Unit pemisahan udara untuk bahan kimia

Teknologi pemisahan udara kriogenik telah berjaya digunakan selama bertahun -tahun untuk menyediakan oksigen untuk gasifikasi pelbagai bahan makanan hidrokarbon untuk menghasilkan syngas untuk pengeluaran bahan api, bahan kimia, dan produk berharga lain. Contohnya termasuk
Penukaran sisa cecair dan pepejal dari penapisan ke hidrogen untuk digunakan di dalam kilang penapis, serta pengeluaran selektrik, dan minat yang semakin meningkat dalam proses pencairan gas asli yang menukarkan gas asli ke dalam minyak mentah sintetik, lilin dan bahan api. Dalam tahun -tahun kebelakangan ini, untuk mengurangkan kos peralatan atau meningkatkan kecekapan, gabungan proses pengeluaran oksigen dan loji pemprosesan hidrokarbon hiliran telah mendapat lebih banyak perhatian. Proses pengeluaran oksigen tradisional dan membangun dan skim bersepadu untuk meningkatkan ekonomi kemudahan ini diterangkan.

 

Kandungan

1. Tinjauan Teknologi Pemprosesan Gas Perindustrian Bukan Kryogenik

   1.1 penjerapan

   1.2 Sistem Membran Polimer

2. Teknologi pemprosesan gas perindustrian suhu rendah

   2.1 Gambaran Keseluruhan Pemprosesan Kriogenik

   2.2 Kitaran Cyclecompression Mampatan

   2.3 mengepam kitaran cecair cecair cecair

   2.4 Kitaran tekanan rendah dan tekanan tinggi

3. Perbandingan Alternatif Proses dan Penambahbaikan Teknologi

4. Kesimpulannya

Hubungi sekarang

1. Tinjauan Teknologi Pemprosesan Gas Perindustrian Bukan Kryogenik

1.1 penjerapan

Proses penjerapan didasarkan pada keupayaan beberapa bahan semulajadi dan sintetik untuk diserap nitrogen. Dalam kes zeolit, medan elektrik yang tidak berkesudahan wujud dalam ruang kosong bahan, mengakibatkan penjerapan keutamaan molekul yang lebih terpolarisasi, seperti yang mempunyai momen quadrupole elektrostatik yang lebih besar. Oleh itu, dalam pemisahan udara, molekul nitrogen lebih terserap daripada molekul oksigen atau argon. Apabila udara melewati lapisan bahan zeolit, nitrogen dikekalkan dan aliran kaya oksigen meninggalkan lapisan zeolit. Sieves molekul karbon adalah susunan magnitud yang sama seperti molekul udara. Oleh kerana molekul oksigen sedikit lebih kecil daripada molekul nitrogen, mereka meresap ke dalam rongga penyerap lebih cepat. Oleh itu, saringan molekul karbon adalah selektif untuk oksigen dan sieves molekul adalah selektif untuk nitrogen. Zeolit ​​biasanya digunakan dalam proses pengeluaran oksigen berasaskan penjerapan. Udara termampat dimasukkan ke dalam sebuah kapal yang mengandungi penyerap. Nitrogen diserap dan aliran air sisa yang kaya oksigen dihasilkan sehingga katil tepu dengan nitrogen. Pada ketika ini, udara suapan dihidupkan ke kapal segar dan penjanaan semula katil pertama boleh bermula. Penjanaan semula boleh dicapai dengan memanaskan katil atau mengurangkan tekanan katil, dengan itu mengurangkan kandungan nitrogen keseimbangan penjerap. Pemanasan biasanya dirujuk sebagai penjerapan swing suhu (TSA) dan mengurangkan tekanan biasanya dirujuk sebagai swing tekanan atau penjerapan ayunan vakum (PSA atau VSA). Tekanan yang dikurangkan mempunyai kitaran pendek dan mudah untuk beroperasi, menjadikannya proses pilihan untuk loji pemisahan udara. Variasi proses yang mempengaruhi kecekapan operasi termasuk pretreatment udara untuk menghilangkan air dan karbon dioksida secara berasingan, banyak katil untuk membolehkan pemulihan tenaga tekanan semasa penukaran katil, dan operasi vakum semasa tekanan yang dikurangkan. Sistem ini dioptimumkan berdasarkan aliran produk, kesucian, tekanan, penggunaan tenaga, dan hayat perkhidmatan yang dijangkakan. Kesucian oksigen biasanya 93% hingga 95% mengikut jumlah.

