Unità ta 'separazzjoni ta' l-arja għal kimika

It-teknoloġija ta 'separazzjoni ta' l-arja krijoġenika ilha tintuża b'suċċess għal ħafna snin biex tipprovdi ossiġenu għall-gassifikazzjoni ta 'diversi materja prima ta' idrokarburi biex tipproduċi syngas għall-produzzjoni ta 'karburanti, kimiċi, u prodotti oħra ta' valur. Eżempji jinkludu
Il-konverżjoni ta 'skart likwidu u solidu minn raffineriji għal idroġenu għall-użu ġewwa r-raffineriji, kif ukoll il-koproduzzjoni ta' l-elettriku, u l-interess dejjem jikber fil-proċessi ta 'likwifikazzjoni tal-gass naturali li jikkonvertu l-gass naturali f'żejt mhux raffinat sintetiku, xama' u karburanti. Fi snin reċenti, sabiex titnaqqas l-ispiża tat-tagħmir jew titjieb l-effiċjenza, il-kombinazzjoni ta 'proċess ta' produzzjoni ta 'ossiġnu u impjant ta' proċessar ta 'idrokarburi' l isfel irċieva aktar u aktar attenzjoni. Proċessi tradizzjonali u li qed jiżviluppaw ta 'produzzjoni ta' ossiġnu u skemi integrati biex itejbu l-ekonomija ta 'dawn il-faċilitajiet huma deskritti.

 

