Luftseparasjonsenhet for kjemisk

Kryogen luftseparasjonsteknologi har blitt brukt med hell i mange år for å gi oksygen for forgassifisering av forskjellige hydrokarbonmateriale for å produsere syngass for produksjon av drivstoff, kjemikalier og andre verdifulle produkter. Eksempler inkluderer
Konvertering av væske og fast avfall fra raffinerier til hydrogen for bruk i raffinerier, samt samproduksjon av elektrisitet, og den økende interessen for naturgass-flytningsprosesser som konverterer naturgass til syntetisk råolje, voks og drivstoff. De siste årene, for å redusere utstyrskostnadene eller forbedre effektiviteten, har kombinasjonen av oksygenproduksjonsprosess og nedstrøms hydrokarbonbehandlingsanlegg fått mer og mer oppmerksomhet. Tradisjonelle og utviklende oksygenproduksjonsprosesser og integrerte ordninger for å forbedre økonomien til disse anleggene er beskrevet.

 

Innhold

1. Overvisning av ikke-kryogen industriell gassbehandlingsteknologi

   1.1 Adsorpsjon

   1.2 Polymermembransystem

2. Lav temperatur Industriell gassbehandlingsteknologi

   2.1 Oversikt over kryogen prosessering

   2.2 Komprimeringssyklekompresjonssyklus

   2.3 Pumping væskesykluspumping væskesyklus

   2.4 Lavtrykks- og høytrykkssykluser

3. Sammenligning av prosessalternativer og teknologiforbedringer

4.Konklusjon

Kontakt nå

1. Overvisning av ikke-kryogen industriell gassbehandlingsteknologi

1.1 Adsorpsjon

Adsorpsjonsprosessen er basert på evnen til noen naturlige og syntetiske materialer til å fortrinnsvis adsorbere nitrogen. Når det gjelder zeolitter, eksisterer det et inhomogent elektrisk felt i tomromsrommet i materialet, noe som resulterer i den foretrukne adsorpsjonen av molekyler som er mer polariserte, slik som de med større elektrostatiske firedoblingsmomenter. I luftseparasjon adsorberes nitrogenmolekyler sterkere enn oksygen- eller argonmolekyler. Når luft passerer gjennom et lag med zeolitmateriale, beholdes nitrogenet og en oksygenrik strøm forlater zeolitlaget. Karbonmolekylære sikt er av samme størrelsesorden som luftmolekyler. Siden oksygenmolekyler er litt mindre enn nitrogenmolekyler, diffunderer de seg inn i hulrommene i adsorbenten raskere. Dermed er karbonmolekylsikter selektive for oksygen og molekylære sikt er selektive for nitrogen. Zeolitter brukes ofte i adsorpsjonsbaserte oksygenproduksjonsprosesser. Komprimert luft føres inn i et fartøy som inneholder adsorbenten. Nitrogen adsorberes og en oksygenrik avløpsvannstrøm produseres til sengen er mettet med nitrogen. På dette tidspunktet blir fôrluften byttet til et friskt fartøy og regenerering av den første sengen kan begynne. Regenerering kan oppnås ved å varme opp sengen eller redusere sengetrykket, og dermed redusere likevektsnitrogeninnholdet i adsorbenten. Oppvarming blir vanligvis referert til som temperatursvingadsorpsjon (TSA), og å redusere trykket blir vanligvis referert til som trykksving eller vakuumsvingadsorpsjon (PSA eller VSA). Redusert trykk har en kort syklus og er enkel å betjene, noe som gjør det til den foretrukne prosessen for luftseparasjonsanlegg. Prosessvariasjoner som påvirker driftseffektiviteten inkluderer forbehandling av luften for å fjerne vann- og karbondioksid hver for seg, flere senger for å tillate trykkenergitid under sengebytte og vakuumdrift under redusert trykk. Systemet er optimalisert basert på produktstrøm, renhet, trykk, energiforbruk og forventet levetid. Oksygenrenhet er typisk 93% til 95 volum%.

