Luftseparationsenhed til kemikalie

Kryogen luftseparationsteknologi er blevet anvendt med succes i mange år til at tilvejebringe ilt til forgasning af forskellige carbonhydridfremførere til fremstilling af syngas til produktion af brændstoffer, kemikalier og andre værdifulde produkter. Eksempler inkluderer
Konvertering af flydende og fast affald fra raffinaderier til brint til brug i raffinaderier samt samproduktionen af ​​elektricitet og den voksende interesse for naturgasflydende processer, der omdanner naturgas til syntetisk råolie, voks og brændstoffer. I de senere år har kombinationen af ​​iltproduktionsproces og nedstrøms carbonhydridbehandlingsanlæg modtaget mere og mere opmærksomhed for at reducere effektiviteten af ​​udstyret eller forbedre effektiviteten. Traditionelle og udviklende iltproduktionsprocesser og integrerede ordninger for at forbedre økonomien i disse faciliteter er beskrevet.

 

Indhold

1. Overvisningen af ​​ikke-kryogen industriel gasforarbejdningsteknologi

   1.1 Adsorption

   1.2 Polymermembransystem

2. Lav temperatur Industriel gasforarbejdningsteknologi

   2.1 Oversigt over kryogen behandling

   2.2 Komprimeringscykomprimeringscyklus

   2.3 Pumpning af flydende cykluspumpe væskecyklus

   2.4 Lavtryk og højtrykscyklusser

3. Sammenligning af procesalternativer og teknologiforbedringer

4. Konklusion

Kontakt nu

1. Overvisningen af ​​ikke-kryogen industriel gasforarbejdningsteknologi

1.1 Adsorption

Adsorptionsprocessen er baseret på evnen hos nogle naturlige og syntetiske materialer til fortrinsvis at adsorbere nitrogen. I tilfælde af zeolitter findes der et inhomogent elektrisk felt i materialets tomrum i materialet, hvilket resulterer i den præferentielle adsorption af molekyler, der er mere polariserede, såsom dem med større elektrostatisk quadrupol -øjeblikke. I luftparation er nitrogenmolekyler således stærkere adsorberet end ilt- eller argonmolekyler. Når luft passerer gennem et lag zeolitmateriale, bevares nitrogenet, og en iltrig strøm forlader zeolitlaget. Carbonmolekylssigter er af samme størrelsesorden som luftmolekyler. Da iltmolekyler er lidt mindre end nitrogenmolekyler, spreder de sig hurtigere ind i hulrummet i adsorbenten. Således er carbonmolekylssigter selektive for ilt- og molekylsigter er selektive for nitrogen. Zeolitter bruges ofte i adsorptionsbaserede iltproduktionsprocesser. Trykluft føres ind i et kar, der indeholder adsorbenten. Nitrogen adsorberes, og der produceres en iltrig spildevandsstrøm, indtil sengen er mættet med nitrogen. På dette tidspunkt skiftes foderluften til et frisk kar, og regenerering af den første seng kan begynde. Regenerering kan opnås ved at opvarme sengen eller reducere sengetrykket og derved reducere ligevægtsnitrogenindholdet i adsorbenten. Opvarmning omtales normalt som temperatur sving adsorption (TSA), og reduktion af trykket kaldes normalt trykving eller vakuumsvingadsorption (PSA eller VSA). Nedsat tryk har en kort cyklus og er enkelt at betjene, hvilket gør det til den foretrukne proces for luftparationsanlæg. Procesvariationer, der påvirker driftseffektiviteten, inkluderer forbehandling af luften for at fjerne vand og kuldioxid separat, flere senge for at muliggøre trykgenergiudvinding under sengenomskiftning og vakuumdrift under reduceret tryk. Systemet er optimeret baseret på produktstrøm, renhed, pres, energiforbrug og forventet levetid. Oxygenrenhed er typisk 93% til 95% efter volumen.