Kontenut

1. Overview ta 'teknoloġija mhux kriġenika tal-ipproċessar tal-gass industrijali

   1.1 adsorbiment

   1.2 Sistema tal-membrana tal-polimeru

2. Temperatura baxxa tat-teknoloġija tal-ipproċessar tal-gass industrijali

   2.1 Ħarsa ġenerali lejn l-ipproċessar krijoġeniku

   2.2 Ċiklu ta 'Ċikkompressjoni tal-Kompressjoni

   2.3 Ċiklu tal-likwidu tal-likwidu tal-ippumpjar likwidu

   2.4 Ċikli bi pressjoni baxxa u bi pressjoni għolja

3.Komparazzjoni ta 'alternattivi tal-proċess u titjib fit-teknoloġija

4.Konklużjoni

Ikkuntattja issa

1. Overview ta 'teknoloġija mhux kriġenika tal-ipproċessar tal-gass industrijali

1.1 adsorbiment

Il-proċess ta 'adsorbiment huwa bbażat fuq il-kapaċità ta' xi materjali naturali u sintetiċi li jassorbu b'mod preferenzjali nitroġenu. Fil-każ ta 'żeoliti, kamp elettriku mhux omoġenju jeżisti fl-ispazji vojta tal-materjal, li jirriżulta fl-adsorbiment preferenzjali ta' molekuli li huma aktar polarizzati, bħal dawk li għandhom mumenti ta 'quadrupole elettrostatiċi akbar. Għalhekk, fis-separazzjoni tal-arja, il-molekuli tan-nitroġenu huma assorbiti b'mod aktar qawwi minn molekuli ta 'ossiġnu jew argon. Hekk kif l-arja tgħaddi minn saff ta 'materjal taż-żeoliti, in-nitroġenu jinżamm u nixxiegħa b'ħafna ossiġnu tħalli s-saff taż-żeoliti. Il-passaturi molekulari tal-karbonju huma tal-istess ordni ta ’kobor bħall-molekuli tal-arja. Peress li l-molekuli ta 'l-ossiġnu huma kemmxejn iżgħar mill-molekuli tan-nitroġenu, huma jxerrdu fil-kavitajiet ta' l-assorbenti aktar malajr. Għalhekk, passaturi molekulari tal-karbonju huma selettivi għall-ossiġenu u l-passaturi molekulari huma selettivi għan-nitroġenu. Iż-żeoliti huma komunement użati fi proċessi ta 'produzzjoni ta' ossiġnu bbażati fuq l-adsorbiment. L-arja kkompressata hija mdaħħla f'bastiment li fih l-adsorbenti. In-nitroġenu huwa assorbit u nixxiegħa ta 'ilma mormi b'ħafna ossiġnu hija prodotta sakemm is-sodda tkun saturata bin-nitroġenu. F'dan il-punt, l-arja ta 'l-għalf tinbidel għal bastiment frisk u r-riġenerazzjoni ta' l-ewwel sodda tista 'tibda. Ir-riġenerazzjoni tista 'tinkiseb billi ssaħħan is-sodda jew titnaqqas il-pressjoni tas-sodda, u b'hekk tnaqqas il-kontenut ta' nitroġenu ta 'l-ekwilibriju ta' l-adsorbent. It-tisħin huwa ġeneralment imsejjaħ adsorbiment ta 'swing tat-temperatura (TSA) u t-tnaqqis tal-pressjoni huwa ġeneralment imsejjaħ bħala adsorbiment ta' tbandil tal-pressjoni jew tbandil tal-vakwu (PSA jew VSA). Pressjoni mnaqqsa għandha ċiklu qasir u hija sempliċi biex topera, u dan jagħmilha l-proċess preferut għall-impjanti ta 'separazzjoni ta' l-arja. Varjazzjonijiet tal-proċess li jaffettwaw l-effiċjenza operattiva jinkludu trattament minn qabel tal-arja biex jitneħħew l-ilma u d-dijossidu tal-karbonju separatament, sodod multipli biex jippermettu l-irkupru tal-enerġija tal-pressjoni waqt il-bidla fis-sodda, u tħaddim tal-vakwu waqt pressjoni mnaqqsa. Is-sistema hija ottimizzata abbażi tal-fluss tal-prodott, il-purità, il-pressjoni, il-konsum tal-enerġija, u l-ħajja mistennija tas-servizz. Il-purità tal-ossiġnu hija tipikament 93% sa 95% bil-volum.

 

1.2 Sistema tal-membrana tal-polimeru

Proċessi tal-membrana bl-użu ta 'materjali polimeriċi huma bbażati fuq id-differenzi fir-rati ta' diffużjoni ta 'ossiġenu u nitroġenu permezz ta' membrana li tifred il-flussi ta 'proċess ta' pressjoni għolja u bi pressjoni baxxa. Il-fluss u s-selettività huma żewġ proprjetajiet li jiddeterminaw l-ekonomija ta 'sistema tal-membrana, u t-tnejn huma funzjonijiet tal-materjal speċifiku tal-membrana. Il-fluss tal-membrana jiddetermina l-erja tal-wiċċ tal-membrana u hija funzjoni tad-differenza tal-pressjoni maqsuma mill-ħxuna tal-membrana. Il-kostanti tal-proporzjonalità li tvarja mat-tip ta 'membrana tissejjaħ il-permeabilità. Is-selettività hija l-proporzjon tal-permeabilità tal-gassijiet li għandhom jiġu separati. Il-biċċa l-kbira tal-materjali tal-membrana huma aktar permeabbli għall-ossiġenu milli għan-nitroġenu minħabba d-daqs iżgħar tal-molekula tal-ossiġnu. Is-sistemi tal-membrana huma ġeneralment limitati għall-produzzjoni ta 'arja arrikkita bl-ossiġnu (25% sa 50% ossiġenu). Il-membrani ta 'trasferiment attivi jew iffaċilitati fihom aġent li jikkumplika l-ossiġnu biex iżżid is-selettività tal-ossiġnu u huma metodu potenzjali biex tiżdied il-purità tal-ossiġnu fis-sistemi tal-membrana, jekk wieħed jassumi li materjali tal-membrana kompatibbli mal-ossiġnu huma wkoll disponibbli. Vantaġġ ewlieni tas-separazzjoni tal-membrana huwa s-sempliċità tal-proċess, il-kontinwità tiegħu, u l-operat tiegħu f'kundizzjonijiet kważi ambijenti. Il-blower jipprovdi pressjoni tar-ras suffiċjenti biex tegħleb il-waqgħa tal-pressjoni mal-filtri, tubi tal-membrana u pajpijiet. Il-materjali tal-membrana huma ġeneralment immuntati f'moduli ċilindriċi li huma marbuta flimkien minn konnessjonijiet multipli biex jipprovdu l-kapaċità ta 'produzzjoni meħtieġa. L-ossiġnu jinfirex minn ġol-fibri (tip ta 'fibra vojta) jew minn ġol-folji (tip ta' ferita spirali) u huwa estratt bħala prodott. Pompa tal-vakwu ġeneralment iżżomm id-differenzjali tal-pressjoni mal-membrana u tagħti l-ossiġnu fil-pressjoni meħtieġa. Id-dijossidu tal-karbonju u l-ilma huma ġeneralment preżenti fil-prodott ta 'l-arja arrikkit bl-ossiġnu minħabba li huma aktar permeabbli mill-ossiġnu għal ħafna materjali tal-membrana. Madankollu, is-sistemi tal-membrana huma adattati faċilment għal applikazzjonijiet sa 20 tunnellata kuljum, fejn il-purità tal-arja arrikkita bl-ilma u l-kontaminanti tad-dijossidu tal-karbonju tista 'tiġi tollerata. Din it-teknoloġija hija aktar ġdida minn teknoloġiji ta 'adsorbiment jew krijoġeniċi, u t-titjib fil-materjali jista' jagħmel il-membrani aktar attraenti għal talbiet akbar ta 'ossiġnu.

