Wstęp
Przegląd niekryogenicznej technologii przetwarzania gazu przemysłowego
2.1 Technologia adsorpcji
2.2 Polimer Membran System
Kryogeniczna technologia przetwarzania gazu przemysłowego
3.1 Przegląd przetwarzania kriogenicznego
3.2 Cykl kompresji
3,3 Cykl cieczy pompujący
3.4 Cykl niskiego ciśnienia i wysokiego ciśnienia
Porównanie alternatywnych procesów i ulepszeń technicznych
Odniesienia
Technologia separacji powietrza jest kluczowym ogniwem produkcji chemicznej. Jest stosowany głównie do wydobywania gazów przemysłowych, takich jak Technologia kriogenicznego separacji powietrza stała się preferowaną metodą produkcji gazu na dużą skalę ze względu na wysoką wydajność i ekonomię. W ostatnich latach, wraz z postępem technologii, metody niekryogeniczne, takie jak adsorpcja i rozdział błony stopniowo przyciągały uwagę. Niniejszy artykuł ma na celu zbadanie optymalizacji procesów i poprawy technicznej tradycyjnych i wschodzących technologii separacji powietrza, analizę ich potencjału gospodarki i integracji oraz zapewnienie odniesienia dla branży.
2. Przegląd niekryogenicznej technologii przetwarzania gazu przemysłowego
2.1 Technologia adsorpcji
Technologia adsorpcji opiera się na selektywnej zdolności adsorpcji materiałów do cząsteczek gazowych, a sit zeolitu lub węgla cząsteczkowego jest często stosowany jako adsorbent. Jego podstawową zasadą jest osiągnięcie separacji za pomocą różnicowej adsorpcji cząsteczek gazu na powierzchni adsorbentu. Na przykład cząsteczki azotu są łatwiej adsorbowane przez zeolity ze względu na ich silną polaryzację, podczas gdy tlen tworzy przepływ gazu bogatego w tlen przez złoże adsorpcyjne.
Technologia adsorpcji jest podzielona głównie na dwie kategorie:
Adsorpcja huśtawki temperatury (TSA): Adsorbent jest regenerowany przez ogrzewanie, które jest odpowiednie do produkcji tlenu o wysokiej czystości (93%~ 95%).
Adsorpcja huśtawki ciśnieniowej (PSA/VSA): Regeneracja osiąga się przez dekompresję, z krótkim cyklem roboczym, odpowiednim do zastosowań o małej i średniej skali.
Kierunki optymalizacji obejmują wstępne obróbkę w celu usunięcia dwutlenku wody/węgla, odzyskiwanie energii na ciśnieniu wieloosobowym i działanie próżni w celu poprawy wydajności i zmniejszenia zużycia energii.
2.2 Polimer Membran System
Technologia rozdzielenia błon wykorzystuje różnicę w szybkości przenikania gazu przez membranę polimerową, aby osiągnąć separację. Cząsteczki tlenu są mniejsze i mają wyższą przepuszczalność niż azot, więc układ błony może wytwarzać powietrze wzbogacone w tlen (25%~ 50%). Jego zalety to proste działanie, ciągłe działanie i niskie zużycie energii, ale czystość produktu jest ograniczona i należy ją połączyć z aktywną membraną nośną, aby poprawić selektywność.
Systemy membranowe są odpowiednie do zastosowań na małą skalę (mniejsze lub równe 20 ton dziennie) i mają wysoką tolerancję dla dwutlenku węgla i wody. Przyszłe ulepszenia materiałów mogą rozszerzyć swój zakres aplikacji.
3. Kryogeniczna technologia przetwarzania gazu przemysłowego
3.1 Przegląd przetwarzania kriogenicznego
Kryogeniczne destylacja jest głównym nurtem technologii na dużą skalę produkcji gazów przemysłowych o dużej czystości, która może jednocześnie wytwarzać gazowe/ciekłe tlen, azot i argon. Jego rdzeniem jest osiągnięcie separacji poprzez chłodzenie i frakcjonowanie sprężonego powietrza, z zaletami wysokiej szybkości odzyskiwania i niskim kosztem przyrostowym.
3.2 Cykl kompresji
Urządzenia kriogeniczne zwykle wykorzystują sprężarki odśrodkowe do ciśnienia gazów do 3,5 ~ 70 MPa w celu zaspokojenia potrzeb transportowych. Duże rośliny obniżają koszty jednostkowe poprzez korzyści skali, podczas gdy IGCC (zintegrowane połączone cykl zgazowania węgla) dodatkowo optymalizują efektywność energetyczną poprzez ekstrakcję turbiny gazowej.
3,3 Cykl cieczy pompujący
Zużycie energii sprężania gazu można zmniejszyć poprzez pompowanie płynnych produktów (takich jak tlen ciekawy) do ciśnień pośrednich. Częściowe cykle pompowania mogą odzyskać czynniki chłodnicze, zmniejszając rozmiar sprzętu i koszty operacyjne.
3.4 Cykle niskiego ciśnienia i wysokiego ciśnienia
Cykl niskiego ciśnienia (LP): ciśnienie zasilające 360 ~ 600MPa, odpowiednie do scenariuszy o niskim zapotrzebowaniu na produkty uboczne azotu.
Cykl pod wysokim ciśnieniem (HP): ciśnienie przekracza 700 MPa, odpowiedni do produkcji lub integracji azotu o wysokiej czystości z innymi procesami (takimi jak turbiny gazowe).
4. Porównanie alternatywnych procesów i ulepszeń technicznych
Technologia adsorpcji i błony: odpowiednia dla małych i średnich skal, ale nie może zakwestionować pozycji technologii kriogenicznej w dziedzinie dużej czystości na dużą skalę. Oba wymagają dodatkowych urządzeń odtleniania lub kriogenicznych systemów tworzenia kopii zapasowych.
Technologia kriogeniczna: efektywność energetyczna można znacznie poprawić poprzez integrację ciepła (taką jak ekstrakcja turbiny gazowej) i optymalizację cyklu pompowania. Na przykład zastosowanie ciepła ekstrakcji do wstępnego traktowania powietrza lub regenerujących rozpuszczalników może jeszcze bardziej zmniejszyć zużycie energii.
Przyszłe kierunki rozwoju obejmują:
Poprawa wydajności adsorbentów i materiałów membranowych.
Integracja cieplna procesów kriogenicznych i roślin chemicznych.
Zastosowanie nowych technologii, takich jak membrany transportu chemiczne lub jonowego (ITM).
Technologia kriogenicznego separacji powietrza jest nadal głównym wyborem do produkcji gazu przemysłowego ze względu na jej dojrzałość i gospodarkę. Dzięki optymalizacji procesu (takiej jak integracja ciepła, krążenie pompowania) i ulepszenia techniczne (takie jak badania materialne i rozwój), wydajność można poprawić, a koszty można obniżyć. Technologia niekryogeniczna ma potencjał w małych zastosowaniach, ale musi przełamać ograniczenia czystości i skali. W przyszłości współpraca wielogodzinna i integracja między domenami będzie kluczem do rozwoju branży.
