V sektore priemyselných plynových zariadení sa dopyt po systémoch dodávky plynu v rôznych odvetviach výrazne líši. Niektoré projekty uprednostňujú počiatočné investície, zatiaľ čo iné sa zameriavajú viac na dlhodobé-prevádzkové náklady. V prípade veľkých-zariadení s nepretržitou výrobou je však stabilita zdroja plynu, schopnosť kontrolovať čistotu a potenciál budúceho rozšírenia často dôležitejší ako samotné zariadenie.
Ako Shenger Gas, spoločnosť, ktorá sa dlhodobo venuje výrobe priemyselných plynových zariadení, sa často stretávame s tou istou otázkou od klientov počas projektovania systému a diskusií o projekte: Aké typy priemyselných projektov sú vhodnejšie pre jednotky kryogénnej separácie vzduchu (ASU)?
Kryogénne jednotky ASU nie sú vhodné pre každú aplikáciu plynu, od technických princípov až po skutočné{0}}prispôsobenie prevádzky. V priemyselných systémoch vyžadujúcich vysoké prietoky, nepretržitú prevádzku a vysokú čistotu však často ponúkajú jasné a komplexné výhody.
Tento článok poskytuje systematickú analýzu založenú na charakteristikách priemyselných aplikácií, z ktorých-rozsiahle projekty dodávok plynu sú vhodnejšie pre kryogénne jednotky ASU, a zdôrazňuje kľúčové faktory, ktoré by spoločnosti mali zvážiť pri výbere riešenia dodávky plynu.
Čo je kryogénna jednotka na separáciu vzduchu (ASU)?
Kryogénna jednotka na separáciu vzduchu je kompletný systém, ktorý oddeľuje zložky vzduchu-ako kyslík, dusík a argón{1}}prostredníctvom procesov vrátane kompresie vzduchu, čistenia, výmeny tepla, chladenia na báze expandéra{2}} a kryogénnej destilácie, to všetko pri extrémne nízkych teplotách.
Prevádzková teplota jadra zvyčajne dosahuje -170 stupňov až -190 stupňov , čo umožňuje stabilnú separáciu rôznych zložiek plynu prostredníctvom duálneho{5}}destilačného systému. V porovnaní so štandardnými PSA generátormi kyslíka alebo membránovými separačnými systémami nie je kľúčovou výhodou kryogénnej ASU jednoducho „nižšia teplota“, ale jej schopnosť dodávať vysoko-čisté, viaczložkové priemyselné plyny s nízkou fluktuáciou pri vysokom prietoku a nepretržitých prevádzkových podmienkach.
Z priemyselného hľadiska je kryogénna jednotka ASU v podstate riešením, ktoré sa lepšie hodí na „dlhodobé,{0}}veľké-nepretržité dodávky plynu vo veľkom meradle.“
Veľké-projekty výroby ocele a tavenia
Spomedzi všetkých priemyselných aplikácií zostáva oceliarsky priemysel jednou z najtypickejších a najvyspelejších oblastí pre kryogénne ASU.
Moderná výroba ocele-či už obohacovanie kyslíkom vo vysokej peci, výroba ocele v kyslíkovej peci (BOF) alebo tavenie v elektrickej oblúkovej peci (EAF)-má niekoľko veľmi špecifických požiadaviek na dodávku kyslíka:
- Veľmi vysoké požiadavky na objem plynu
- Dlhé nepretržité prevádzkové hodiny
- Vysoké požiadavky na čistotu kyslíka
- Extrémne vysoké nároky na stabilitu systému
Veľké oceliarne zvyčajne vyžadujú dodávky kyslíka s kapacitou desiatok tisíc až stoviek tisíc Nm³/h, často s vysoko{0}}čistým dusíkom na ochranu, čistenie a systémy kontinuálneho odlievania.
Používanie viacerých malých{0}}až{1}}stredných systémov PSA by si vyžadovalo nielen veľký počet jednotiek, ale časom by tiež výrazne zvýšilo náklady na údržbu. Naproti tomu kryogénna jednotka ASU môže súčasne poskytovať kyslík, dusík a dokonca aj argón prostredníctvom jedinej veľkokapacitnej jednotky, čím sa zabezpečí stabilita procesu a zároveň je v súlade s dlhodobými cieľmi energetickej účinnosti veľkých oceliarní-. Pre oceliarske projekty s ročnou produkciou presahujúcou jeden milión ton sa kryogénne ASU stali priemyselným štandardom.
Uhoľné chemické a petrochemické projekty
Chemický a petrochemický priemysel uhlia je ďalšou oblasťou, ktorá je vysoko závislá od kryogénnych ASU.
Či už ide o uhlie-na-metanol, uhlie-na-olefíny, syntetický amoniak alebo rafinačné hydrogenačné procesy, kyslík a dusík často zohrávajú priamu úlohu v hlavných reakčných prúdoch. Tieto projekty majú vo všeobecnosti tieto vlastnosti:
- Dodávku plynu nie je možné prerušiť
- Požiadavky na vysoký tlak plynu
- Dlhé prevádzkové cykly s-celoročnou nepretržitou výrobou
- Vysoká citlivosť na kolísanie čistoty
Najmä veľké-splyňovače majú veľmi prísne požiadavky na prietok kyslíka a stabilitu čistoty. Aj krátkodobé-výkyvy môžu ovplyvniť tepelnú bilanciu celej výrobnej linky.
Keďže kryogénne jednotky ASU používajú nízkoteplotnú{0}}destiláciu, čistota produktu je stabilnejšia. Okrem toho môžu dodávať vysokotlakový-kyslík priamo prostredníctvom vnútornej kompresie kvapalného kyslíka, čím sa znižuje kompresná energia. Preto ponúkajú jasné výhody vo veľkých uhoľných chemických projektoch.
