יחידת הפרדת אוויר לכימיקלים

טכנולוגיית הפרדת אוויר קריוגנית משמשת בהצלחה במשך שנים רבות כדי לספק חמצן לגיזוז של חומרי מזון שונים של פחמימנים לייצור סינג'ות לייצור דלקים, כימיקלים ומוצרים יקרי ערך אחרים. הדוגמאות כוללות את
המרת פסולת נוזלית ומוצקה מבתי זיקוק למימן לשימוש בבתי זיקוק, כמו גם הייצור המשותף של החשמל, והעניין ההולך וגובר בתהליכי נזילות גז טבעי הממירים גז טבעי לנפט גולמי סינטטי, שעווה ודלקים. בשנים האחרונות, על מנת להפחית את עלות הציוד או לשפר את היעילות, השילוב של תהליך ייצור החמצן ומפעל לעיבוד פחמימנים במורד הזרם זכה ליותר ויותר תשומת לב. מתוארים תהליכי ייצור חמצן מסורתיים ופיתוחים ותכניות משולבות לשיפור כלכלת המתקנים הללו.

 

תוֹכֶן

1. מבט יתר של טכנולוגיית עיבוד גז תעשייתי שאינו קריוגני

   1.1 ספיחה

   1.2 מערכת ממברנה פולימרית

2. טמפרטורת טמפרטורה של טמפרטורת עיבוד גז תעשייתי

   2.1 סקירה של עיבוד קריוגני

   2.2 מחזור דחיסת דחיסה

   2.3 משאבת מחזור נוזל מחזור נוזלי

   2.4 מחזורי לחץ נמוך ולחץ גבוה

3. השוואה של אלטרנטיבות תהליכים ושיפורי טכנולוגיה

4. הסכמה

צור קשר עכשיו

1. מבט יתר של טכנולוגיית עיבוד גז תעשייתי שאינו קריוגני

1.1 ספיחה

תהליך הספיחה מבוסס על יכולתם של כמה חומרים טבעיים וסינתטיים לספוג באופן עדיף חנקן. במקרה של זאוליטים, קיים שדה חשמלי לא הומוגני בחללים החללים של החומר, וכתוצאה מכך ספיחה מועדפת של מולקולות מקוטבות יותר, כמו אלה עם רגעי ריבוע אלקטרוסטטיים גדולים יותר. לפיכך, בהפרדת אוויר, מולקולות חנקן סופגות ביתר שאת ממולקולות חמצן או ארגון. כאשר האוויר עובר דרך שכבה של חומר זאוליט, החנקן נשמר ונחל עשיר בחמצן משאיר את שכבת הזאוליט. מסננות מולקולריות פחמן הן בסדר גודל זהה למולקולות אוויר. מכיוון שמולקולות החמצן קטנות מעט יותר ממולקולות חנקן, הן מתפזרות לחללי הספיגה במהירות רבה יותר. לפיכך, מסננות מולקולריות פחמן סלקטיביות עבור חמצן ומסננות מולקולריות סלקטיביות לחנקן. זאוליטים משמשים בדרך כלל בתהליכי ייצור חמצן מבוססי ספיחה. אוויר דחוס מוזן לספינה המכילה את הספיגה. חנקן סופג ונחל השפכים העשיר בחמצן מיוצר עד שהמיטה רוויה בחנקן. בשלב זה, אוויר ההזנה מועבר לספינה טרייה ויכולה להתחיל התחדשות של המיטה הראשונה. ניתן להשיג התחדשות על ידי חימום המיטה או הפחתת לחץ המיטה, ובכך להפחית את תכולת החנקן של שיווי המשקל של הספיגה. בדרך כלל מכונה חימום ספיחת נדנדה בטמפרטורה (TSA) והפחתת הלחץ מכונה בדרך כלל ספיחת נדנדה בלחץ או ספיחת נדנדה ואקום (PSA או VSA). ללחץ מופחת יש מחזור קצר והוא פשוט לתפעול, מה שהופך אותו לתהליך המועדף על מפעלי הפרדת אוויר. וריאציות תהליכים המשפיעות על יעילות התפעול כוללות טיפול מקדים באוויר להסרת מים ופחמן דו חמצני בנפרד, מיטות מרובות כדי לאפשר התאוששות אנרגיית לחץ במהלך מיתוג המיטה ופעולת ואקום במהלך לחץ מופחת. המערכת מותאמת על בסיס זרימת מוצרים, טוהר, לחץ, צריכת אנרגיה וחיי שירות צפויים. טוהר החמצן הוא בדרך כלל 93% עד 95% בנפח.

