Kemikaalin ilmanerotteluyksikkö

Kryogeenistä ilmanerotustekniikkaa on käytetty menestyksekkäästi monien vuosien ajan hapen aikaansaamiseksi erilaisten hiilivetyjen raaka -aineiden kaasuttamiseksi synteerien tuottamiseksi polttoaineiden, kemikaalien ja muiden arvokkaiden tuotteiden tuottamiseksi. Esimerkkejä ovat
Nestemäisten ja kiinteiden jätteiden muuntaminen jalostamoista vetyksi jalostamoiden sisällä käytettäväksi, samoin kuin eleektrisyyden yhteistuotanto ja kasvava kiinnostus maakaasun nesteyttämisprosesseihin, jotka muuttavat maakaasun synteettiseksi raakaöljyksi, vaha- ja polttoaineiksi. Viime vuosina laitteiden kustannusten vähentämiseksi tai tehokkuuden parantamiseksi hapentuotantoprosessin ja alavirran hiilivetyjen jalostuslaitoksen yhdistelmä on saanut yhä enemmän huomiota. Kuvataan perinteisiä ja kehittyvät hapentuotantoprosessit ja integroidut järjestelmät näiden tilojen talouden parantamiseksi.

 

Sisällys

1. Ei-kryogeenisen teollisuuden kaasunkäsittelytekniikan katsaus

   1.1 Adsorptio

   1.2 Polymeerikalvojärjestelmä

2.lain lämpötilan teollisuuskaasunkäsittelytekniikka

   2.1 Katsaus kryogeeniseen prosessointiin

   2.2 Kompressiosyklekompressiosykli

   2.3 Nestemäisen nestekyklin pumppaaminen

   2,4 matalapaine- ja korkeapainejaksot

3. Prosessivaihtoehtojen ja teknologian parannusten vertailu

4.Johtopäätös

Yhteys nyt

1. Ei-kryogeenisen teollisuuden kaasunkäsittelytekniikan katsaus

1.1 Adsorptio

Adsorptioprosessi perustuu joidenkin luonnollisten ja synteettisten materiaalien kykyyn edullisesti adsorbeen typpeä. Zeoliittien tapauksessa materiaalin tyhjissä tiloissa esiintyy epähomogeeninen sähkökenttä, mikä johtaa polarisoituneempien molekyylien edulliseen adsorptioon, kuten ne, joilla on suurempia sähköstaattisia kvadrupolimomentteja. Siten ilmaerottelussa typpimolekyylit adsorboivat voimakkaammin kuin happi- tai argon -molekyylit. Kun ilma kulkee zeoliittimateriaalin kerroksen läpi, typpi säilyy ja happirikas virta jättää zeoliittikerroksen. Hiilimolekyyliseulat ovat samoja suuruusluokkaa kuin ilmamolekyylit. Koska happimolekyylit ovat hiukan pienempiä kuin typpimolekyylit, ne diffundoivat adsorbentin onteloihin nopeammin. Siten hiilimolekyyliseulat ovat selektiivisiä happea ja molekyyliseuloja ovat selektiivisiä typelle. Zeoliitteja käytetään yleisesti adsorptiopohjaisissa hapentuotantoprosesseissa. Paineilma syötetään adsorbenttia sisältävään alukseen. Typpi adsorboituu ja happea rikas jätevesivirta syntyy, kunnes sänky on kyllästetty typellä. Tässä vaiheessa syöttöilma vaihdetaan tuoreeseen alukseen ja ensimmäisen sängyn uudistaminen voi alkaa. Regeneraatio voidaan saavuttaa lämmittämällä sänky tai vähentämällä sängyn painetta vähentämällä siten adsorbentin tasapainon typpipitoisuutta. Lämmitystä kutsutaan yleensä lämpötilan kääntymisadsorptioksi (TSA), ja paineen vähentäminen kutsutaan yleensä paineen kääntö- tai tyhjiökytkimeksi adsorptioksi (PSA tai VSA). Alennetulla paineella on lyhyt sykli ja se on helppo käyttää, mikä tekee siitä edullisen prosessin ilman erotuslaitoksille. Käyttötehokkuuteen vaikuttavia prosessivaihteluita ovat ilman esikäsittely veden ja hiilidioksidin poistamiseksi erikseen, useita sänkyjä, jotta paineenergian talteenotto voidaan mahdollistaa sängyn kytkemisen aikana ja tyhjiötoiminnan alennetun paineen aikana. Järjestelmä on optimoitu tuotevirran, puhtauden, paineen, energiankulutuksen ja odotettavissa olevan käyttöiän perusteella. Hapen puhtaus on tyypillisesti 93% - 95% tilavuuden mukaan.

