V sektoru průmyslových plynových zařízení se poptávka po systémech dodávek plynu v různých průmyslových odvětvích výrazně liší. Některé projekty upřednostňují počáteční investice, jiné se více zaměřují na dlouhodobé-provozní náklady. U velkých-zařízení s nepřetržitým provozem však často záleží na stabilitě zdroje plynu, schopnosti kontrolovat čistotu a možnosti budoucího rozšíření než na samotném zařízení.
Jako Shenger Gas, společnost, která se dlouhodobě věnuje výrobě průmyslových plynových zařízení, se často setkáváme se stejnou otázkou od klientů během návrhu systému a diskusí o projektech: Jaké typy průmyslových projektů jsou vhodnější pro jednotky kryogenní separace vzduchu (ASU)?
Od technických principů až po skutečné{0}}provozní přizpůsobení, kryogenní jednotky ASU nejsou vhodné pro každou aplikaci plynu. V průmyslových systémech vyžadujících vysoké průtoky, nepřetržitý provoz a vysokou čistotu však často nabízejí jasné a komplexní výhody.
Tento článek poskytuje systematickou analýzu založenou na charakteristikách průmyslových aplikací, z nichž-rozsáhlé projekty dodávek plynu jsou vhodnější pro kryogenní jednotky ASU, a zdůrazňuje klíčové faktory, které by společnosti měly zvážit při výběru řešení dodávky plynu.
Co je kryogenní vzduchová separační jednotka (ASU)?
Jednotka pro kryogenní separaci vzduchu je kompletní systém, který odděluje složky vzduchu-jako je kyslík, dusík a argon-procesy včetně stlačování vzduchu, čištění, výměny tepla, chlazení na bázi expandéru{2}} a kryogenní destilace, to vše při extrémně nízkých teplotách.
Provozní teplota jádra obvykle dosahuje -170 stupňů až -190 stupňů, což umožňuje stabilní separaci různých složek plynu prostřednictvím systému dvoukolonové destilace-. Ve srovnání se standardními generátory kyslíku PSA nebo membránovými separačními systémy není klíčovou výhodou kryogenního ASU pouze „nižší teplota“, ale jeho schopnost dodávat vysoce-čisté, vícesložkové průmyslové plyny s nízkou fluktuací při nepřetržitém provozu s vysokým průtokem.
Z průmyslového hlediska je kryogenní ASU v podstatě řešení vhodnější pro „dlouhodobé,{0}}dlouhodobé, rozsáhlé-přetržité nepřetržité dodávky plynu“.
Velké-projekty výroby oceli a tavení
Mezi všemi průmyslovými aplikacemi zůstává ocelářský průmysl jedním z nejtypičtějších a nejvyspělejších oborů pro kryogenní ASU.
Moderní výroba oceli,-ať už jde o obohacování kyslíkem ve vysokých pecích, výrobu oceli v bazické kyslíkové peci (BOF) nebo tavení v elektrické obloukové peci (EAF)-má několik velmi specifických požadavků na dodávku kyslíku:
- Velmi vysoké požadavky na objem plynu
- Dlouhá nepřetržitá provozní doba
- Vysoké požadavky na čistotu kyslíku
- Extrémně vysoké nároky na stabilitu systému
Velké ocelárny obvykle vyžadují kapacitu dodávky kyslíku v řádu desítek tisíc až stovek tisíc Nm³/h, často s vysoce{0}}čistým dusíkem pro ochranu, čištění a systémy kontinuálního lití.
Použití více malých{0}}až{1}}středních systémů PSA by nejen vyžadovalo velký počet jednotek, ale také by časem výrazně zvýšilo náklady na údržbu. Naproti tomu kryogenní ASU může poskytovat současný výstup kyslíku, dusíku a dokonce argonu prostřednictvím jedné velkokapacitní jednotky, což zajišťuje stabilitu procesu a zároveň je v souladu s dlouhodobými cíli energetické účinnosti velkých oceláren-. Pro ocelářské projekty s roční produkcí přesahující jeden milion tun se kryogenní ASU staly průmyslovým standardem.
Uhelné chemické a petrochemické projekty
Uhelný chemický a petrochemický průmysl jsou další oblastí, která je vysoce závislá na kryogenních ASU.
Ať už jde o uhlí-na-metanol, uhlí-na-olefiny, syntetický amoniak nebo rafinační hydrogenační procesy, kyslík a dusík často hrají přímou roli v reakčních proudech jádra. Tyto projekty obecně sdílejí následující vlastnosti:
- Dodávku plynu nelze přerušit
- Požadavky na vysoký tlak plynu
- Dlouhé provozní cykly s celoroční-nepřetržitou výrobou
- Vysoká citlivost na kolísání čistoty
Zejména velké-zplyňovače mají velmi přísné požadavky na průtok kyslíku a stabilitu čistoty. I krátkodobé-výkyvy mohou ovlivnit tepelnou bilanci celé výrobní linky.
Protože kryogenní jednotky ASU používají nízkoteplotní{0}}destilaci, je čistota produktu stabilnější. Kromě toho mohou dodávat vysokotlaký-kyslík přímo prostřednictvím vnitřní komprese kapalného kyslíku, čímž snižují energii následného stlačení. Proto nabízejí jasné výhody ve velkých uhelných chemických projektech.
