화학 물질을위한 공기 분리 장치

극저온 공기 분리 기술은 연료, 화학 물질 및 기타 귀중한 제품의 생산을위한 Syngas를 생산하기 위해 다양한 탄화수소 공급 원료의 가스화를위한 산소를 제공하기 위해 수년 동안 성공적으로 사용되었습니다. 예는 다음과 같습니다
정유소 내부의 사용을 위해 정유소에서 고형 폐기물을 정유소에서 수소로 전환 할뿐만 아니라 공동 생산의 공동 생산 및 천연 가스를 합성 원유, 왁스 및 연료로 전환하는 천연 가스 액화 공정에 대한 관심이 높아집니다. 최근에는 장비 비용을 줄이거 나 효율성을 향상시키기 위해 산소 생산 공정과 다운 스트림 탄화수소 가공 공장의 조합이 점점 더 많은 관심을 받았습니다. 이러한 시설의 경제를 개선하기위한 전통적인 산소 생산 공정 및 통합 체계가 설명되어 있습니다.

 

내용물

1. 비 조정 산업 가스 가스 처리 기술의 수감

   1.1 흡착

   1.2 중합체 막 시스템

2. 온도 온도 산업 가스 가공 기술

   2.1 극저온 가공의 개요

   2.2 압축 사이클로 복합주기

   2.3 액체 사이클 펌핑 액체 사이클 펌핑

   2.4 저압 및 고압주기

3. 프로세스 대안 및 기술 개선의 비교

4. 결합

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1. 비 조정 산업 가스 가스 처리 기술의 수감

1.1 흡착

흡착 과정은 일부 천연 및 합성 물질이 질소를 우선적으로 흡수하는 능력에 기초합니다. 제올라이트의 경우, 재료의 공극 공간에 불균일 한 전기장이 존재하여, 더 큰 정전기 4 중극 모멘트를 가진 것과 같이보다 편광 된 분자의 우선적 흡착을 초래한다. 따라서, 공기 분리에서, 질소 분자는 산소 또는 아르곤 분자보다 더 강하게 흡착된다. 공기가 제올라이트 물질의 층을 통과함에 따라, 질소가 유지되고 산소가 풍부한 스트림은 제올라이트 층을 떠난다. 탄소 분자 체적은 공기 분자와 동일한 순서입니다. 산소 분자는 질소 분자보다 약간 작기 때문에 흡착제의 공동으로 더 빠르게 확산됩니다. 따라서, 탄소 분자 체는 산소에 대해 선택적이고 분자 체는 질소에 선택적이다. 제올라이트는 일반적으로 흡착 기반 산소 생산 공정에 사용됩니다. 압축 공기는 흡착제를 포함하는 용기에 공급됩니다. 질소는 흡착되고 층이 질소로 포화 될 때까지 산소가 풍부한 폐수 스트림이 생성됩니다. 이 시점에서 공기 공기는 신선한 용기로 전환되며 첫 번째 침대의 재생이 시작될 수 있습니다. 침대를 가열하거나 층 압력을 줄임으로써 재생을 달성 할 수있어 흡착제의 평형 질소 함량을 줄입니다. 가열은 일반적으로 온도 스윙 흡착 (TSA)이라고하며 압력 감소는 일반적으로 압력 스윙 또는 진공 스윙 흡착 (PSA 또는 VSA)이라고합니다. 압력 감소는 짧은주기를 가지며 작동하기가 간단하므로 공기 분리 플랜트에 선호되는 프로세스가됩니다. 작동 효율에 영향을 미치는 공정 변화에는 공기 및 이산화탄소를 개별적으로 제거하기위한 공기 전처리, 베드 스위칭 중에 압력 에너지 회복을 허용하고 압력 감소 중 진공 작동이 포함됩니다. 이 시스템은 제품 흐름, 순도, 압력, 에너지 소비 및 예상 서비스 수명에 따라 최적화됩니다. 산소 순도는 일반적으로 93% 내지 95%입니다.