 

1.2 מערכת ממברנה פולימרית

תהליכי ממברנה המשתמשים בחומרים פולימריים מבוססים על ההבדלים בשיעורי הדיפוזיה של חמצן וחנקן דרך קרום המפריד בין זרמי תהליכי לחץ גבוה ולחץ נמוך. שטף וסלקטיביות הם שני מאפיינים הקובעים את הכלכלה של מערכת ממברנה, ושניהם הם פונקציות של חומר הממברנה הספציפית. שטף הממברנה קובע את שטח הפנים של הממברנה והוא פונקציה של הפרש הלחץ המחולק בעובי הממברנה. הקבוע המידתיות המשתנה עם סוג הממברנה נקראת החדירות. הסלקטיביות היא היחס בין חדירות הגזים שיש להפריד. מרבית חומרי הממברנה חדירים יותר לחמצן מאשר לחנקן בגלל הגודל הקטן יותר של מולקולת החמצן. מערכות הממברנה מוגבלות בדרך כלל לייצור אוויר מועשר בחמצן (25% עד 50% חמצן). ממברנות העברה פעילות או מקלות מכילות חומר מורכבות חמצן להגברת סלקטיביות החמצן והם שיטה פוטנציאלית להגברת טוהר החמצן במערכות הממברנה, בהנחה שיש גם חומרי קרום התואמים לחמצן. יתרון מרכזי בהפרדת הממברנה הוא פשטות התהליך, המשכיותו ותפעולו בתנאים קרובים. המפוח מספק לחץ ראש מספיק כדי להתגבר על ירידת הלחץ על פני המסננים, צינורות הממברנה וצנרת. חומרי ממברנה מורכבים בדרך כלל למודולים גליליים המקושרים זה לזה על ידי חיבורים מרובים כדי לספק את יכולת הייצור הנדרשת. חמצן מחלחל דרך הסיבים (סוג סיבים חלולים) או דרך הסדינים (סוג פצע ספירלי) ומופק כמוצר. משאבת ואקום בדרך כלל שומרת על הפרש הלחץ על פני הממברנה ומספקת את החמצן בלחץ הנדרש. פחמן דו חמצני ומים קיימים בדרך כלל במוצר האוויר מועשר בחמצן מכיוון שהם חדירים יותר מחמצן לרוב חומרי הממברנה. עם זאת, מערכות הממברנה מותאמות בקלות ליישומים של עד 20 טון ליום, שם ניתן לסבול את טוהר האוויר המועשר במים ופחמן דו חמצני. טכנולוגיה זו חדשה יותר מאשר ספיחה או טכנולוגיות קריוגניות, ושיפורים בחומרים יכולים להפוך את הממברנות לאטרקטיביות יותר עבור דרישות חמצן גדולות יותר.

 

2. טמפרטורת טמפרטורה של טמפרטורת עיבוד גז תעשייתי

2.1 סקירה של עיבוד קריוגני

טכנולוגיית הפרדת אוויר קריוגנית היא כיום הטכנולוגיה היעילה והחסכונית ביותר לייצור כמויות גדולות של חמצן גזי או נוזלי, חנקן וארגון. יחידות הפרדת אוויר (ASUS) משתמשות בתהליך זיקוק קריוגני רב עמודות קונבנציונאלי לייצור חמצן מאוויר דחוס בהחלמה גבוהה וטהרה. טכנולוגיה קריוגנית יכולה גם לייצר חנקן טוהר גבוה כזרם תוצר לוואי שימושי בעלות מצטברת נמוכה יחסית. בנוסף, ניתן להוסיף לארגון נוזלי, חמצן נוזלי וחנקן נוזלי לצפחה של המוצר לאחסון גיבוי מוצר או מכירות תוצרי לוואי בעלויות הון מצטברות וחשמל נמוכות. המחקר ממשיך בדרכים להגדיל את התפוקה של רכבות ציוד בודדות כאמצעי להפחתת עלויות היחידה דרך יתרונות הגודל. מרבית הציוד משתמש במנועים חשמליים קונבנציונליים כדי להניע את הציוד כדי לדחוס הזנת אוויר ל- ASU, כמו גם חמצן וזרמי מוצרים אחרים. ראוי לציין כי מתקני IGCC מקבלים את כל אספקת האוויר שלהם על ידי חילוץ אוויר מטורבינות הגז המשמשות במחזור המשולב לייצור חשמל מגז סינתזת פחם.