Projekty tavenia neželezných kovov-
Tavenie neželezných kovov-ako je meď, olovo, zinok a nikel-je tiež dôležitou oblasťou použitia kryogénnych jednotiek ASU.
V procesoch tavenia obohateného{0}}kyslíkom stabilný-kyslík vysokej čistoty výrazne zlepšuje účinnosť spaľovania, skracuje cykly tavenia a znižuje špecifickú spotrebu energie.
Pre veľké taviace zariadenia musí systém prívodu kyslíka poskytovať nielen vysoké prietoky, ale aj:
- Dlhodobá-stabilná prevádzka
- Schopnosť zvládať výkyvy zaťaženia
- Súčasný prívod plynu do viacerých fáz procesu
Kryogénne jednotky ASU fungujú spoľahlivejšie v týchto podmienkach nepretržitého-vysokého zaťaženia. Okrem toho môžu byť ich pridružené dusíkové systémy použité na ochranu, preplachovanie a bezpečnostnú izoláciu počas údržby zariadenia. Pre taviace spoločnosti, ktoré vyžadujú nepretržitú celoročnú-výrobu, je celková prevádzková hodnota kryogénneho systému zvyčajne oveľa vyššia ako prevádzková hodnota zariadení na výrobu plynu s krátkym-cyklom.
Projekty výroby nových energetických materiálov a fotovoltaiky (FV).
S rýchlym rastom nového energetického priemyslu sa neustále zvyšuje dopyt po-priemyselných plynoch vysokej čistoty v odvetviach, ako sú materiály lítiových batérií, fotovoltaické kremíkové materiály a výroba polovodičov.
Hoci spotreba kyslíka na miesto v týchto odvetviach nemusí byť taká masívna ako pri výrobe ocele, kladú prísnejšie požiadavky na kvalitu plynu:
- Čistota dusíka sa zvyčajne vyžaduje na úrovni 99,999 %
- Extrémne nízke kolísanie dodávky plynu
- Žiadna kontaminácia olejom, vodou alebo časticami
- Systémy musia podporovať 24/7 stabilnú prevádzku
Kryogénne jednotky ASU majú prirodzené výhody v dodávke dusíka s vysokou-čistotou, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné pre modely centralizovaného zásobovania plynom vo veľkých fotovoltaických základniach, polovodičových parkoch a nových materiálových priemyselných parkoch. V porovnaní s viacerými distribuovanými generátormi dusíka ponúka centralizované zásobovanie kryogénnym plynom lepšiu kontrolu čistoty, prevádzkovú konzistenciu a budúcu škálovateľnosť.
Projekty centralizovaných dodávok plynu vo veľkých chemických priemyselných parkoch
V posledných rokoch si viac priemyselných parkov osvojilo centralizované modely zásobovania plynom.
V tomto modeli musí jeden veľký plynový uzol slúžiť viacerým továrňam, ktoré dodávajú kyslík, dusík, argón a dokonca aj tekuté produkty. Takéto projekty zvyčajne čelia niekoľkým výzvam:
- Rôzne požiadavky používateľov
- Veľké výkyvy v špičkovom dopyte po plyne
- Vyžaduje sa viacero druhov plynu
- Jasná potreba budúceho rozšírenia
Vďaka schopnosti separácie viacerých komponentov kryogénnych jednotiek ASU sú veľmi vhodné pre-centrálne zásobovanie plynom na parkovej úrovni. Vďaka správnej konfigurácii skladovania tekutín, záložných systémov a inteligentného ovládania môžu podporovať dlhodobé-stabilné zásobovanie plynom pre viacerých používateľov. Z hľadiska návratnosti investícií, keď sa dopyt po plyne zvyšuje, jednotkové náklady na výrobu plynu kryogénnych ASU majú tendenciu stať sa konkurencieschopnejšími.
Ako zistiť, či je projekt vhodný pre kryogénne ASU
Z hľadiska inžinierskej praxe, ak má projekt nasledujúce tri charakteristiky, kryogénne ASU sa vo všeobecnosti oplatí uprednostniť:
- Veľký objem spotreby plynu – Akonáhle požiadavky na kyslík alebo dusík dosiahnu stredný-až{1}}veľký rozsah, úspory z rozsahu kryogénnych systémov sa prejavia.
- Vyžaduje sa nepretržitá prevádzka – Továrne fungujúce 24 hodín denne, 7 dní v týždni-po celý rok, sú vhodnejšie na dlhodobú-stabilnú prevádzku kryogénnych procesov.
- Vysoké nároky na čistotu a stabilitu – Najmä pre projekty vyžadujúce vysoko{0}}čistý kyslík,-vysoko čistý dusík alebo súčasnú výrobu argónu má kryogénna technológia jasnú výhodu.
Kryogénne jednotky na separáciu vzduchu nie sú vhodné pre každý priemyselný projekt. Avšak pre scenáre nepretržitej výroby s vysokým-záťažom, ako je výroba ocele, uhoľné chemikálie, -tavenie neželezných kovov, nové energetické materiály a veľké-plynové uzly v priemyselných parkoch, sú často logickejšou voľbou pre dlhodobú-operačnú stratégiu.
Od investícií do zariadenia až po prevádzkové náklady počas životného cyklu a od čistoty plynu po možnosti budúcej expanzie, systém dodávky plynu skutočne vhodný pre veľké-priemyselné projekty sa nikdy neposudzuje iba podľa toho, „či dokáže produkovať plyn“, ale podľa toho, „či dokáže spoľahlivo zásobovať plynom desať alebo dokonca dvadsať rokov“.