 

1.2 Polymeerikalvojärjestelmä

Polymeerimateriaalien avulla käyttävät kalvoprosessit perustuvat hapen ja typen diffuusioiden eroihin kalvon kautta, joka erottaa korkeapaine- ja matalapaineprosessivirrat. Flux ja selektiivisyys ovat kaksi ominaisuutta, jotka määrittävät kalvojärjestelmän taloustieteen, ja molemmat ovat spesifisen kalvomateriaalin funktioita. Kalvovirta määrittää kalvon pinta -alan ja on paineeron funktio jaettuna kalvon paksuudella. Kalvotyypin mukaan vaihtelevaa suhteellisuusvakiota kutsutaan läpäisevyydeksi. Selektiivisyys on erotettavien kaasujen läpäisevyyden suhde. Suurin osa kalvomateriaaleista on läpäisevämpi happea kuin typpeä johtuen happimolekyylin pienemisestä koosta. Kalvojärjestelmät rajoittuvat yleensä happearikastetun ilman tuotantoon (25-50% happea). Aktiiviset tai helpotetut siirtokalvot sisältävät happikompleksiainetta hapen selektiivisyyden lisäämiseksi ja ovat potentiaalinen menetelmä hapen puhtauden lisäämiseksi kalvojärjestelmissä olettaen, että myös hapen kanssa yhteensopivia kalvomateriaaleja on saatavana. Membraanin erottelun merkittävä etu on prosessin yksinkertaisuus, sen jatkuvuus ja sen toiminta lähes ambientissa olosuhteissa. Puhallin tarjoaa riittävästi päänpaineen paineen pudotuksen voittamiseksi suodattimien, kalvoputkien ja putkistojen yli. Kalvomateriaalit kootaan yleensä lieriömäisiin moduuleihin, jotka on kytketty toisiinsa useilla yhteyksillä vaaditun tuotantokapasiteetin aikaansaamiseksi. Happi läpäisee kuitujen (ontto kuitutyyppi) tai arkkien läpi (spiraali haavatyyppi) ja uutetaan tuotteena. Tyhjiöpumppu ylläpitää yleensä paine -differentiaalia kalvon läpi ja toimittaa happea vaaditussa paineessa. Hiilidioksidia ja vettä esiintyy yleensä happearikastetussa ilmatuotteessa, koska ne ovat läpäisevämpiä kuin happea useimpiin kalvomateriaaleihin. Kalvojärjestelmät on kuitenkin helposti mukautettu jopa 20 tonnin päivässä, joissa vedellä ja hiilidioksidin epäpuhtauksilla rikastetun ilman puhtaus voidaan sietää. Tämä tekniikka on uudempi kuin adsorptio tai kryogeeninen tekniikka, ja materiaalien parannukset voivat tehdä kalvoista houkuttelevampia suuremmille hapentarpeille.

 

2.lain lämpötilan teollisuuskaasunkäsittelytekniikka

2.1 Katsaus kryogeeniseen prosessointiin

Kryogeeninen ilmanerotustekniikka on tällä hetkellä tehokkain ja kustannustehokkain tekniikka suurten määrien tuottamiseksi kaasumaista tai nestemäistä happea, typpeä ja argonia. Ilman erotusyksiköt (ASU) käyttävät tavanomaista monisarmumin kryogeenistä tislausprosessia hapen tuottamiseksi paineilmasta suurella palautumisella ja puhtaudella. Kryogeeninen tekniikka voi myös tuottaa erittäin puhtautta typpeä hyödyllisenä sivutuotteena suhteellisen alhaisella asteittainkustannuksella. Lisäksi tuotelevylle voidaan lisätä nestemäistä argonia, nestemäistä happea ja nestemäistä typpeä tuotteen varmuuskopioinnin tai sivutuotteiden myynnin varastoimiseksi alhaisella inkrementaalisella pääoma- ja sähkökustannuksella. Tutkimus jatkaa tapoja lisätä yksittäisten laitejunien tuottavuutta keinona vähentää yksikkökustannuksia mittakaavaetujen kautta. Useimmat laitteet käyttävät tavanomaisia ​​sähkömoottoreita laitteiden ajamiseen ilmansyötön puristamiseen ASU: lle, samoin kuin happea ja muita tuotevirtoja. On huomionarvoista, että IGCC -laitokset saavat kaikki ilmanotot poimimalla ilmaa kaasuturbiineista, joita käytetään yhdistetyssä sykliä sähkön tuottamiseksi hiilisynteesikaasusta.