Projekty tavení neželezných kovů-
Důležitou oblastí použití kryogenních ASU je také -tavení neželezných kovů-, jako je měď, olovo, zinek a nikl-.
V procesech tavení obohacených kyslíkem -stabilní, vysoce čistý kyslík- výrazně zlepšuje účinnost spalování, zkracuje cykly tavení a snižuje specifickou spotřebu energie.
U velkých tavicích zařízení musí systém přívodu kyslíku nejen poskytovat vysoké průtoky, ale také poskytovat:
- Dlouhodobý-stabilní provoz
- Schopnost zvládat výkyvy zatížení
- Současný přívod plynu do více fází procesu
Kryogenní jednotky ASU fungují spolehlivěji za těchto podmínek nepřetržitého-vysokého zatížení. Navíc jejich přidružené dusíkové systémy mohou být použity pro ochranu, proplachování a bezpečnostní izolaci během údržby zařízení. U tavicích společností, které vyžadují nepřerušovanou celoroční-výrobu, je celková provozní hodnota kryogenního systému obvykle mnohem vyšší než u zařízení na výrobu plynu s krátkým-cyklem.
Nové projekty výroby energetických materiálů a fotovoltaiky (PV).
S rychlým růstem nového energetického průmyslu neustále roste poptávka po -průmyslových plynech o vysoké čistotě v odvětvích, jako jsou materiály lithiových baterií, fotovoltaické křemíkové materiály a výroba polovodičů.
I když spotřeba kyslíku na místo v těchto odvětvích nemusí být tak masivní jako při výrobě oceli, kladou přísnější požadavky na kvalitu plynu:
- Čistota dusíku obvykle požadovaná na 99,999 %
- Extrémně nízké kolísání dodávky plynu
- Žádné znečištění olejem, vodou nebo částicemi
- Systémy musí podporovat stabilní provoz 24/7
Kryogenní jednotky ASU mají přirozené výhody v dodávce dusíku o vysoké{0}}čistotě, díky čemuž jsou zvláště vhodné pro modely centralizovaného zásobování plynem ve velkých fotovoltaických základnách, polovodičových parcích a nových materiálových průmyslových parcích. Ve srovnání s více distribuovanými generátory dusíku nabízí centralizované zásobování kryogenním plynem lepší kontrolu čistoty, provozní konzistenci a budoucí škálovatelnost.
Projekty centralizovaných dodávek plynu ve velkých chemických průmyslových parcích
V posledních letech více průmyslových parků přijalo centralizované modely dodávek plynu.
V tomto modelu musí jeden velký plynový uzel obsluhovat více továren a dodávat kyslík, dusík, argon a dokonce i kapalné produkty. Takové projekty obvykle čelí několika problémům:
- Různé požadavky uživatelů
- Velké výkyvy ve špičkové poptávce po plynu
- Je zapotřebí více druhů plynu
- Jasná potřeba budoucího rozšíření
Díky schopnosti kryogenních jednotek ASU oddělovat více složek jsou velmi vhodné pro-centrální zásobování plynem na úrovni parku. Se správnou konfigurací kapalinového úložiště, záložních systémů a inteligentního ovládání mohou podporovat dlouhodobé-stabilní dodávky plynu pro více uživatelů. Z hlediska návratnosti investic, jak se poptávka po plynu zvětšuje, jednotkové náklady na výrobu plynu kryogenních ASU mají tendenci být konkurenceschopnější.
Jak zjistit, zda je projekt vhodný pro kryogenní ASU
Z hlediska inženýrské praxe, pokud má projekt následující tři charakteristiky, obecně stojí za to upřednostnit kryogenní ASU:
- Velký objem spotřeby plynu – Jakmile požadavky na kyslík nebo dusík dosáhnou středního-až{1}}velkého rozsahu, projeví se úspory z rozsahu kryogenních systémů.
- Je vyžadován nepřetržitý provoz – továrny běžící 24 hodin denně, 7 dní v týdnu-po celý rok, jsou vhodnější pro dlouhodobý-stabilní provoz kryogenních procesů.
- Vysoké nároky na čistotu a stabilitu – Zejména pro projekty vyžadující vysoce{0}}čistý kyslík, vysoce-čistý dusík nebo současnou výrobu argonu má kryogenní technologie jasnou výhodu.
Kryogenní separační jednotky vzduchu nejsou vhodné pro každý průmyslový projekt. V případě scénářů nepřetržité výroby s vysokým-zátěžem, jako je výroba oceli, uhelné chemikálie, -tavení neželezných kovů, nové energetické materiály a velké-plynové uzly průmyslových parků, jsou však často logičtější volbou pro dlouhodobou-provozní strategii.
Od investic do zařízení po provozní náklady po celou dobu životnosti a od čistoty plynu po možnosti budoucího rozšíření – systém dodávek plynu skutečně vhodný pro velké-průmyslové projekty se nikdy neposuzuje pouze podle toho, „zda dokáže produkovat plyn“, ale podle toho, „zda dokáže spolehlivě dodávat plyn po dobu deseti nebo dokonce dvaceti let“.
