Unit Pemisahan Udara untuk Bahan Kimia

Teknologi pemisahan udara kriogenik telah berhasil digunakan selama bertahun -tahun untuk menyediakan oksigen untuk gasifikasi berbagai bahan baku hidrokarbon untuk menghasilkan syngas untuk produksi bahan bakar, bahan kimia, dan produk berharga lainnya. Contohnya termasuk
Konversi limbah cair dan padat dari kilang ke hidrogen untuk digunakan di dalam kilang, serta co-produksi listrik, dan meningkatnya minat dalam proses pencairan gas alam yang mengubah gas alam menjadi minyak mentah sintetis, lilin dan bahan bakar. Dalam beberapa tahun terakhir, untuk mengurangi biaya peralatan atau meningkatkan efisiensi, kombinasi proses produksi oksigen dan pabrik pemrosesan hidrokarbon hilir telah menerima lebih banyak perhatian. Proses produksi oksigen tradisional dan berkembang dan skema terintegrasi untuk meningkatkan ekonomi fasilitas ini dijelaskan.

 

Isi

1. Tinjauan Teknologi Pemrosesan Gas Industri Non-Kryogenik

   1.1 Adsorpsi

   1.2 Sistem Membran Polimer

2. Teknologi Pemrosesan Gas Industri Suhu Rendah

   2.1 Gambaran Umum Pemrosesan Cryogenic

   2.2 Siklus Siklus Kompresi

   2.3 Memompa siklus cairan cairan cairan

   2.4 siklus bertekanan rendah dan tekanan tinggi

3. Perbandingan Alternatif Proses dan Peningkatan Teknologi

4.klusi

Hubungi sekarang

1. Tinjauan Teknologi Pemrosesan Gas Industri Non-Kryogenik

1.1 Adsorpsi

Proses adsorpsi didasarkan pada kemampuan beberapa bahan alami dan sintetis untuk secara istimewa menyerap nitrogen. Dalam kasus zeolit, medan listrik yang tidak homogen ada di ruang kosong material, menghasilkan adsorpsi molekul preferensial yang lebih terpolarisasi, seperti yang memiliki momen quadrupole elektrostatik yang lebih besar. Dengan demikian, dalam pemisahan udara, molekul nitrogen lebih kuat teradsorpsi daripada molekul oksigen atau argon. Saat udara melewati lapisan bahan zeolit, nitrogen dipertahankan dan aliran yang kaya oksigen meninggalkan lapisan zeolit. Saring molekul karbon memiliki urutan besarnya dengan molekul udara. Karena molekul oksigen sedikit lebih kecil dari molekul nitrogen, mereka berdifusi ke dalam rongga adsorben lebih cepat. Dengan demikian, saringan molekul karbon selektif untuk oksigen dan saringan molekul selektif untuk nitrogen. Zeolit ​​biasanya digunakan dalam proses produksi oksigen berbasis adsorpsi. Udara terkompresi dimasukkan ke dalam kapal yang mengandung adsorben. Nitrogen diadsorpsi dan aliran air limbah yang kaya oksigen diproduksi sampai bed jenuh dengan nitrogen. Pada titik ini, udara umpan dialihkan ke kapal segar dan regenerasi tempat tidur pertama dapat dimulai. Regenerasi dapat dicapai dengan memanaskan tempat tidur atau mengurangi tekanan bed, sehingga mengurangi kandungan nitrogen kesetimbangan dari adsorben. Pemanasan biasanya disebut sebagai adsorpsi ayunan suhu (TSA) dan mengurangi tekanan biasanya disebut sebagai ayunan tekanan atau adsorpsi ayunan vakum (PSA atau VSA). Tekanan berkurang memiliki siklus pendek dan mudah dioperasikan, menjadikannya proses yang disukai untuk pabrik pemisahan udara. Variasi proses yang mempengaruhi efisiensi operasi termasuk pretreatment udara untuk menghilangkan air dan karbon dioksida secara terpisah, beberapa lapisan untuk memungkinkan pemulihan energi tekanan selama switching bed, dan operasi vakum selama tekanan berkurang. Sistem ini dioptimalkan berdasarkan aliran produk, kemurnian, tekanan, konsumsi energi, dan masa pakai yang diharapkan. Kemurnian oksigen biasanya 93% hingga 95% volume.