 

2.2 Kompressiosyklekompressiosykli

Ilman erotusprosessit tuottavat tyypillisesti kaasutuotevirran hieman ilmakehän paineen yläpuolella ja ympäristön lämpötilassa. Tyypillisesti tuotteen happi jättää päälämmönvaihtimen matalalla paineella, välillä 3,5 - 7 0. 0 MPa, ja keskipakokompressorijuna, jolla on suhteellisen korkea tulotilavuuden virtausnopeus, tuottaa tuotteen vaaditussa paineessa.

 

2.3 Nestemäisen nestekyklin pumppaaminen

Nestemäisiä tuotteita voidaan ottaa kryogeenisistä lämmönvaihtimista ylävirtaan tislausosasta haihtumista ja lämmitystä varten. Nämä tuotteet voidaan pumpata haluttuun toimituspaineeseen tai välipaineeseen. Koska tislausjärjestelmän nestemäisten tuotteiden tuottamiseen tarvittava teho on kuitenkin 2–3 kertaa tuottavan kaasumaisten tuotteiden tuottamisen, syklin on oltava tehokas pumpatun tuotevirran sisältämän kylmäaineen palauttamiseksi. Tämä saadaan aikaan tiivistämällä haihtunut tuotevirta kryogeenisessä lämmönvaihtimessa korkeapaineilmaa tai typen rehua vastaan. Nesteytetty ilma- tai typenrehu palautetaan tislausosaan jäähdytystä varten. Pumpattuja nestemäisiä prosessisyklejä, jotka pumppaavat tuotevirtoja välipaineeseen ilmanpoistoyksikön poistoaukossa, kutsutaan osittaiseksi pumpattuksi nestemäiseksi sykliiksi ja ne vaativat lisälaitteita tuotevirran puristamiseksi lopulliseen toimituspaineeseen. Tuotevirtojen täydellinen tai osittainen pumppaus lisää toisen vapausasteen kryogeenisen syklin optimoinnissa ja voi eliminoida tai vähentää happikompressorin kokoa.

2,4 matalapaine- ja korkeapainejaksot
Matalapaineen (LP) ilmanpoistoyksikkösyklit perustuvat syöttöilman puristamiseen vain painekauppaan typen sivutuotteen hylkäämiseksi ilmakehän paineessa. Siksi syöttöilmapaineet vaihtelevat tyypillisesti välillä 360 - 6 000 MPa, hapen puhtaudesta ja halutusta energiatehokkuuden tasosta riippuen. Korkeapaineen ASU-syklit tuottavat tuote- ja sivutuotteiden virroja paineissa, jotka ovat selvästi ilmakehän paineen yläpuolella, vaativat tyypillisesti pienempiä ja kompakteja kryogeenisiä komponentteja, jotka voivat säästää kustannuksia. EP -syklit käyttävät tyypillisesti syöttöilmapaineita yli 700 MPa. EP -sykli voi olla sopiva, kun kaikki tai melkein kaikki typen sivutuotteet puristetaan tuotevirtaan. Lisäksi EP -sykli valitaan usein integroimaan ASU muihin prosessiyksiköihin, kuten kaasuturbiineihin.

 

3. Prosessivaihtoehtojen ja teknologian parannusten vertailu

 

Adsorptio- ja polymeerikalvoprosessit parantavat edelleen kustannus- ja energiatehokkuutta jatkamalla adsorbenttien ja membraanimateriaalien kehittämistä ja kehittämistä. Kummankaan tekniikan ei odoteta haastavan kryogeenistä tekniikkaa kyvylle tuottaa suuria määriä happea, etenkin suuremmilla puhtauksilla. Sekä adsorptio- että kalvojärjestelmät tuottavat sivutuotteen typpeä, joka sisältää merkittäviä määriä happea. Jos vaaditaan korkeaa puhtautta typpeä, typen laadun parantamiseksi on käytettävä ylimääräistä deoksigenointia tai muita puhdistusjärjestelmiä. Kumpikaan prosessi ei voi suoraan tuottaa argonia tai jaloja kaasuja. Nestemäisen hapen tai typen tuotanto järjestelmän varmuuskopiointiin vaatii lisää kryogeenisiä laitteita tai tuotteiden kuljetusta kasvilaitteista. Toisaalta adsorptio- ja kalvoprosessit ovat yksinkertaisempia ja passiivisempia kuin kryogeeniset tekniikat. Kaasuturbiinikompressorista uutettu ilma voi osittain tai kokonaan täyttää ASU: n syöttövaatimukset. Yksinkertaisessa kokoonpanossa ASU -tislauspaine asettaa uuttamisilman paineen. Jos uuttamisilman virtaus on pienempi kuin ASU: n kokonaismäärä, käytetään lisäilmakompressoria, jonka purkauspaine vastaa poistumisilman painetta. Jos uutettu ilman tarjonta on noin neljäsosa ASU: n kokonaiskysynnästä, ASU: n tislauspaine voidaan vahvistaa itsenäisesti ja pumpattua nestemäistä prosessia voidaan käyttää.

