در کارخانههای شیمیایی، پالایشگاههای نفت، کارخانههای فولاد و مجتمعهای شیمیایی زغالسنگ، یک جزء نادیده گرفته شده حیاتی است: عرضه بیوقفه گاز صنعتی. اکسیژن، نیتروژن و آرگون - "خون صنعتی" نامرئی - اگر قطع شود، فقط باعث کاهش تولید نمی شود. آنها می توانند باعث غیرفعال شدن کاتالیزور، اکسیداسیون خط لوله و حتی خطرات ایمنی در کل نیروگاه شوند. واحدهای جداسازی هوای برودتی (ASU) در مقیاس بزرگ، چرخه طولانی،-تولید با ثبات بالا عملاً تنها راه حل هستند.
آنچه که تولید مستمر از تامین گاز می طلبد
منطق اصلی تولید مداوم ساده است: بدون توقف. یک واحد بزرگ متانول یا کوره بلند ممکن است صدها روز-یا بیشتر- بین خاموش شدن های برنامه ریزی شده کار کند. در این حالت، سیستم های ابزار باید با آن قابلیت اطمینان فوق العاده مطابقت داشته باشند.
نیتروژن مصرف کنید. در بسیاری از کارخانههای شیمیایی، این فقط یک گاز پوششی یا آببندی نیست-بلکه یک وسیله تصفیه اضطراری نیز میباشد. اگر فشار نیتروژن نوسان داشته باشد یا منبع از بین برود، اکسیداسیون داخل راکتورها می تواند به سرعت از کنترل خارج شود. در موارد جزئی، کیفیت محصول کاهش می یابد. در موارد اصلی، بستر کاتالیزور بیش از حد گرم می شود و تجهیزات آسیب می بینند. اکسیژن حتی بسیار مهمتر است.
روشهای عرضه متناوب-مانند تبخیر نیتروژن مایع یا جذب نوسانی فشار (PSA)-برای عملیاتهای کوچک-یا دستهای به خوبی کار میکنند. اما برای تولید مداوم که هزاران یا دهها هزار نیوتن متر مکعب در ساعت نیاز دارد، ردپای ذخیرهسازی، ظرفیت تبخیر و تدارکات پر کردن مجدد به گلوگاه تبدیل میشوند. PSA سریع راهاندازی میشود، اما پایداری خلوص و تخریب جاذب آن در طولانیمدت به سختی میتواند با دورههای پنجساله چرخش- کارخانههای پیوسته مطابقت داشته باشد.
چرا ASU های کرایوژنیک غیر قابل تعویض هستند؟
اصل کار ساده است: هوای خنک تا منفی 100 درجه +، سپس اکسیژن، نیتروژن و آرگون را در یک ستون تقطیر بر اساس نقاط جوش جدا کنید. اولین راهاندازی زمان میبرد – قبل از-خنکسازی، تصفیه، توسعه توربو-و تثبیتسازی اصلاح ممکن است برای سیستمهای پیچیده به دوازده ساعت یا حتی دو تا سه روز نیاز داشته باشد. اما پس از اجرا، ASU های کرایوژنیک چیزی را ارائه می دهند که هیچ فناوری دیگری با آن مطابقت ندارد.
1. انعطاف پذیری و ثبات خلوص
با تنظیم پارامترهای ستون، ASU های برودتی نیتروژن از 99.5٪ تا 99.999٪ + و اکسیژن از 99.6٪ تا 99.8٪ + در صورت نیاز تولید می کنند. و این خلوص بالا حتی در هنگام سوئیچینگ غربال مولکولی، تغییرات بار منبسط کننده و تغییرات روزانه دمای محیط ثابت می ماند. برای تولید مداوم، رانش خلوص به معنای واکنشهای جانبی ناشناخته است - چیزی که مهندسان فرآیند بیش از همه از آن میترسند.
2. عرضه واقعاً بدون وقفه
ASU های کرایوژنیک حاوی حجم زیادی مایع در داخل جعبه سرد هستند. تحت عملکرد عادی، اکسیژن مایع و نیتروژن انباشته شده در کندانسور اصلی یک بافر بزرگ را تشکیل می دهند. اگر کمپرسورهای بالادست برای مدت کوتاهی نوسان داشته باشند یا سوئیچینگ غربال مولکولی باعث تغییرات جزئی فشار شود، خروجی محصول تقریباً بیتأثیر میماند - تا زمانی که شرایط ستون دست نخورده باقی بماند. ASUهای بزرگ با طراحی خوب- با سیستم های پشتیبان مایع می توانند به طور خودکار ذخایر را در حین خرابی تبخیر کنند و به اپراتورها ده ها دقیقه تا چند ساعت فرصت پاسخ دهی می دهند. این سطح از قابلیت اطمینان، اساس مدیریت تولید مستمر است.
