Introduction
Aperçu de la technologie de traitement des gaz industriels non cercrénique
2.1 Technologie d'adsorption
2.2 Système de membrane polymère
Technologie cryogénique de traitement des gaz industriels
3.1 Aperçu du traitement cryogénique
3.2 Cycle de compression
3.3 Cycle de liquide de pompage
3,4 cycle basse pression et haute pression
Comparaison des alternatives de processus et de l'amélioration technique
Références
La technologie de séparation de l'air est un lien clé de la production chimique. Il est principalement utilisé pour extraire les gaz industriels tels que l'oxygène et l'azote de l'air et est largement utilisé dans les champs de production de carburant, de synthèse chimique et d'énergie. La technologie cryogénique de séparation de l'air est devenue la méthode préférée pour la production de gaz à grande échelle en raison de son efficacité et de son économie élevée. Au cours des dernières années, avec l'avancement de la technologie, des méthodes non cercyogènes telles que l'adsorption et la séparation des membranes ont progressivement attiré l'attention. Cet article vise à explorer l'optimisation des processus et l'amélioration technique des technologies traditionnelles et émergentes de séparation de l'air, d'analyser leur économie et leur potentiel d'intégration et à fournir une référence à l'industrie.
2. Présentation de la technologie de traitement des gaz industrielles non cerryogénique
2.1 Technologie d'adsorption
La technologie d'adsorption est basée sur la capacité d'adsorption sélective des matériaux pour les molécules de gaz, et le tamis moléculaire de zéolite ou de carbone est souvent utilisé comme adsorbant. Son principe de base est de réaliser la séparation en utilisant l'adsorption différentielle des molécules de gaz à la surface de l'adsorbant. Par exemple, les molécules d'azote sont plus facilement adsorbées par des zéolites en raison de leur forte polarisation, tandis que l'oxygène forme un flux de gaz riche en oxygène à travers le lit d'adsorption.
La technologie d'adsorption est principalement divisée en deux catégories:
Adsorption du swing de température (TSA): l'adsorbant est régénéré par chauffage, qui convient à la production d'oxygène à haute pureté (93% ~ 95%).
Adsorption de swing de pression (PSA / VSA): La régénération est obtenue par décompression, avec un court cycle de fonctionnement, adapté aux applications à petite et moyenne échelle.
Les instructions d'optimisation comprennent le prétraitement pour éliminer le dioxyde d'eau / carbone, la récupération d'énergie à pression multi-lits et le fonctionnement du vide pour améliorer l'efficacité et réduire la consommation d'énergie.
2.2 Système de membrane polymère
La technologie de séparation des membranes utilise la différence dans le taux de perméation du gaz à travers la membrane polymère pour réaliser la séparation. Les molécules d'oxygène sont plus petites et ont une perméabilité plus élevée que l'azote, de sorte que le système membranaire peut produire de l'air enrichi en oxygène (25% ~ 50%). Ses avantages sont un fonctionnement simple, un fonctionnement continu et une faible consommation d'énergie, mais la pureté du produit est limitée, et elle doit être combinée avec une membrane porteuse active pour améliorer la sélectivité.
Les systèmes membranaires conviennent aux applications à petite échelle (inférieures ou égales à 20 tonnes / jour) et ont une tolérance élevée pour le dioxyde de carbone et l'eau. Les améliorations des matériaux futurs pourraient étendre sa plage d'applications.
3. Technologie cryogénique de traitement du gaz industriel
3.1 Aperçu du traitement cryogénique
La distillation cryogénique est la technologie grand public pour la production à grande échelle de gaz industriels de haute pureté, qui peuvent simultanément produire de l'oxygène gazeux / liquide, de l'azote et de l'argon. Son noyau est d'atteindre la séparation par le refroidissement et le fractionnement de l'air comprimé, avec les avantages d'un taux de récupération élevé et d'un faible coût progressif.
3.2 Cycle de compression
Les dispositifs cryogéniques utilisent généralement des compresseurs centrifuges pour faire pression sur les gaz à 3,5 à 70 MPa pour répondre aux besoins de transport. Les grandes usines réduisent les coûts unitaires par le biais des économies d'échelle, tandis que les installations IGCC (cycle combiné de gazéification du charbon intégré) optimisent encore l'efficacité énergétique par l'extraction de la turbine à gaz.
3.3 Cycle de liquide de pompage
La consommation d'énergie de compression de gaz peut être réduite en pompant des produits liquides (tels que l'oxygène liquide) aux pressions intermédiaires. Les cycles de pompage partiels peuvent récupérer les réfrigérants, réduire la taille de l'équipement et les coûts d'exploitation.
3,4 cycles à basse pression et à haute pression
Cycle à basse pression (LP): pression d'alimentation 360 ~ 600 MPa, adapté aux scénarios avec une faible demande de sous-produits d'azote.
Cycle à haute pression (HP): la pression dépasse 700 MPA, adaptée à la production d'azote à haute pureté ou à l'intégration avec d'autres processus (tels que les turbines à gaz).
4. Comparaison des alternatives de processus et des améliorations techniques
Adsorption et technologie de la membrane: adapté aux petites et moyennes échelles, mais ne peut pas remettre en question la position de la technologie cryogénique dans le domaine de la grande pureté à grande échelle. Les deux nécessitent des dispositifs de désoxygénation supplémentaires ou des systèmes de sauvegarde cryogénique.
Technologie cryogénique: L'efficacité énergétique peut être considérablement améliorée par l'intégration thermique (comme l'extraction de la turbine à gaz) et l'optimisation du cycle de pompage. Par exemple, l'utilisation de la chaleur d'extraction à des solvants à air prétrait ou à régénérer peut réduire davantage la consommation d'énergie.
Les orientations de développement futurs comprennent:
Amélioration des performances des adsorbants et des matériaux membranaires.
Intégration thermique des processus cryogéniques et des plantes chimiques.
Application de technologies émergentes telles que les membranes de transport chimique ou d'ions (ITM).
La technologie cryogénique de séparation de l'air est toujours le choix grand public pour la production de gaz industriel en raison de sa maturité et de sa économie. Grâce à l'optimisation des processus (comme l'intégration thermique, la circulation de pompage) et les améliorations techniques (telles que la recherche et le développement de matériaux), l'efficacité peut être encore améliorée et les coûts peuvent être réduits. La technologie non cercyogène a un potentiel dans les applications à petite échelle, mais elle doit percer les limitations de pureté et d'échelle. À l'avenir, la collaboration multi-technologie et l'intégration inter-domaine seront la clé du développement de l'industrie.