 

1.2 중합체 막 시스템

중합체 물질을 사용한 막 공정은 고압 및 저압 공정 스트림을 분리하는 막을 통한 산소 및 질소의 확산 속도의 차이에 기초한다. 플럭스 및 선택성은 막 시스템의 경제를 결정하는 두 가지 특성이며, 둘 다 특정 막 재료의 기능이다. 막 플럭스는 막의 표면적을 결정하고 압력 차이의 함수를 막 두께로 나눈다. 막 유형에 따라 변하는 비례 상수를 투과성이라고합니다. 선택성은 분리 될 가스의 투과성의 비율입니다. 대부분의 막 물질은 산소 분자의 더 작은 크기로 인해 질소보다 산소에 더 투과성이 있습니다. 막 시스템은 일반적으로 산소가 풍부한 공기 (25% ~ 50% 산소)의 생산으로 제한됩니다. 활성 또는 촉진 된 전달 막은 산소 선택성을 증가시키기위한 산소 복합체를 함유하고, 산소와 호환되는 막 재료도 이용 가능하다고 가정 할 때 막 시스템에서 산소 순도를 증가시키는 잠재적 인 방법이다. 멤브레인 분리의 주요 장점은 공정의 단순성, 연속성 및 거의 반면 조건에서의 작동입니다. 송풍기는 필터, 멤브레인 튜브 및 배관의 압력 강하를 극복하기에 충분한 헤드 압력을 제공합니다. 막 재료는 일반적으로 필요한 생산 용량을 제공하기 위해 여러 연결로 연결되는 원통형 모듈로 조립됩니다. 산소는 섬유 (중공 섬유 유형) 또는 시트 (나선형 상처 유형)를 통해 스며 들어 생성물로 추출됩니다. 진공 펌프는 일반적으로 막을 가로 지르는 압력 차동을 유지하고 필요한 압력으로 산소를 전달합니다. 이산화탄소와 물은 일반적으로 산소가 풍부한 공기 제품에 존재합니다. 그러나, 막 시스템은 하루에 최대 20 톤의 적용에 쉽게 적용되는데, 여기서 물과 이산화탄소 오염 물질이 풍부한 공기의 순도는 허용 될 수있다. 이 기술은 흡착 또는 극저온 기술보다 새롭고 재료의 개선으로 인해 막을 더 큰 산소 요구에 더 매력적으로 만들 수 있습니다.

 

2. 온도 온도 산업 가스 가공 기술

2.1 극저온 가공의 개요

극저온 공기 분리 기술은 현재 대량의 기체 또는 액체 산소, 질소 및 아르곤을 생산하기위한 가장 효율적이고 비용 효율적인 기술입니다. 공기 분리 장치 (ASUS)는 기존의 멀티 컬럼 극저온 증류 공정을 사용하여 높은 회복 및 순도에서 압축 공기로부터 산소를 생성합니다. 극저온 기술은 또한 상대적으로 낮은 증분 비용으로 유용한 부산물 스트림으로 고순도 질소를 생산할 수 있습니다. 또한, 액체 아르곤, 액체 산소 및 액체 질소는 제품 백업 또는 부산물 판매를 낮은 증분 자본 및 전기 비용으로 저장하기 위해 제품 슬레이트에 첨가 될 수 있습니다. 연구는 규모의 경제를 통해 단가 비용을 줄이는 수단으로 개별 장비 열차의 생산성을 높이는 방법에 대한 연구가 계속됩니다. 대부분의 장비는 기존의 전기 모터를 사용하여 장비를 구동하여 ASU와 산소 및 기타 제품 스트림으로 공기 공급을 압축합니다. IGCC 시설은 석탄 합성 가스로부터 전기를 생산하기 위해 결합 된 사이클에 사용되는 가스 터빈에서 공기를 추출하여 모든 공기 공급을 받는다는 점에 주목할 만하다.

 

2.2 압축 사이클로 복합주기

공기 분리 공정은 일반적으로 대기압보다 약간 높고 주변 온도 근처에서 가스 제품 스트림을 생성합니다. 일반적으로 제품 산소는 3.5 ~ 7 0 범위의 저압으로 주요 열교환기를 남겨 둡니다. 0 MPA 및 상대적으로 높은 흡입구가있는 원심 압축기 트레인은 필요한 압력으로 제품을 전달합니다.

