Kimyasal için Hava Ayırma Ünitesi

Kriyojenik hava ayırma teknolojisi, yakıt, kimyasal ve diğer değerli ürünlerin üretimi için syngas üretmek üzere çeşitli hidrokarbon hammaddelerinin gazlaştırılması için oksijen sağlamak üzere yıllarca başarıyla kullanılmaktadır. Örnekler arasında
Sıvı ve katı atıkların rafinerilerin içinde kullanılmak üzere rafinerilerden hidrojene dönüştürülmesinin yanı sıra, elektrikliğin birlikte üretimi ve doğal gazı sentetik ham petrol, mumlar ve yakıtlara dönüştüren doğal gaz sıvılaşma süreçlerine artan ilgi. Son yıllarda, ekipman maliyetini azaltmak veya verimliliği artırmak için, oksijen üretim süreci ve akış aşağı hidrokarbon işleme tesisi kombinasyonu gittikçe daha fazla dikkat çekmiştir. Bu tesislerin ekonomisini geliştirmek için geleneksel ve gelişen oksijen üretim süreçleri ve entegre şemalar açıklanmaktadır.

 

İçerik

1. Kriyojenik olmayan endüstriyel gaz işleme teknolojisinin gözden geçirilmesi

   1.1 Adsorpsiyon

   1.2 Polimer Membran Sistemi

2. Düşük sıcaklık endüstriyel gaz işleme teknolojisi

   2.1 Kriyojenik işleme genel bakış

   2.2 Sıkıştırma CycleCompression Döngüsü

   2.3 Sıvı Döngüsü Pompalama Sıvı Döngüsü

   2.4 Düşük basınç ve yüksek basınçlı döngüler

3. Süreç alternatiflerinin ve teknoloji iyileştirmelerinin karşılaştırılması

4.

Şimdi iletişime geçin

1. Kriyojenik olmayan endüstriyel gaz işleme teknolojisinin gözden geçirilmesi

1.1 Adsorpsiyon

Adsorpsiyon işlemi, bazı doğal ve sentetik materyallerin tercihen azotu adsorbe etme yeteneğine dayanmaktadır. Zeolitler durumunda, malzemenin boş alanlarında homojen olmayan bir elektrik alanı vardır, bu da daha büyük elektrostatik dörtlü momentlere sahip olanlar gibi daha polarize olan moleküllerin tercihli adsorpsiyonu ile sonuçlanır. Bu nedenle, hava ayrılmasında, azot molekülleri oksijen veya argon moleküllerinden daha güçlü bir şekilde adsorbe edilir. Hava bir zeolit ​​malzeme tabakasından geçtikçe, azot tutulur ve oksijen açısından zengin bir akım zeolit ​​tabakasını bırakır. Karbon moleküler elekler hava molekülleri ile aynı büyüklüktedir. Oksijen molekülleri azot moleküllerinden biraz daha küçük olduğundan, adsorbanın boşluklarına daha hızlı yayılırlar. Bu nedenle, karbon moleküler elekler oksijen için seçicidir ve moleküler elekler azot için seçicidir. Zeolitler, adsorpsiyon bazlı oksijen üretim süreçlerinde yaygın olarak kullanılır. Sıkıştırılmış hava, adsorban içeren bir gemiye beslenir. Azot adsorbe edilir ve yatak azot ile doyuruncaya kadar oksijen açısından zengin bir atık su akışı üretilir. Bu noktada, besleme havası taze bir gemiye geçirilir ve ilk yatağın rejenerasyonu başlayabilir. Yatağın ısıtılması veya yatak basıncının azaltılmasıyla rejenerasyon elde edilebilir, böylece adsorbanın denge azot içeriğini azaltır. Isıtma genellikle sıcaklık salınımı adsorpsiyonu (TSA) olarak adlandırılır ve basıncı azaltmak genellikle basınç salınımı veya vakum salınım adsorpsiyonu (PSA veya VSA) olarak adlandırılır. Azaltılmış basınç kısa bir döngüye sahiptir ve kullanımı kolaydır, bu da onu hava ayırma tesisleri için tercih edilen işlem haline getirir. Çalışma verimliliğini etkileyen işlem varyasyonları, su ve karbondioksiti ayrı ayrı uzaklaştırmak için havanın ön işlemini, yatak anahtarı sırasında basınç enerjisi geri kazanımına izin vermek için çoklu yatakları ve azaltılmış basınç sırasında vakum çalışmasını içerir. Sistem, ürün akışı, saflık, basınç, enerji tüketimi ve beklenen hizmet ömrüne göre optimize edilmiştir. Oksijen saflığı hacimce tipik olarak% 93 ila% 95'tir.

