روشهاي توليد نيتروژن در صنعت

[faridbensaeed]

روشهاي توليد نيتروژن در صنعت

نيتروژن در صنعت به دو روش عمده توليد مي‌شود 1- غشايي 2 –Cold box
1- روش غشايي
اين روش علي رغم هزينه پائين ساخت و تعمير و نگهداري، بدليل پائين بودن خلوص نيتروژن توليدي و همچنين نبود امكان توليد نيتروژن مايع، در صنعت به خصوص در پالايشگاه‌ها مورد توجه نمي‌باشد.
2- روش Cold box
ويژگي اين روش توليد نيتروژن با خلوص بالا و امكان توليد نيتروژن مايع مي‌شود.
در روش cold box هواي فشرده با فشار حدود 8 بار بعد از گذشتن از يك واحد water chiller و كاهش دما از حدود ◦C20 به ◦C10 وارد درايو مي‌شود كه در حالت نرمال يكي از درايوها در سرويس و ديگري در حالت ايحاء مي‌باشد. در داخل درايو آب و هيدروكربن و دي اكسيد كربن از هوا گرفته شده و هواي فشرده به صورت كاملاً خشك وارد Cold box مي‌شود و دماي هوا تا ◦C176- پائين آورده مي شود كه در نتيجه باعث مايع شدن هواي فشرده مي‌گردد. سرمايش مورد نياز Cold box توسط يك Expansion Turbine تأمين مي‌شود.
هواي مايع شده از قسمت پائين برج Rectifying وارد برج مي‌شود و در آنجا براساس اختلاف نقطه شبنم كه نيتروژن پائين‌تر از اكسيژن مي‌باشد و افت نسبي فشار، نيتروژن به حالت از بالاي برج خارج مي‌شود و اكسيژن مايع در پائين برج جمع مي‌شود.
نيتروژن گازي با خلوص بالا از بالاي برج خارج مي‌شود. و قسمتي از آن جهت توليد نيتروژن مايع وارد Condenser شده و قسمت ديگر بعد از عبور از Cold box و تبادل دما به طرف شبكه نيتروژن پالايشگاه هدايت مي‌شود.
Condenser كه در اصل يك مبدل حرارتي است در قسمت Tube نيتروژن با خلوص بالا و در قسمت shell اكسيژن مايعي كه در پائين برج جمع شده وارد مي‌شود و در نهايت نيتروژن به حالت مايع درآمده و قسمت عمده آن جهت ذخيره سازي وارد تانكهاي ذخيره سازي نيتروژن مايع مي‌شود و قسمت كمي از آن به حالت Reflux دوباره از طرف بالا وارد برج Rectifying مي شود. بخارات اكسيژن كه از Condenser خارج مي‌شود به عنوان محرك Expansion Turbine استفاده مي‌شود و سپس جهت احياي درايو در حالت احياء از يك هيتر عبور كرده و وارد درايو مي‌شود.

قسمتهاي اصلي تشكيل دهنده واحد نيتروژن

1- water Chiller 2- Dryer 3- Cold box 4- Heater 5- Expansion Turbine 6- Condenser
7- Rectifying Column 8- Liquid N2 Storage Tanks 9- Vaporizer 10- Analyzer
1- water Chiller Unit: واحد خنك كننده هواي مصرفي قبل از ورود به Cold box است كه در اين مرحله دماي هوا در حدود ◦C10 سردتر ميشود بدين ترتيب كه هوا در مبدلي كه توسط آب خنك مي‌شود گذشته و كاهش دما پيدا مي‌كند كه آب هم به حالت سيكل بسته در حال چرخش است و خود آب توسط سيكل خنك كننده فرئون خنك مي‌شود.
2- Dryer (خشك كننده هوا): كه به صورت Mix bed و داراي مولكولارسيو و آلومينا مي‌باشد و جهت گرفتن آب و هيدروكربن و دي اكسيد كربن موجود در هوا استفاده مي‌شوند.
3- Rectifying Column: برجي است داراي 46 سيني كه هوا بعد از عبور از Dryer و Cold box به صورت مايع وارد پائين برج مي‌شود و نسبت به اختلاف نقطه شبنم اكسيژن و نيتروژن از همديگر جدا مي‌شوند و اكسيژن به صورت مايع در پايين برج و نيتروژن به حالت گازي از بالاي برج خارج مي‌شوند.
4- Condenser: نوعي مبدل حرارتي است كه قسمتي از نيتروژن گازي در آن تبديل به مايع مي‌شود.
5- Liquid N2 Storage Tanks: تانكهاي ذخيره سازي نيتروژن مايع شده مي باشند كه در صورت افت فشار نيتروژن گازي در شبكه پالايشگاه بصورت خودكار نيتروژن مايع بعد از گذشتن از Vaporizer به صورت گازي درآمده و به شبكه گاز نيتروژن پالايشگاه تزريق مي شود.
7- Analyzer: در واحد توليد نيتروژن از سه نوع آناليزر براي سنجش ميزان آب و هيدروكربن و دي اكسيد كربن هواي بعد از Dryerها استفاده مي‌شود و همچنين يك نوع آناليزر اكسيژن در مسير نيتروژن گازي خروجي از واحد قبل از تزريق به شبكه نيتروژن پالايشگاه جهت سنجش ميزان خلوص نيتروژن استفاده مي‌شود.

