V chemických závodoch, ropných rafinériách, oceliarňach a uhoľných chemických komplexoch je kritický jeden prehliadaný komponent: neprerušované dodávky priemyselného plynu. Kyslík, dusík a argón – neviditeľná „priemyselná krv“ – ak sa prerušia, nespôsobia len výrobné straty. Môžu spustiť deaktiváciu katalyzátora, oxidáciu potrubia a dokonca aj bezpečnostné riziká v celom závode. Pre veľkosériovú-výrobu s dlhým-cyklom a vysokou{5}}stabilitou sú kryogénne jednotky na separáciu vzduchu (ASU) prakticky jediným riešením.
Čo si vyžaduje nepretržitá výroba od dodávok plynu
Hlavná logika nepretržitej výroby je jednoduchá: žiadne zastavenie. Veľká metanolová jednotka alebo vysoká pec môže medzi plánovanými odstávkami fungovať stovky dní-alebo dlhšie-. V tomto režime musia systémy služieb zodpovedať tejto extrémnej spoľahlivosti.
Vezmite dusík. V mnohých chemických závodoch to nie je len ochranný alebo tesniaci plyn,-je to aj núdzové čistiace médium. Ak tlak dusíka kolíše alebo zlyhá dodávka, oxidácia vo vnútri reaktorov sa môže rýchlo vymknúť kontrole. V menších prípadoch kvalita produktu klesá; vo veľkých prípadoch sa lôžko katalyzátora prehrieva a zariadenie je poškodené. Kyslík je ešte dôležitejší-splyňovače, kyslíkové kompresory a následné oxidačné reakcie vyžadujú stabilný prietok a čistotu v takmer prísnej miere.
Metódy prerušovaného dodávania,-ako je odparovanie kvapalného dusíka alebo adsorpcia s kolísaním tlaku (PSA),-dobre fungujú pri malých-prevádzkach alebo dávkových operáciách. Ale pre nepretržitú výrobu vyžadujúcu tisíce alebo desiatky tisíc Nm³/hodinu sa skladovacia stopa, kapacita odparovania a logistika dopĺňania stávajú prekážkami. PSA sa spúšťa rýchlo, ale jeho stabilita v čistote a degradácia adsorbentu počas dlhých cyklov sa sotva môžu rovnať päť{5}}ročným cyklom obrátok nepretržitých zariadení.
Prečo sú kryogénne jednotky ASU nenahraditeľné
Princíp je jednoduchý: ochladiť vzduch na mínus 100 stupňov +, potom oddeliť kyslík, dusík a argón v destilačnej kolóne na základe bodov varu. Prvé spustenie si vyžaduje čas – pred-chladenie, čistenie, turbo-expanzia a usmerňovacia stabilizácia môžu v prípade zložitých systémov vyžadovať tucet hodín alebo dokonca dva až tri dni. Po spustení však kryogénne jednotky ASU poskytujú to, čomu sa žiadna iná technológia nevyrovná.
1. Pružnosť a stabilita čistoty
Úpravou parametrov kolóny produkujú kryogénne ASU podľa potreby dusík od 99,5 % do 99,999 %+ a kyslík od 99,6 % do 99,8 %+. A táto vysoká čistota je stabilná aj počas prepínania molekulárneho sita, zmien zaťaženia expandéra a denných zmien okolitej teploty. Pre nepretržitú výrobu znamená posun čistoty neznáme vedľajšie reakcie – čoho sa procesní inžinieri obávajú najviac.
2. Skutočne neprerušované zásobovanie
Kryogénne jednotky ASU obsahujú vo vnútri chladiaceho boxu veľké objemy kvapaliny. Pri normálnej prevádzke tvorí kvapalný kyslík a dusík nahromadený v hlavnom kondenzátore obrovský nárazník. Ak predradené kompresory krátko kolísajú alebo prepínanie molekulárneho sita spôsobí menšie zmeny tlaku, výstup produktu zostane takmer nedotknutý – pokiaľ podmienky kolóny zostanú nedotknuté. Dobre-navrhnuté veľké jednotky ASU s tekutými zálohovacími systémami môžu automaticky odparovať rezervy pri poruchách, čo operátorom poskytuje desiatky minút až niekoľko hodín na reakciu. Táto úroveň spoľahlivosti je základom nepretržitého riadenia výroby.