 

2.3 액체 사이클 펌핑 액체 사이클 펌핑

액체 제품은 증발 및 가열을 위해 증류 섹션 상류의 극저온 열교환 기에서 가져올 수 있습니다. 이들 제품은 원하는 전달 압력 또는 중간 압력으로 펌핑 될 수있다. 그러나 증류 시스템에서 액체 생성물을 생산하는 데 필요한 전력은 기체 제품을 생산하는 것보다 2 ~ 3 배이므로,주기는 펌핑 된 제품 스트림에 포함 된 냉매를 회수하는 데 효율적이어야합니다. 이것은 극저온 공기 또는 질소 공급 스트림에 대해 극저온 열교환 기에서 증발 된 생성물 스트림을 응축시킴으로써 달성된다. 액화 공기 또는 질소 사료는 냉장을 위해 증류 섹션으로 되돌아갑니다. 공기 분리 장치의 출구에서 제품 스트림을 중간 압력으로 펌핑하는 펌핑 액체 공정 사이클은 부분 펌핑 액체 사이클이라고하며 제품 스트림을 최종 전달 압력으로 압축하기 위해 추가 장비가 필요합니다. 제품 스트림의 전체 또는 부분 펌핑은 극저온 사이클을 최적화하는 데 또 다른 자유를 추가하고 산소 압축기의 크기를 제거하거나 줄일 수 있습니다.

2.4 저압 및 고압주기
저압 (LP) 공기 분리 장치 사이클은 대기압에서 질소 부산물을 거부하기위한 압력 요구 사항으로 만 사료 공기를 압축하는 데 기초합니다. 따라서 공기 압력은 일반적으로 산소 순도와 원하는 수준의 에너지 효율에 따라 360에서 6 000 MPA 사이에 달라집니다. 고압 ASU 사이클은 대기압보다 훨씬 높은 압력에서 제품 및 부산물 스트림을 생산하여 일반적으로 더 작고 컴팩트 한 극저온 성분이 필요하므로 비용을 절약 할 수 있습니다. EP 사이클은 일반적으로 700 MPa를 초과하는 사료 공기 압력을 사용합니다. EP주기는 전부 또는 거의 모든 질소 부산물이 제품 스트림으로 압축 될 때 적절할 수 있습니다. 또한, EP 사이클은 종종 ASU를 가스 터빈과 같은 다른 프로세스 장치와 통합하도록 선택됩니다.

 

3. 프로세스 대안 및 기술 개선의 비교

 

흡착 및 중합체 막 공정은 흡착제 및 막 재료의 지속적인 연구 및 개발을 통해 비용 및 에너지 효율이 계속 향상 될 것입니다. 어느 기술도 기술에 대량의 산소를 생산하는 능력, 특히 더 높은 순도에서 극저온 기술에 도전 할 것으로 예상되지 않습니다. 흡착 및 막 시스템은 상당한 양의 산소를 함유하는 부산물 질소를 생성합니다. 고순도 질소가 필요한 경우, 질소 품질을 향상시키기 위해 추가 탈산 소화 또는 기타 정제 시스템을 사용해야합니다. 어느 공정도 아르곤이나 고귀한 가스를 직접 생산할 수 없습니다. 시스템 백업을위한 액체 산소 또는 질소의 생산에는 추가적인 극저온 장비 또는 식물 장비로부터의 제품 수송이 필요합니다. 반면에, 흡착 및 막 공정은 극저온 기술보다 단순하고 수동적이다. 가스 터빈 압축기에서 추출한 공기는 ASU의 공급 요구 사항을 부분적으로 또는 완전히 충족시킬 수 있습니다. 간단한 구성에서 ASU 증류 압력은 추출 공기 압력을 설정합니다. 추출 공기 흐름이 필요한 총 ASU보다 작 으면 보조 공기 압축기가 사용되며 배출 압력은 추출 공기 압력과 일치합니다. 추출 된 공기 공급이 총 ASU 수요의 대략 1/4 인 경우, ASU 증류 압력을 독립적으로 확립하고 펌핑 된 액체 공정을 사용할 수 있습니다.