 

1.2 Sistem Membran Polimer

Proses membran yang menggunakan bahan polimer adalah berdasarkan perbezaan dalam kadar penyebaran oksigen dan nitrogen melalui membran yang memisahkan aliran proses tekanan tinggi dan tekanan rendah. Fluks dan selektiviti adalah dua sifat yang menentukan ekonomi sistem membran, dan kedua -duanya adalah fungsi bahan membran tertentu. Fluks membran menentukan kawasan permukaan membran dan merupakan fungsi perbezaan tekanan yang dibahagikan dengan ketebalan membran. Pemalar perkadaran yang berbeza dengan jenis membran dipanggil kebolehtelapan. Selektiviti adalah nisbah kebolehtelapan gas yang akan dipisahkan. Kebanyakan bahan membran lebih telap kepada oksigen daripada nitrogen kerana saiz molekul oksigen yang lebih kecil. Sistem membran umumnya terhad kepada pengeluaran udara yang diperkaya oksigen (25% hingga 50% oksigen). Membran pemindahan aktif atau difasilitasi mengandungi ejen kompleks oksigen untuk meningkatkan selektiviti oksigen dan merupakan kaedah yang berpotensi untuk meningkatkan kesucian oksigen dalam sistem membran, dengan mengandaikan bahawa bahan membran yang serasi dengan oksigen juga tersedia. Kelebihan utama pemisahan membran adalah kesederhanaan proses, kesinambungannya, dan operasinya pada keadaan dekat. Blower memberikan tekanan kepala yang mencukupi untuk mengatasi penurunan tekanan merentasi penapis, tiub membran, dan paip. Bahan membran biasanya dipasang ke dalam modul silinder yang dikaitkan bersama dengan pelbagai sambungan untuk menyediakan kapasiti pengeluaran yang diperlukan. Oksigen meresap melalui serat (jenis serat berongga) atau melalui lembaran (jenis luka lingkaran) dan diekstrak sebagai produk. Pam vakum biasanya mengekalkan perbezaan tekanan merentasi membran dan menyampaikan oksigen pada tekanan yang diperlukan. Karbon dioksida dan air biasanya terdapat dalam produk udara yang diperkaya oksigen kerana ia lebih telap daripada oksigen ke kebanyakan bahan membran. Walau bagaimanapun, sistem membran mudah disesuaikan dengan aplikasi sehingga 20 tan sehari, di mana kesucian udara diperkaya dengan bahan pencemar air dan karbon dioksida boleh diterima. Teknologi ini lebih baru daripada teknologi penjerapan atau kriogenik, dan penambahbaikan bahan boleh menjadikan membran lebih menarik untuk tuntutan oksigen yang lebih besar.

 

2. Teknologi pemprosesan gas perindustrian suhu rendah

2.1 Gambaran Keseluruhan Pemprosesan Kriogenik

Teknologi pemisahan udara kriogenik kini merupakan teknologi yang paling berkesan dan kos efektif untuk menghasilkan sejumlah besar oksigen gas atau cecair, nitrogen, dan argon. Unit pemisahan udara (ASUS) menggunakan proses penyulingan kriogenik pelbagai lajur konvensional untuk menghasilkan oksigen dari udara termampat pada pemulihan dan kesucian yang tinggi. Teknologi kriogenik juga boleh menghasilkan nitrogen kemelut tinggi sebagai aliran produk sampingan yang berguna pada kos tambahan yang agak rendah. Di samping itu, argon cecair, oksigen cecair, dan nitrogen cecair boleh ditambah ke slate produk untuk penyimpanan sandaran produk atau jualan sampingan pada modal tambahan dan kos elektrik yang rendah. Penyelidikan berterusan mengenai cara untuk meningkatkan produktiviti kereta api peralatan individu sebagai cara mengurangkan kos unit melalui skala ekonomi. Kebanyakan peralatan menggunakan motor elektrik konvensional untuk memacu peralatan untuk memampatkan suapan udara ke ASU, serta oksigen dan aliran produk lain. Perlu diperhatikan bahawa kemudahan IGCC menerima semua bekalan udara mereka dengan mengeluarkan udara dari turbin gas yang digunakan dalam kitaran gabungan untuk menghasilkan elektrik dari gas sintesis arang batu.

