Đơn vị tách không khí cho hóa chất

Công nghệ tách không khí đông lạnh đã được sử dụng thành công trong nhiều năm để cung cấp oxy để khí hóa các nguyên liệu hydrocarbon khác nhau để sản xuất các tổng hợp để sản xuất nhiên liệu, hóa chất và các sản phẩm có giá trị khác. Ví dụ bao gồm
Chuyển đổi chất thải lỏng và chất thải từ các nhà máy lọc dầu sang hydro để sử dụng bên trong các nhà máy lọc dầu, cũng như sự hợp tác sản xuất điện tử, và sự quan tâm ngày càng tăng đối với các quá trình hóa lỏng khí tự nhiên chuyển đổi khí tự nhiên thành dầu thô tổng hợp, sáp và nhiên liệu. Trong những năm gần đây, để giảm chi phí thiết bị hoặc nâng cao hiệu quả, sự kết hợp giữa quy trình sản xuất oxy và nhà máy chế biến hydrocarbon hạ nguồn đã nhận được nhiều sự chú ý hơn. Các quy trình sản xuất oxy truyền thống và phát triển và các chương trình tích hợp để cải thiện nền kinh tế của các cơ sở này được mô tả.

 

Nội dung

1. Xem lại công nghệ xử lý khí công nghiệp không gây bệnh

   1.1 hấp phụ

   1.2 Hệ thống màng polymer

2. Công nghệ xử lý khí công nghiệp nhiệt độ thấp

   2.1 Tổng quan về xử lý đông lạnh

   2.2 Chu kỳ cycrecomression nén

   2.3 Bơm chu kỳ chất lỏng của chất lỏng

   2.4 Chu kỳ áp suất thấp và áp suất cao

3.Comparison của các lựa chọn thay thế quy trình và cải tiến công nghệ

4. Khói

Liên hệ ngay bây giờ

1. Xem lại công nghệ xử lý khí công nghiệp không gây bệnh

1.1 hấp phụ

Quá trình hấp phụ dựa trên khả năng của một số vật liệu tự nhiên và tổng hợp để ưu tiên hấp phụ nitơ. Trong trường hợp của zeolit, một điện trường không đồng nhất tồn tại trong các khoảng trống của vật liệu, dẫn đến sự hấp phụ ưu tiên của các phân tử được phân cực hơn, chẳng hạn như những người có thời điểm tứ cực tĩnh điện lớn hơn. Do đó, trong sự phân tách không khí, các phân tử nitơ được hấp phụ mạnh hơn so với các phân tử oxy hoặc argon. Khi không khí đi qua một lớp vật liệu zeolite, nitơ được giữ lại và một dòng giàu oxy rời khỏi lớp zeolite. Mây phân tử carbon có cùng thứ tự cường độ với các phân tử không khí. Vì các phân tử oxy nhỏ hơn một chút so với các phân tử nitơ, chúng khuếch tán vào các khoang của chất hấp phụ nhanh hơn. Do đó, sàng phân tử carbon được chọn lọc cho oxy và sàng phân tử được chọn lọc cho nitơ. Zeolit ​​thường được sử dụng trong các quá trình sản xuất oxy dựa trên hấp phụ. Không khí nén được đưa vào một bình chứa chất hấp phụ. Nitơ được hấp phụ và dòng nước thải giàu oxy được sản xuất cho đến khi giường bão hòa với nitơ. Tại thời điểm này, không khí thức ăn được chuyển sang một bình tươi và tái sinh của chiếc giường đầu tiên có thể bắt đầu. Tái tạo có thể đạt được bằng cách làm nóng giường hoặc giảm áp suất giường, do đó làm giảm hàm lượng nitơ cân bằng của chất hấp phụ. Việc sưởi ấm thường được gọi là sự hấp phụ xoay nhiệt độ (TSA) và giảm áp suất thường được gọi là swing áp suất hoặc hấp phụ xoay chân không (PSA hoặc VSA). Áp lực giảm có một chu kỳ ngắn và đơn giản để vận hành, làm cho nó trở thành quá trình ưa thích cho các nhà máy tách không khí. Các biến thể của quá trình ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động bao gồm tiền xử lý không khí để loại bỏ riêng nước và carbon dioxide, nhiều giường để cho phép thu hồi năng lượng áp lực trong quá trình chuyển đổi giường và vận hành chân không trong quá trình giảm áp suất. Hệ thống được tối ưu hóa dựa trên dòng sản phẩm, độ tinh khiết, áp lực, tiêu thụ năng lượng và tuổi thọ phục vụ dự kiến. Độ tinh khiết oxy thường là 93% đến 95% theo thể tích.