3. اقتصاد بهتر در مقیاس های بزرگتر
ظرفیت ASU یک قطار از هزاران تا بیش از 100000 نیوتن متر مکعب در ساعت است. مقیاس بزرگتر به معنای مصرف انرژی کمتر در واحد محصول است. نیروگاه های پیوسته بزرگ که با ASU های برودتی بزرگ جفت شده اند از هر سه محصول استفاده می کنند - اکسیژن برای گازیفایرها یا واکنش های اکسیداسیون، نیتروژن برای آب بندی، تصفیه و تبرید، و آرگون به عنوان محصول جانبی برای فروش یا به عنوان گاز محافظ. این مدل چند محصولی هزینه کل را نسبت به سایر مسیرهای به ظاهر «سادهتر» کمتر میکند.
چرا فناوری های دیگر نمی توانند جایگزین ASU های برودتی شوند؟
برخی می پرسند: PSA و جداسازی غشایی در حال بهبود هستند - چرا از آنها به عنوان منبع اولیه برای فرآیندهای مداوم استفاده نکنیم؟
این در مورد خوب یا بد نیست - در مورد تناسب اندام است. خلوص اکسیژن PSA به ندرت از 93% تجاوز می کند و هر چند دقیقه یکبار چرخه یکسان می شود، فشار را کاهش می دهد و پاک می شود و باعث نوسانات دوره ای جریان و فشار می شود. راکتورهای فرآیند پیوسته برای شرایط تغذیه ثابت طراحی شده اند. نوسانات دوره ای به معنای بزرگ کردن تجهیزات برای جذب نوسانات یا تنظیم مداوم پارامترهای پایین دست است. یکی هزینه سرمایه را اضافه می کند، دیگری سردرد عملیاتی را اضافه می کند - نه ایده آل.
جداسازی غشایی برای استفادههای-در مقیاس کوچک- با خلوص پایین مناسب است - مانند هوادهی در کارخانههای کوچک فاضلاب یا اکسیژنرسانی در آبزیپروری. برای تولید مداوم زیاد، فرکانس تعویض غشا و هزینه غیر قابل تحمل می شود.
در مورد تکیه صرفاً بر تبخیر مخزن مایع - انتقال اکسیژن/نیتروژن مایع از یک کارخانه ASU به سایت - مصرف روزانه صدها یا حتی هزاران تن به معنی جابجایی مکرر کامیون، خطرات ایمنی بارگیری/تخلیه و مشکلات مربوط به تحویل آب و هوا است. هیچ مدیر کارخانه مستمری نمیخواهد روی «دهها کامیون مواد شیمیایی خطرناک که هر روز به موقع میرسند» شرطبندی طولانی مدت- بگذارد.
ملاحظات واقعی-مهندسی جهان
هرکسی که انتخاب فنی برای پروژههای مستمر انجام داده باشد، میداند: انتخاب یک ASU برودتی هرگز فقط خرید تجهیزات نیست - بلکه بازنگری در کل معماری ابزارهای کارخانه است.
ASU را کجا قرار دهیم؟ ارتباط با قفسه های لوله کارخانه، فاصله ایمنی تا شراره ها، هماهنگی مدنی بین ساختمان های کمپرسور بزرگ و پایه های جعبه سرد. بخار برای بازسازی غربال مولکولی از کجا می آید - شبکه-بخار کم فشار یا بخاری برقی اختصاصی؟ که به تعادل بخار دقیق گیاه نیاز دارد. بازیابی سرد توربو-به طور مستقیم بر تولید مایع تأثیر میگذارد، که تعیین میکند سیستم پشتیبان چقدر میتواند دوام بیاورد.
در پشت این جزئیات یک حقیقت نهفته است: یک ASU برودتی یک ماشین مستقل نیست - آن عضوی است که در خط حیاتی تولید مداوم تعبیه شده است. طراحی، بهره برداری و نگهداری آن باید عمیقاً با کل سیستم تولید مرتبط باشد.
صنایع فرآیند پیوسته به ASU های برودتی وابسته هستند نه به این دلیل که فناوری اسرارآمیز است، بلکه به این دلیل که به طور همزمان مقیاس بزرگ، خلوص بالا، قابلیت اطمینان بالا و اقتصاد مناسب را ارائه می دهد - چهار الزامی که همگی در تولید مداوم ضروری هستند. سایر فناوری ها ممکن است دو یا سه مورد را پوشش دهند، اما به ندرت هر چهار مورد را پوشش می دهند.
