وحدة فصل الهواء للمادة الكيميائية

تم استخدام تقنية فصل الهواء المبردة بنجاح لسنوات عديدة لتوفير الأكسجين لتغويس مختلف المواد الأولية الهيدروكربونية لإنتاج syngas لإنتاج الوقود والمواد الكيميائية وغيرها من المنتجات القيمة. ومن الأمثلة على ذلك
تحويل النفايات السائلة والصلبة من مصافي المصافي إلى الهيدروجين لاستخدام المصافي الداخلية ، وكذلك الإنتاج المشترك للكهروضوئية ، والاهتمام المتزايد في عمليات تسييل الغاز الطبيعي الذي يحول الغاز الطبيعي إلى زيت الخام الاصطناعي والشمع والوقود. في السنوات الأخيرة ، من أجل تقليل تكلفة المعدات أو تحسين الكفاءة ، تلقى مزيج من عملية إنتاج الأكسجين ومصنع معالجة الهيدروكربون المصب المزيد والمزيد من الاهتمام. تم وصف عمليات إنتاج الأكسجين التقليدية والتطوير والخطط المتكاملة لتحسين اقتصاد هذه المرافق.

 

محتويات

1. نظرة على تكنولوجيا معالجة الغاز الصناعية غير البلوري

   1.1 الامتزاز

   1.2 نظام غشاء البوليمر

2. درجة حرارة تكنولوجيا معالجة الغاز الصناعية

   2.1 نظرة عامة على المعالجة المبردة

   2.2 دورة الانضغاط

   2.3 ضخ سائل سائل سائل دورة السائل

   2.4 دورات الضغط المنخفض والضغط العالي

3.Comparison من بدائل العملية وتحسين التكنولوجيا

4.clusion

الاتصال الآن

1. نظرة على تكنولوجيا معالجة الغاز الصناعية غير البلوري

1.1 الامتزاز

تعتمد عملية الامتزاز على قدرة بعض المواد الطبيعية والاصطناعية على النيتروجين الممتاز بشكل تفضيلي. في حالة الزيوليت ، يوجد مجال كهربائي غير متجانس في المساحات الفراغ للمادة ، مما يؤدي إلى الامتزاز التفضيلي للجزيئات الأكثر استقطابًا ، مثل تلك التي لديها لحظات رباعية كهربائية أكبر. وهكذا ، في فصل الهواء ، تكون جزيئات النيتروجين ممتصة بقوة أكبر من جزيئات الأكسجين أو الأرجون. عندما يمر الهواء عبر طبقة من مادة الزيوليت ، يتم الاحتفاظ بالنيتروجين ويترك تيار غني بالأكسجين طبقة الزيوليت. المناخل الجزيئية الكربونية هي من نفس الحجم مثل جزيئات الهواء. نظرًا لأن جزيئات الأكسجين أصغر قليلاً من جزيئات النيتروجين ، فإنها تنتشر في تجاويف الممتزات بشكل أسرع. وبالتالي ، فإن المناخل الجزيئية الكربونية انتقائية للأكسجين والغارة الجزيئية انتقائية للنيتروجين. تستخدم الزيوليت بشكل شائع في عمليات إنتاج الأكسجين القائمة على الامتزاز. يتم تغذية الهواء المضغوط في وعاء يحتوي على امتصاص. يتم امتصاص النيتروجين ويتم إنتاج تيار مياه الصرف الصحي الغنية بالأكسجين حتى يصبح السرير مشبعًا بالنيتروجين. عند هذه النقطة ، يتم تحويل هواء التغذية إلى وعاء جديد ويمكن أن يبدأ تجديد السرير الأول. يمكن تحقيق التجديد عن طريق تسخين السرير أو تقليل ضغط السرير ، مما يقلل من محتوى النيتروجين التوازن في المادة. يشار إلى التدفئة عادةً باسم امتصاص الأرجوحة في درجة الحرارة (TSA) ويشار إلى الحد من الضغط عادةً على أنه أرجوحة الضغط أو امتصاص الأرجوحة الفراغ (PSA أو VSA). انخفاض الضغط له دورة قصيرة وبسيطة للعمل ، مما يجعله العملية المفضلة لنباتات فصل الهواء. تشمل الاختلافات العملية التي تؤثر على كفاءة التشغيل معالجة الهواء لإزالة الماء وثاني أكسيد الكربون بشكل منفصل ، وأسرة متعددة للسماح باستعادة طاقة الضغط أثناء تبديل السرير ، وتشغيل الفراغ أثناء الضغط المنخفض. تم تحسين النظام بناءً على تدفق المنتج ، والنقاء ، والضغط ، واستهلاك الطاقة ، وحياة الخدمة المتوقعة. نقاء الأكسجين عادة ما يكون 93 ٪ إلى 95 ٪ حسب الحجم.