고압 추출 공기는 극저온 열 교환 구역에서 액체 산소 또는 질소를 끓입니다. 보조 압축 공기 공급 장치는 ASU 증류 압력을 설정합니다.

가스 터빈을 사용하는 시설에서는 다양한 이유로 공기가 추출 될 수 있습니다.
터빈 자체의 "배기"냉각 공기 또는 시설 내 압축 공기에 대한 기타 요구 사항으로 공기 분리 장치로의 공급으로. 추출 된 공기는 불연속 온도 수준에서 끓는 액체 또는 다른 액체 로의 현명한 열 전달에 의해 회수 될 수있는 귀중한 열을 함유한다. 회복 된 열을 이용하는 한 종류의 응용은 용매 재생이며, 이는 먼저 가스/액체 흡수 단계를 수행 한 다음 액체로 열을 기체 제품 또는 오염 물질로 전달하는 공정입니다. 이 단계는이 열 통합으로부터 혜택을받을 수있는 프로세스의 예에는 탄화수소 가스화 또는 탄화수소 처리 시설에서 볼 수있는 다음 단위 작업이 포함되지만 이에 국한되지 않는 속성을 보유하고 있습니다. 극저온 공기 분리 장치의 일부로서 액체 기반 공기 전처리 시스템의 재생. 공기 공급 흐름에서 공기 분리 식물로 오염 물질을 제거하기위한 액체 기반 흡수 단계는 추출 공기 열 회수로부터 이익을 얻을 수 있습니다. 일 실시 예에서, 열기는 흡수기 컬럼으로부터 액체 바닥에 대해 냉각된다. 냉각 된 공기는 기둥으로 들어가서 액체 흡수제와 접촉하며, 여기서 공기 흐름의 불순물이 액체에 흡수됩니다. 공기 대 흡수 가열 단계는 흡수성 액체에서 오염 물질을 버린 다음 흡수성 컬럼으로 되돌아갑니다. 흡수 시스템은 효율 제거를 증가 시키거나 특정 흡수제를 사용하여 공기 흐름에서 특정 불순물을 제거하기 위해 여러 흡수 단계에서 하나 이상의 유체를 포함 할 수 있습니다. 흡수성 재생에는 다른 공급원으로부터의 가열이 포함될 수 있으며, 가열과 결합하여 탈착 불순물에 대한 압력을 줄입니다. 추출 된 공기로부터의 열은 열기 공기와 공정 유체와의 간접 접촉 또는 공기에서 증기 또는 불활성 가스와 같은 작동 유체로의 열 전달에 의해 회수 될 수있다. 이 예에서, 추출 된 공기원으로부터 생성 된 높은 수준의 열은 가스 터빈으로 돌아 오는 질소 스트림으로 옮겨진다. 추출 된 공기는 ASU 로의 처리를 전처리하는 데 사용되는 흡수기 농축 바닥과의 접촉에 의해 추출 된 공기를 더 냉각시킨다.
이 열 전달 단계는 플랜트의 POX 또는 POX 제품 작업 영역 내의 다른 흡수 시스템에서도 달성 될 수 있습니다. 용매 및 흡수 물질에 따라, 높은 수준의 열 회수 단계가 제거 될 수 있고 흡수제 재생에 사용 된 추출 된 모든 공기 열이 모두 제거 될 수있다.
CO2는 부산물로 가공 및 판매되거나 플랜트 내에서 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 첨가 된 희석제로서 CO2를 가스 터빈으로 되돌려 놓는 것이다.

 

4. 결합

극저온 공정은 현재 대형 시설에 산업 가스를 공급하는 데 선호되는 방법입니다. 산업 가스 공정과 시설 전체의 기타 장치 간의 열, 냉장, 공정 및 폐기물 스트림의 통합은 효율성을 향상시키고 비용을 줄일 수 있습니다. 고급 열 통합 개념은 향후 화학 또는 ITM 프로세스의 사용을 용이하게 할 수 있습니다.