 

1.2 Sistem Membran Polimer

Proses membran menggunakan bahan polimer didasarkan pada perbedaan laju difusi oksigen dan nitrogen melalui membran yang memisahkan aliran proses tekanan tinggi dan tekanan rendah. Fluks dan selektivitas adalah dua sifat yang menentukan ekonomi sistem membran, dan keduanya adalah fungsi dari bahan membran spesifik. Fluks membran menentukan luas permukaan membran dan merupakan fungsi dari perbedaan tekanan yang dibagi dengan ketebalan membran. Konstanta proporsionalitas yang bervariasi dengan jenis membran disebut permeabilitas. Selektivitas adalah rasio permeabilitas gas yang akan dipisahkan. Sebagian besar bahan membran lebih permeabel terhadap oksigen daripada nitrogen karena ukuran molekul oksigen yang lebih kecil. Sistem membran umumnya terbatas pada produksi udara yang diperkaya oksigen (oksigen 25% hingga 50%). Membran transfer aktif atau difasilitasi mengandung zat pengompleks oksigen untuk meningkatkan selektivitas oksigen dan merupakan metode potensial untuk meningkatkan kemurnian oksigen dalam sistem membran, dengan asumsi bahwa bahan membran yang kompatibel dengan oksigen juga tersedia. Keuntungan utama dari pemisahan membran adalah kesederhanaan proses, kesinambungannya, dan operasinya pada kondisi yang mendekati-ambient. Blower memberikan tekanan kepala yang cukup untuk mengatasi penurunan tekanan melintasi filter, tabung membran, dan perpipaan. Bahan membran biasanya dirakit menjadi modul silindris yang dihubungkan bersama oleh beberapa koneksi untuk memberikan kapasitas produksi yang diperlukan. Oksigen meresap melalui serat (tipe serat berongga) atau melalui lembaran (jenis luka spiral) dan diekstraksi sebagai produk. Pompa vakum biasanya mempertahankan diferensial tekanan melintasi membran dan memberikan oksigen pada tekanan yang diperlukan. Karbon dioksida dan air biasanya ada dalam produk udara yang diperkaya oksigen karena mereka lebih permeabel daripada oksigen ke sebagian besar bahan membran. Namun, sistem membran mudah disesuaikan dengan aplikasi hingga 20 ton per hari, di mana kemurnian udara yang diperkaya dengan kontaminan air dan karbon dioksida dapat ditoleransi. Teknologi ini lebih baru daripada teknologi adsorpsi atau kriogenik, dan peningkatan bahan dapat membuat membran lebih menarik untuk tuntutan oksigen yang lebih besar.

 

2. Teknologi Pemrosesan Gas Industri Suhu Rendah

2.1 Gambaran Umum Pemrosesan Cryogenic

Teknologi pemisahan udara kriogenik saat ini merupakan teknologi yang paling efisien dan hemat biaya untuk menghasilkan sejumlah besar oksigen gas atau cair, nitrogen, dan argon. Unit Pemisahan Udara (ASUS) menggunakan proses distilasi kriogenik multi-kolom konvensional untuk menghasilkan oksigen dari udara terkompresi pada pemulihan dan kemurnian yang tinggi. Teknologi kriogenik juga dapat menghasilkan nitrogen dengan kemurnian tinggi sebagai aliran produk sampingan yang berguna dengan biaya tambahan yang relatif rendah. Selain itu, argon cair, oksigen cair, dan nitrogen cair dapat ditambahkan ke batu tulis produk untuk penyimpanan cadangan produk atau penjualan produk sampingan dengan biaya modal dan listrik bertahap rendah. Penelitian berlanjut pada cara -cara untuk meningkatkan produktivitas kereta peralatan individu sebagai cara mengurangi biaya unit melalui skala ekonomi. Sebagian besar peralatan menggunakan motor listrik konvensional untuk mendorong peralatan untuk mengompres umpan udara ke ASU, serta oksigen dan aliran produk lainnya. Perlu dicatat bahwa fasilitas IGCC menerima semua pasokan udara mereka dengan mengekstraksi udara dari turbin gas yang digunakan dalam siklus gabungan untuk menghasilkan listrik dari gas sintesis batubara.

