Per i grandi progetti industriali nei settori siderurgico, chimico, elettronico e simili, una fornitura continua e stabile di gas industriali sfusi è essenziale per la produzione. Le-unità criogeniche di separazione dell'aria (ASU) in loco sono diventate la scelta preferita per questi progetti. Rispetto all'acquisto di ossigeno/azoto liquido o all'utilizzo dell'adsorbimento con oscillazione di pressione (PSA) per la generazione di azoto, la tecnologia di separazione criogenica dell'aria offre vantaggi insostituibili in tre dimensioni: capacità di volume, coerenza della purezza ed economia operativa.
Le sfide principali della fornitura di gas per grandi progetti
I progetti su larga-scala hanno diversi requisiti di gas distinti: volume di consumo elevato, specifiche fisse di pressione e purezza e tolleranza estremamente bassa per l'interruzione della fornitura. Per un'unità di frazionamento dell'aria che produce oltre 10.000 Nm³/h di ossigeno, se si fa affidamento sull'ossigeno o sull'azoto liquidi acquistati, l'investimento in serbatoi di stoccaggio, autocisterne e vaporizzatori nella sola fase di trasporto è considerevole-per non parlare dei costi continui di trasporto del liquido e della volatilità della catena di fornitura.
Un altro problema spesso trascurato è il punto di rugiada e le impurità. Alcune reazioni chimiche o gas protettivi di tipo elettronico-hanno limiti estremamente rigidi su umidità, anidride carbonica e idrocarburi. Il processo di distillazione criogenica rimuove naturalmente queste impurità, il che rappresenta un vantaggio nascosto della-generazione di gas in loco.
Come la tecnologia criogenica di separazione dell'aria gestisce portate elevate
Il principio fondamentale della tecnologia di separazione criogenica dell'aria utilizza le differenze del punto di ebollizione dei componenti dell'aria (ossigeno -183 gradi, azoto -196 gradi) attraverso passaggi sequenziali: compressione, pre-raffreddamento, purificazione, refrigerazione ad espansione e separazione della colonna di distillazione. Per richieste elevate di gas nell'ordine di decine di migliaia di metri cubi all'ora, il diametro della colonna e il design del vassoio della colonna di distillazione multistadio determinano l'efficienza di separazione. Le unità criogeniche su larga-scala utilizzano in genere un processo a doppia colonna (pressione della colonna inferiore intorno a 0,5-0,6 MPa, colonna superiore vicino alla pressione atmosferica), raggiungendo tassi di estrazione dell'ossigeno superiori al 95%, significativamente superiori al 50%-70% del PSA.
Nella progettazione vera e propria, un'unità KDON-20000 (20.000 Nm³/h di ossigeno, 40.000 Nm³/h di azoto) consuma circa 0,45-0,55 kWh per Nm³ di ossigeno. Il costo totale della vaporizzazione dell’ossigeno liquido acquistato sulla stessa scala è in genere superiore del 30%-40%. Questa è la logica economica alla base del motivo per cui i grandi progetti alla fine scelgono le unità criogeniche in loco.
Soddisfare la-co{1}}fornitura multiprodotto e la corrispondenza del livello di pressione
I grandi progetti spesso richiedono ossigeno, azoto, argon e persino gas rari con diversi livelli di purezza contemporaneamente. Il flusso di distillazione della tecnologia di separazione criogenica dell'aria consente la produzione simultanea tramite porte di aspirazione laterali-: ossigeno di processo con purezza del 99,6%, azoto con purezza del 99,999% e argon grezzo o raffinato. Una configurazione comune include l'ossigeno per la combustione o la gassificazione e l'azoto suddiviso in due flussi-uno a bassa-pressione per lo spurgo e la copertura e un altro flusso a media-pressione (1,0-1,5 MPa) per l'aria strumentale o il reintegro a pressione.