 

1.2 Polymermembransystem

Membranprocesser ved anvendelse af polymere materialer er baseret på forskellene i diffusionshastighederne for ilt og nitrogen gennem en membran, der adskiller højtryks- og lavtryksprocesstrømme. Flux og selektivitet er to egenskaber, der bestemmer økonomien i et membransystem, og begge er funktioner af det specifikke membranmateriale. Membranflux bestemmer overfladearealet af membranen og er en funktion af trykforskellen divideret med membrantykkelsen. Proportionalitetskonstanten, der varierer med typen af ​​membran, kaldes permeabiliteten. Selektivitet er forholdet mellem permeabiliteten af ​​de gasser, der skal adskilles. De fleste membranmaterialer er mere permeable for ilt end for nitrogen på grund af den mindre størrelse af iltmolekylet. Membransystemer er generelt begrænset til produktionen af ​​iltberiget luft (25% til 50% ilt). Aktive eller lettede overførselsmembraner indeholder et iltkomplekserende middel til at øge iltselektiviteten og er en potentiel metode til at øge iltrenhed i membransystemer under forudsætning af, at membranmaterialer, der er kompatible med ilt, også er tilgængelige. En stor fordel ved membranseparation er enkelheden i processen, dens kontinuitet og dens drift under næsten ambientforhold. Blæseren giver tilstrækkeligt hovedtryk til at overvinde trykfaldet over filtre, membranrør og rørledninger. Membranmaterialer samles normalt i cylindriske moduler, der er knyttet sammen med flere forbindelser for at tilvejebringe den krævede produktionskapacitet. Oxygen gennemsyrer gennem fibrene (hul fibertype) eller gennem arkene (spiralsårtype) og ekstraheres som et produkt. En vakuumpumpe opretholder normalt trykforskellen over membranen og leverer ilt ved det krævede tryk. Kuldioxid og vand er normalt til stede i det iltberigede luftprodukt, fordi de er mere permeable end ilt til de fleste membranmaterialer. Membransystemer tilpasses imidlertid let til anvendelser af op til 20 ton om dagen, hvor renheden af ​​den luft, der er beriget med vand og kuldioxidforurenende stoffer, kan tolereres. Denne teknologi er nyere end adsorption eller kryogene teknologier, og forbedringer i materialer kan gøre membraner mere attraktive til større iltkrav.

 

2. Lav temperatur Industriel gasforarbejdningsteknologi

2.1 Oversigt over kryogen behandling

Kryogen luftseparationsteknologi er i øjeblikket den mest effektive og omkostningseffektive teknologi til produktion af store mængder gasformige eller flydende ilt, nitrogen og argon. Luftseparationsenheder (ASUS) bruger en konventionel kryogen destillationsproces for flere søjler til at producere ilt fra trykluft ved høj bedring og renhed. Kryogen teknologi kan også producere nitrogen med høj renhed som en nyttig biproduktstrøm til relativt lave inkrementelle omkostninger. Derudover kan flydende argon, flydende ilt og flydende nitrogen føjes til produktskifer til opbevaring af produktbackup eller biproduktsalg til lav trinvis kapital og elektricitetsomkostninger. Forskning fortsætter med måder at øge produktiviteten af ​​individuelle udstyrstog som et middel til at reducere enhedsomkostninger gennem stordriftsfordele. De fleste udstyr bruger konventionelle elektriske motorer til at drive udstyret til at komprimere luftfoder til ASU, såvel som ilt og andre produktstrømme. Det er bemærkelsesværdigt, at IGCC -faciliteter modtager al deres luftforsyning ved at udtrække luft fra gasturbinerne, der bruges i den kombinerede cyklus til at producere elektricitet fra kulsyntesegas.