 

1.2 Polymermembransystem

Membranprosesser ved bruk av polymermaterialer er basert på forskjellene i diffusjonshastighetene for oksygen og nitrogen gjennom en membran som skiller høytrykks- og lavtrykksprosessstrømmer. Fluks og selektivitet er to egenskaper som bestemmer økonomien i et membransystem, og begge er funksjoner for det spesifikke membranmaterialet. Membranfluks bestemmer overflatearealet til membranen og er en funksjon av trykkforskjellen delt på membrantykkelsen. Proporsjonalitetskonstanten som varierer med typen membran kalles permeabiliteten. Selektivitet er forholdet mellom permeabilitetene til gassene som skal skilles. De fleste membranmaterialer er mer gjennomtrengelige for oksygen enn for nitrogen på grunn av den mindre størrelsen på oksygenmolekylet. Membransystemer er generelt begrenset til produksjon av oksygenanriket luft (25% til 50% oksygen). Aktive eller tilrettelagte overføringsmembraner inneholder et oksygenkomplekseringsmiddel for å øke oksygen -selektiviteten og er en potensiell metode for å øke oksygenrensheten i membransystemer, forutsatt at membranmaterialer som er kompatible med oksygen også er tilgjengelige. En stor fordel med membranseparasjon er enkelheten i prosessen, dens kontinuitet og dens drift under nærmest ambisjonsforhold. Blåseren gir tilstrekkelig hodetrykk for å overvinne trykkfallet over filtrene, membranrørene og rørledningen. Membranmaterialer er vanligvis samlet inn i sylindriske moduler som er koblet sammen av flere tilkoblinger for å gi den nødvendige produksjonskapasiteten. Oksygen gjennomsyrer gjennom fibrene (hul fibertype) eller gjennom arkene (spiralsårtype) og trekkes ut som et produkt. En vakuumpumpe opprettholder vanligvis trykkdifferensialet over membranen og leverer oksygenet ved det nødvendige trykket. Karbondioksid og vann er vanligvis til stede i oksygenanriket luftprodukt fordi de er mer permeable enn oksygen for de fleste membranmaterialer. Imidlertid er membransystemer lett tilpasset anvendelser på opptil 20 tonn per dag, der renheten i luften beriket med vann- og karbondioksidforurensninger kan tolereres. Denne teknologien er nyere enn adsorpsjon eller kryogene teknologier, og forbedringer i materialer kan gjøre membraner mer attraktive for større oksygenbehov.

 

2. Lav temperatur Industriell gassbehandlingsteknologi

2.1 Oversikt over kryogen prosessering

Kryogen luftseparasjonsteknologi er for tiden den mest effektive og kostnadseffektive teknologien for å produsere store mengder gassformig eller flytende oksygen, nitrogen og argon. Luftseparasjonsenheter (ASUS) bruker en konvensjonell kryogen destillasjonsprosess for flere kolonner for å produsere oksygen fra trykkluft ved høy utvinning og renhet. Kryogen teknologi kan også produsere nitrogen med høy renhet som en nyttig biproduktstrøm til relativt lave trinnvise kostnader. I tillegg kan flytende argon, flytende oksygen og flytende nitrogen tilsettes produktskifer for lagring av produktsikkerhetskopiering eller biproduktsalg ved lave trinnvise kapital- og elektrisitetskostnader. Forskning fortsetter på måter å øke produktiviteten til individuelt utstyrstog som et middel til å redusere enhetskostnader gjennom stordriftsfordeler. Mest utstyr bruker konvensjonelle elektriske motorer for å drive utstyret for å komprimere luftmating til ASU, så vel som oksygen og andre produktstrømmer. Det er bemerkelsesverdig at IGCC -anlegg får all luftforsyningen ved å trekke ut luft fra gassturbinene som brukes i den kombinerte syklusen for å produsere strøm fra kullsyntese.