La corrispondenza dei gradi di pressione influisce direttamente sulla configurazione del compressore dell'utente. Molte unità criogeniche possono produrre direttamente azoto pressurizzato a 0,8-1,2 MPa, eliminando la necessità di ulteriori compressori booster. L'ossigeno, tuttavia, richiede un compressore per ossigeno o una pompa per ossigeno liquido dimensionata in base alla pressione del processo a valle.
Punti chiave di selezione da progetti reali
Quando un progetto di cokeria da 2-milioni-tonnellate-all'anno stava selezionando la propria unità di separazione dell'aria, l'utente inizialmente prese in considerazione l'acquisto di ossigeno liquido. Dopo i calcoli, hanno scoperto che il consumo giornaliero di ossigeno liquido di circa 180 tonnellate richiedeva 3-4 autocisterne in funzionamento continuo, una capacità del serbatoio di stoccaggio di almeno 150 metri cubi e la classificazione dell'area pericolosa della cokeria implicava una pressione di controllo di sicurezza per l'accesso dei camion. Alla fine hanno scelto un'unità criogenica KDON-15000 che occupava solo 900 metri quadrati (compresi la cella frigorifera, gli adsorbitori a setaccio molecolare e l'edificio del compressore). Dopo due anni di funzionamento, il costo per tonnellata di ossigeno era inferiore di circa il 28% rispetto all'acquisto.
Un altro pezzo di esperienza: quando si seleziona un fornitore ASU o una società di ingegneria, prestare molta attenzione a diversi documenti tecnici-la selezione dell'impaccamento strutturato nella colonna di distillazione (l'impaccamento ad alta-efficienza può ridurre l'altezza della colonna di 2-3 metri), la configurazione del canale dello scambiatore di calore principale e se l'espansore è domestico o importato. Questi dettagli influiscono direttamente sul livello di consumo energetico dell'unità e sul ciclo di funzionamento continuo (le migliori pratiche del settore raggiungono oltre due anni di funzionamento senza arresti per manutenzione).
Strategia di funzionamento, manutenzione e parti di ricambio
Una volta avviata un'unità criogenica di separazione dell'aria, la colonna di distillazione e le tubazioni all'interno della scatola fredda rimangono a temperature criogeniche. Dopo un arresto, il riscaldamento e il riavvio richiedono 24-48 ore o più e ogni ciclo termico riduce la durata dell'apparecchiatura. Pertanto, i progetti di grandi dimensioni cercano di mantenere le unità in funzione ininterrottamente, facendo affidamento su progetti ridondanti come compressori di servizio/standby e valvole di commutazione a setaccio molecolare per gestire i guasti.
Quando firmano un contratto di manutenzione a lungo-termine, gli utenti devono specificare diversi parametri: tasso di funzionamento (non inferiore al 95%), intervallo di fluttuazione della purezza dell'ossigeno (±0,1%) e consumo energetico specifico massimo. Per quanto riguarda i pezzi di ricambio, il setaccio molecolare viene generalmente sostituito ogni 5-6 anni, il riempimento della colonna di distillazione ha una durata prevista di oltre 15 anni e i cuscinetti e gli ugelli di espansione sono elementi soggetti a usura di routine.
La tecnologia criogenica di separazione dell'aria ha un ruolo chiaro nei grandi progetti industriali: quando la domanda di gas supera i 10.000 Nm³/h e la tempistica del progetto supera i tre anni, il costo totale di proprietà di un'unità criogenica in-sito è inferiore a qualsiasi alternativa acquistata o non-criogenica. Ciò che fornisce va oltre i gas-offre il controllo sull'autonomia della catena di approvvigionamento. La chiave della decisione sta nell'analisi dei numeri: sommare il totale di tre- anni di acquisti di ossigeno e azoto liquidi, costi di gestione dei trasporti e investimenti per la ridondanza di sicurezza, quindi confrontare tutto ciò con l'investimento tecnico più i costi operativi dell'elettricità di un'unità criogenica. I dati ti daranno la risposta.
