خوش آمدید ، مهمان ! [ ثبت نام | ورود ارسال رایگان آگهی

واحدهای جدا سازی هوا و فشرده سازی و پالایش گازهای خروجی

دسته‌بندی نشده ۱۳۹۶-۰۶-۰۹

واحدهای جدا سازی هوا و فشرده سازی و پالایش گازهای خروجی

برای سیستم های اکسی احتراق زغال سنگ

 

چکیده:

Air liquide (مایع هوا) در ۵ سال اخیر بطور چشمگیری در توسعه و پیشرفت تکنولوژی اکسی احتراق زغال سنگ برای استحصال  دی اکسید کربن از نیروگاهها مورد بحث بوده است. سیتم های بزرگ برای تولید اکسیژن  و پالایش گازهای خروجی  به این تکنولوژی نیازمند می باشند. Air liquide در ساخت واحدهای بزرگ جداسازی هوا در راس بوده است. همچنین Air liquide به طور فعالانه ای در توسعه فرایندهای پالایش گازهای خروجی از از سیستم های اکسی احتراق زغال سنگ برای افزایش و بالا بردن بازیابی و احیا مواد نفتی و همچنین تجزیه در آبخوانهای شور مورد بحث بوده است. بواسطه بهینه سازی فرایند جداسازی تبریدی هوا برای اکسی احتراق زغال سنگ ، کاهش ۲۰ درصدی در انرژی مورد نیاز برای واحد جداسازی هوا در دسترس بوده است. چندین طرح استحصال دی اکسید کربن برای مطالعه انرژی مورد نیاز جهت رسیدن به جریان محصولات دی اکسید کربن با مشخصات متفاوت توسعه یافته است.استفاده از گرمای تلف شده از هردو واحد ASU و CO2 capture برای گرمایش آب تغذیه بویلر بهبود قابل توجهی در بازدهی انرژی فرایند کلی داشته است.

  1. مقدمه

به منظور تولید الکتریسیته از زغال سنگ در یک روش سازگار با محیط زیست، استحصال CO2 از نیروگاههای زغال سنگ سوز قابل توجه می باشد. اکسی احتراق زغال سنگ پودر شده یکی از چند تکنولوژی مطرح برای نیروگاههای زغال سنگ سوز می باشد. مفهوم اصلی اکسی احتراق استفاده از جریان اکسید کننده با خلوص بالا برای فرایند احتراق می باشد. به طوری که محصولات احتراق در غلظت بالائی شامل CO2 می باشد. اخیرا یک گزارش دایره انرژی آمریکا نشان داد که فرایندهای اکس احتراق با فرایندهای استحصال CO2 بر پایه احتراق با هوا از قبیل جذب آمین با مهم فرض نمودن هزینه کل نیروگاههای پاک قابل مقایسه می باشند. همچنین این گزارش بیان نمود که پیشرفت های بیشتری برای کلیه تکنولوژی های متداول زغال سنگ سوز متداول برای رسین به هدفشان یعنی جذب ۹۰ درصدی CO2 بدون افزایش بیش از ۲۰درصد در هزینه برق، ضروری هستند.

این مطالعه نتایج تلاش های مایع هوا در بهبود بیشتر اکسی احتراق از طریق پیشرفت های تکنولوژیکی در اجزای فرایند اکسی احتراق ارائه می کند: واحد جداسازی هوا برای تولید اکسژن و واحد فشرده سازی و پالایش CO2 برای استحصال CO2 .

  1. واحد جدا سازی هوا

۲٫۱٫ تکنولوژی جدا سازی هوای تبریدی

یک نیروگاه اکسی احتراق زغال سنگ سوز در مقیاس تجاری روزانه به هزاران تن اکسژن نیاز خواهد داشت. امروزه تقطیر  برودتی تنها تکنولوژی در دسترس از لحاظ تجاری برای تولید چنین مقادیری از اکسیژن به صورت اقتصادی و با خلوص بالا می باشد. دیگر روشهای جداسازی هوا مانند جداسازی جذبی فشاری ( PSA ) و جداسازی جذبی خلا ( VSA ) و یا غشا پلیمری نتوانسته اند از لحاظ اقتصادی رقابت کنند برای تولید چنین مقادیری ، به خصوص برای تولید اکسیژن با خلوص بالای ۹۵ % . غشای سرامیکی برای تولید مقادیر زیاد اکسیژن هنوز از لحاظ تجاری در دسترس نمی باشد. و بنابراین مقایسه انها با تقطیر برودتی چه از لحاظ سرمایه گذاری و چه از لحاظ کارایی بسیار دشوار است.