جداسازي غشايي

فرآيندهاي جداسازي غشايي از دهه 1960 كاربردهاي صنعتي يافتند و برخي از آنها مانند جداسازي گازها توسط غشاء، عمري كمتر و در حدود 25 سال دارند. در خلال اين دوره زماني، اين فرآيندها كاربردهاي متنوعي در صنايع يافته و رشد چشمگيري در بازار فروش بدست آورده اند. به عنوان مثال، متوسط رشد ساليانه بازار فروش فرآيندهاي غشايي در فاصله زماني سالهاي 1997 تا 2001 در امريكا 8% بوده است. اين روند كه آينده روشني را براي فرآيندهاي اين فناوري نويد مي دهد، عمدتاً به دليل مزاياي ويژه فرآيندهاي اين فناوري در مقايسه با ساير روشهاي كلاسيك نظير جذب با حلال، جذب سطحي، فرآيندهاي Cryogenic و ... مي باشد. عمده ترين مزاياي فرآيندهاي غشايي را مي توان در موارد زير خلاصه نمود:

مصرف انرژي كمتر براي انجام جداسازي
امكان انجام عمليات جداسازي در دماي محيط
سهولت دستيابي به كليه فازهاي جداسازي شده
انجام عمليات جداسازي توسط تجهيزاتي با وزن و حجم كم
نصب و عمليات ساده
حداقل نياز به كنترل، بازرسي، تعمير و نگهداري
طبيعت مدولار بودن فرآيند و بنابراين انعطاف پذيري بالاي فرآيند براي پاسخگويي به انواع نيازهاي جداسازي
عدم نياز به استفاده از مواد شيميايي براي جداسازي و بنابراين عدم وجود مسائل زيست محيطي ناشي از مصرف مواد شيميايي
ايده ال براي مناطق دوردست و موقعيتهايي كه امكان فراهم آوردن تسهيلات جانبي فرآيندها موجود نباشد.

فرآيندهاي غشايي در خلال دو دهه گذشته كاربردهاي متنوعي در صنايع نفت، گاز و پتروشيمي يافته اند. امروزه علاوه بر استفاده از اين فناوري جهت تصفيه آب و پساب در اين صنايع، در فرآيند توليد و پالايش مواد نيز جذابيت زيادي پيدا كرده و قابل رقابت با روشهاي كلاسيك جداسازي مي باشد. مهمترين زمينه هاي رقابت فناوري غشايي با فرآيندهاي كلاسيك در صنعت نفت، عبارتند از:

شيرين سازي گاز ترش (حذف CO2 و H2S از گاز طبيعي)
بازيافت و خالص سازي هيدروژن از جريانهاي گازي نظير بازيافت هيدروژن از گازهاي خروجي واحدهاي پالايشگاهي نظير هيدرو كراكر، هيدرو تريتر، FCC و ...
بازيافت هيدروژن از گازهاي خروجي واحدهاي توليد آمونياك
تنظيم نسبت H2/CO در گاز سنتز به منظور استفاده در انواع فرآيندهاي تبديلات گازي
حذف بخار آب از گاز طبيعي و ساير جريانهاي گازي
بازيافت و جداسازي هيدروكربن هاي سنگين از جريان گاز طبيعي و ساير جريانهاي گازي
توليد نيتروژن از هوا
توليد هواي غني از اكسيژن

[masih]