3. Lepšia hospodárnosť vo väčšom rozsahu
Kapacita jedného-vlaku ASU sa pohybuje od tisícok do viac ako 100 000 Nm³/hod. Väčší rozsah znamená nižšiu spotrebu energie na jednotku produktu. Veľké kontinuálne zariadenia spárované s veľkými kryogénnymi ASU využívajú všetky tri produkty – kyslík pre splyňovače alebo oxidačné reakcie, dusík na tesnenie, čistenie a chladenie a argón ako vedľajší produkt na predaj alebo ako ochranný plyn. Tento multi{6}}produktový model znižuje celkové náklady ako iné zdanlivo „jednoduchšie“ cesty.
Prečo iné technológie nedokážu nahradiť kryogénne jednotky ASU
Niektorí sa pýtajú: PSA a membránová separácia sa zlepšujú – prečo ich nevyužiť ako primárny zdroj pre kontinuálne procesy?
Nie je to o dobrom alebo zlom – je to o kondícii. Čistota kyslíka PSA zriedka presahuje 93 % a každých pár minút sa cyklus vyrovná, odtlakuje a prečistí, čo spôsobí periodický prietok a kolísanie tlaku. Reaktory s kontinuálnym procesom sú navrhnuté pre stabilné podmienky plnenia. Periodické výkyvy znamenajú buď predimenzovanie zariadenia na absorbovanie výkyvov, alebo neustále prispôsobovanie nadväzujúcich parametrov. Jedna zvyšuje kapitálové náklady, druhá pridáva prevádzkové bolesti hlavy – ani jedno nie je ideálne.
Membránová separácia je vhodná na použitie v malom-rozsahu s nízkou{0}}čistotou – ako je prevzdušňovanie v malých čističkách odpadových vôd alebo okysličovanie v akvakultúre. Pre veľkú kontinuálnu výrobu sa frekvencia výmeny membrány a náklady stávajú neúnosnými.
Čo sa týka spoliehania sa výlučne na odparovanie kvapalných nádrží – kamiónová preprava tekutého kyslíka/dusíka zo závodu ASU na miesto – denná spotreba stoviek alebo dokonca tisícov ton znamená časté presuny nákladných vozidiel, bezpečnostné riziká nakladania a vykladania a problémy s doručením-v súvislosti s počasím. Žiadny vedúci závodu nechce dlhodobo staviť-na to, že „desiatky nákladných vozidiel s nebezpečnými chemickými látkami prichádzajú každý deň načas.“
Skutočné{0}}informácie o svetovom inžinierstve
Každý, kto robil technický výber pre kontinuálne projekty, vie: výber kryogénneho ASU nikdy neznamená len nákup zariadenia – je to prehodnotenie celej úžitkovej architektúry závodu.
Kam umiestniť ASU? Prepojenie s potrubnými stojanmi závodu, bezpečnostná vzdialenosť od svetlíc, civilná koordinácia medzi veľkými budovami kompresorov a základmi chladiacich boxov. Odkiaľ pochádza para na regeneráciu molekulárneho sita – nízkotlaková parná sieť- alebo vyhradený elektrický ohrievač? To si vyžaduje podrobnú bilanciu pary v závode. Obnova chladenia turbo-expandera priamo ovplyvňuje produkciu kvapaliny, ktorá určuje, ako dlho vydrží záložný systém.
Za týmito detailmi sa skrýva jedna pravda: kryogénny ASU nie je samostatný stroj – je to orgán zabudovaný do záchranného lana nepretržitej výroby. Jeho dizajn, prevádzka a údržba musia byť úzko prepojené s celým výrobným systémom.
Priemyselné odvetvia kontinuálnych procesov závisia od kryogénnych ASU nie preto, že by technológia bola záhadná, ale preto, že súčasne poskytuje veľký rozsah, vysokú čistotu, vysokú spoľahlivosť a dobrú ekonomiku – štyri požiadavky, ktoré sú všetky nevyhnutné pri nepretržitej výrobe. Iné technológie môžu pokrývať dve alebo tri, ale zriedka všetky štyri.