 

1.2 نظام غشاء البوليمر

تعتمد عمليات الغشاء باستخدام المواد البوليمرية على الاختلافات في معدلات انتشار الأكسجين والنيتروجين من خلال غشاء يفصل بين تيارات عملية الضغط العالي وعملية الضغط المنخفض. التدفق والانتقائية هما خصائصان تحددان اقتصاديات نظام الغشاء ، وكلاهما هو وظائف لمواد الغشاء المحددة. يحدد تدفق الغشاء مساحة سطح الغشاء وهي وظيفة لفرق الضغط مقسومًا على سمك الغشاء. يسمى ثابت التناسب الذي يختلف مع نوع الغشاء النفاذية. الانتقائية هي نسبة نفاذية الغازات المراد فصلها. معظم مواد الغشاء أكثر نفاذية للأكسجين من النيتروجين بسبب الحجم الأصغر لجزيء الأكسجين. تقتصر أنظمة الغشاء بشكل عام على إنتاج الهواء المخصب للأكسجين (25 ٪ إلى 50 ٪ من الأكسجين). تحتوي أغشية النقل النشطة أو الميسرة على عامل تعقيد الأكسجين لزيادة انتقائية الأكسجين وهي وسيلة محتملة لزيادة نقاء الأكسجين في أنظمة الغشاء ، على افتراض أن مواد الغشاء المتوافقة مع الأكسجين متاحة أيضًا. تتمثل إحدى الميزات الرئيسية لفصل الغشاء في بساطة العملية ، واستمراريها ، وعملياتها في ظروف قريبة. يوفر المنفاخ ضغطًا كافيًا للرأس للتغلب على انخفاض الضغط عبر المرشحات وأنابيب الغشاء والأنابيب. عادة ما يتم تجميع مواد الغشاء في وحدات أسطواني ترتبط ببعضها البعض بواسطة اتصالات متعددة لتوفير القدرة الإنتاجية المطلوبة. يتخلل الأكسجين عبر الألياف (نوع الألياف المجوفة) أو من خلال الأوراق (نوع الجرح الحلزوني) ويتم استخلاصه كمنتج. عادةً ما تحافظ مضخة الفراغ على تفاضل الضغط عبر الغشاء وتوفر الأكسجين عند الضغط المطلوب. عادةً ما تكون ثاني أكسيد الكربون والماء موجودة في منتج الهواء المخصب للأكسجين لأنها أكثر نفاذية من الأكسجين لمعظم مواد الغشاء. ومع ذلك ، يتم تكييف أنظمة الغشاء بسهولة مع تطبيقات تصل إلى 20 طنًا يوميًا ، حيث يمكن تحمل نقاء الهواء المخصب بملوثات الماء وثاني أكسيد الكربون. هذه التكنولوجيا أحدث من الامتزاز أو التقنيات المبردة ، ويمكن أن تجعل التحسينات في المواد الأغشية أكثر جاذبية لمتطلبات الأكسجين الأكبر.

 

2. درجة حرارة تكنولوجيا معالجة الغاز الصناعية

2.1 نظرة عامة على المعالجة المبردة

تعد تقنية فصل الهواء المبردة في الوقت الحالي تقنية أكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة لإنتاج كميات كبيرة من الأكسجين الغازي أو السائل والنيتروجين والأرجون. تستخدم وحدات فصل الهواء (ASUS) عملية التقطير المبردة متعددة العمود التقليدية لإنتاج الأكسجين من الهواء المضغوط عند الانتعاش والنقاء. يمكن أن تنتج التكنولوجيا المبردة أيضًا النيتروجين عالي النقاء كدفق مفيد للمنتج الثانوي بتكلفة تدريجية منخفضة نسبيًا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إضافة الأرجون السائل والأكسجين السائل والنيتروجين السائل إلى قائمة المنتج لتخزين النسخ الاحتياطي للمنتج أو مبيعات المنتجات الثانوية عند انخفاض تكاليف رأس المال والكهرباء التزايدي. تستمر الأبحاث في طرق زيادة إنتاجية قطارات المعدات الفردية كوسيلة لتقليل تكاليف الوحدة من خلال وفورات الحجم. تستخدم معظم المعدات المحركات الكهربائية التقليدية لدفع المعدات لضغط تغذية الهواء إلى ASU ، وكذلك الأكسجين وغيرها من تدفقات المنتجات. من الجدير بالذكر أن مرافق IGCC تتلقى جميع إمدادات الهواء عن طريق استخراج الهواء من توربينات الغاز المستخدمة في الدورة المشتركة لإنتاج الكهرباء من غاز تخليق الفحم.