جدا سازی هوای تبریدی به عنوان تکنولوژی مطرح در نظر گرفته میشود. با این وجود صنایع در ۳ دهه اخیر توانسته اند به موفقیت های بزرگی دست یابند.

نمودار ۱ وسعت این پیشرفت ها را در ۲ بعد بهره وری برج تقطیر و و بازدهی انرژی نمایش می دهد. این  تمایل از انجائیکه هنوز انرژی کل جداسازی به طور قابل توجهی بیشتر از مقادیر انرژی مورد نیاز به صورت تئوریک می باشد، انتظار می رود در آینده نیز ادامه داشته باشد.

۲٫۲٫ واحد جداسازی هوا برای اکسی احتراق زغال سنگ

مشخصات اصلی یک ASU بر ای اکسی احتراق زغال سنگ عبارتند از : اندازه بزرگ ، فشار پائین ، و امکان خلوص پائین اکسیژن. خلوص پائین اکسیژن به معنای مقادیر خلوص ۸۵-۹۸ % در مقایسه با نوع اکسیژن با خلوص بالا ( ۹۹٫۵ ۹۹٫۶ ) می باشد. این مساله برای صرفه جویی قابل ملاحظه ای در توان مصرفی در واحد جدا سازی هوای  اجازه میدهد به طوری که در شکل ۲ نشان داده شده است.

سیکل های تولید اکسیژن با خلوص پائین در حدود ۹۵% اساسا به صورت گسترده ای از آغاز سال ۱۹۹۵ برای ۲ برنامه کاربردی توسعه یافتند: گازی سازی و غنی سازی گازهای خروجی از کوره های ذوب آهن با اکسیژن.

در انزمان چندین طرح Air liquide برای این کاربردها طراحی شد و توانست نشان دهد انرژی مخصوص جداسازی اکسیژن خالص را در حدود ۲۰۰kwh/t زمانی که هزینه برق بسیار بالا بود. Air liquide در حال حاضر اجرا میشود در چندین طرح در ایتالیا با این انرژی مخصوص جداسازی. انرژی جداسازی به عنوان توان مورد نیاز برای تولید یک تن از جریان اکسیژن گازی در یک خلوص داده شده در فشار اتمسفریک و شرایط ایزو(۱۵ درج سانتیگراد و رطوبت نسبی ۶۰% ) ، تعریف می شود. بازدهی موتور کمپرسور گرمای احیا شده خشک کن و توان مصرف شده در سیستم خنک سازی در این مفهوم درنظرگرفته نشده اند.

پیشرفت سیکلها در ۱۹۹۰ کاملا برای اکسی احتراق وفق داده نشده بودند. برای نمونه آنها برای تولید اکسیژن نسبتا فشار بالا و در برخی موارد برای تولید همزمان نیتروژن بهینه سازی شده بودند. در سال ۲۰۰۷ یک برنامه توسعه ASU برای توسعه یک واحد جداسازی هوای بهینه برای  اکسی احتراق راه اندازی شد. این ایده به طور کامل یک طراحی از نو نبود، اما فقط برای وفق دادن چرخه فرایند با نیاز ویژه اکسی احتراق (به عنوان مثال اکسیژن فشار پائین و بدون نیاز به نیتروژن) و همچنین شامل بهبود تکنولوژی که برای دیگر ASU های پس از سال ۱۹۹۰ تاکنون، نشان داده شد. طرحها تا نیاز انرژی کمتر از ۱۶۰kwh/t توسعه یافته اند.

۲٫۳٫ طرح فرایند

یک ASU شامل تجهیزات زیر می باشد:

-کمپرسور هوای اصلی

-سیستم پیش گرمایش

-واحد خالص سازی برای زدودن آب و CO2 قبل از ورود به بخش تبرید

-مبدل های گرما

-برج تقطیر

-بخار ساز و کندانسوری باشد

برای ASU های تا ظرفیت ۵۰۰۰ تن در روز ، فرایند Air Liquide فرایندی با یک طرح دارای ۲ برج که هیچ یک از این ها تکراری نمی باشد،است: یک واحد خالص سازی برای زدودن آب و دی اکسید کربن با طراحی بستر شعاعی اختصاصی و یک برج با فشار بالا و یک برج فشار پائین.