 

1.2 Hệ thống màng polymer

Các quá trình màng sử dụng vật liệu polymer dựa trên sự khác biệt về tốc độ khuếch tán của oxy và nitơ thông qua màng ngăn cách các luồng quá trình áp suất cao và áp suất thấp. Thông lượng và tính chọn lọc là hai tính chất quyết định tính kinh tế của hệ thống màng và cả hai đều là chức năng của vật liệu màng cụ thể. Thông lượng màng xác định diện tích bề mặt của màng và là một hàm của chênh lệch áp suất chia cho độ dày của màng. Hằng số tỷ lệ thay đổi theo loại màng được gọi là tính thấm. Độ chọn lọc là tỷ lệ của độ thấm của các khí được tách ra. Hầu hết các vật liệu màng có thể thấm nhiều hơn oxy hơn so với nitơ do kích thước nhỏ hơn của phân tử oxy. Các hệ thống màng thường bị giới hạn trong việc sản xuất không khí làm giàu oxy (25% đến 50% oxy). Các màng chuyển hoạt động hoặc được tạo điều kiện có chứa một chất tạo phức oxy để tăng độ chọn lọc oxy và là một phương pháp tiềm năng để tăng độ tinh khiết oxy trong các hệ thống màng, giả sử rằng các vật liệu màng tương thích với oxy cũng có sẵn. Một lợi thế lớn của việc tách màng là sự đơn giản của quá trình, tính liên tục của nó và hoạt động của nó ở các điều kiện gần giống nhau. Máy thổi cung cấp đủ áp lực đầu để vượt qua áp suất giảm qua các bộ lọc, ống màng và đường ống. Vật liệu màng thường được lắp ráp thành các mô -đun hình trụ được liên kết với nhau bởi nhiều kết nối để cung cấp năng lực sản xuất cần thiết. Oxy thấm qua các sợi (loại sợi rỗng) hoặc thông qua các tấm (loại vết thương xoắn ốc) và được chiết xuất dưới dạng sản phẩm. Một bơm chân không thường duy trì chênh lệch áp suất trên màng và cung cấp oxy ở áp suất yêu cầu. Carbon dioxide và nước thường có trong sản phẩm không khí làm giàu oxy vì chúng thấm nhiều hơn oxy đối với hầu hết các vật liệu màng. Tuy nhiên, các hệ thống màng dễ dàng thích nghi với các ứng dụng lên tới 20 tấn mỗi ngày, trong đó độ tinh khiết của không khí làm giàu bằng nước và chất gây ô nhiễm carbon dioxide có thể được dung nạp. Công nghệ này mới hơn so với các công nghệ hấp phụ hoặc đông lạnh, và những cải tiến trong vật liệu có thể làm cho màng hấp dẫn hơn đối với nhu cầu oxy lớn hơn.

 

2. Công nghệ xử lý khí công nghiệp nhiệt độ thấp

2.1 Tổng quan về xử lý đông lạnh

Công nghệ tách không khí đông lạnh hiện là công nghệ hiệu quả và hiệu quả nhất để sản xuất một lượng lớn oxy khí hoặc lỏng, nitơ và argon. Các đơn vị tách không khí (ASUS) sử dụng quy trình chưng cất đông lạnh nhiều cột thông thường để tạo ra oxy từ không khí nén ở mức phục hồi và tinh khiết cao. Công nghệ đông lạnh cũng có thể tạo ra nitơ tinh khiết cao như một dòng sản phẩm phụ hữu ích với chi phí gia tăng tương đối thấp. Ngoài ra, argon lỏng, oxy lỏng và nitơ lỏng có thể được thêm vào bảng sản phẩm để lưu trữ sao lưu sản phẩm hoặc bán sản phẩm phụ với chi phí điện và vốn gia tăng thấp. Nghiên cứu tiếp tục về các cách để tăng năng suất của các chuyến tàu thiết bị riêng lẻ như một phương tiện để giảm chi phí đơn vị thông qua các nền kinh tế theo quy mô. Hầu hết các thiết bị sử dụng động cơ điện thông thường để điều khiển thiết bị để nén thức ăn không khí đến ASU, cũng như oxy và các luồng sản phẩm khác. Đáng chú ý là các cơ sở IGCC nhận được tất cả nguồn cung cấp không khí của họ bằng cách trích xuất không khí từ các tuabin khí được sử dụng trong chu kỳ kết hợp để sản xuất điện từ khí tổng hợp than.

 

2.2 Chu kỳ cycrecomression nén

Các quá trình tách không khí thường tạo ra một luồng sản phẩm khí ở áp suất khí quyển một chút và nhiệt độ gần gần. Thông thường, oxy sản phẩm rời khỏi bộ trao đổi nhiệt chính ở áp suất thấp, từ 3,5 đến 7 0. 0 MPa và một tàu máy nén ly tâm với tốc độ dòng chảy âm lượng đầu vào tương đối cao mang lại cho sản phẩm ở áp suất cần thiết.