 

2. Temperatura baxxa tat-teknoloġija tal-ipproċessar tal-gass industrijali

2.1 Ħarsa ġenerali lejn l-ipproċessar krijoġeniku

It-teknoloġija ta 'separazzjoni ta' l-arja krijoġenika bħalissa hija l-iktar teknoloġija effiċjenti u kosteffikaċi għall-produzzjoni ta 'kwantitajiet kbar ta' ossiġnu gassuż jew likwidu, nitroġenu, u argon. L-unitajiet ta 'separazzjoni ta' l-arja (ASUs) jużaw proċess ta 'distillazzjoni krijoġenika b'ħafna kolonni konvenzjonali biex jipproduċu ossiġenu minn arja kkompressata f'irkupru u purità għolja. It-teknoloġija krijoġenika tista 'wkoll tipproduċi nitroġenu ta' purità għolja bħala fluss ta 'prodott sekondarju utli bi spiża inkrementali relattivament baxxa. Barra minn hekk, argon likwidu, ossiġnu likwidu, u nitroġenu likwidu jistgħu jiġu miżjuda mal-lavanja tal-prodott għall-ħażna tal-backup tal-prodott jew bejgħ ta 'prodotti sekondarji bi spejjeż ta' kapital u elettriku inkrementali baxxi. Ir-riċerka tkompli fuq modi kif tiżdied il-produttività ta 'ferroviji ta' tagħmir individwali bħala mezz biex jitnaqqsu l-ispejjeż ta 'unità permezz ta' ekonomiji ta 'skala. Il-biċċa l-kbira tat-tagħmir juża muturi elettriċi konvenzjonali biex isuq it-tagħmir biex jikkompressa l-għalf tal-arja lill-ASU, kif ukoll ossiġnu u flussi oħra ta 'prodotti. Ta 'min jinnota li l-faċilitajiet ta' IGCC jirċievu l-provvista ta 'l-arja kollha tagħhom billi jestrattaw l-arja mit-turbini tal-gass użati fiċ-ċiklu magħqud biex jipproduċu l-elettriku mill-gass tas-sinteżi tal-faħam.