 

2.2 מחזור דחיסת דחיסה

תהליכי הפרדת אוויר מייצרים בדרך כלל זרם מוצרי גז בלחץ אטמוספרי מעט מעל טמפרטורת הסביבה הקרובה. בדרך כלל החמצן של המוצר משאיר את מחליף החום העיקרי בלחץ נמוך, נע בין 3.5 ל- 7 0. 0 MPa, ורכבת מדחס צנטריפוגלית עם קצב זרימת נפח כניסה גבוה יחסית מספקת את המוצר בלחץ הנדרש.

 

2.3 משאבת מחזור נוזל מחזור נוזלי

ניתן לקחת מוצרים נוזליים ממחליפי החום הקריוגניים במעלה הזרם של קטע הזיקוק לצורך אידוי וחימום. ניתן לשאוב מוצרים אלה ללחץ המסירה הרצוי או לחץ ביניים. עם זאת, מכיוון שההספק הנדרש לייצור מוצרים נוזליים ממערכת זיקוק הוא פי 2 עד 3 מזו של ייצור מוצרים גזים, המחזור חייב להיות יעיל בשחזור הקירור הכלול בזרם המוצר המשאב. זה מושג על ידי עיבוי זרם המוצר המתאדה במחליף החום הקריוגני כנגד אוויר בלחץ גבוה או זרם הזנת חנקן. הזנת האוויר או החנקן המוזזים מוחזרים לקטע הזיקוק לקירור. מחזורי תהליכי נוזלים שאובם המשאבים זרמי מוצרים ללחץ ביניים בשקע של יחידת הפרדת האוויר נקראים מחזורי נוזלים חלקיים שאובם ונדרשים ציוד נוסף כדי לדחוס את זרם המוצר ללחץ המסירה הסופי. שאיבה מלאה או חלקית של זרמי המוצר מוסיפה מידה נוספת של חופש במיטוב המחזור הקריוגני ויכולה לחסל או להפחית את גודל מדחס החמצן.

2.4 מחזורי לחץ נמוך ולחץ גבוה
מחזורי יחידת הפרדת אוויר בלחץ נמוך (LP) מבוססים על דחיסת אוויר ההזנה רק עם דרישת הלחץ לדחיית תוצר לוואי החנקן בלחץ אטמוספרי. לפיכך, לחצי אוויר הזנה משתנים בדרך כלל בין 360 ל- 6 000 MPA, תלוי בטוהר החמצן וברמת היעילות האנרגטית הרצויה. מחזורי ASU בלחץ גבוה מייצרים זרמי מוצר ותוצר לוואי בלחצים הרבה מעל לחץ אטמוספרי, בדרך כלל דורשים רכיבים קריוגניים קטנים וקומפקטיים יותר, שיכולים לחסוך עלויות. מחזורי EP בדרך כלל משתמשים בלחץ אוויר הזנה העולה על 700 מגה -א -פ"ש. מחזור ה- EP עשוי להיות מתאים כאשר כל תוצר לוואי החנקן או כמעט נדחס כזרם מוצר. בנוסף, מחזור ה- EP נבחר לרוב לשילוב ה- ASU עם יחידות תהליכים אחרות, כמו טורבינות גז.

 

3. השוואה של אלטרנטיבות תהליכים ושיפורי טכנולוגיה

 

תהליכי ספיחה ופולימרים ממבריחים ימשיכו להשתפר בעלות ויעילות אנרגטית באמצעות המשך מחקר ופיתוח של ספיגות וחומרי קרום. אף טכנולוגיה לא צפויה לאתגר את הטכנולוגיה הקריוגנית ביכולתה לייצר כמויות גדולות של חמצן, במיוחד בטוהר גבוה יותר. שתי מערכות הספיחה וגם הממברנה מייצרות חנקן של תוצר לוואי המכיל כמויות משמעותיות של חמצן. אם נדרש חנקן טוהר גבוה, יש להשתמש במערכות טיהור נוספות או מערכות טיהור אחרות כדי לשפר את איכות החנקן. אף אחד מהתהליך לא יכול לייצר ישירות גזים ארגון או אצילים. ייצור חמצן או חנקן נוזלי לגיבוי מערכות דורש ציוד קריוגני נוסף או הובלת מוצרים מציוד צמח. מצד שני, תהליכי ספיחה וממברנה הם פשוטים ופסיביים יותר מאשר טכנולוגיות קריוגניות. אוויר המופק ממדחס טורבינת הגז יכול לעמוד באופן חלקי או לחלוטין בדרישות ההזנה של ה- ASU. בתצורה פשוטה, לחץ הזיקוק של ASU יקבע את לחץ האוויר המיצוי. אם זרימת האוויר המיצוי פחותה מכלל ה- ASU הנדרש, ישמש מדחס אוויר עזר, שלו לחץ הפריקה יתאים ללחץ האוויר המיצוי. אם אספקת האוויר המופקת היא כרבע מכלל הביקוש של ASU, ניתן לקבוע את לחץ הזיקוק של ASU באופן עצמאי וניתן להשתמש בתהליך נוזלי שאוב.

