Единица за отделяне на въздух за химикали

Технологията за разделяне на криогенния въздух успешно се използва в продължение на много години за осигуряване на кислород за газификация на различни въглеводородни суровини за производство на сингски за производство на горива, химикали и други ценни продукти. Примерите включват
Преобразуване на течни и твърди отпадъци от рафинерии в водород за употреба вътре в рафинерии, както и копродукция на електричеството и нарастващия интерес към процесите на втечняване на природен газ, които превръщат природния газ в синтетичен суров нефт, восъци и горива. През последните години, за да се намали разходите за оборудване или да се подобри ефективността, комбинацията от производство на кислород и инсталацията за преработка на въглеводороди надолу по веригата получава все повече и повече внимание. Описани са традиционните и развиващи се процеси на производство на кислород и интегрирани схеми за подобряване на икономиката на тези съоръжения.

 

Съдържание

1. Преглед на некрийогенната технология за обработка на промишлен газ

   1.1 Адсорбция

   1.2 Система на полимерната мембрана

2. Ниска температура Промишлена технология за обработка на газ

   2.1 Преглед на криогенната обработка

   2.2 Компресиране цикъл на цикмепресия

   2.3 Изпомпване на течен цикъл на течност Течен цикъл

   2.4 Цикли на ниско налягане и високо налягане

3. Сготвяне на алтернативите на процеса и подобренията на технологиите

4.Конклузия

Свържете се сега

1. Преглед на некрийогенната технология за обработка на промишлен газ

1.1 Адсорбция

Процесът на адсорбция се основава на способността на някои естествени и синтетични материали за предпочитане адсорб азот. В случая на зеолити в пражените пространства на материала съществува нехомогенно електрическо поле, което води до преференциалната адсорбция на молекули, които са по -поляризирани, като тези с по -големи електростатични квадруполни моменти. По този начин, при разделяне на въздуха, азотните молекули са по -силно адсорбирани от кислородни или аргонови молекули. Докато въздухът преминава през слой от зеолитен материал, азотът се запазва и богат на кислород поток оставя зеолитния слой. Въглеродните молекулярни сита са със същия порядък като молекулите на въздуха. Тъй като кислородните молекули са малко по -малки от азотните молекули, те дифундират в кухините на адсорбента по -бързо. По този начин, въглеродните молекулярни сита са селективни за кислород и молекулярни сита са селективни за азот. Зеолитите обикновено се използват в процесите на производство на кислород на базата на адсорбция. Сгъстеният въздух се подава в съд, съдържащ адсорбента. Азотът се адсорбира и се получава поток от отпадни води, богат на кислород, докато леглото се насити с азот. В този момент захранващият въздух се превключва на свеж съд и може да започне регенерация на първото легло. Регенерацията може да бъде постигната чрез нагряване на леглото или намаляване на налягането на леглото, като по този начин се намали равновесното съдържание на азот в адсорбента. Отоплението обикновено се нарича адсорбция на температурата (TSA) и намаляването на налягането обикновено се нарича адсорбция на замах на налягането или вакуумна люлееща се адсорбция (PSA или VSA). Намаленото налягане има кратък цикъл и е лесен за работа, което го прави предпочитаният процес за инсталации за отделяне на въздух. Вариациите на процеса, които влияят на ефективността на експлоатацията, включват предварително обработка на въздуха за отстраняване на водата и въглеродния диоксид поотделно, множество легла, за да се позволи възстановяване на енергията на налягането по време на превключване на леглото и работа с вакуум по време на намалено налягане. Системата е оптимизирана въз основа на потока на продукта, чистотата, налягането, консумацията на енергия и очаквания живот на обслужването. Чистотата на кислорода обикновено е от 93% до 95%.

 

1.2 Система на полимерната мембрана

Мембранните процеси, използващи полимерни материали, се основават на разликите в скоростта на дифузия на кислорода и азота чрез мембрана, която разделя потоците с високо налягане и ниско налягане. Потокът и селективността са две свойства, които определят икономиката на мембранната система и двете са функции на специфичния мембранен материал. Мембранният поток определя повърхността на мембраната и е функция от разликата в налягането, разделена на мембранната дебелина. Константата на пропорционалност, която варира в зависимост от типа мембрана, се нарича пропускливост. Селективността е съотношението на пропускливостта на газовете, които ще бъдат разделени. Повечето мембранни материали са по -пропускливи за кислород, отколкото за азот поради по -малкия размер на кислородната молекула. Мембранните системи обикновено са ограничени до производството на обогатен с кислород въздух (25% до 50% кислород). Активните или улеснени трансферни мембрани съдържат агент за кислородно комплекси за повишаване на селективността на кислорода и са потенциален метод за увеличаване на чистотата на кислорода в мембранните системи, като се предполага, че мембранните материали, съвместими с кислорода, са налични и на кислород. Основно предимство на разделянето на мембраната е простотата на процеса, неговата приемственост и работата му при почти атмосферни условия. Вентилаторът осигурява достатъчно налягане на главата, за да преодолее спада на налягането през филтрите, мембранните тръби и тръбопроводите. Мембранните материали обикновено се сглобяват в цилиндрични модули, които са свързани заедно с множество връзки, за да се осигури необходимия производствен капацитет. Кислородът прониква през влакната (тип кухи влакна) или през листовете (тип спирална рана) и се извлича като продукт. Вакуумната помпа обикновено поддържа разликата в налягането през мембраната и доставя кислорода при необходимото налягане. Въглеродният диоксид и водата обикновено присъстват във въздушния продукт, обогатен с кислород, тъй като са по-пропускливи от кислорода до повечето мембранни материали. Въпреки това, мембранните системи лесно се адаптират към приложения до 20 тона на ден, където чистотата на въздуха, обогатен с замърсители на вода и въглероден диоксид, може да се понася. Тази технология е по -нова от адсорбцията или криогенните технологии, а подобренията в материалите могат да направят мембраните по -привлекателни за по -големи нужди от кислород.