 

2.2 Komprimeringscykomprimeringscyklus

Luftseparationsprocesser producerer typisk en gasproduktstrøm ved lidt over atmosfærisk tryk og nær omgivelsestemperatur. Produktet ilt forlader typisk hovedvarmeveksleren ved lavt tryk, der spænder fra 3,5 til 7 0. 0 MPa, og et centrifugalkompressortog med et relativt højt indløbsvolumenstrømningshastighed leverer produktet ved det krævede tryk.

 

2.3 Pumpning af flydende cykluspumpe væskecyklus

Flydende produkter kan tages fra de kryogene varmevekslere opstrøms for destillationssektionen til fordampning og opvarmning. Disse produkter kan pumpes til det ønskede leveringstryk eller mellemtryk. Da den effekt, der kræves for at fremstille flydende produkter fra et destillationssystem, er 2 til 3 gange den med at producere gasformige produkter, skal cyklussen være effektiv til at gendanne kølemediet indeholdt i den pumpede produktstrøm. Dette opnås ved at kondensere den fordampede produktstrøm i den kryogene varmeveksler mod en højtryksluft eller nitrogenfoderstrøm. Den flydende luft eller nitrogenfoder returneres til destillationsafsnittet for køling. Pumpede flydende procescyklusser, der pumper produktstrømme til et mellemtryk ved udløbet af luftseparationsenheden kaldes delvis pumpede flydende cyklusser og kræver yderligere udstyr for at komprimere produktstrømmen til det endelige leveringstryk. Fuld eller delvis pumpning af produktstrømmene tilføjer en anden grad af frihed til at optimere den kryogene cyklus og kan eliminere eller reducere størrelsen på iltkompressoren.

2.4 Lavtryk og højtrykscyklusser
Lavt tryk (LP) luftseparationsenhedscyklusser er kun baseret på komprimering af foderluften med trykkravet for at afvise nitrogenbiproduktet ved atmosfæretryk. Derfor varierer foderlufttryk typisk mellem 360 og 6 000 MPa, afhængigt af iltrenhed og det ønskede niveau af energieffektivitet. Højtryks ASU-cyklusser producerer produkt- og biproduktstrømme ved tryk langt over atmosfæretrykket, hvilket typisk kræver mindre og mere kompakte kryogene komponenter, hvilket kan spare omkostninger. EP -cyklusser bruger typisk foderlufttryk på over 700 MPa. EP -cyklussen kan være passende, når alle eller næsten al nitrogen biprodukt komprimeres som en produktstrøm. Derudover vælges EP -cyklus ofte til at integrere ASU med andre procesenheder, såsom gasturbiner.

 

3. Sammenligning af procesalternativer og teknologiforbedringer

 

Adsorptions- og polymermembranprocesser vil fortsat forbedre sig i omkostninger og energieffektivitet gennem fortsat forskning og udvikling af adsorbenter og membranmaterialer. Ingen af ​​teknologien forventes at udfordre kryogen teknologi i sin evne til at producere store mængder ilt, især ved højere renhed. Både adsorptions- og membransystemer producerer biproduktnitrogen, der indeholder betydelige mængder ilt. Hvis nitrogen med høj renhed er påkrævet, skal der anvendes yderligere deoxygenering eller andre oprensningssystemer for at forbedre nitrogenkvaliteten. Hverken proces kan direkte producere argon- eller ædelgasser. Produktionen af ​​flydende ilt eller nitrogen til systembackup kræver yderligere kryogent udstyr eller produkttransport fra planteudstyr. På den anden side er adsorptions- og membranprocesser enklere og mere passive end kryogene teknologier. Luftudtrukket fra gasturbinekompressoren kan delvis eller fuldstændigt opfylde ASU's foderkrav. I en simpel konfiguration indstiller ASU -destillationstrykket ekstraktionslufttrykket. Hvis ekstraktionsluftstrømmen er mindre end den samlede ASU, der kræves, vil en hjælpeluftkompressor blive brugt, hvis udladningstryk vil matche ekstraktionslufttrykket. Hvis den ekstraherede luftforsyning er cirka en fjerdedel af den samlede ASU-efterspørgsel, kan ASU-destillationstrykket fastlægges uafhængigt, og en pumpet flydende proces kan anvendes.