Korkeapaineuutto ilma kiehuu paineistetun nesteen happea tai typpeä kryogeenisen lämmönvaihtovyöhykkeellä. Apupaineilman syöttö asettaa ASU -tislauspaineen.

Kaasuturbiineja käyttävissä tiloissa ilma voidaan purkaa monista syistä.
Ruokina ilmanerotusyksikköön, "pakokaasu" jäähdyttävänä ilmaa itse turbiinille tai muina paineistetun ilman vaatimuksilla laitoksessa. Uuttunut ilma sisältää arvokasta lämpöä, joka voidaan talteen keittämällä nestettä erillisillä lämpötilatasoilla tai järkevällä lämmönsiirtolla toiseen nesteeseen. Yksi sovellusluokka, joka hyödyntää talteen otettua lämpöä, on liuottimen uudistaminen, joka on prosessi, joka suorittaa ensin kaasun/nesteen imeytymisvaiheen ja siirtää sitten lämmön nesteeseen desorbien kaasumaisiin tuotteisiin tai epäpuhtauksiin. Tällä vaiheessa on ominaisuus, joka esimerkkejä prosesseista, jotka voivat hyötyä tästä lämmön integroinnista, ovat, mutta niihin rajoittumatta, seuraavat yksikköoperaatiot, jotka löytyvät hiilivetyjen kaasutus- tai hiilivetyjen käsittelylaitoksista. Nestepohjaisen ilman esikäsittelyjärjestelmän uudistaminen osana kryogeenistä ilmanpoistoyksikköä. Nestepohjaiset absorptiovaiheet epäpuhtauksien poistamiseksi ilmansyöttövirroista ilmanerotuslaitoksiin voivat hyötyä kaivannusilman lämmön talteenotosta. Yhdessä suoritusmuodossa kuuma ilma on jäähdytetty suhteessa absorboijamerkin nesteen pohjaan. Jäähdytetty ilma tulee pylvääseen ja koskettaa nesteen imukykyistä, jossa ilmavirran epäpuhtaudet imevät nesteeseen. Ilma-absorboiva lämmitysvaihe desorbs absorboivan nesteen epäpuhtaudet, jotka palautetaan sitten absorboivaan pylvääseen. Absorptiojärjestelmä voi sisältää yhden tai useamman nesteen useissa absorptiovaiheissa tehokkuuden poistamiseksi tai erityisten absorbenttien käyttämiseksi tiettyjen epäpuhtauksien poistamiseksi ilmavirrasta. Imeytyvä uudistuminen voi sisältää lämmityksen muista lähteistä yhdistettynä kuumenemiseen paineen vähentämiseksi desorbien epäpuhtauksien suhteen. Lämpö uutetusta ilmasta voidaan hyödyntää kuumailman epäsuorasti kosketuksella prosessinesteellä tai lämmönsiirrolla ilmasta työnesteeseen, kuten höyryyn tai inerttiin kaasu. Tässä esimerkissä uutetusta ilmanlähteestä syntynyt korkea lämpöä siirretään typpivirtaan, joka palaa kaasuturbiiniin. Uutettu ilma jäähdytetään edelleen kosketuksella absorboijan rikastettujen pohjien kanssa, joita käytetään ilmanhoitoon ilmansyöttöä ASU: lle.
Tämä lämmönsiirtovaihe voidaan suorittaa myös muissa kasvin RO -tai RO -tuotetyöalueen absorptiojärjestelmissä. Liuottimesta ja absorptiomateriaalista riippuen korkean tason lämmön talteenottovaiheet voidaan eliminoida ja kaikki uututut ilmalämpöt, joita käytetään absorboijan uudistamiseen.
CO2 voidaan käsitellä ja myydä sivutuotteena tai käyttää kasvin sisällä. Esimerkki on palauttaa hiilidioksidi kaasuturbiiniin lisättynä laimennelmana.

 

4.Johtopäätös

Kryogeeniset prosessit ovat tällä hetkellä edullinen menetelmä teollisuuskaasujen toimittamiseksi suuriin tiloihin. Lämpö-, jäähdytys-, prosessi- ja jätevirtojen integrointi teollisuuskaasuprosessien ja muiden yksiköiden välillä koko laitoksessa voi parantaa tehokkuutta ja vähentää kustannuksia. Edistyneet lämmönintegraatiokonseptit voivat helpottaa kemikaalien tai ITM -prosessien käyttöä tulevaisuudessa.