۲٫۴٫ معاوضه مابین هزینه سرمایه گذاری و هزینه عملیاتی در طراحی ASU

نمودار شماره۳ معاوضه میان هزینه های سرمایه گذاری و عملیاتی یک واحد جداسازی هوای مایع هوا را نشان می دهد.هزینه سرمایه گذاری ۲۰۰kwh/t برای طرح گذشته به صد نرمال شده و منحنی معاوضه آن با خط قرمز مشخص گردیده است. و منحنی بهبود طراحی ASU برای اکسی احتراق با خط چین نشان داده شده است. از روی نمودار ۳ ، بهینه سازی طراحی ASU به یک کاهش قابل توجه در انرژی ویژه جداسازی ASU در هر مقداری از سرمایه گذاری شده است. برای مثال در یک سرمایه گذاری نرمال از صد، ASU های بهبود یافته نیازمند ۲۰% انرژی ویژه کمتر از واحدهای قبلی می باشند( مثلا ۱۶۰ در برابر ۲۰۰ ). معاوضه بین هزینه سرمایه گذاری و هزینه های عملیاتی برای ASU های بهبود یافته در حدود ۴۰۰۰ دلار در روز می باشد.

۲٫۵٫ اجتماع گرمایی

اجتماع گرمایی در انتقال گرما از کمپرسور به بخار ۲ مزیت میتواند داشته باشد:

-اتلاف انرژ همراه با تراکم می تواند کاهش یابد.

-همچنین اتلاف انرژی همراه با پیش گرمایش آب تغذیه بویلر می تواند کاهش یابد.
این انتقال حرارت می تواند مستقیم باشد( پیش گرمایش آب تغذیه ) و یا غیر مستقیم باشد (پیش گرمایش اکسیژن ، خشک کردن زغال سنگ، گرم کردن هر سیال سیکل اکسی احتراق) .

Air Liquide چندین مطالعه روی اجتماع گرما انجام شده است. در برخی موارد یک کاهش ۱۰ درصدی در توان مصرفی ASU میتواند در دسترس باشد. یکی از نتایج این مطالعات این است که این دستاورد ها وابستگی زیادی به طرح کلی دارند: شرایط محیطی، راندمان سیکل بخار، سیستم سرمایش (خشک در مقابل مرطوب) نوع زغال سنگ(محتویات گوگرد و آب) و… .

  1. واحد فشرده سازی و پالایش CO2 ( CO2 CPU )

۳٫۱٫ ملاحظات برای طراحی واحد فشرده سازی و پالایش CO2

نقش CO2 CPU گرفتن دی اکسید کربن از جریان گازهای خروجی و تصفیه آن به مشخصات دیگر می باشد. بنابرین هر دومورد فشرده سازی و مشخص سازی دی اکسید کربن تاثیر فراوانی روی طراحی و هزینه CO2 CPU دارد. ترکیبات گازهای خروجی می تواند به طور قابل توجهی موثر باشد بواسطه مقادیر هوای فیلتر نشده در بویلتر و تجهیزات وابسته از قبیل فن ها و فیلترها و لوله کشی و واحد گوگرد زدایی. طرحهای قدیمی موجود احتمالا مقدار قابل توجهی هوای فیلترنشده دارند. در مقابل طرحهای جدید اکسی احتراق می توانند برای حداقل هوای فیلتر نشده طراحی شوند. بنابراین واحد استحصال CO2 برای مجهزسازی نیروگاههای موجود برای سالم سازی دودهای خروجی که دی اکسید کربنشان نسبت به جریان از یک بویلر نیروگاه اکسی احتراق جدید رقیق شده است ، طراحی شده اند (جدول۱). طرحهای جدید انعطاف پذیری بیشتری در اجتماع CPU با ثابت ماندن طرح و  تحقق صرفه جویی از طریق تبادل جریان فرایند برای گرمایش و سرمایش و.. ارائه می کنند.

امروزه عموما برروی مشخص سازی دی اکسید کربن تولیدی برای تجزیه دی اکسید کربن توافق وجود ندارد. چندین تشخیص برای انتقال دی اکسید کربن از طریق خطوط لوله وجود دارد. به هرحال این مشخص سازی معمولا در نتیجه ملاحظات انتقال خطوط لوله و نیز نیازهای عملیات پایانی می باشد.بنابراین همیشه برای تجزیه دی اکسید کربن در محلول شور مسقیما قابل اجرا نیستند. همچنین این مشخص سازی ها برای CO2 ماخوذه از منابع طبیعی یا از کاهش محیط از قبیل طرح های گازی سازی می باشند و بنابراین شامل اجزائی مانند SOX و NOX که در گازهای خروجی بویلر موجود می باشند، نمی شود. در این مطالعه همه موارد یک محصول خشک با احیا حداقل ۹۰% دی اکسید کربن تولید می کنند. مشخصات اجزا دیگر به عنوان پارامترایی برای سالم سازی مورد مطالعه قرار گرفتند.