 

2.2 Komprimeringssyklekompresjonssyklus

Luftseparasjonsprosesser produserer vanligvis en gassproduktstrøm ved litt over atmosfæretrykk og nær omgivelsestemperatur. Produktet oksygen forlater vanligvis hovedvarmeveksleren ved lavt trykk, fra 3,5 til 7 0. 0 MPa, og et sentrifugalkompressortog med et relativt høyt innløpsvolumstrømningshastighet leverer produktet ved det nødvendige trykket.

 

2.3 Pumping væskesykluspumping væskesyklus

Flytende produkter kan tas fra kryogene varmevekslere oppstrøms for destillasjonsseksjonen for fordampning og oppvarming. Disse produktene kan pumpes til ønsket leveringstrykk eller mellomtrykk. Siden kraften som kreves for å produsere flytende produkter fra et destillasjonssystem er 2 til 3 ganger den for å produsere gassformige produkter, må syklusen være effektiv når det gjelder å gjenvinne kjølemediet som er inneholdt i den pumpet produktstrømmen. Dette oppnås ved å kondensere den fordampede produktstrømmen i den kryogene varmeveksleren mot en høytrykksluft eller nitrogenmatestrøm. Den flytende luften eller nitrogenfôret returneres til destillasjonsseksjonen for kjøling. Pumpede flytende prosesssykluser som pumper produktstrømmer til et mellomtrykk ved utløpet av luftseparasjonsenheten kalles delvis pumpede væskesykluser og krever ekstra utstyr for å komprimere produktstrømmen til det endelige leveringstrykket. Full eller delvis pumping av produktstrømmene gir en annen grad av frihet i å optimalisere den kryogene syklusen og kan eliminere eller redusere størrelsen på oksygenkompressoren.

2.4 Lavtrykks- og høytrykkssykluser
Lavtrykk (LP) luftseparasjonsenhetssykluser er basert på å komprimere fôrluften bare med trykkbehovet for å avvise nitrogenbiproduktet ved atmosfæretrykk. Derfor varierer fôrlufttrykk typisk mellom 360 og 6 000 MPA, avhengig av oksygenrenhet og ønsket energieffektivitetsnivå. ASU-sykluser med høyt trykk produserer produkt- og biproduktstrømmer ved trykk godt over atmosfæretrykket, vanligvis krever mindre og mer kompakte kryogene komponenter, noe som kan spare kostnader. EP -sykluser bruker vanligvis fôrlufttrykk på over 700 MPa. EP -syklusen kan være passende når hele eller nesten alt nitrogenbiproduktet komprimeres som en produktstrøm. I tillegg blir EP -syklusen ofte valgt for å integrere ASU med andre prosessenheter, for eksempel gassturbiner.

 

3. Sammenligning av prosessalternativer og teknologiforbedringer

 

Adsorpsjons- og polymermembranprosesser vil fortsette å forbedre seg i kostnader og energieffektivitet gjennom fortsatt forskning og utvikling av adsorbenter og membranmaterialer. Ingen av teknologien forventes å utfordre kryogen teknologi i sin evne til å produsere store mengder oksygen, spesielt ved høyere renhet. Både adsorpsjon og membransystemer produserer biproduktnitrogen som inneholder betydelige mengder oksygen. Hvis nitrogen med høy renhet er nødvendig, må ytterligere deoksygenering eller andre rensingssystemer brukes for å forbedre nitrogenkvaliteten. Ingen av prosessene kan direkte produsere argon eller edle gasser. Produksjon av flytende oksygen eller nitrogen for sikkerhetskopiering av systemet krever ekstra kryogent utstyr eller produkttransport fra planteutstyr. På den annen side er adsorpsjon og membranprosesser enklere og mer passive enn kryogene teknologier. Luft hentet fra gassturbinkompressoren kan delvis eller fullstendig oppfylle fôrkravene til ASU. I en enkel konfigurasjon vil ASU -destillasjonstrykket sette ekstraksjonslufttrykket. Hvis ekstraksjonsluftstrømmen er mindre enn den totale ASU som kreves, vil en hjelpeluftkompressor bli brukt, hvis utladningstrykk vil samsvare med ekstraksjonslufttrykket. Hvis den ekstraherte luftforsyningen er omtrent en fjerdedel av den totale ASU-etterspørselen, kan ASU-destillasjonstrykket etableres uavhengig og en pumpet væskeprosess kan brukes.