 

2.3 Bơm chu kỳ chất lỏng của chất lỏng

Các sản phẩm lỏng có thể được lấy từ các bộ trao đổi nhiệt lạnh ở thượng nguồn của phần chưng cất để bay hơi và sưởi ấm. Những sản phẩm này có thể được bơm vào áp suất phân phối mong muốn hoặc áp suất trung gian. Tuy nhiên, vì năng lượng cần thiết để sản xuất các sản phẩm lỏng từ hệ thống chưng cất gấp 2 đến 3 lần so với sản xuất các sản phẩm khí, nên chu kỳ phải hiệu quả trong việc phục hồi chất làm lạnh có trong dòng sản phẩm được bơm. Điều này được thực hiện bằng cách ngưng tụ dòng sản phẩm bị bay hơi trong bộ trao đổi nhiệt đông lạnh chống lại một luồng không khí áp suất cao hoặc dòng thức ăn nitơ. Thức ăn không khí hóa lỏng hoặc thức ăn nitơ được đưa trở lại phần chưng cất để làm lạnh. Các chu kỳ xử lý chất lỏng được bơm bơm các luồng sản phẩm đến một áp suất trung gian ở đầu ra của bộ phận tách không khí được gọi là chu kỳ chất lỏng được bơm một phần và yêu cầu thiết bị bổ sung để nén luồng sản phẩm đến áp suất phân phối cuối cùng. Việc bơm đầy đủ hoặc một phần của các luồng sản phẩm thêm một mức độ tự do khác trong việc tối ưu hóa chu trình đông lạnh và có thể loại bỏ hoặc giảm kích thước của máy nén oxy.

2.4 Chu kỳ áp suất thấp và áp suất cao
Các chu kỳ đơn vị tách không khí áp suất thấp (LP) chỉ dựa trên việc nén không khí thức ăn với yêu cầu áp lực để từ chối sản phẩm phụ nitơ ở áp suất khí quyển. Do đó, áp suất không khí thường thay đổi giữa 360 và 6 000 MPA, tùy thuộc vào độ tinh khiết của oxy và mức độ hiệu quả năng lượng mong muốn. Các chu kỳ ASU áp suất cao tạo ra các dòng sản phẩm và sản phẩm phụ ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển, thường đòi hỏi các thành phần đông lạnh nhỏ hơn và nhỏ gọn hơn, có thể tiết kiệm chi phí. Các chu kỳ EP thường sử dụng áp lực không khí thức ăn vượt quá 700 MPa. Chu trình EP có thể phù hợp khi tất cả hoặc gần như tất cả các sản phẩm phụ nitơ được nén dưới dạng luồng sản phẩm. Ngoài ra, chu kỳ EP thường được chọn để tích hợp ASU với các đơn vị quy trình khác, chẳng hạn như tuabin khí.

 

3.Comparison của các lựa chọn thay thế quy trình và cải tiến công nghệ

 

Các quá trình hấp phụ và màng polymer sẽ tiếp tục cải thiện chi phí và hiệu quả năng lượng thông qua nghiên cứu tiếp tục và phát triển chất hấp phụ và vật liệu màng. Cả hai công nghệ dự kiến ​​sẽ thách thức công nghệ đông lạnh trong khả năng sản xuất một lượng lớn oxy, đặc biệt là ở độ tinh khiết cao hơn. Cả hai hệ thống hấp phụ và màng đều tạo ra sản phẩm phụ nitơ có chứa lượng oxy đáng kể. Nếu cần có độ tinh khiết cao, cần phải sử dụng nitơ, các hệ thống tinh chế khác hoặc các hệ thống tinh chế khác để cải thiện chất lượng nitơ. Không quá trình nào có thể trực tiếp tạo ra khí argon hoặc cao quý. Việc sản xuất oxy lỏng hoặc nitơ cho sao lưu hệ thống đòi hỏi thiết bị đông lạnh bổ sung hoặc vận chuyển sản phẩm từ thiết bị thực vật. Mặt khác, các quá trình hấp phụ và màng đơn giản và thụ động hơn so với các công nghệ đông lạnh. Không khí được chiết xuất từ ​​máy nén tuabin khí có thể đáp ứng một phần hoặc hoàn toàn các yêu cầu thức ăn của ASU. Trong một cấu hình đơn giản, áp suất chưng cất ASU sẽ đặt áp suất không khí chiết. Nếu luồng không khí chiết xuất nhỏ hơn tổng số ASU cần thiết, một máy nén khí phụ sẽ được sử dụng, áp suất xả của chúng sẽ phù hợp với áp suất không khí chiết. Nếu nguồn cung cấp không khí được chiết xuất xấp xỉ một phần tư nhu cầu ASU, áp suất chưng cất ASU có thể được thiết lập độc lập và một quá trình chất lỏng được bơm có thể được sử dụng.