 

1.2 Polimer Membran Sistemi

Polimerik malzemeler kullanan membran işlemleri, yüksek basınç ve düşük basınçlı işlem akışlarını ayıran bir membran yoluyla oksijen ve azot difüzyon oranlarındaki farklılıklara dayanır. Akı ve seçicilik, bir membran sisteminin ekonomisini belirleyen iki özelliktir ve her ikisi de spesifik membran malzemesinin işlevleridir. Membran akısı, membranın yüzey alanını belirler ve basınç farkının bir fonksiyonu membran kalınlığına bölünür. Membran tipine göre değişen orantılılık sabitine geçirgenlik denir. Seçicilik, ayrılacak gazların geçirgenliklerinin oranıdır. Membran malzemelerinin çoğu, oksijen için oksijen molekülünün daha küçük boyutu nedeniyle azottan daha geçirgendir. Membran sistemleri genellikle oksijen ile zenginleştirilmiş hava üretimi ile sınırlıdır (% 25 ila% 50 oksijen). Aktif veya kolaylaştırılmış transfer membranları, oksijen seçiciliğini arttırmak için bir oksijen kompleksleme maddesi içerir ve oksijenle uyumlu membran malzemelerinin de mevcut olduğu varsayılarak membran sistemlerinde oksijen saflığını arttırmanın potansiyel bir yöntemdir. Membran ayrılmasının büyük bir avantajı, sürecin sadeliği, sürekliliği ve yakın koşullarda çalışmasıdır. Üfleyici, filtreler, membran tüpleri ve borular arasındaki basınç düşüşünün üstesinden gelmek için yeterli kafa basıncı sağlar. Membran malzemeleri genellikle gerekli üretim kapasitesini sağlamak için birden fazla bağlantı ile birbirine bağlanan silindirik modüllere monte edilir. Oksijen, liflerden (içi boş lif tipi) veya tabakalardan (spiral yara tipi) nüfuz eder ve bir ürün olarak çıkarılır. Bir vakum pompası genellikle membran boyunca basınç farkını korur ve gerekli basınçta oksijeni sağlar. Karbondioksit ve su genellikle oksijenle zenginleştirilmiş hava ürününde bulunur, çünkü çoğu membran malzemesine oksijenden daha geçirgendirler. Bununla birlikte, membran sistemleri, su ve karbondioksit kirleticilerle zenginleştirilmiş havanın saflığının tolere edilebileceği günde 20 tona kadar uygulamalara kolayca uyarlanır. Bu teknoloji adsorpsiyon veya kriyojenik teknolojilerden daha yenidir ve malzemelerdeki iyileştirmeler, membranları daha büyük oksijen talepleri için daha cazip hale getirebilir.

 

2. Düşük sıcaklık endüstriyel gaz işleme teknolojisi

2.1 Kriyojenik işleme genel bakış

Kriyojenik hava ayırma teknolojisi şu anda büyük miktarlarda gaz veya sıvı oksijen, azot ve argon üretmek için en etkili ve uygun maliyetli teknolojidir. Hava Ayırma Birimleri (ASUS), yüksek geri kazanım ve saflıkta basınçlı havadan oksijen üretmek için geleneksel çok sütunlu kriyojenik damıtma işlemi kullanır. Kriyojenik teknoloji, nispeten düşük artımlı maliyetle yararlı bir yan ürün akışı olarak yüksek saflıkta azot üretebilir. Buna ek olarak, ürün yedeklemesinin veya yan ürün satışlarının düşük artımlı sermaye ve elektrik maliyetlerinde depolanması için ürün kayrakına sıvı argon, sıvı oksijen ve sıvı azot ilave edilebilir. Araştırmalar, ölçek ekonomileri yoluyla birim maliyetlerini azaltmanın bir aracı olarak bireysel ekipman trenlerinin verimliliğini artırmanın yolları üzerinde devam etmektedir. Çoğu ekipman, ASU'ya hava beslemesini sıkıştırmak için ekipmanı, oksijen ve diğer ürün akışlarını kullanmak için geleneksel elektrik motorları kullanır. IGCC tesislerinin, kömür sentezi gazından elektrik üretmek için kombine döngüde kullanılan gaz türbinlerinden hava çıkararak tüm hava tedariklerini almaları dikkat çekicidir.