Luften med højtryksekstraktion koger flydende ilt eller nitrogen i den kryogene varmeudvekslingszone. Hjælpemæssig komprimeret luftforsyning indstiller ASU -destillationstrykket.

I faciliteter, der bruger gasturbiner, kan luft udvindes af forskellige årsager.
Som foder til en luftseparationsenhed, som "udstødning" afkølingsluft for selve turbinen eller andre krav til trykluft inden for anlægget. Den ekstraherede luft indeholder værdifuld varme, der kan udvindes ved kogende væske ved diskrete temperaturniveauer eller ved fornuftig varmeoverførsel til en anden væske. En klasse af applikationer, der bruger gendannet varme, er opløsningsmiddelregenerering, som er en proces, der først udfører et gas/væskeabsorptionstrin og derefter overfører varme til væsken til at desorbere gasformige produkter eller forurenende stoffer. Dette trin besidder den egenskab, der eksempler på processer, der kan drage fordel af denne varmeintegration, inkluderer, men ikke er begrænset til, følgende enhedsoperationer, der kan findes i carbonhydridforgasning eller carbonhydridbehandlingsfaciliteter. Regenerering af et væskebaseret luftforbehandlingssystem som en del af en kryogen luftseparationsenhed. Væskebaserede absorptionstrin for at fjerne forurenende stoffer fra luftfremstillingsstrømme til luftseparationsanlæg kan drage fordel af udvinding af luftvarme. I en udførelsesform afkøles varm luft i forhold til de flydende bundbund fra en absorbersøjle. Den afkølede luft kommer ind i søjlen og kontakter den flydende absorberende, hvor urenheder i luftstrømmen absorberes i væsken. Det luft-til-absorberende opvarmningstrin desorberer kontaminanterne fra den absorberende væske, som derefter returneres til den absorberende søjle. Absorptionssystemet kan omfatte en eller flere væsker i flere absorptionstrin for at øge effektiviteten af ​​effektiviteten eller bruge specifikke absorbenter til at fjerne specifikke urenheder fra luftstrømmen. Absorberende regenerering kan omfatte opvarmning fra andre kilder kombineret med opvarmning for at reducere pres for at desorbere urenheder. Varme fra den ekstraherede luft kan gendannes ved indirekte kontakt af den varme luft med en procesvæske eller ved varmeoverførsel fra luft til en arbejdsvæske såsom damp eller en inert gas. I dette eksempel overføres det høje niveau af varme, der genereres fra den ekstraherede luftkilde, til nitrogenstrømmen, der vender tilbage til gasturbinen. Den ekstraherede luft afkøles yderligere ved kontakt med de absorberberigede bundbund, der bruges til forbehandling af luftfoder til ASU.
Dette varmeoverførselstrin kan også opnås i andre absorptionssystemer inden for POX- eller POX -produktets arbejdsområde på anlægget. Afhængig af opløsningsmidlet og absorptionsmaterialet kan varmegenvindingstrin på højt niveau fjernes, og al den ekstraherede luftvarme, der bruges til absorberegenerering.
CO2 kan behandles og sælges som et biprodukt eller bruges i anlægget. Et eksempel er at returnere CO2 til gasturbinen som et tilsat fortyndingsmiddel.

 

4. Konklusion

Kryogene processer er i øjeblikket den foretrukne metode til levering af industrielle gasser til store faciliteter. Integration af varme, køling, proces- og affaldsstrømme mellem industrielle gasprocesser og andre enheder i hele anlægget kan forbedre effektiviteten og reducere omkostningerne. Avancerede varmeintegrationskoncepter kan lette brugen af ​​kemiske eller ITM -processer i fremtiden.