 

2.2 Kitaran Cyclecompression Mampatan

Proses pemisahan udara biasanya menghasilkan aliran produk gas pada sedikit di atas tekanan atmosfera dan berhampiran suhu ambien. Biasanya oksigen produk meninggalkan penukar haba utama pada tekanan rendah, dari 3.5 hingga 7 0. 0 MPa, dan kereta pemampat empar dengan kadar aliran masuk yang agak tinggi menyampaikan produk pada tekanan yang diperlukan.

 

2.3 mengepam kitaran cecair cecair cecair

Produk cecair boleh diambil dari penukar haba kriogenik hulu bahagian penyulingan untuk penyejatan dan pemanasan. Produk ini boleh dipam ke tekanan penghantaran yang dikehendaki atau tekanan pertengahan. Walau bagaimanapun, kerana kuasa yang diperlukan untuk menghasilkan produk cecair dari sistem penyulingan adalah 2 hingga 3 kali untuk menghasilkan produk gas, kitaran mesti cekap dalam memulihkan penyejuk yang terkandung dalam aliran produk yang dipam. Ini dicapai dengan mengepam aliran produk yang disejat dalam penukar haba kriogenik terhadap udara tekanan tinggi atau aliran suapan nitrogen. Udara cecair atau suapan nitrogen dikembalikan ke bahagian penyulingan untuk penyejukan. Kitaran proses cecair yang dipam yang mengepam aliran produk ke tekanan perantaraan di outlet unit pemisahan udara dipanggil kitaran cecair yang dipam separa dan memerlukan peralatan tambahan untuk memampatkan aliran produk ke tekanan penghantaran akhir. Pengepam penuh atau separa aliran produk menambah tahap kebebasan yang lain dalam mengoptimumkan kitaran kriogenik dan dapat menghapuskan atau mengurangkan saiz pemampat oksigen.

2.4 Kitaran tekanan rendah dan tekanan tinggi
Tekanan rendah (LP) kitaran unit pemisahan udara didasarkan pada memampatkan udara suapan hanya dengan keperluan tekanan untuk menolak produk sampingan nitrogen pada tekanan atmosfera. Oleh itu, tekanan udara makanan biasanya berbeza antara 360 dan 6 000 MPa, bergantung kepada kesucian oksigen dan tahap kecekapan tenaga yang dikehendaki. Kitaran ASU tekanan tinggi menghasilkan produk dan produk sampingan pada tekanan di atas tekanan atmosfera, biasanya memerlukan komponen kriogenik yang lebih kecil dan lebih padat, yang dapat menjimatkan kos. Kitaran EP biasanya menggunakan tekanan udara suapan melebihi 700 MPa. Kitaran EP mungkin sesuai apabila semua atau hampir semua produk sampingan nitrogen dimampatkan sebagai aliran produk. Di samping itu, kitaran EP sering dipilih untuk mengintegrasikan ASU dengan unit proses lain, seperti turbin gas.

 

3. Perbandingan Alternatif Proses dan Penambahbaikan Teknologi

 

Proses membran penjerapan dan polimer akan terus meningkatkan kecekapan kos dan tenaga melalui penyelidikan dan pembangunan bahan penyerap dan membran yang berterusan. Teknologi tidak dijangka mencabar teknologi kriogenik dalam keupayaannya untuk menghasilkan sejumlah besar oksigen, terutama pada kesucian yang lebih tinggi. Kedua -dua sistem penjerapan dan membran menghasilkan nitrogen produk sampingan yang mengandungi sejumlah besar oksigen. Jika nitrogen kesucian tinggi diperlukan, deoksigenasi tambahan atau sistem pembersihan lain mesti digunakan untuk meningkatkan kualiti nitrogen. Proses tidak boleh menghasilkan gas argon atau mulia secara langsung. Pengeluaran oksigen cecair atau nitrogen untuk sandaran sistem memerlukan peralatan kriogenik tambahan atau pengangkutan produk dari peralatan loji. Sebaliknya, proses penjerapan dan membran lebih mudah dan lebih pasif daripada teknologi kriogenik. Udara yang diekstrak dari pemampat turbin gas boleh sebahagian atau sepenuhnya memenuhi keperluan makanan ASU. Dalam konfigurasi mudah, tekanan penyulingan ASU akan menetapkan tekanan udara pengekstrakan. Sekiranya aliran udara pengekstrakan kurang daripada jumlah ASU yang diperlukan, pemampat udara tambahan akan digunakan, yang tekanan pelepasan akan sepadan dengan tekanan udara pengekstrakan. Sekiranya bekalan udara yang diekstrak adalah kira-kira satu perempat daripada jumlah permintaan ASU, tekanan penyulingan ASU boleh ditubuhkan secara bebas dan proses cecair yang dipam boleh digunakan.

