Õhu eraldamise üksus kemikaali jaoks

Krüogeense õhu eraldamise tehnoloogiat on edukalt kasutatud mitu aastat mitmesuguste süsivesinike lähteainete gaasistamiseks, et toota süngasid kütuste, kemikaalide ja muude väärtuslike toodete tootmiseks. Näited hõlmavad
Vedelate ja tahkete jäätmete muundamine rafineerimistehastest vesinikuks rafineerimistehaste sees kasutamiseks, samuti oflektrilisuse kaasprodutseerimine ning kasvav huvi maagaasi vedeldamise protsesside vastu, mis muudavad maagaasi sünteetiliseks toornaftaks, vahadeks ja kütusteks. Viimastel aastatel on seadmete kulude vähendamiseks või tõhususe parandamiseks pälvinud hapniku tootmisprotsessi ja allavoolu süsivesinike töötlemisettevõtte kombinatsioon üha suuremat tähelepanu. Kirjeldatakse nende rajatiste majanduse parandamiseks traditsioonilisi ja arenevaid hapniku tootmisprotsesse ning integreeritud skeeme.

 

Sisu

1. Ülevaade mittekogeensest tööstusliku gaasi töötlemise tehnoloogiast

   1.1 Adsorptsioon

   1.2 Polümeermembraanisüsteem

2.LOW temperatuuri tööstusliku gaasi töötlemise tehnoloogia

   2.1 Krüogeense töötlemise ülevaade

   2.2 Kompressioonitsüklikompressioonitsükkel

   2.3 Vedeliku tsüklipumpamise vedeliku tsükli pumpamine

   2.4 Madala rõhu ja kõrgsurve tsüklid

3. Protsessi alternatiivide ja tehnoloogia täiustamise võrratus

4. Jätkamine

Võtke kohe ühendust

1. Ülevaade mittekogeensest tööstusliku gaasi töötlemise tehnoloogiast

1.1 Adsorptsioon

Adsorptsiooniprotsess põhineb mõne loodusliku ja sünteetilise materjali võimel eelistatult adsorbeeruda lämmastikku. Tseoliitide puhul eksisteerib materjali tühjades ruumides inhomogeenne elektriväli, mille tulemuseks on polariseerunud molekulide eelistatav adsorptsioon, näiteks need, millel on suuremate elektrostaatiliste kvadrupoolide hetked. Seega on õhu eraldamisel lämmastikumolekulid tugevamalt adsorbeeritud kui hapniku või argooni molekulid. Kui õhk läbib tseoliidimaterjali kihi, säilitatakse lämmastik ja hapnikurikas oja jätab tseoliidi kihi. Süsinikumolekulaarsed sõelad on samas suurusjärgus kui õhumolekulid. Kuna hapnikumolekulid on pisut väiksemad kui lämmastikumolekulid, hajuvad need adsorbendi õõnsustesse kiiremini. Seega on süsinikmolekulaarsed sõelad hapniku jaoks selektiivsed ja molekulaarsed sõelud on lämmastiku jaoks selektiivsed. Tseoliite kasutatakse tavaliselt adsorptsioonipõhistel hapniku tootmisprotsessidel. Suruõhk suunatakse adsorbenti sisaldavasse anumasse. Lämmastik on adsorbeeritud ja hapnikurikka reovee oja toodetakse, kuni voodi on lämmastikuga küllastunud. Sel hetkel lülitatakse söödaõhk värskele laevale ja esimese voodi taastamine võib alata. Regenereerimist saab saavutada voodi kuumutamise või voodirõhu vähendamisega, vähendades seeläbi adsorbendi tasakaalu lämmastiku sisaldust. Kuumutamist nimetatakse tavaliselt temperatuuri kiige adsorptsiooniks (TSA) ja rõhu vähendamist nimetatakse tavaliselt rõhuköögiks või vaakumi kiige adsorptsiooniks (PSA või VSA). Vähendatud rõhul on lühike tsükkel ja selle kasutamine on lihtne, muutes selle õhu eraldamisettevõtete eelistatud protsessiks. Protsessi variatsioonid, mis mõjutavad töötõhusust, hõlmavad õhu eeltöötlust vee ja süsinikdioksiidi eemaldamiseks eraldi, mitu voodit, et võimaldada surveenergia taastumist voodilülituse ajal, ja vaakumi töö vähendatud rõhu ajal. Süsteem on optimeeritud tootevoo, puhtuse, rõhu, energiatarbimise ja eeldatava kasutusaja põhjal. Hapniku puhtus on tavaliselt 93–95% mahust.