 

2.2 Ċiklu ta 'Ċikkompressjoni tal-Kompressjoni

Il-proċessi ta 'separazzjoni ta' l-arja tipikament jipproduċu fluss ta 'prodott tal-gass bi ftit' il fuq mill-pressjoni atmosferika u kważi temperatura ambjentali. Tipikament l-ossiġnu tal-prodott iħalli l-iskambjatur tas-sħana prinċipali bi pressjoni baxxa, li jvarja minn 3.5 sa 7 0. 0 MPa, u ferrovija ta 'kompressur ċentrifugali b'rata ta' fluss ta 'volum relattivament għoli li tagħti l-prodott fil-pressjoni meħtieġa.

 

2.3 Ċiklu tal-likwidu tal-likwidu tal-ippumpjar likwidu

Prodotti likwidi jistgħu jittieħdu mill-iskambjaturi tas-sħana krijoġeniċi 'l fuq mit-taqsima tad-distillazzjoni għall-evaporazzjoni u t-tisħin. Dawn il-prodotti jistgħu jiġu ppumpjati għall-pressjoni tal-kunsinna mixtieqa jew pressjoni intermedja. Madankollu, peress li l-qawwa meħtieġa biex tipproduċi prodotti likwidi minn sistema ta 'distillazzjoni hija ta' 2 sa 3 darbiet dik tal-produzzjoni ta 'prodotti gassużi, iċ-ċiklu għandu jkun effiċjenti fl-irkupru tar-refriġerant li jinsab fil-fluss tal-prodott ippumpjat. Dan jitwettaq billi tikkondensa n-nixxiegħa tal-prodott evaporat fl-iskambjatur tas-sħana krijoġenika kontra arja ta 'pressjoni għolja jew nixxiegħa ta' l-għalf tan-nitroġenu. L-arja likwifikata jew l-għalf tan-nitroġenu jintbagħtu lura fit-taqsima tad-distillazzjoni għar-refriġerazzjoni. Ċikli tal-proċess likwidu ppumpjat li l-flussi tal-prodott tal-pompa għal pressjoni intermedja fl-iżbokk tal-unità ta 'separazzjoni ta' l-arja huma msejħa ċikli ta 'likwidu ippumpjat parzjali u jeħtieġu tagħmir addizzjonali biex jikkompressaw il-fluss tal-prodott sal-pressjoni tal-kunsinna finali. L-ippumpjar sħiħ jew parzjali tal-flussi tal-prodott iżid grad ieħor ta 'libertà fl-ottimizzazzjoni taċ-ċiklu krijoġeniku u jista' jelimina jew inaqqas id-daqs tal-kompressur tal-ossiġnu.

2.4 Ċikli bi pressjoni baxxa u bi pressjoni għolja
Ċikli ta 'unità ta' separazzjoni ta 'l-arja ta' pressjoni baxxa (LP) huma bbażati fuq il-kompressjoni ta 'l-arja ta' l-għalf biss bir-rekwiżit ta 'pressjoni biex tirrifjuta l-prodott sekondarju tan-nitroġenu bi pressjoni atmosferika. Għalhekk, il-pressjonijiet tal-arja tal-għalf tipikament ivarjaw bejn 360 u 6 000 MPA, skont il-purità tal-ossiġnu u l-livell mixtieq ta 'effiċjenza fl-enerġija. Ċikli ta 'ASU bi pressjoni għolja jipproduċu flussi ta' prodott u prodotti sekondarji bi pressjonijiet 'il fuq mill-pressjoni atmosferika, li tipikament jeħtieġu komponenti krijoġeniċi iżgħar u aktar kompatti, li jistgħu jiffrankaw l-ispejjeż. Iċ-ċikli tal-PE tipikament jużaw pressjonijiet tal-arja tal-għalf li jaqbżu 700 MPa. Iċ-ċiklu tal-PE jista 'jkun xieraq meta l-prodott sekondarju kollu jew kważi kollu tan-nitroġenu jkun ikkompressat bħala fluss ta' prodott. Barra minn hekk, iċ-ċiklu tal-PE huwa spiss magħżul biex jintegra l-ASU ma 'unitajiet oħra tal-proċess, bħal turbini tal-gass.

