Uvod
Pregled tehnologije nekriogene industrijske predelave plina
2.1 Adsorpcijska tehnologija
2.2 Polimerni membranski sistem
Kriogena tehnologija obdelave industrijskega plina
3.1 Pregled kriogene obdelave
3.2 Cikel stiskanja
3.3 Črpanje tekočega cikla
3.4 Nizkotlačni in visokotlačni cikel
Primerjava alternativ procesa in tehničnega izboljšanja
Reference
Tehnologija ločevanja zraka je ključna povezava v kemični proizvodnji. Uporablja se predvsem za pridobivanje industrijskih plinov, kot sta kisik in dušik iz zraka in se pogosto uporablja pri proizvodnji goriva, kemičnih sintez in energetskih poljih. Kriogena tehnologija ločevanja zraka je zaradi visoke učinkovitosti in gospodarstva postala prednostna metoda za obsežno proizvodnjo plina. V zadnjih letih so z napredovanjem tehnologije ne-kriogene metode, kot sta adsorpcija in ločevanje membran, postopoma pritegnile pozornost. Namen tega prispevka je raziskati optimizacijo procesov in tehnično izboljšanje tradicionalnih in nastajajočih tehnologij ločevanja zraka, analizirati njihovo gospodarstvo in potencial integracije ter zagotoviti referenco za industrijo.
2. Pregled nekriogene tehnologije za obdelavo industrijskega plina
2.1 Adsorpcijska tehnologija
Adsorpcijska tehnologija temelji na selektivni adsorpcijski sposobnosti materialov za molekule plina, sito zeolita ali ogljika se pogosto uporablja kot adsorbent. Njeno temeljno načelo je doseči ločitev z uporabo diferencialne adsorpcije molekul plina na površini adsorbenta. Na primer, molekule dušika lažje adsorbirajo zeoliti zaradi močne polarizacije, medtem ko kisik tvori pretok plina, bogatega s kisikom, skozi adsorpcijsko dno.
Adsorpcijska tehnologija je v glavnem razdeljena v dve kategoriji:
Adsorpcija temperaturne nihanja (TSA): Adsorbent se regenerira s segrevanjem, ki je primerno za proizvodnjo kisika z visoko čistostjo (93%~ 95%).
Adsorpcija tlačne nihanja (PSA/VSA): Regeneracija dosežemo z dekompresijo, s kratkim delovnim ciklom, primernim za majhne in srednje obsežne aplikacije.
Navodila za optimizacijo vključujejo predhodno obdelavo za odstranjevanje vode/ogljikovega dioksida, več postelje tlačnega obnavljanja energije in delovanje vakuuma za izboljšanje učinkovitosti in zmanjšanje porabe energije.
2.2 Polimerni membranski sistem
Tehnologija ločevanja membrane uporablja razliko v hitrosti prepustnosti plina skozi polimerno membrano, da doseže ločitev. Molekule kisika so manjše in imajo večjo prepustnost kot dušik, zato lahko membranski sistem proizvede zrak, obogaten s kisikom (25%~ 50%). Njegove prednosti so preprosto delovanje, neprekinjeno delovanje in nizka poraba energije, vendar je čistost izdelka omejena in jo je treba kombinirati z aktivno nosilno membrano za izboljšanje selektivnosti.
Membranski sistemi so primerni za majhne aplikacije (manj kot 20 ton na dan) in imajo visoko toleranco do ogljikovega dioksida in vode. Prihodnje izboljšave materiala lahko razširijo njegovo območje aplikacij.
3. Kriogena tehnologija za obdelavo industrijskega plina
3.1 Pregled kriogene obdelave
Kriogena destilacija je glavna tehnologija za obsežno proizvodnjo industrijskih plinov z visoko čistostjo, ki lahko hkrati proizvaja plinasti/tekoči kisik, dušik in argon. Njegovo jedro je doseči ločitev s hlajenjem in frakcioniranjem stisnjenega zraka, s prednosti visoke stopnje okrevanja in nizkimi postopnimi stroški.
3.2 Cikel stiskanja
Kriogene naprave običajno uporabljajo centrifugalne kompresorje, da pritiskajo na pline na 3,5 ~ 70MPA, da zadovoljijo potrebe po prevozu. Velike rastline zmanjšujejo stroške na enoto z ekonomijo obsega, medtem ko IGCC (integrirani premogovni uplinjanje kombiniranega cikla) še dodatno optimizirajo energetsko učinkovitost z ekstrakcijo plinske turbine.
3.3 Črpanje tekočega cikla
Poraba energije za stiskanje plina se lahko zmanjša s črpanjem tekočih produktov (na primer tekočega kisika) na vmesne tlake. Delni cikli črpanja lahko obnovijo hladilna sredstva, zmanjšajo velikost opreme in obratovalne stroške.
3.4 Cikli nizkega tlaka in visokega tlaka
Nizkotlačni cikel (LP): tlak dovoda 360 ~ 600MPA, primeren za scenarije z majhnim povpraševanjem po dušikovih stranskih proizvodih.
Visokotlačni cikel (HP): tlak presega 700MPA, primerno za proizvodnjo ali integracijo dušika z visoko čistočo z drugimi procesi (na primer plinske turbine).
4. Primerjava alternativ procesa in tehničnih izboljšav
Adsorpcijska in membranska tehnologija: primerna za majhne in srednje velike lestvice, vendar ne more izpodbijati položaja kriogene tehnologije na področju velike visoke čistosti. Obe zahtevata dodatne naprave za deoksigenacijo ali kriogene varnostne sisteme.
Kriogena tehnologija: Energetsko učinkovitost je mogoče znatno izboljšati z integracijo toplote (kot je ekstrakcija plinske turbine) in optimizacijo črpalke. Na primer, uporaba toplote ekstrakcije za predhodno obdelavo zraka ali regenerirane topila lahko še dodatno zmanjša porabo energije.
Prihodnja navodila za razvoj vključujejo:
Izboljšanje uspešnosti adsorbentov in membranskih materialov.
Toplotna integracija kriogenih procesov in kemičnih rastlin.
Uporaba nastajajočih tehnologij, kot so kemične ali ionske transportne membrane (ITM).
Kriogena tehnologija ločevanja zraka je še vedno glavna izbira za proizvodnjo industrijskega plina zaradi zrelosti in gospodarstva. Z optimizacijo procesov (kot so integracija toplote, kroženje črpalke) in tehnične izboljšave (kot so raziskave materiala in razvoj), se lahko učinkovitost še izboljša in stroške zmanjša. Nekriogena tehnologija ima potencial v majhnih aplikacijah, vendar se mora prebiti skozi omejitve čistosti in obsega. V prihodnosti bosta večtehnološka sodelovanje in integracija med domena ključ ključnega pomena za razvoj industrije.