אוויר מיצוי בלחץ גבוה מרתיח חמצן או חנקן נוזלי בלחץ באזור חילופי החום הקריוגניים. אספקת האוויר הדחוס של העזר קובעת את לחץ הזיקוק של ASU.

במתקנים המשתמשים בטורבינות גז, אוויר עשוי להיות מופק מסיבות שונות ומגוונות.
כמאכיל ליחידת הפרדת אוויר, כאוויר קירור "פליטה" לטורבינה עצמה, או דרישות אחרות לאוויר בלחץ בתוך המתקן. האוויר המופק מכיל חום יקר שניתן לשחזר על ידי נוזל רותח ברמות טמפרטורה נפרדות, או על ידי העברת חום הגיונית לנוזל אחר. מחלקה אחת של יישומים המשתמשת בחום שהתאושש היא התחדשות ממס, שהיא תהליך שמבצע תחילה שלב ספיגת גז/נוזלים ואז מעביר חום לנוזל למוצרים או מזהמים גזים. שלב זה יש את הנכס שדוגמאות לתהליכים שיכולים ליהנות משילוב חום זה כוללות, אך אינן מוגבלות, את פעולות היחידה הבאות שניתן למצוא במתקני עיבוד פחמימנים או פחמימנים. התחדשות של מערכת טיפול אוויר מבוסס נוזלי כחלק מיחידת הפרדת אוויר קריוגנית. שלבי ספיגה מבוססי נוזל להסרת מזהמים מזרמי הזנת אוויר למפעלי הפרדת אוויר יכולים להפיק תועלת מהחלמת חום אוויר מיצוי. באחת ההתגלמות, אוויר חם מקורר יחסית לתחתית הנוזלים מעמוד בולם. האוויר המקורר נכנס לעמוד ויוצר קשר עם סופג הנוזל, שם זיהומים בזרם האוויר נספגים בנוזל. צעד החימום לסופג אוויר סופג דואג את המזהמים מהנוזל הסופג, המוחזר לאחר מכן לעמוד הסופג. מערכת הקליטה עשויה לכלול נוזל אחד או יותר בכמה שלבי ספיגה כדי להגביר את הסרת היעילות או להשתמש בסופגים ספציפיים כדי להסיר זיהומים ספציפיים מזרם האוויר. התחדשות סופגת עשויה לכלול חימום ממקורות אחרים, בשילוב עם חימום כדי להפחית את הלחץ לתיקון דופק. חום מהאוויר המופק עלול להתאושש על ידי מגע עקיף של האוויר החם עם נוזל תהליך, או על ידי העברת חום מאוויר לנוזל עבודה כמו קיטור או גז אינרטי. בדוגמה זו, רמת החום הגבוהה הנוצרת ממקור האוויר המופק מועברת לזרם החנקן החוזר לטורבינת הגז. האוויר המופק מקורר עוד יותר על ידי מגע עם התחתיות המועשרות בולם המשמשות לטיפול מראש בהזנת אוויר ל- ASU.
שלב העברת חום זה יכול להתבצע גם במערכות ספיגה אחרות באזור עבודות המוצר של אבעבועות רוח או אבעבועות רוח במפעל. בהתאם לחומר הממס והספיגה, ניתן לבטל צעדים להתאוששות חום ברמה גבוהה וכל חום האוויר המופק המשמש להתחדשות בולם.
ניתן לעבד ולמכור את ה- CO2 כתוצר לוואי, או להשתמש בו במפעל. דוגמה היא להחזיר את ה- CO2 לטורבינת הגז כדילול נוסף.

 

4. הסכמה

תהליכים קריוגניים הם כיום השיטה המועדפת על אספקת גזים תעשייתיים למתקנים גדולים. שילוב של זרמי חום, קירור, תהליכים ופסולת בין תהליכי גז תעשייתי ויחידות אחרות ברחבי המתקן יכול לשפר את היעילות ולהפחית את העלויות. מושגי שילוב חום מתקדמים עשויים להקל על השימוש בתהליכי כימיקלים או ITM בעתיד.