 

3.Komparazzjoni ta 'alternattivi tal-proċess u titjib fit-teknoloġija

 

Proċessi ta 'adsorbiment u membrana tal-polimeri se jkomplu jtejbu fl-ispejjeż u l-effiċjenza fl-enerġija permezz ta' riċerka kontinwa u żvilupp ta 'adsorbenti u materjali tal-membrana. L-ebda teknoloġija mhix mistennija li tikkontesta t-teknoloġija krijoġenika fil-kapaċità tagħha li tipproduċi kwantitajiet kbar ta 'ossiġnu, speċjalment f'puritajiet ogħla. Kemm is-sistemi ta 'adsorbiment kif ukoll membrana jipproduċu nitroġenu ta' prodott sekondarju li fih ammonti sinifikanti ta 'ossiġenu. Jekk in-nitroġenu ta 'purità għolja huwa meħtieġ, deossiġenazzjoni addizzjonali jew sistemi oħra ta' purifikazzjoni għandhom jintużaw biex titjieb il-kwalità tan-nitroġenu. L-ebda proċess ma jista 'jipproduċi direttament gassijiet ta' argon jew nobbli. Il-produzzjoni ta 'ossiġnu likwidu jew nitroġenu għal backup tas-sistema teħtieġ tagħmir krijoġeniku addizzjonali jew trasport tal-prodott minn tagħmir tal-pjanti. Min-naħa l-oħra, l-adsorbiment u l-proċessi tal-membrana huma aktar sempliċi u aktar passivi minn teknoloġiji krijoġeniċi. L-arja estratta mill-kompressur tat-turbina tal-gass tista 'tissodisfa parzjalment jew kompletament ir-rekwiżiti ta' l-għalf ta 'l-ASU. F'konfigurazzjoni sempliċi, il-pressjoni tad-distillazzjoni tal-ASU se tissettja l-pressjoni ta 'l-arja ta' estrazzjoni. Jekk il-fluss ta 'arja ta' estrazzjoni huwa inqas mit-total ta 'l-ASU meħtieġ, se jintuża kompressur awżiljarju ta' l-arja, li l-pressjoni ta 'kwittanza tagħha taqbel mal-pressjoni ta' l-arja ta 'estrazzjoni. Jekk il-provvista ta 'arja estratta hija madwar kwart tad-domanda totali ta' l-ASU, il-pressjoni ta 'distillazzjoni ta' l-ASU tista 'tiġi stabbilita b'mod indipendenti u jista' jintuża proċess likwidu ppumpjat.

L-arja ta 'estrazzjoni ta' pressjoni għolja tagħli likwidu taħt l-ossiġenu jew nitroġenu fil-pressjoni fiż-żona ta 'skambju tas-sħana krijoġeniku. Il-provvista ta 'arja kkompressata awżiljarja tistabbilixxi l-pressjoni tad-distillazzjoni ASU.