 

2.2 Sıkıştırma CycleCompression Döngüsü

Hava ayırma işlemleri tipik olarak atmosfer basıncının biraz üstünde ve ortam sıcaklığına yakın bir gaz ürün akışı üretir. Tipik olarak ürün oksijen, ana ısı eşanjörünü düşük basınçta bırakır, 3.5 ila 7 0. 0 MPa ve nispeten yüksek bir giriş hacim akış hızına sahip bir santrifüj kompresör treni ürünü gerekli basınçta verir.

 

2.3 Sıvı Döngüsü Pompalama Sıvı Döngüsü

Sıvı ürünler, buharlaşma ve ısıtma için damıtma bölümünün yukarısındaki kriyojenik ısı eşanjörlerinden alınabilir. Bu ürünler istenen doğum basıncına veya ara basınca pompalanabilir. Bununla birlikte, bir damıtma sisteminden sıvı ürünler üretmek için gereken güç, gaz ürünleri üretmenin 2 ila 3 katı olduğundan, pompalanan ürün akışında bulunan soğutucuyu geri kazanmada döngü verimli olmalıdır. Bu, kriyojenik ısı eşanjöründeki buharlaştırılmış ürün akışının yüksek basınçlı bir hava veya azot besleme akışına karşı yoğunlaştırılmasıyla gerçekleştirilir. Sıvılaştırılmış hava veya azot beslemesi, soğutma için damıtma bölümüne iade edilir. Ürün akışlarını hava ayırma ünitesinin çıkışındaki bir ara basınca pompalayan pompalanan sıvı işlem döngülerine kısmi pompalanan sıvı döngüleri denir ve ürün akışını son teslimat basıncına sıkıştırmak için ek ekipman gerektirir. Ürün akışlarının tam veya kısmi pompalanması, kriyojenik döngüyü optimize etmek için başka bir serbestlik derecesi ekler ve oksijen kompresörünün boyutunu ortadan kaldırabilir veya azaltabilir.

2.4 Düşük basınç ve yüksek basınçlı döngüler
Düşük Basınç (LP) Hava Ayırma Ünitesi Döngüleri, sadece atmosfer basıncında azot yan ürününü reddetmek için basınç gereksinimi ile besleme havasının sıkıştırılmasına dayanır. Bu nedenle, yem havası basınçları, oksijen saflığına ve istenen enerji verimliliğine bağlı olarak tipik olarak 360 ve 6 000 MPa arasında değişir. Yüksek basınçlı ASU döngüleri, atmosferik basıncın çok üzerindeki basınçlarda ürün ve yan ürün akışları üretir, tipik olarak maliyet tasarrufu sağlayabilen daha küçük ve daha kompakt kriyojenik bileşenler gerektirir. EP döngüleri tipik olarak 700 MPa'dan fazla besleme hava basınçları kullanır. EP döngüsü, azot yan ürününün tamamı veya neredeyse tamamı bir ürün akışı olarak sıkıştırıldığında uygun olabilir. Ek olarak, EP döngüsü genellikle ASU'yu gaz türbinleri gibi diğer işlem birimleriyle entegre etmek için seçilir.

 

3. Süreç alternatiflerinin ve teknoloji iyileştirmelerinin karşılaştırılması

 

Adsorpsiyon ve polimer membran süreçleri, adsorbanların ve membran malzemelerinin sürekli araştırılması ve geliştirilmesi yoluyla maliyet ve enerji verimliliğinde iyileşmeye devam edecektir. Her iki teknolojinin de kriyojenik teknolojiye, özellikle daha yüksek saflıklarda büyük miktarlarda oksijen üretme yeteneğinde meydan okuması beklenmemektedir. Hem adsorpsiyon hem de membran sistemleri, önemli miktarda oksijen içeren yan ürün azotu üretir. Yüksek saflıkta azot gerekiyorsa, azot kalitesini artırmak için ilave deoksijenasyon veya diğer saflaştırma sistemleri kullanılmalıdır. Her iki işlem de doğrudan argon veya asil gaz üretemez. Sistem yedeklemesi için sıvı oksijen veya azot üretimi, ek kriyojenik ekipman veya bitki ekipmanlarından ürün taşımacılığı gerektirir. Öte yandan, adsorpsiyon ve membran işlemleri kriyojenik teknolojilerden daha basit ve daha pasiftir. Gaz türbini kompresöründen çıkarılan hava, ASU'nun besleme gereksinimlerini kısmen veya tamamen karşılayabilir. Basit bir konfigürasyonda, ASU damıtma basıncı ekstraksiyon hava basıncını ayarlayacaktır. Ekstraksiyon hava akışı gereken toplam ASU'dan daha azsa, deşarj basıncı ekstraksiyon hava basıncıyla eşleşecek olan bir yardımcı hava kompresörü kullanılacaktır. Ekstrakte edilen hava temini toplam ASU talebinin yaklaşık dörtte biri ise, ASU damıtma basıncı bağımsız olarak kurulabilir ve pompalanan bir sıvı işlemi kullanılabilir.

