În sectorul echipamentelor industriale cu gaz, cererea de sisteme de alimentare cu gaz variază semnificativ în diferite industrii. Unele proiecte acordă prioritate investițiilor inițiale, în timp ce altele se concentrează mai mult pe costurile de operare pe termen lung-. Cu toate acestea, pentru instalațiile de producție continuă pe scară largă-, stabilitatea sursei de gaz, capacitatea de a controla puritatea și potențialul de extindere viitoare contează adesea mai mult decât echipamentul în sine.
În calitate de Shenger Gas, o companie dedicată de mult timp producției de echipamente de gaz industrial, întâlnim frecvent aceeași întrebare din partea clienților în timpul proiectării sistemului și al discuțiilor despre proiect: Ce tipuri de proiecte industriale sunt mai potrivite pentru unitățile de separare a aerului criogenic (ASU)?
De la principii tehnice până la potrivirea operațională-în lumea reală, ASU criogenice nu sunt potrivite pentru fiecare aplicație de gaz. Cu toate acestea, în sistemele industriale care necesită debite mari, funcționare continuă și puritate ridicată, acestea oferă adesea avantaje clare și cuprinzătoare.
Acest articol oferă o analiză sistematică, bazată pe caracteristicile aplicațiilor industriale, dintre care proiectele de aprovizionare cu gaz la scară largă-sunt mai potrivite pentru ASU criogenice și evidențiază factorii cheie pe care companiile ar trebui să ia în considerare atunci când selectează o soluție de alimentare cu gaz.
Ce este o unitate criogenică de separare a aerului (ASU)?
O unitate criogenică de separare a aerului este un sistem complet care separă componentele aerului-cum ar fi oxigenul, azotul și argonul-prin procese care includ compresia aerului, purificarea, schimbul de căldură, refrigerarea pe bază de expander-și distilarea criogenică, toate la temperaturi extrem de scăzute.
Temperatura de funcționare a miezului ajunge de obicei la -170 până la -190 de grade , permițând separarea stabilă a diferitelor componente ale gazului printr-un sistem de distilare cu două-coloane. În comparație cu generatoarele standard de oxigen PSA sau cu sistemele de separare cu membrană, avantajul cheie al unui ASU criogenic nu este pur și simplu „temperatură mai scăzută”, ci capacitatea sa de a furniza gaze industriale cu mai multe componente de puritate ridicată, cu fluctuații reduse în condiții de funcționare continuă cu debit mare.
Din punct de vedere industrial, ASU criogenic este, în esență, o soluție mai potrivită pentru „aprovizionarea continuă cu gaz pe termen lung, la scară mare-, 24/7”.
Proiecte-de producție de oțel și topire la scară largă
Dintre toate aplicațiile industriale, industria siderurgică rămâne unul dintre cele mai tipice și mature domenii pentru ASU criogenice.
Producția modernă de oțel-fie îmbogățirea cu oxigen în furnal, fabricarea oțelului în furnal de bază cu oxigen (BOF) sau topirea cuptorului cu arc electric (EAF)-are mai multe cerințe foarte specifice pentru furnizarea de oxigen:
- Cerințe de volum de gaz foarte mari
- Ore lung de funcționare continuă
- Cerințe ridicate de puritate a oxigenului
- Cerințe extrem de mari pentru stabilitatea sistemului
Oțelăriile mari necesită de obicei capacități de alimentare cu oxigen de la zeci de mii până la sute de mii de Nm³/h, adesea cu azot de înaltă{0}}puritate pentru protecție, purjare și sisteme de turnare continuă.
Utilizarea mai multor sisteme PSA mici-și{-medii nu ar necesita doar un număr mare de unități, dar ar crește semnificativ costurile de întreținere în timp. Un ASU criogenic, dimpotrivă, poate furniza oxigen, azot și chiar argon simultan printr-o singură unitate de-capacitate mare, asigurând stabilitatea procesului în același timp aliniându-se cu obiectivele de eficiență energetică pe termen lung-marilor fabrici de oțel. Pentru proiectele din oțel cu o producție anuală de peste un milion de tone, ASU criogenice au devenit standardul industriei.
Proiecte chimice și petrochimice ale cărbunelui
Industriile chimice și petrochimice ale cărbunelui sunt un alt domeniu foarte dependent de ASU criogenice.
Fie în cărbune-la-metanol, cărbune-la-olefine, amoniac sintetic sau procese de hidrogenare de rafinare, oxigenul și azotul joacă adesea un rol direct în fluxurile de reacție de bază. Aceste proiecte au în general următoarele caracteristici:
- Alimentarea cu gaz nu poate fi întreruptă
- Cerințe de presiune ridicată a gazului
- Cicluri lungi de funcționare cu producție continuă-pe tot parcursul anului
- Sensibilitate ridicată la fluctuațiile de puritate
Gazeificatoarele la scară mare-, în special, au cerințe foarte stricte pentru fluxul de oxigen și stabilitatea purității. Chiar și fluctuațiile-pe termen scurt pot afecta echilibrul termic al întregii linii de producție.
Deoarece ASU criogenice utilizează distilare la temperatură joasă-, puritatea produsului este mai stabilă. În plus, pot furniza oxigen la presiune înaltă-direct prin compresia internă a oxigenului lichid, reducând energia de compresie din aval. Prin urmare, acestea oferă avantaje clare în proiecte chimice mari de cărbune.