 

1.2 Polümeermembraanisüsteem

Polümeermaterjale kasutavad membraaniprotsessid põhinevad hapniku ja lämmastiku difusiooni kiiruse erinevustel membraani kaudu, mis eraldab kõrgsurve- ja madalrõhuprotsesside voogusid. Voog ja selektiivsus on kaks omadust, mis määravad membraanisüsteemi ökonoomika, ja mõlemad on konkreetse membraanimaterjali funktsioonid. Membraani voog määrab membraani pindala ja on funktsioon rõhu erinevusest, mis on jagatud membraani paksusega. Proportsionaalsuse konstant, mis varieerub vastavalt membraani tüübile, nimetatakse läbilaskvuseks. Selektiivsus on eraldatavate gaaside läbilaskvuse suhe. Enamik membraanimaterjale on hapniku molekuli väiksema suuruse tõttu paremini läbilaskvad kui lämmastikku. Membraanisüsteemid piirduvad üldiselt hapnikuga rikastatud õhu tootmisega (25% kuni 50% hapnik). Aktiivsed või hõlbustatud ülekandemembraanid sisaldavad hapnikukompleksset ainet hapniku selektiivsuse suurendamiseks ja on potentsiaalne meetod hapniku puhtuse suurendamiseks membraanisüsteemides, eeldades, et hapnikuga ühilduvad membraanimaterjalid on ka saadaval. Membraanide eraldamise peamine eelis on protsessi lihtsus, selle järjepidevus ja töö peaaegu ailgutingimustes. Puhur annab piisava pearõhu, et ületada filtrite, membraanitorude ja torustiku rõhu langus. Membraanimaterjalid koondatakse tavaliselt silindrilisteks mooduliteks, mis on ühendatud mitme ühendusega, et pakkuda nõutavat tootmisvõimsust. Hapnik läbib kiudude (õõnes kiu tüüp) või lehtede (spiraalhaava tüüpi) kaudu ja see ekstraheeritakse tootena. Vaakumpump säilitab tavaliselt membraani rõhu erinevuse ja tarnib hapniku vajaliku rõhu korral. Süsinikdioksiid ja vesi esinevad tavaliselt hapnikuga rikastatud õhutootes, kuna need on enamiku membraansete materjalide jaoks paremini läbilaskvad kui hapnik. Kuid membraanisüsteemid on hõlpsasti kohandatavad kuni 20 tonni päevas, kus vee ja süsinikdioksiidi saasteainetega rikastatud õhu puhtus saab taluda. See tehnoloogia on uuem kui adsorptsioon või krüogeensed tehnoloogiad ning materjalide täiustamine võib muuta membraanid suuremate hapnikuvajaduste jaoks atraktiivsemaks.

 

2.LOW temperatuuri tööstusliku gaasi töötlemise tehnoloogia

2.1 Krüogeense töötlemise ülevaade

Krüogeense õhu eraldamise tehnoloogia on praegu kõige tõhusam ja kulutõhusam tehnoloogia suures koguses gaasilise või vedela hapniku, lämmastiku ja argooni tootmiseks. Õhu eraldamise ühikud (ASUS) kasutavad tavalist mitmekesist krüogeenset destillaatimisprotsessi suruõhust hapniku tootmiseks suure taastumise ja puhtuse korral. Krüogeenne tehnoloogia võib toota ka kõrge puhtusastmega lämmastikku kui kasulikku kõrvalprodukti voolu suhteliselt madalate lisakuludega. Lisaks saab toote kiltkivisse lisada vedelat argooni, vedelat hapnikku ja vedelat lämmastikku toote varundamise või kõrvalsaaduse müügi säilitamiseks madala suureneva kapitali ja elektrikulude korral. Uuringud jätkavad üksikute seadme rongide tootlikkuse suurendamise võimalusi kui vahendina ühikukulude vähendamiseks mastaabisäästu kaudu. Enamik seadmeid kasutab tavapäraseid elektrimootoreid, et juhtida seadmeid ASU -le, samuti hapniku ja muude tootevoogude surumiseks. On tähelepanuväärne, et IGCC rajatised saavad kogu oma õhuvarustuse, eraldades õhku kombineeritud tsüklis kasutatavatest gaasiturbiinidest, et toota söe sünteesigaasist elektrit.