Yüksek basınçlı ekstraksiyon havası, kriyojenik ısı değişim bölgesinde basınçlı sıvı oksijen veya azot kaynar. Yardımcı basınçlı hava beslemesi ASU damıtma basıncını belirler.

Gaz türbinleri kullanan tesislerde, hava çeşitli nedenlerle çıkarılabilir.
Bir hava ayırma ünitesine beslenirken, türbinin kendisi için "egzoz" soğutma havası veya tesis içindeki basınçlı hava için diğer gereksinimler olarak. Ekstrakte edilen hava, ayrı sıcaklık seviyelerinde kaynatılarak veya başka bir sıvıya mantıklı ısı transferi ile geri kazanılabilen değerli ısı içerir. Geri kazanılmış ısıyı kullanan bir uygulama sınıfı, önce bir gaz/sıvı emme adımı gerçekleştiren ve daha sonra ısıyı desorb gaz ürünleri veya kirletici maddelere aktaran bir işlemdir. Bu adım, bu ısı entegrasyonundan yararlanabilecek süreç örneklerinin, bunlarla sınırlı olmamak üzere, hidrokarbon gazlaştırma veya hidrokarbon işleme tesislerinde bulunabilecek aşağıdaki birim işlemleri içerir. Bir kriyojenik hava ayırma ünitesinin bir parçası olarak sıvı bazlı bir hava ön işlem sisteminin rejenerasyonu. Kirleticileri hava besleme akışlarından hava ayırma tesislerine çıkarmak için sıvı bazlı emilim adımları, çıkarma hava ısısı geri kazanımından yararlanabilir. Bir düzenekte, sıcak hava emici bir sütundaki sıvı diplere göre soğutulur. Soğutulmuş hava kolona girer ve hava akımındaki safsızlıkların sıvıya emildiği sıvı emiciliğine temas eder. Havadan emici ısıtma adımı, emici sıvıdan kirleticileri giderir, bu daha sonra emici kolona geri döndürülür. Emilim sistemi, verimliliğin giderilmesini arttırmak veya hava akışından belirli safsızlıkları çıkarmak için spesifik emilimleri kullanmak için çeşitli emilim aşamalarında bir veya daha fazla sıvı içerebilir. Emici rejenerasyon, desorb safsızlıklarına olan basıncı azaltmak için ısıtma ile birlikte diğer kaynaklardan ısıtmayı içerebilir. Ekstrakte edilen havadan gelen ısı, sıcak havanın bir proses sıvısı ile dolaylı teması veya havadan buhar veya inert gaz gibi bir çalışma sıvısına ısı transferi ile geri kazanılabilir. Bu örnekte, çıkarılan hava kaynağından üretilen yüksek ısı seviyesi, gaz türbinine geri dönen azot akışına aktarılır. Ekstrakte edilen hava, ASU'ya hava beslemesini önceden muamele etmek için kullanılan emici zenginleştirilmiş diplerle temas edilerek daha da soğutulur.
Bu ısı transfer adımı, tesisin Pox veya Pox ürün çalışma alanındaki diğer emilim sistemlerinde de gerçekleştirilebilir. Solvent ve emilim malzemesine bağlı olarak, üst düzey ısı geri kazanım aşamaları ortadan kaldırılabilir ve emici rejenerasyonu için kullanılan tüm çıkarılan hava ısısı olabilir.
CO2, yan ürün olarak işlenebilir ve satılabilir veya tesis içinde kullanılabilir. Bir örnek, CO2'yi ek bir seyreltici olarak gaz türbinine geri dönmektir.

 

4.

Kriyojenik süreçler şu anda büyük tesislere endüstriyel gaz tedarik etmek için tercih edilen yöntemdir. Endüstriyel gaz işlemleri ve tesis boyunca diğer birimler arasında ısı, soğutma, işlem ve atık akışlarının entegrasyonu verimliliği artırabilir ve maliyetleri azaltabilir. Gelişmiş ısı entegrasyon kavramları, gelecekte kimyasal veya ITM süreçlerinin kullanımını kolaylaştırabilir.