Udara pengekstrakan tekanan tinggi mendidih oksigen cecair bertekanan atau nitrogen dalam zon pertukaran haba kriogenik. Bekalan udara termampat tambahan menetapkan tekanan penyulingan ASU.

Dalam kemudahan menggunakan turbin gas, udara boleh diekstrak untuk pelbagai sebab.
Sebagai suapan ke unit pemisahan udara, sebagai "ekzos" udara penyejukan untuk turbin itu sendiri, atau keperluan lain untuk udara bertekanan dalam kemudahan itu. Udara yang diekstrak mengandungi haba berharga yang boleh dipulihkan dengan cecair mendidih pada tahap suhu diskret, atau dengan pemindahan haba yang masuk akal ke cecair lain. Satu kelas aplikasi yang menggunakan haba yang pulih adalah penjanaan semula pelarut, yang merupakan proses yang mula -mula melakukan langkah penyerapan gas/cecair dan kemudian memindahkan haba ke cecair untuk menghilangkan produk gas atau bahan cemar. Langkah ini mempunyai harta yang contoh -contoh proses yang boleh mendapat manfaat daripada integrasi haba ini termasuk, tetapi tidak terhad kepada, operasi unit berikut yang boleh didapati dalam gasifikasi hidrokarbon atau kemudahan pemprosesan hidrokarbon. Penjanaan semula sistem pretreatment berasaskan cecair sebagai sebahagian daripada unit pemisahan udara kriogenik. Langkah-langkah penyerapan berasaskan cecair untuk menghilangkan bahan cemar dari aliran suapan udara ke loji pemisahan udara boleh mendapat manfaat daripada pemulihan haba udara ekstraktif. Dalam satu penjelmaan, udara panas disejukkan berbanding bahagian bawah cecair dari lajur penyerap. Udara yang disejukkan memasuki lajur dan menghubungi penyerap cecair, di mana kekotoran di aliran udara diserap ke dalam cecair. Langkah pemanasan udara-ke-penyerap menyerap bahan pencemar dari cecair penyerap, yang kemudiannya dikembalikan ke lajur penyerap. Sistem penyerapan mungkin termasuk satu atau lebih cecair dalam beberapa langkah penyerapan untuk meningkatkan penyingkiran kecekapan atau menggunakan penyerap tertentu untuk menghilangkan kekotoran tertentu dari aliran udara. Penjanaan semula penyerap mungkin termasuk pemanasan dari sumber lain, digabungkan dengan pemanasan untuk mengurangkan tekanan kepada kekotoran. Haba dari udara yang diekstrak boleh dipulihkan dengan sentuhan tidak langsung udara panas dengan cecair proses, atau dengan pemindahan haba dari udara ke cecair kerja seperti stim atau gas lengai. Dalam contoh ini, tahap haba yang tinggi yang dihasilkan dari sumber udara yang diekstrak dipindahkan ke aliran nitrogen yang kembali ke turbin gas. Udara yang diekstraksi selanjutnya disejukkan dengan bersentuhan dengan bahagian bawah penyerap yang digunakan untuk memberi makanan pra-merawat ke ASU.
Langkah pemindahan haba ini juga boleh dicapai dalam sistem penyerapan lain dalam kawasan kerja POX atau POX di kawasan loji. Bergantung pada bahan pelarut dan penyerapan, langkah pemulihan haba tahap tinggi boleh dihapuskan dan semua haba udara yang diekstrak yang digunakan untuk pertumbuhan semula penyerap.
CO2 boleh diproses dan dijual sebagai produk sampingan, atau digunakan di dalam loji. Contohnya adalah untuk mengembalikan CO2 ke turbin gas sebagai pencairan tambahan.

 

4. Kesimpulannya

Proses kriogenik kini merupakan kaedah pilihan untuk membekalkan gas perindustrian ke kemudahan besar. Integrasi haba, penyejukan, proses dan aliran sisa antara proses gas perindustrian dan unit lain di seluruh kemudahan dapat meningkatkan kecekapan dan mengurangkan kos. Konsep integrasi haba lanjutan boleh memudahkan penggunaan proses kimia atau ITM pada masa akan datang.