 

2.2 دورة الانضغاط

عادةً ما تنتج عمليات فصل الهواء مجرى منتج غاز عند الضغط الجوي قليلاً وقريبًا من درجة الحرارة المحيطة. عادةً ما يترك أكسجين المنتج المبادل الحراري الرئيسي عند الضغط المنخفض ، الذي يتراوح من 3.5 إلى 7 0.

 

2.3 ضخ سائل سائل سائل دورة السائل

يمكن أخذ المنتجات السائلة من المبادلات الحرارية المبردة في اتجاه قسم التقطير للتبخر والتدفئة. يمكن ضخ هذه المنتجات إلى ضغط التسليم المطلوب أو الضغط المتوسط. ومع ذلك ، نظرًا لأن الطاقة المطلوبة لإنتاج منتجات سائلة من نظام التقطير هي 2 إلى 3 أضعاف إنتاج المنتجات الغازية ، يجب أن تكون الدورة فعالة في استرداد المبرد الموجود في تيار المنتج المضخ. يتم تحقيق ذلك عن طريق تكثيف تيار المنتج المتبخر في المبادل الحراري المبرد ضد الهواء عالي الضغط أو تيار تغذية النيتروجين. يتم إرجاع الهواء المسال أو تغذية النيتروجين إلى قسم التقطير للتبريد. تسمى دورات عملية الضخ السائلة التي تضخ تيارات المنتج إلى ضغط وسيط عند منفذ وحدة فصل الهواء دورات سائلة مضخّة جزئية وتتطلب معدات إضافية لضغط تيار المنتج إلى ضغط التسليم النهائي. يضيف الضخ الكامل أو الجزئي لتيارات المنتج درجة أخرى من الحرية في تحسين الدورة المبردة ويمكن أن تقلل من حجم ضاغط الأكسجين أو تقليله.

2.4 دورات الضغط المنخفض والضغط العالي
تعتمد دورات وحدة فصل الهواء منخفضة الضغط (LP) على ضغط الهواء التغذية فقط مع متطلبات الضغط لرفض المنتج الثانوي النيتروجيني عند الضغط الجوي. لذلك ، تختلف ضغوط الهواء تغذية عادة ما بين 360 و 6 000 MPA ، اعتمادًا على نقاء الأكسجين والمستوى المطلوب من كفاءة الطاقة. تنتج دورات ASU ذات الضغط العالي منتجات المنتج والمنتج الثانوي عند ضغوط أعلى بكثير من الضغط الجوي ، والتي تتطلب عادة مكونات متبرئة أصغر وأكثر إحكاما ، والتي يمكن أن توفر التكاليف. تستخدم دورات EP عادةً ضغوط الهواء التغذية التي تتجاوز 700 ميجا باسكال. قد تكون دورة EP مناسبة عندما يتم ضغط كل ما يقرب من كل الناتج الثانوي النيتروجيني كتيار منتج. بالإضافة إلى ذلك ، يتم اختيار دورة EP غالبًا لدمج ASU مع وحدات العمليات الأخرى ، مثل توربينات الغاز.

 

3.Comparison من بدائل العملية وتحسين التكنولوجيا

 

سوف تستمر عمليات الامتزاز والغشاء البوليمر في التحسن في التكلفة وكفاءة الطاقة من خلال الاستمرار في البحث وتطوير الممتزات والمواد الغشائية. لا من المتوقع أن تتحدى التكنولوجيا التكنولوجيا المبردة في قدرتها على إنتاج كميات كبيرة من الأكسجين ، وخاصة في المناطق العليا. ينتج كل من أنظمة الامتزاز والغشاء النيتروجين الثانوي الذي يحتوي على كميات كبيرة من الأكسجين. إذا كانت النيتروجين عالية النقاء مطلوبة ، فيجب استخدام إزالة الأكسجين الإضافية أو أنظمة تنقية أخرى لتحسين جودة النيتروجين. لا يمكن للعملية إنتاج غازات الأرجون أو النبيلة مباشرة. يتطلب إنتاج الأكسجين السائل أو النيتروجين للنسخ الاحتياطي للنظام معدات باردة أو نقل منتجات إضافية من معدات المصنع. من ناحية أخرى ، فإن عمليات الامتزاز والغشاء أبسط وأكثر سلبية من التقنيات المبردة. يمكن للهواء المستخرج من ضاغط التوربينات الغازية أن يفي جزئيًا أو تمامًا بمتطلبات التغذية الخاصة بـ ASU. في التكوين البسيط ، سيقوم ضغط التقطير ASU بتعيين ضغط هواء الاستخراج. إذا كان تدفق الهواء الاستخراج أقل من إجمالي ASU المطلوب ، فسيتم استخدام ضاغط الهواء الإضافي ، الذي سيتطابق ضغط التفريغ مع ضغط هواء الاستخراج. إذا كان إمدادات الهواء المستخرجة حوالي ربع إجمالي الطلب على ASU ، فيمكن إنشاء ضغط التقطير ASU بشكل مستقل ويمكن استخدام عملية سائلة ضخ.