 

2.2 Kompressioonitsüklikompressioonitsükkel

Õhu eraldamise protsessid annavad tavaliselt gaasitoode voolu pisut atmosfäärirõhust ja ümbritseva õhu temperatuuri lähedal. Tavaliselt jätab toote hapnik peamise soojusvaheti madala rõhu all, vahemikus 3,5 kuni 7 0. 0 MPa, ja tsentrifugaalkompressorirong, millel on suhteliselt kõrge sisselaskehulga voolukiirus, annab produkti vajaliku rõhu korral.

 

2.3 Vedeliku tsüklipumpamise vedeliku tsükli pumpamine

Vedelaid tooteid saab krüogeensetest soojusvahetitest aurustumiseks ja kuumutamiseks destilleerimise sektsioonist ülesvoolu. Neid tooteid saab pumbata soovitud kohaletoimetamisrõhule või vaherõhule. Kuna destilleerimissüsteemist vedelate toodete tootmiseks vajalik võimsus on 2–3 -kordne gaasiliste toodete tootmisel, peab tsükkel olema tõhus pumbatud tootevoos sisalduva külmutusagensi taastamisel. See saavutatakse aurustunud tootevoo kondenseerimisega krüogeenses soojusvahetis kõrgsurveõhu või lämmastiku söödavoo vastu. Vedeldatud õhu või lämmastiku sööt tagastatakse destilleerimise sektsiooni jahutamiseks. Pumbatud vedelikuprotsessi tsüklid, mis pumbavad toote ojasid õhuseadme väljalaskeava väljalaskeava vahepealsele rõhule, nimetatakse osalisteks pumbatud vedelaks tsükliks ja vajavad täiendavaid seadmeid, et koostada tootevoog lõpliku kohaletoimetamisrõhuni. Tootevoogude täielik või osaline pumpamine lisab krüogeense tsükli optimeerimisel veel ühe vabaduse ja võib hapniku kompressori suurust kõrvaldada või vähendada.

2.4 Madala rõhu ja kõrgsurve tsüklid
Madala rõhu (LP) õhu eraldamise ühiku tsüklid põhinevad söödaõhu kokkusurumisel ainult rõhuvajadusega, et lükata lämmastiku kõrvalsaadus atmosfäärirõhul tagasi. Seetõttu varieerub söödaõhurõhk tavaliselt 360 kuni 6 000 MPa, sõltuvalt hapniku puhtusest ja soovitud energiatõhususe tasemest. Kõrgsurve ASU tsüklid toodavad produkti- ja kõrvalsaaduste voogusid rõhu all, mis on tunduvalt atmosfäärirõhust kõrgemad, nõudes tavaliselt väiksemaid ja kompaktsemaid krüogeenseid komponente, mis võivad kulusid kokku hoida. EP tsüklites kasutatakse tavaliselt söödaõhurõhku, mis ületab 700 MPa. EP tsükkel võib olla sobiv, kui kogu või peaaegu kogu lämmastiku kõrvalsaadus on tootevoogina kokku surutud. Lisaks valitakse EP tsükkel sageli ASU integreerimiseks teiste protsessiüksustega, näiteks gaasiturbiinidega.

 

3. Protsessi alternatiivide ja tehnoloogia täiustamise võrratus

 

Adsorptsiooni- ja polümeerimembraaniprotsessid paranevad kulude ja energiatõhususe paranemisel adsorbentide ja membraanimaterjalide jätkuva uurimise ja arendamise kaudu. Kumbki tehnoloogia ei eeldata krüogeenset tehnoloogiat selle võime tõttu toota suures koguses hapnikku, eriti kõrgemate puhtuse korral. Nii adsorptsiooni- kui ka membraanisüsteemid toodavad kõrvalprodukti lämmastikku, mis sisaldab märkimisväärses koguses hapnikku. Kui on vaja kõrge puhtuse lämmastik, tuleb lämmastiku kvaliteedi parandamiseks kasutada täiendavat desoksügeenitamist või muid puhastussüsteeme. Kumbki protsess ei saa otseselt argooni ega üllaseid gaase toota. Vedela hapniku või lämmastiku tootmine süsteemi varundamiseks nõuab täiendavat krüogeenset varustust või tootevedu taimevarustusest. Teisest küljest on adsorptsioon ja membraaniprotsessid lihtsamad ja passiivsemad kui krüogeensed tehnoloogiad. Gaasiturbiini kompressorist eraldatud õhk võib osaliselt või täielikult vastata ASU söödanõuetele. Lihtsa konfiguratsiooni korral seab ASU destilleerimisrõhk ekstraheerimise õhurõhu. Kui ekstraheerimisõhu vool on väiksem kui kogu ASU, kasutatakse õhukompressorit, mille tühjendusrõhk vastab ekstraheerimise õhurõhule. Kui ekstraheeritud õhuvarustus on umbes veerand kogu ASU nõudlusest, saab ASU destilleerimisrõhu iseseisvalt luua ja kasutada pumbatud vedelat protsessi.