F'faċilitajiet li jużaw turbini tal-gass, l-arja tista 'tiġi estratta għal varjetà ta' raġunijiet.
Bħala għalf għal unità ta 'separazzjoni ta' l-arja, bħala "exhaust" arja li tkessaħ għat-turbina nnifisha, jew rekwiżiti oħra għal arja taħt pressjoni fil-faċilità. L-arja estratta fiha sħana siewja li tista 'tiġi rkuprata billi jagħli likwidu f'livelli diskreti ta' temperatura, jew permezz ta 'trasferiment tas-sħana sensibbli għal likwidu ieħor. Klassi waħda ta 'applikazzjonijiet li tuża s-sħana rkuprata hija r-riġenerazzjoni tas-solvent, li huwa proċess li l-ewwel iwettaq pass ta' assorbiment tal-gass / likwidu u mbagħad jittrasferixxi s-sħana għal-likwidu biex jinħareġ prodotti gassużi jew kontaminanti. Dan il-pass jippossjedi l-proprjetà li eżempji ta 'proċessi li jistgħu jibbenefikaw minn din l-integrazzjoni tas-sħana jinkludu, iżda mhumiex limitati għal, l-operazzjonijiet ta' unità li ġejjin li jistgħu jinstabu fil-faċilitajiet ta 'l-idrokarburi jew l-ipproċessar ta' l-idrokarburi. Ir-riġenerazzjoni ta 'sistema ta' trattament minn qabel ta 'l-arja bbażata fuq likwidu bħala parti minn unità ta' separazzjoni ta 'l-arja krijoġenika. Passi ta 'assorbiment ibbażati fuq il-likwidu biex jitneħħew il-kontaminanti minn flussi ta' għalf ta 'l-arja għal impjanti ta' separazzjoni ta 'l-arja jistgħu jibbenefikaw minn irkupru ta' sħana ta 'l-arja estrattiv. F'karnazzjoni waħda, l-arja sħuna hija mkessħa relattivament mal-qigħan likwidi minn kolonna ta 'assorbitur. L-arja mkessħa tidħol fil-kolonna u tikkuntattja l-likwidu assorbenti, fejn l-impuritajiet fil-fluss tal-arja jiġu assorbiti fil-likwidu. Il-pass ta 'tisħin ta' l-arja għal assorbenti jiddesorbi l-kontaminanti mil-likwidu assorbenti, li mbagħad jintbagħat lura fil-kolonna assorbenti. Is-sistema ta 'assorbiment tista' tinkludi fluwidu wieħed jew aktar f'diversi stadji ta 'assorbiment biex tiżdied it-tneħħija tal-effiċjenza jew tuża assorbenti speċifiċi biex tneħħi impuritajiet speċifiċi mill-fluss ta' l-arja. Ir-riġenerazzjoni assorbenti tista 'tinkludi tisħin minn sorsi oħra, flimkien ma' tisħin biex tnaqqas il-pressjoni għal impuritajiet ta 'desorb. Is-sħana mill-arja estratta tista 'tiġi rkuprata permezz ta' kuntatt indirett ta 'l-arja sħuna bi fluwidu tal-proċess, jew permezz ta' trasferiment tas-sħana mill-arja għal fluwidu li jaħdem bħal fwar jew gass inert. F'dan l-eżempju, il-livell għoli ta 'sħana ġġenerat mis-sors ta' arja estratt huwa trasferit għan-nixxiegħa tan-nitroġenu li jirritorna fit-turbina tal-gass. L-arja estratta hija mkessħa aktar b'kuntatt mal-qigħan arrikkiti li jintużaw biex jittrattaw minn qabel l-għalf ta 'l-arja għall-ASU.
Dan il-pass ta 'trasferiment tas-sħana jista' jitwettaq ukoll f'sistemi oħra ta 'assorbiment fiż-żona tax-xogħol tal-prodott Pox jew Pox tal-impjant. Skont il-materjal tas-solvent u l-assorbiment, passi ta 'rkupru tas-sħana ta' livell għoli jistgħu jiġu eliminati u s-sħana tal-arja estratta kollha użata għar-riġenerazzjoni tal-assorbitur.
Is-CO2 jista 'jiġi pproċessat u mibjugħ bħala prodott sekondarju, jew użat fl-impjant. Eżempju huwa li tirritorna s-CO2 fit-turbina tal-gass bħala dilwent miżjud.

 

4.Konklużjoni

Proċessi krijoġeniċi bħalissa huma l-metodu preferut għall-forniment ta 'gassijiet industrijali lil faċilitajiet kbar. L-integrazzjoni tas-sħana, ir-refriġerazzjoni, il-proċess u l-flussi ta 'skart bejn il-proċessi tal-gass industrijali u unitajiet oħra madwar il-faċilità tista' ttejjeb l-effiċjenza u tnaqqas l-ispejjeż. Kunċetti avvanzati ta 'integrazzjoni tas-sħana jistgħu jiffaċilitaw l-użu ta' proċessi kimiċi jew ITM fil-futur.