۳٫۲٫ طرحهای CO2 CPU

فرایندهای اساسی برای پردازش گازهای خروجی برای گرفتن CO2 موارد زیل می باشند:

  1. فشرده سازی گازهای مرطوب
  2. خشک کردن گازهای خروجی در خروجی بخش “فشرده سازی مرطوب”
  3. پالایش گازهای دودکش
  4. فشرده سازی گازهای تولید شده به فشاری که در ان در دمای ۲۰ درجه سانتیگراد متراکم شود
  5. پمپاژ محصولات تراکم تا فشار خطوط لوله

ترکیب فشرده سازی و چگالش و پمپاژ توان مصرفی فراین را حداقل می کند. به هرحال فرایندهای چگالش و پمپاژ می تواند به تنهایی در مواردی که فشار چگالش پائینتر از فشار محصولات نهایی است، استفاده شود. مرحله پالایش گازهای خروجی می تواند شامل چندین واحدعملیاتی برای رسیدن به مشخصات اجزای مختلف گاز باشد.

برای این مطالعه طرحهای پالایش گازهای خروجی زیر در نظر گرفته شده است:

مورد اول: بدون تصفیه: در این طرح از مرحله پالایش گازهای دودکش صرفنظر شده است. بنابراین جریان گاز ورودی فشرده شده، خشک شده و مجددا فشرده شده است(اگر امکانپذیر باشد پمپ شده است). برای فشار تولید نهایی ۱۷۵بار ، نتیجه احیا ۱۰۰درصدی CO2 می باشد. با این وجود خلوص دی اکسید کربن این محصول کاملا مشابه است با آن در گازهای خروجی بر پایه خشک بنابراین این طرح کاهش در اجزای دیگر را هدف گیری نمی کند  و بنابراین نمی تواند به هیچ مشخصاتی از اجزای جزئی در جریان تولیدی نمی تواند برسد. برای مثال یک چنین فرایندی به طور معمول اکسیژن در محدوده چند درصد خواهد داشت که برای عملیات پیشرفته احیا نفت قابل قبول نخواهد بود.

مورد دوم: چگالش جزیی: د راین طرح گازهای خروجی فشرده شده و خشک شده و تا دمای بسیار پائین برای چگالش خروجی در حداقل ۹۰%  از CO2 سرد می شود. خلوص CO2 در فاز کندانس یک تابع از فشار و فشرده سازی گازهای ورودی به سیستم چگالش جزئی می باشد. تعداد مراحل چگالش جزئی در جعبه سرد و دمای چگالش می باشد. خلوص ۹۵ درصدی در CO2 معمولا به راحتی برای انواع گازهای خروجی بدست می اید. این طرح می تواند محصولات را به محدوده اکسیژن چند هزار ppm برساند.

مورد سوم: جعبه سرد شامل تقطیر: این یک تعمیم مورد روم می باشد که از یک برج تقطیر برای خلوص های بیشتر جریان متراکم در جعبه استفاده می شود. این طرح همچنین هدف گیری کرده است احیا ۹۰ درصدی CO2 را. خلوص بیش از ۹۹% CO2 به طور معمول در این طرح بدست می آید. برج تقطیر همچنین به کاهش محتوای CO2 تا غلظت های بسیار پایین. نمودارها توان مصرفی ویژه طرح فوق را به عموان تابعی از ترکیب گازهای خروجی برای یک مولد CO2 در فشار ۱۷۵ بار نشان  میدهد. از روی نمودار ۴ با افزایش غلظت CO2 در یک گاز ورودی دودکش، توان مصرفی ASU کاهش می یابد. دلیل این است که حجم های اندک از کل گاز کمپرس می شود و برای گرفتن همان مقدار دی اکسید کربن عمل می کند. در حوالی دی اکسید کربن ورودی ۷۲% ، که در محدوده طرح مقاوم سازی می باشد، فقط کمپرس کردن گاز به فشار نهایی نیازمند ۱۷۰kwh/t انرژی می باشد. در مقابل ، فشرده سازی گاز تا فشارهای متوسط و تصفیه آن در یکذ جعبه سرد با یا بدون یک برج تقطیر تنها نیازمند ۱۴۰kwh/t انرژی بوده ویک محصول با خلوص بالا تولید میکند.