Proiecte de topire a metalelor neferoase
Topirea metalelor neferoase-cum ar fi cuprul, plumbul, zincul și nichelul-este, de asemenea, un domeniu de aplicare important pentru ASU criogenice.
În procesele de topire-imbogățite cu oxigen, oxigenul stabil, de-puritate ridicată îmbunătățește semnificativ eficiența arderii, scurtează ciclurile de topire și reduce consumul specific de energie.
Pentru topitorii mari, sistemul de alimentare cu oxigen nu trebuie doar să furnizeze debite mari, ci și să ofere:
- Funcționare stabilă pe termen lung
- Abilitatea de a gestiona fluctuațiile de sarcină
- Alimentare simultană cu gaz în mai multe etape de proces
ASU criogenice funcționează mai fiabil în aceste condiții continue, de{0}}încărcare ridicată. Mai mult, sistemele lor asociate cu azot pot fi utilizate pentru protecție, purjare și izolare de siguranță în timpul întreținerii echipamentelor. Pentru companiile de topire care necesită producție neîntreruptă-pe tot parcursul anului, valoarea operațională globală a unui sistem criogenic este de obicei mult mai mare decât cea a echipamentelor de generare a gazelor cu ciclu scurt-.
Noi materiale energetice și proiecte de producție fotovoltaică (PV).
Odată cu creșterea rapidă a noii industrii energetice, cererea de gaze industriale de înaltă puritate-în sectoare precum materialele pentru baterii cu litiu, materialele din siliciu fotovoltaic și producția de semiconductori crește constant.
Deși consumul de oxigen pe amplasament în aceste industrii poate să nu fie la fel de masiv ca în producția de oțel, acestea impun cerințe mai stricte privind calitatea gazului:
- Puritatea azotului este de obicei necesară la 99,999%
- Fluctuație extrem de scăzută în alimentarea cu gaz
- Fără contaminare cu ulei, apă sau particule
- Sistemele trebuie să accepte o funcționare stabilă 24/7
ASU criogenice au avantaje naturale în furnizarea de azot de-puritate ridicată, ceea ce le face deosebit de potrivite pentru modelele de alimentare centralizată cu gaz la baze fotovoltaice mari, parcuri de semiconductori și parcuri industriale cu materiale noi. În comparație cu mai multe generatoare de azot distribuite, alimentarea centralizată cu gaz criogenic oferă un control mai bun al purității, consistență operațională și scalabilitate viitoare.
Proiecte de aprovizionare centralizată cu gaze în marile parcuri industriale chimice
În ultimii ani, mai multe parcuri industriale au adoptat modele de alimentare centralizată cu gaze.
În acest model, un hub mare de gaz trebuie să deservească mai multe fabrici, furnizând oxigen, azot, argon și chiar produse lichide. Astfel de proiecte se confruntă de obicei cu mai multe provocări:
- Cerințe diverse ale utilizatorilor
- Fluctuații mari ale cererii de gaze de vârf
- Sunt necesare mai multe tipuri de gaze
- Nevoie clară de extindere viitoare
Capacitatea de separare a mai multor-componente a ASU-urilor criogenice le face foarte potrivite pentru alimentarea centralizată cu gaz-la nivel de parc. Cu o configurație adecvată a stocării lichidelor, a sistemelor de rezervă și a controlului inteligent, acestea pot accepta furnizarea de gaz stabilă și pe termen lung pentru mai mulți utilizatori. Din perspectiva rentabilității investiției, pe măsură ce cererea de gaz crește, costul unitar de producție de gaz al ASU criogenice tinde să devină mai competitiv.
Cum să determinați dacă un proiect este potrivit pentru un ASU criogenic
Din punct de vedere al practicii de inginerie, dacă un proiect are următoarele trei caracteristici, un ASU criogenic merită, în general, să fie prioritizat:
- Volum mare de cerere de gaz – Odată ce cerințele de oxigen sau azot ajung la scară medie-și-mare, economiile de scară ale sistemelor criogenice devin evidente.
- Este necesară funcționarea continuă – Fabricile care funcționează 24/7 pe tot parcursul anului-sunt mai potrivite pentru funcționarea stabilă pe termen lung-a proceselor criogenice.
- Cerințe ridicate de puritate și stabilitate – În special pentru proiectele care necesită oxigen de{0}}puritate ridicată, azot de puritate ridicată-sau producție simultană de argon, tehnologia criogenică deține un avantaj clar.
Unitățile criogenice de separare a aerului nu sunt potrivite pentru fiecare proiect industrial. Cu toate acestea, pentru scenarii de-încărcare mare, producție continuă, cum ar fi producția de oțel, produse chimice ale cărbunelui, topirea ne-feroaselor, noi materiale energetice și centrele de gaze-la scară largă a parcurilor industriale, acestea sunt adesea alegerea mai logică pentru strategia operațională pe termen lung.
De la investițiile în echipamente la costurile de operare pe ciclul de viață și de la puritatea gazului până la viitoarele capacități de extindere, un sistem de alimentare cu gaz cu adevărat potrivit pentru proiecte industriale la scară largă-nu este niciodată judecat doar după „dacă poate produce gaz”, ci după „dacă poate furniza gaz în mod fiabil timp de zece sau chiar douăzeci de ani”.
