjo tekočih izdelkov iz destilacijskega sistema, 2 do 3 -krat večja od proizvodnje plinastih izdelkov, mora biti cikel učinkovit pri obnavljanju hladilnega sredstva, ki ga vsebuje črpani tok izdelkov. To dosežemo s kondenzacijo izhlapetega toka izdelka v kriogenem toplotnem izmenjevalniku proti visokotlačnemu zraku ali dušikovem dovodnem toku. Krva za utekočinjeni zrak ali dušik se vrne na destilacijski odsek za hlajenje. Črpalni tekoči procesni cikli, ki črpajo tok izdelka do vmesnega tlaka v iztoku enote za ločevanje zraka, se imenujejo delni črpani tekoči cikli in potrebujejo dodatno opremo za stiskanje toka izdelka na končni tlak dostave. Popolno ali delno črpanje tokov izdelka doda še eno stopnjo svobode pri optimizaciji kriogenega cikla in lahko odpravi ali zmanjša velikost kisikovega kompresorja.

2.4 Cikli nizkega tlaka in visokega tlaka
Nizka tlačna (LP) cikli ločevanja zraka temeljijo na stiskanju dovodnega zraka le z zahtevo po tlaku, da zavrnejo stranski produkt dušika pri atmosferskem tlaku. Zato se tlaki na dovodu običajno gibljejo med 360 in 6 000 MPA, odvisno od čistosti kisika in želene ravni energetske učinkovitosti. Visokotlačni cikli ASU proizvajajo tokove izdelkov in stranskih proizvodov pri tlakih precej nad atmosferskim tlakom, ki običajno zahtevajo manjše in bolj kompaktne kriogene komponente, ki lahko prihranijo stroške. EP cikli običajno uporabljajo tlake krmnega zraka, ki presegajo 700 MPa. Cikel EP je lahko primeren, kadar se ves ali skoraj ves stranski proizvod dušika stisne kot tok izdelka. Poleg tega je cikel EP pogosto izbran za integracijo ASU z drugimi procesnimi enotami, kot so plinske turbine.

 

3. primerjava alternativ procesa in izboljšav tehnologije

 

Procesi adsorpcije in polimerne membrane se bodo z nadaljnjimi raziskavami in razvojem adsorbentov in membranskih materialov še naprej izboljševali v stroških in energetski učinkovitosti. Pričakuje se, da nobena tehnologija ne bo izzivala kriogene tehnologije v svoji sposobnosti proizvodnje velikih količin kisika, zlasti pri večjih čistostih. Tako adsorpcijski kot membranski sistemi proizvajajo stranski dušik, ki vsebuje velike količine kisika. Če je potreben dušik z visoko čistostjo, je treba za izboljšanje kakovosti dušika uporabiti dodatno deoksigenacijo ali druge sisteme za čiščenje. Noben postopek ne more neposredno proizvajati argonskih ali plemenitih plinov. Proizvodnja tekočega kisika ali dušika za varnostno kopiranje sistema zahteva dodatno kriogeno opremo ali prevoz izdelkov iz opreme rastlin. Po drugi strani so adsorpcijski in membranski procesi enostavnejši in bolj pasivni od kriogenih tehnologij. Zrak, pridobljen iz kompresorja plinske turbine, lahko delno ali v celoti izpolnjuje zahteve za krmo ASU. V preprosti konfiguraciji bo tlak destilacije ASU nastavil ekstrakcijski zračni tlak. Če je ekstrakcijski pretok zraka manjši od skupnega potrebnega ASU, bo uporabljen pomožni zračni kompresor, katerega tlak praznjenja se bo ujemal z ekstrakcijskim zračnim tlakom. Če je ekstrahirana oskrba z zrakom približno ena četrtina skupnega povpraševanja ASU, se lahko tlak destilacije ASU določi neodvisno in uporabimo črpani tekoči postopek.