همانطور که غلظت CO2 موجود در گاز دودکش ورودی را افزایش می دهد، انرژی کمتری برای کلیه فرآیندهای مورد نیاز برای رسیدن به محصول مشخص لازم است. اگر غلظت CO2 ورودی حدود ۹۳% باشد، در فرایند سوم تقریبا همان مقدار توان نیاز خواهد داشت.با این وجود خلوص CO2 تولیدی به طور قابل توجهی بیشتر از ۹۵% خواهد بود برای طرح تصفیه، در حالی که در صورت عدم تصفیه حدود ۹۳% خواهد بود. در نقطه  غلظت ۱۰۰%در ورودی، علائمی از حداقل توان مورد نیاز تئریک وجود دارد. پس از آن نشان دهنده مصرف انرژی برای فشرده سازی CO2 خالص از فشار تغذیه به فشار محصول می باشد.

 

ارسال نظر

  • سیستم های تبرید جذبی

    با در ۱۳۹۵-۰۸-۲۵ - 0 نظرات

    دیوار صنعت تنها یک نیازمندی نیست، دیوار صنعت راه حل صنعت است. www.divarsanat.ir نوشته شده در دیوار صنعت طبقه بندی سیکل های تبرید .a سیکل تبرید تراکمی .b سیکل تبرید جذبی   اجزاء سیکل تبرید تراکمی عبارتند از: ۱٫اواپراتور ۲٫کمپرسور ۳٫کندانسور ۴٫شیرانبساط   نحوه کارکرد این سیکل به این ترتیب است که مبرد به صورت […]

  • نحوه تبلیغ روی بدنه خودرو

    با در ۱۳۹۵-۰۶-۰۵ - 0 نظرات

    دیوار صنعت نیازمندی صنعت کشور www.divarsanat.ir اگر یک نفر به شما پیشنهاد بدهد که حاضر است برای زمانی که پشت فرمان خودروی شخصی‌تان نشسته‌اید و به امور روزانه خود می‌رسید، پول پرداخت کند، چه پاسخی می‌دهید؟ شاید تصور چنین درآمدی کمی غیرممکن به نظر برسد، اما دنیای تبلیغات امروزه این رویا را به واقعیت رسانده […]

  • محاسبه کندانسور

    با در ۱۳۹۵-۰۹-۱۴ - 0 نظرات

    درج آگهی و نیازمندی صنعتی در دیوار صنعت محاسبه کندانسور ایتدا به انواع کنداسور میپردازیم: انواع کندانسورها :   خنک شونده با هوا   خنک شونده با آب  کندانسور تبخیری در کندانسور هوایی از هوا به عنوان عامل تقطیر استفاده می شود در حالی که در نوع آبی ، آب عامل تقطیرات و در نوع […]

  • تعريف «فراگرد تبليغي»

    با در ۱۳۹۵-۰۹-۰۳ - 0 نظرات

    تعریف «فراگرد تبلیغی» برای تعریف فراگرد تبلیغی، ابتدا لازم است «تبلیغ» تعریف شود تا از این رهگذر، تعریف فراگرد تبلیغی معلوم گردد. کلمه «تبلیغ» با نظر به معادل لاتینی آن،‌ پروپاگاندا،به معنای اشاعه اعتقاد (از زبان فرانسوی)، ایجاد نظر موافق یا مخالف نسبت به موضوع، موجودیت فرد یا عقیده خاصی به کمک تسلط بر افکار […]

  • انواع سیستمهای تبرید

    با در ۱۳۹۵-۱۲-۱۱ - 0 نظرات

    ∴∴∴∴∴∴∴ خرید و فروش تجهیزات تاسیسات در دیوار صنعت انواع سیستمهای تبرید: ۱-    سیستم های تبرید جذبی ۲-   سیستم های تبرید تراکمی ۳- سیستم های تبرید ترموالکتریک   سیستم های تبرید جذبی: سیستم جذبی اولین بار در سال ۱۸۶۰ به وسیله (Fereinand Carre) فرانسوی کشف  شد ، به این ترتیب اگر در سیستم تراکمی بخار […]