 

2. Ниска температура Промишлена технология за обработка на газ

2.1 Преглед на криогенната обработка

В момента технологията за разделяне на криогенния въздух е най-ефективната и рентабилна технология за производство на големи количества газообразен или течен кислород, азот и аргон. Единиците за отделяне на въздух (ASU) използват конвенционален процес на криогенна дестилация с много колона, за да произвеждат кислород от сгъстен въздух при високо възстановяване и чистота. Кройгенната технология също може да произведе азот с висока чист като полезен поток от странични продукти при сравнително ниски постепенни разходи. В допълнение, течният аргон, течен кислород и течен азот могат да бъдат добавени към продуктовия шисти за съхранение на резервно копие на продукта или продажби на странични продукти при ниски постепенни капиталови и електрически разходи. Изследванията продължават върху начините за увеличаване на производителността на отделните влакове на оборудването като средство за намаляване на единичните разходи чрез икономии от мащаба. Повечето оборудване използва конвенционални електрически двигатели, за да задвижва оборудването за компресиране на въздуха към ASU, както и кислород и други потоци от продукти. Трябва да се отбележи, че съоръженията на IGCC получават цялото си подаване на въздух чрез извличане на въздух от газовите турбини, използвани в комбинирания цикъл за производство на електричество от газ за синтез на въглища.

 

2.2 Компресиране цикъл на цикмепресия

Процесите на разделяне на въздуха обикновено произвеждат поток от газов продукт при малко над атмосферното налягане и близо до температурата на околната среда. Обикновено кислородът на продукта оставя основния топлообменник при ниско налягане, вариращ от 3,5 до 7 0. 0 MPa, а центробежният компресорен влак със сравнително висок дебит на обема на входа доставя продукта при необходимото налягане.

 

2.3 Изпомпване на течен цикъл на течност Течен цикъл

Течните продукти могат да се вземат от криогенните топлообменници нагоре по течението на секцията за дестилация за изпаряване и отопление. Тези продукти могат да бъдат изпомпвани до желаното налягане на доставката или междинно налягане. Въпреки това, тъй като мощността, необходима за производството на течни продукти от система за дестилация, е 2 до 3 пъти по -голяма от тази при производството на газообразни продукти, цикълът трябва да бъде ефективен при възстановяване на хладилния агент, съдържащ се в помпания поток на продукта. Това се осъществява чрез кондензиране на изпарения поток на продукта в криогенния топлообменник срещу въздух с високо налягане или поток от захранващ азот. Втечненият въздух или захранването с азот се връща в секцията за дестилация за хладилник. Изпомпваните течни процесорни цикли, които помпат продуктите на продуктите до междинно налягане в изхода на устройството за разделяне на въздуха, се наричат ​​частични изпомпвани течни цикли и изискват допълнително оборудване за компресиране на продуктовия поток до крайното налягане на доставката. Пълното или частично изпомпване на продуктовите потоци добавя друга степен на свобода при оптимизиране на криогенния цикъл и може да премахне или намали размера на кислородния компресор.

2.4 Цикли на ниско налягане и високо налягане
Цикли на отделяне на въздуха с ниско налягане (LP) се основават на компресиране на захранващия въздух само с изискването за налягане за отхвърляне на азотния страничен продукт при атмосферно налягане. Следователно налягането на въздух за подаване обикновено варира между 360 и 6 000 MPa, в зависимост от чистотата на кислорода и желаното ниво на енергийна ефективност. ASU циклите с високо налягане произвеждат потоци от продукти и странични продукти при налягане много над атмосферното налягане, обикновено изискващи по-малки и по-компактни криогенни компоненти, което може да спести разходи. ЕП циклите обикновено използват налягане на въздуха за подаване над 700 MPa. Цикълът на ЕП може да е подходящ, когато всички или почти целият азотен страничен продукт е компресиран като поток от продукти. В допълнение, цикълът на ЕП често се избира за интегриране на ASU с други процесорни единици, като газови турбини.