Visokotlačni ekstrakcijski zrak zavre tekoči kisik ali dušik pod tlakom v območju kriogene toplotne izmenjave. Pomožni dovajalec stisnjenega zraka postavlja tlak destilacije ASU.

V objektih, ki uporabljajo plinske turbine, se lahko iz različnih razlogov izloči zrak.
Kot dovajanje na enoto za ločevanje zraka, kot "izpušni" hladilni zrak za samo turbino ali druge zahteve za zrak pod tlakom v objektu. Izvlečen zrak vsebuje dragoceno toploto, ki jo je mogoče obnoviti z vreliščem tekočine pri diskretnih temperaturnih nivojih ali s smiselnim prenosom toplote v drugo tekočino. En razred aplikacij, ki uporablja obnovljeno toploto, je regeneracija topila, ki je postopek, ki najprej izvede korak absorpcije plina/tekočine in nato prenaša toploto na tekočino, da desorbira plinaste izdelke ali kontaminante. Ta korak ima lastnost, ki primeri procesov, ki lahko izkoristijo to toplotno integracijo, vključujejo, vendar niso omejeni na naslednje enote, ki jih najdemo v napravi za uplinjanje ogljikovodikov ali obdelavo ogljikovodikov. Regeneracija tekočega sistema za predhodno obdelavo kot del kriogene enote za ločevanje zraka. Absorpcijski koraki na tekočini za odstranjevanje onesnaževalcev iz tokov dovajanja zraka na obrate za ločevanje zraka lahko koristijo od ekstraktivne predelave zračne toplote. V eni izvedbi se vroč zrak ohladi glede na tekoče dno iz amortizerja. Ohlajen zrak vstopi v stolpec in stika s tekočino, kjer se nečistoče v zračnem toku absorbirajo v tekočino. Korak ogrevanja med zrakom in absorbentom Dessorbira onesnaževalce iz vpojne tekočine, ki se nato vrne v vpojni stolpec. Absorpcijski sistem lahko v več absorpcijskih korakov vključuje eno ali več tekočin, da se poveča odstranjevanje učinkovitosti ali uporabi specifične absorbente za odstranjevanje posebnih nečistoč iz zračnega toka. Vpojna regeneracija lahko vključuje ogrevanje iz drugih virov, v kombinaciji s segrevanjem, da se zmanjša tlak na nečistoče desorbine. Toploto iz ekstrahiranega zraka lahko povrnemo s posrednim stikom vročega zraka s procesno tekočino ali s prenosom toplote iz zraka v delovno tekočino, kot sta para ali inertni plin. V tem primeru se visoka raven toplote, ki nastane iz ekstrahiranega vira zraka, prenese v dušikovni tok, ki se vrne v plinsko turbino. Izvlečen zrak se nadalje ohladi s stikom z absorbernimi obogatenimi dnami, ki se uporabljajo za predhodno zdravljenje zraka na ASU.
Ta korak prenosa toplote je mogoče izvesti tudi v drugih absorpcijskih sistemih znotraj delovnega območja izdelka Pox ali Pox. Odvisno od materiala za topilo in absorpcijo se lahko odpravijo koraki obnovitve toplote na visoki ravni in vsa ekstrahirana toplota zraka, ki se uporablja za regeneracijo absorberja.
CO2 se lahko predela in proda kot stranski proizvod ali uporabi znotraj obrata. Primer je vrniti CO2 v plinsko turbino kot dodano razredčilo.

 

4. Zaključek

Kriogeni procesi so trenutno najprimernejša metoda za dobavo industrijskih plinov v velike objekte. Vključitev toplote, hladilnika, procesov in odpadkov med industrijskimi plinskimi procesi in drugimi enotami v celotnem objektu lahko izboljša učinkovitost in zmanjša stroške. Napredni koncepti integracije toplote lahko v prihodnosti olajšajo uporabo kemičnih ali ITM procesov.