 

2.2 Siklus Siklus Kompresi

Proses pemisahan udara biasanya menghasilkan aliran produk gas pada sedikit di atas tekanan atmosfer dan suhu dekat. Biasanya oksigen produk meninggalkan penukar panas utama pada tekanan rendah, mulai dari 3,5 hingga 7 0. 0 MPa, dan kereta kompresor sentrifugal dengan laju aliran volume saluran masuk yang relatif tinggi memberikan produk pada tekanan yang diperlukan.

 

2.3 Memompa siklus cairan cairan cairan

Produk cair dapat diambil dari penukar panas kriogenik di hulu bagian distilasi untuk penguapan dan pemanasan. Produk -produk ini dapat dipompa ke tekanan pengiriman yang diinginkan atau tekanan menengah. Namun, karena daya yang diperlukan untuk menghasilkan produk cair dari sistem distilasi adalah 2 hingga 3 kali lipat dari memproduksi produk gas, siklus harus efisien dalam memulihkan refrigeran yang terkandung dalam aliran produk yang dipompa. Ini dicapai dengan meringkas aliran produk yang diuapkan dalam penukar panas cryogenic terhadap udara bertekanan tinggi atau aliran umpan nitrogen. Umpan udara atau nitrogen cair dikembalikan ke bagian distilasi untuk pendinginan. Siklus proses cair yang dipompa yang memompa aliran produk ke tekanan menengah di outlet unit pemisahan udara disebut siklus cairan sebagian dipompa dan membutuhkan peralatan tambahan untuk mengompres aliran produk ke tekanan pengiriman akhir. Pompa penuh atau parsial dari aliran produk menambah tingkat kebebasan lain dalam mengoptimalkan siklus kriogenik dan dapat menghilangkan atau mengurangi ukuran kompresor oksigen.

2.4 siklus bertekanan rendah dan tekanan tinggi
Siklus unit pemisahan udara tekanan rendah (LP) didasarkan pada mengompresi udara umpan hanya dengan persyaratan tekanan untuk menolak produk sampingan nitrogen pada tekanan atmosfer. Oleh karena itu, tekanan udara umpan biasanya bervariasi antara 360 dan 6 000 MPa, tergantung pada kemurnian oksigen dan tingkat efisiensi energi yang diinginkan. Siklus ASU bertekanan tinggi menghasilkan aliran produk dan produk sampingan pada tekanan jauh di atas tekanan atmosfer, biasanya membutuhkan komponen kriogenik yang lebih kecil dan lebih kompak, yang dapat menghemat biaya. Siklus EP biasanya menggunakan tekanan udara pakan lebih dari 700 MPa. Siklus EP mungkin sesuai ketika semua atau hampir semua produk sampingan nitrogen dikompresi sebagai aliran produk. Selain itu, siklus EP sering dipilih untuk mengintegrasikan ASU dengan unit proses lainnya, seperti turbin gas.

 

3. Perbandingan Alternatif Proses dan Peningkatan Teknologi

 

Proses adsorpsi dan membran polimer akan terus meningkat dalam biaya dan efisiensi energi melalui penelitian berkelanjutan dan pengembangan adsorben dan bahan membran. Tidak ada teknologi yang diharapkan untuk menantang teknologi cryogenic dalam kemampuannya untuk menghasilkan oksigen dalam jumlah besar, terutama pada kemurnian yang lebih tinggi. Baik sistem adsorpsi dan membran menghasilkan nitrogen produk sampingan yang mengandung sejumlah besar oksigen. Jika nitrogen kemurnian tinggi diperlukan, deoksigenasi tambahan atau sistem pemurnian lainnya harus digunakan untuk meningkatkan kualitas nitrogen. Tidak ada proses yang dapat secara langsung menghasilkan argon atau gas mulia. Produksi oksigen cair atau nitrogen untuk cadangan sistem membutuhkan peralatan kriogenik tambahan atau transportasi produk dari peralatan tanaman. Di sisi lain, proses adsorpsi dan membran lebih sederhana dan lebih pasif daripada teknologi cryogenic. Udara yang diekstraksi dari kompresor turbin gas dapat sebagian atau sepenuhnya memenuhi persyaratan pakan ASU. Dalam konfigurasi sederhana, tekanan distilasi ASU akan mengatur tekanan udara ekstraksi. Jika aliran udara ekstraksi kurang dari total ASU yang dibutuhkan, kompresor udara tambahan akan digunakan, yang tekanan pembuangannya akan cocok dengan tekanan udara ekstraksi. Jika pasokan udara yang diekstraksi sekitar seperempat dari total permintaan ASU, tekanan distilasi ASU dapat ditetapkan secara independen dan proses cairan yang dipompa dapat digunakan.