 

3. Сготвяне на алтернативите на процеса и подобренията на технологиите

 

Процесите на адсорбция и полимерна мембрана ще продължат да се подобряват в разходите и енергийната ефективност чрез продължаване на изследванията и разработването на адсорбенти и мембранни материали. Нито една от технологиите не се очаква да предизвика криогенни технологии в способността си да произвежда големи количества кислород, особено при по -високи чистота. Както адсорбционните, така и мембранните системи произвеждат азот на страничния продукт, който съдържа значителни количества кислород. Ако е необходим азот с висока чистота, трябва да се използват допълнителна дезоксигенация или други системи за пречистване, за да се подобри качеството на азота. Нито един от процеса не може директно да произвежда аргонови или благородни газове. Производството на течен кислород или азот за архивиране на системата изисква допълнително криогенно оборудване или транспорт на продукти от растително оборудване. От друга страна, адсорбцията и мембранните процеси са по -прости и по -пасивни от криогенните технологии. Въздухът, извлечен от компресора на газовата турбина, може частично или напълно да отговаря на изискванията за подаване на ASU. В проста конфигурация налягането на дестилация на ASU ще зададе налягането на въздуха за извличане. Ако въздушният поток на екстракцията е по -малък от общия необходим ASU, ще се използва спомагателен въздушен компресор, чието налягане на изхвърлянето ще съответства на налягането на въздуха за извличане. Ако извлеченото подаване на въздух е приблизително една четвърт от общото търсене на ASU, налягането на дестилация на ASU може да бъде установено независимо и може да се използва изпомпван течен процес.

Въздухът на екстракцията с високо налягане кипи течен кислород или азот в зоната на криогенния топлообмен. Спомагателното подаване на сгъстен въздух задава налягането на дестилацията на ASU.

В съоръженията, използващи газови турбини, въздухът може да бъде извлечен по различни причини.
Като подаване на единица за отделяне на въздух, като "изпускателен" охлаждащ въздух за самата турбина или други изисквания за въздух под налягане в рамките на съоръжението. Извлеченият въздух съдържа ценна топлина, която може да бъде възстановена чрез кипене на течност при дискретни температурни нива или чрез разумно пренос на топлина в друга течност. Един клас приложения, които използват възстановена топлина, е регенерацията на разтворителя, което е процес, който първо извършва етап на абсорбция на газ/течност и след това прехвърля топлина в течността в десорб газообразни продукти или замърсители. Тази стъпка притежава свойството, което примери за процеси, които могат да се възползват от тази интеграция на топлината, включват, но не се ограничават до следните операции на единица, които могат да бъдат намерени в газификация на въглеводороди или съоръжения за обработка на въглеводороди. Регенерация на течна система за предварително третиране на въздуха като част от криогенно отделение за отделяне на въздух. Стъпките на абсорбция на течна основа за отстраняване на замърсители от потоци от въздушни захранващи потоци до растения за отделяне на въздух могат да се възползват от възстановяване на топлината на въздушната топлина. В едно изпълнение горещият въздух се охлажда спрямо течните дъна от абсорбираща колона. Охладеният въздух навлиза в колоната и контактува с течния абсорбиращ, където примесите във въздушния поток се абсорбират в течността. Стъпката на отопление въздух-към-абсорбираща замърсители от абсорбиращата течност, която след това се връща в абсорбиращата колона. Системата за абсорбция може да включва един или повече течности в няколко стъпки на абсорбция, за да се увеличи отстраняването на ефективността или да се използва специфични абсорбенти за отстраняване на специфични примеси от въздушния поток. Абсорбиращата регенерация може да включва отопление от други източници, комбинирано с отопление за намаляване на налягането до примесите на десорб. Топлината от извлечения въздух може да бъде възстановена чрез косвен контакт на горещия въздух с процесна течност или чрез пренос на топлина от въздух към работна течност, като пара или инертен газ. В този пример високото ниво на топлина, генерирано от извлечения източник на въздух, се прехвърля в азотния поток, връщащ се в газовата турбина. Извлеченият въздух се охлажда допълнително чрез контакт с обогатените от абсорбиращите се дъна, използвани за предварително лечение на въздуха към ASU.
Този етап на пренос на топлина може да се осъществи и в други системи за абсорбция в областта на работата на продукта на Pox или Pox на растението. В зависимост от разтворителя и абсорбционния материал могат да бъдат елиминирани стъпки за възстановяване на топлината на високо ниво и цялата извлечена въздушна топлина, използвана за регенерация на абсорбиращите.
CO2 може да се обработва и продава като страничен продукт или да се използва в завода. Пример е да се върне CO2 в газовата турбина като добавен разредител.

 

4.Конклузия

Понастоящем криогенните процеси са предпочитаният метод за доставка на промишлени газове на големи съоръжения. Интегрирането на топлинните, хладилни, процеси и отпадъци между промишлени газови процеси и други единици в цялото съоръжение може да подобри ефективността и да намали разходите. Концепциите за усъвършенствана топлинна интеграция могат да улеснят използването на химически или ITM процеси в бъдеще.