Các không khí chiết xuất áp suất cao đun sôi oxy chất lỏng áp lực hoặc nitơ trong vùng trao đổi nhiệt đông lạnh. Cung cấp không khí nén phụ trợ đặt áp suất chưng cất ASU.

Trong các cơ sở sử dụng tua -bin khí, không khí có thể được chiết xuất vì nhiều lý do.
Là thức ăn cho một đơn vị tách không khí, như không khí làm mát "xả" cho chính tuabin, hoặc các yêu cầu khác đối với không khí điều áp trong cơ sở. Không khí chiết xuất chứa nhiệt có giá trị có thể được thu hồi bằng cách đun sôi chất lỏng ở mức nhiệt độ riêng biệt hoặc bằng cách truyền nhiệt hợp lý sang chất lỏng khác. Một loại ứng dụng sử dụng nhiệt thu hồi là tái tạo dung môi, đây là một quá trình đầu tiên thực hiện bước hấp thụ khí/chất lỏng và sau đó chuyển nhiệt sang chất lỏng để giải phóng các sản phẩm khí hoặc chất gây ô nhiễm. Bước này sở hữu thuộc tính ví dụ về các quy trình có thể được hưởng lợi từ sự tích hợp nhiệt này bao gồm, nhưng không giới hạn ở các hoạt động đơn vị sau đây có thể được tìm thấy trong khí hóa hydrocarbon hoặc các cơ sở xử lý hydrocarbon. Tái tạo hệ thống tiền xử lý không khí dựa trên chất lỏng như là một phần của đơn vị tách không khí lạnh. Các bước hấp thụ dựa trên chất lỏng để loại bỏ các chất gây ô nhiễm từ các dòng thức ăn không khí đến các nhà máy tách không khí có thể được hưởng lợi từ quá trình thu hồi nhiệt không khí chiết. Trong một phương án, không khí nóng được làm mát so với đáy chất lỏng từ cột hấp thụ. Không khí được làm mát đi vào cột và tiếp xúc với chất lỏng thấm chất lỏng, trong đó các tạp chất trong luồng không khí được hấp thụ vào chất lỏng. Bước làm nóng không khí đến hấp thụ các chất gây ô nhiễm từ chất lỏng hấp thụ, sau đó được đưa trở lại cột hấp thụ. Hệ thống hấp thụ có thể bao gồm một hoặc nhiều chất lỏng trong một số bước hấp thụ để tăng hiệu quả loại bỏ hoặc sử dụng các chất hấp thụ cụ thể để loại bỏ các tạp chất cụ thể khỏi luồng không khí. Tái tạo độ hấp thụ có thể bao gồm sưởi ấm từ các nguồn khác, kết hợp với hệ thống sưởi để giảm áp lực cho tạp chất giải hấp. Nhiệt từ không khí được chiết xuất có thể được thu hồi bằng cách tiếp xúc gián tiếp của không khí nóng bằng chất lỏng quá trình hoặc truyền nhiệt từ không khí sang chất lỏng làm việc như hơi nước hoặc khí trơ. Trong ví dụ này, mức nhiệt cao được tạo ra từ nguồn không khí được chiết xuất được chuyển sang luồng nitơ trở lại tuabin khí. Không khí chiết xuất được làm mát thêm khi tiếp xúc với các đáy được làm giàu hơn được sử dụng để xử lý trước không khí đến ASU.
Bước truyền nhiệt này cũng có thể được thực hiện trong các hệ thống hấp thụ khác trong khu vực làm việc sản phẩm POX hoặc POX của nhà máy. Tùy thuộc vào dung môi và vật liệu hấp thụ, các bước thu hồi nhiệt ở mức cao có thể được loại bỏ và tất cả nhiệt không khí được chiết xuất được sử dụng để tái tạo hấp thụ.
CO2 có thể được xử lý và bán dưới dạng sản phẩm phụ, hoặc được sử dụng trong nhà máy. Một ví dụ là đưa CO2 vào tuabin khí như một chất pha loãng bổ sung.

 

4. Khói

Các quy trình đông lạnh hiện là phương pháp ưa thích để cung cấp khí công nghiệp cho các cơ sở lớn. Tích hợp nhiệt, làm lạnh, xử lý và dòng chất thải giữa các quy trình khí công nghiệp và các đơn vị khác trong toàn bộ cơ sở có thể cải thiện hiệu quả và giảm chi phí. Các khái niệm tích hợp nhiệt nâng cao có thể tạo điều kiện cho việc sử dụng các quá trình hóa học hoặc ITM trong tương lai.