Kõrgsurve ekstraheerimisõhk keeb krüogeense soojusvahetuse tsoonis survestatud vedelat hapnikku või lämmastikku. Lisasuru õhuvarustus seab ASU destilleerimisrõhu.

Gaasiturbiine kasutavates rajatistes võib õhku eraldada mitmesugustel põhjustel.
Kui sööda õhu eraldusüksusele, kui "heitgaaside" jahutusõhk turbiini enda jaoks või muud nõuded survestatud õhu jaoks rajatises. Ekstraheeritud õhk sisaldab väärtuslikku soojust, mida saab koguda vedeliku diskreetse temperatuuri tasemel või mõistliku soojusülekande abil teise vedelikule. Üks rakenduste klass, mis kasutab taaskasutatud soojust, on lahusti regenereerimine, mis on protsess, mis kõigepealt viib läbi gaasi/vedeliku imendumise etapi ja edastab seejärel soojuse vedelikusse desorbi gaasiliste toodete või saasteaineteni. Sellel sammul on omadus, mille näited protsessidest, mis sellest soojuse integreerimisest kasu saavad, hõlmavad, kuid ei ole piiratud, järgmised ühiku toimingud, mida võib leida süsivesinike gaasistamise või süsivesinike töötlemise rajatistes. Vedelikupõhise õhu eeltöötlussüsteemi regenereerimine osana krüogeense õhu eraldusüksuse osana. Vedelikupõhised neeldumissammud saasteainete eemaldamiseks õhusööda voogudest õhust eraldamisettevõteteni on kasu õhu soojuse taastamisest. Ühes teostuses jahutatakse kuuma õhku võrreldes absorbeeritud kolonni vedelike põhjade suhtes. Jahutatud õhk siseneb kolonni ja võtab ühendust vedelikuga, kus õhuvoolu lisandid imenduvad vedelikku. Õhk-absorbeeritud kütte samm desorbeerub imava vedeliku saasteaineid, mis seejärel tagastatakse imavasse kolonni. Neeldumissüsteem võib sisaldada ühte või mitut vedelikku mitmes imendumisstapis, et suurendada efektiivsuse eemaldamist või kasutada spetsiifilisi imasid, et eemaldada õhuvoolust spetsiifilised lisandid. Imav regenereerimine võib hõlmata teistest allikatest pärit kuumutamist koos kuumutamisega, et vähendada rõhku desorbi lisanditele. Ekstraheeritud õhu soojust võib taastada kuuma õhu kaudse kontakti abil protsessivedelikuga või soojusületamisega õhust töötavasse vedelikku, näiteks auru või inertgaasi. Selles näites kantakse ekstraheeritud õhuallikast tekkiv kõrge soojustase lämmastikuvoolu, mis naaseb gaasiturbiini. Ekstraheeritud õhk jahutatakse veelgi kontaktiga absorbeerijaga rikastatud põhjadega, mida kasutatakse ASU-le õhutõusu eelnemiseks.
Seda soojusülekande etappi saab teha ka muudes taimede või Poxi toote tööpiirkonnas asuvates neeldumissüsteemides. Sõltuvalt lahusti ja neeldumismaterjalist võib elimineerida kõrgetasemelise soojuse taastumise etapid ja kogu absorbeerija regenereerimiseks kasutatav ekstraheeritud õhusoojus.
CO2 saab töödelda ja müüa kõrvalsaadusena või kasutada taimes. Näitena on lisatud lahjendina CO2 gaasiturbiinile tagastamine.

 

4. Jätkamine

Krüogeensed protsessid on praegu eelistatud meetod tööstusgaaside varustamiseks suurtele rajatistele. Soojuse integreerimine, jahutamine, protsess ja jäätmevoogud tööstuslike gaasiprotsesside ja muude rajatiste vahel võib tõhusust parandada ja kulusid vähendada. Täiustatud soojuse integreerimise kontseptsioonid võivad tulevikus hõlbustada keemiliste või ITM -protsesside kasutamist.