Udara ekstraksi tekanan tinggi mendidih oksigen cair atau nitrogen di zona pertukaran panas kriogenik. Pasokan udara terkompresi tambahan menetapkan tekanan distilasi ASU.

Dalam fasilitas menggunakan turbin gas, udara dapat diekstraksi karena berbagai alasan.
Sebagai umpan ke unit pemisahan udara, sebagai udara pendingin "buang" untuk turbin itu sendiri, atau persyaratan lain untuk udara bertekanan di dalam fasilitas. Udara yang diekstraksi mengandung panas berharga yang dapat dipulihkan dengan mendidih cairan pada tingkat suhu diskrit, atau dengan perpindahan panas yang masuk akal ke cairan lain. Salah satu kelas aplikasi yang menggunakan panas yang dipulihkan adalah regenerasi pelarut, yang merupakan proses yang pertama kali melakukan langkah penyerapan gas/cairan dan kemudian mentransfer panas ke cairan ke produk gas atau kontaminan. Langkah ini memiliki properti yang contoh proses yang dapat mengambil manfaat dari integrasi panas ini termasuk, tetapi tidak terbatas pada, operasi unit berikut yang dapat ditemukan dalam gasifikasi hidrokarbon atau fasilitas pemrosesan hidrokarbon. Regenerasi sistem pretreatment udara berbasis cairan sebagai bagian dari unit pemisahan udara kriogenik. Langkah-langkah penyerapan berbasis cairan untuk menghilangkan kontaminan dari aliran umpan udara ke pabrik pemisahan udara dapat mengambil manfaat dari pemulihan panas udara ekstraktif. Dalam satu perwujudan, udara panas didinginkan relatif terhadap dasar cairan dari kolom penyerap. Udara dingin memasuki kolom dan menghubungi penyerap cair, di mana kotoran di aliran udara diserap ke dalam cairan. Langkah pemanasan udara-ke-penyerap menghapus kontaminan dari cairan penyerap, yang kemudian dikembalikan ke kolom penyerap. Sistem penyerapan dapat mencakup satu atau lebih cairan dalam beberapa langkah penyerapan untuk meningkatkan penghapusan efisiensi atau menggunakan penyerap spesifik untuk menghilangkan kotoran spesifik dari aliran udara. Regenerasi penyerap dapat mencakup pemanasan dari sumber lain, dikombinasikan dengan pemanasan untuk mengurangi tekanan untuk menghilangkan kotoran. Panas dari udara yang diekstraksi dapat dipulihkan dengan kontak tidak langsung dari udara panas dengan cairan proses, atau dengan perpindahan panas dari udara ke cairan yang berfungsi seperti uap atau gas inert. Dalam contoh ini, tingginya tingkat panas yang dihasilkan dari sumber udara yang diekstraksi ditransfer ke aliran nitrogen yang kembali ke turbin gas. Udara yang diekstraksi lebih lanjut didinginkan oleh kontak dengan dasar yang diperkaya penyerap yang digunakan untuk pra-perawatan umpan udara ke ASU.
Langkah perpindahan panas ini juga dapat dicapai dalam sistem penyerapan lainnya dalam area kerja produk cacar atau cacar tanaman. Bergantung pada bahan pelarut dan penyerapan, langkah -langkah pemulihan panas tingkat tinggi dapat dihilangkan dan semua panas udara yang diekstraksi digunakan untuk regenerasi penyerap.
CO2 dapat diproses dan dijual sebagai produk sampingan, atau digunakan di dalam pabrik. Contohnya adalah mengembalikan CO2 ke turbin gas sebagai pengencer tambahan.

 

4.klusi

Proses cryogenic saat ini merupakan metode yang disukai untuk memasok gas industri ke fasilitas besar. Integrasi panas, pendingin, proses dan aliran limbah antara proses gas industri dan unit lainnya di seluruh fasilitas dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi biaya. Konsep integrasi panas lanjut dapat memfasilitasi penggunaan proses kimia atau ITM di masa depan.