Luften med høy trykk koker inntrykk av flytende oksygen eller nitrogen i den kryogene varmeutvekslingssonen. Hjelpekomprimert luftforsyning setter ASU -destillasjonstrykket.

I fasiliteter som bruker gassturbiner, kan luft trekkes ut av forskjellige årsaker.
Som fôr til en luftseparasjonsenhet, som "eksos" kjøleluft for selve turbinen, eller andre krav til trykk på trykk i anlegget. Den ekstraherte luften inneholder verdifull varme som kan utvinnes ved kokende væske ved diskrete temperaturnivåer, eller ved fornuftig varmeoverføring til en annen væske. En klasse av applikasjoner som bruker utvunnet varme er løsningsmiddelregenerering, som er en prosess som først utfører et gass/væskeabsorpsjonstrinn og deretter overfører varme til væsken for å desorbere gassprodukter eller forurensninger. Dette trinnet har egenskapen som eksempler på prosesser som kan dra nytte av denne varmeintegrasjonen inkluderer, men ikke er begrenset til, følgende enhetsoperasjoner som finnes i hydrokarbongassifisering eller hydrokarbonbehandlingsanlegg. Regenerering av et væskebasert luftforbehandlingssystem som en del av en kryogen luftseparasjonsenhet. Væskebaserte absorpsjonstrinn for å fjerne forurensninger fra luftmateringsstrømmer til luftseparasjonsanlegg kan dra nytte av utvinning av luftvarme. I en utførelsesform avkjøles varm luft i forhold til væskebunnene fra en absorber -kolonne. Den avkjølte luften kommer inn i søylen og kontakter væskeabsorberingen, der urenheter i luftstrømmen blir absorbert i væsken. Luft-til-absorbent oppvarmingstrinn desorberer forurensningene fra den absorberende væsken, som deretter blir returnert til den absorberende kolonnen. Absorpsjonssystemet kan omfatte en eller flere væsker i flere absorpsjonstrinn for å øke effektiviteten av effektiviteten eller bruke spesifikke absorbenter for å fjerne spesifikke urenheter fra luftstrømmen. Absorberende regenerering kan omfatte oppvarming fra andre kilder, kombinert med oppvarming for å redusere trykk for å desorbere urenheter. Varme fra den ekstraherte luften kan gjenvinnes ved indirekte kontakt av den varme luften med en prosessvæske, eller ved varmeoverføring fra luft til en arbeidsvæske som damp eller en inert gass. I dette eksemplet blir det høye nivået av varme generert fra den ekstraherte luftkilden overført til nitrogenstrømmen som går tilbake til gassturbinen. Den ekstraherte luften avkjøles ytterligere ved kontakt med de absorberte bunnene som brukes til å forhåndsbehandle luftmating til ASU.
Dette varmeoverføringstrinnet kan også oppnås i andre absorpsjonssystemer i Pox- eller Pox -produktarbeidsområdet til anlegget. Avhengig av løsningsmiddel og absorpsjonsmateriale, kan trinn på høyt nivå eliminert og all den ekstraherte luftvarmen som brukes til absorberregenerering.
CO2 kan behandles og selges som et biprodukt, eller brukes i anlegget. Et eksempel er å returnere CO2 til gassturbinen som en ekstra fortynning.

 

4.Konklusjon

Kryogene prosesser er for øyeblikket den foretrukne metoden for å levere industrikasser til store fasiliteter. Integrering av varme, kjøling, prosess og avfallsstrømmer mellom industrielle gassprosesser og andre enheter i hele anlegget kan forbedre effektiviteten og redusere kostnadene. Avanserte varmeintegrasjonskonsepter kan lette bruken av kjemiske eller ITM -prosesser i fremtiden.