يتلخص هواء استخراج الضغط العالي في أكسجين سائل أو النيتروجين في منطقة تبادل الحرارة المبردة. يضع إمدادات الهواء المضغوطة المساعد ضغط تقطير ASU.

في المرافق التي تستخدم توربينات الغاز ، قد يتم استخراج الهواء لمجموعة متنوعة من الأسباب.
كطعم لوحدة فصل الهواء ، كهواء تبريد "العادم" للتوربين نفسه ، أو متطلبات أخرى للهواء المضغوط داخل المنشأة. يحتوي الهواء المستخرج على حرارة قيمة يمكن استردادها عن طريق غليان السائل في مستويات درجة حرارة منفصلة ، أو عن طريق نقل الحرارة المعقول إلى سائل آخر. فئة واحدة من التطبيقات التي تستخدم الحرارة المستردة هي تجديد المذيبات ، وهي عملية تؤدي أولاً خطوة امتصاص الغاز/السائل ثم تنقل الحرارة إلى السائل إلى منتجات أو ملوثات غازية. تمتلك هذه الخطوة الخاصية التي تشمل أمثلة العمليات التي يمكن أن تستفيد من تكامل الحرارة هذا ، على سبيل المثال لا الحصر ، عمليات الوحدة التالية التي يمكن العثور عليها في مرافق معالجة الهيدروكربون أو هيدروكربون. تجديد نظام المعالجة الهوائية القائمة على السائل كجزء من وحدة فصل الهواء المبردة. يمكن أن تستفيد خطوات الامتصاص القائمة على السائل لإزالة الملوثات من تيارات تغذية الهواء إلى محطات فصل الهواء من استرداد حرارة الهواء الاستخراجي. في أحد النماذج ، يتم تبريد الهواء الساخن بالنسبة إلى القيعان السائلة من عمود الامتصاص. يدخل الهواء المبرد إلى العمود ويتلامس المصاب السائل ، حيث يتم امتصاص الشوائب في تيار الهواء في السائل. خطوة التدفئة من الهواء إلى المكمّن تمتص الملوثات من السائل الماص ، والذي يتم إرجاعه بعد ذلك إلى العمود الماصة. قد يتضمن نظام الامتصاص سوائل واحدة أو أكثر في العديد من خطوات الامتصاص لزيادة إزالة الكفاءة أو استخدام امتصاصات محددة لإزالة شوائب محددة من تيار الهواء. قد يشمل تجديد الماصة التدفئة من مصادر أخرى ، جنبا إلى جنب مع التدفئة لتقليل الضغط إلى شوائب desorb. يمكن استرداد الحرارة من الهواء المستخرج عن طريق التلامس غير المباشر للهواء الساخن مع سائل العملية ، أو عن طريق نقل الحرارة من الهواء إلى سائل عمل مثل البخار أو الغاز الخامل. في هذا المثال ، يتم نقل المستوى العالي من الحرارة المتولدة من مصدر الهواء المستخرج إلى تيار النيتروجين الذي يعود إلى توربينات الغاز. يتم تبريد الهواء المستخرج بشكل أكبر عن طريق التلامس مع القيعان المخصبة للامتصاص المستخدمة لتغذية الهواء قبل معالجة ASU.
يمكن أيضًا تحقيق خطوة نقل الحرارة هذه في أنظمة الامتصاص الأخرى داخل منطقة عمل منتج POX أو POX في المصنع. اعتمادًا على مادة المذيبات والامتصاص ، يمكن القضاء على خطوات استرداد الحرارة عالية المستوى وجميع حرارة الهواء المستخرجة المستخدمة لتجديد الامتصاص.
يمكن معالجة CO2 وبيعها كمنتج ثانوي ، أو استخدامها داخل المصنع. مثال على ذلك هو إعادة ثاني أكسيد الكربون إلى توربينات الغاز كمخفف إضافي.

 

4.clusion

تعد العمليات المبردة حاليًا الطريقة المفضلة لتزويد الغازات الصناعية بالمرافق الكبيرة. يمكن أن يؤدي دمج الحرارة والتبريد والعملية والنفايات بين عمليات الغاز الصناعي والوحدات الأخرى في جميع أنحاء المنشأة إلى تحسين الكفاءة وخفض التكاليف. قد تسهل مفاهيم تكامل الحرارة المتقدمة استخدام عمليات الكيميائية أو ITM في المستقبل.