化学工場、石油精製所、製鉄所、石炭化学コンビナートでは、見落とされている重要な要素の 1 つが、中断のない産業用ガスの供給です。目に見えない「産業の血液」である酸素、窒素、アルゴンは、中断されると生産損失を引き起こすだけではありません。これらは触媒の失活、パイプラインの酸化、さらにはプラント全体の安全上のリスクを引き起こす可能性があります。大規模、長いサイクル、高い安定性を備えた生産には、極低温空気分離装置 (ASU) が事実上唯一のソリューションです。-
連続生産がガス供給に求めるもの
継続的生産の中核となるロジックはシンプルで、停止はありません。大型のメタノール ユニットや高炉は、計画停止の合間に数百日以上稼働する場合があります。-それ以上-。このモードでは、ユーティリティ システムはその極めて高い信頼性に匹敵する必要があります。
窒素を摂取してください。多くの化学プラントでは、ガスを覆ったり密閉したりするだけでなく、-緊急パージ媒体としても使用されます。窒素の圧力が変動したり、窒素の供給が停止したりすると、反応器内の酸化が急速に制御不能になる可能性があります。軽微なケースでは、製品の品質が低下します。大きなものでは、触媒床が過熱し、装置が損傷します。酸素はさらに重要です。-ガス化装置、酸素圧縮機、下流の酸化反応では、安定した流量とほぼ厳しいレベルの純度が必要です。
液体窒素の気化や圧力スイング吸着 (PSA) などの断続的な供給方法-は、小規模な操作やバッチ操作に適しています。-しかし、毎時数千または数万 Nm3 を要求する連続生産の場合、保管スペース、気化容量、補充物流がボトルネックになります。 PSA は立ち上がりが早いですが、その純度の安定性と長期間の運転における吸着剤の劣化は、連続プラントの 5 年間のターンアラウンド サイクルに匹敵するものではありません。-
極低温 ASU がかけがえのない理由
原理は簡単です。空気をマイナス 100 度 + まで冷却し、蒸留塔内で沸点に基づいて酸素、窒素、アルゴンを分離します。最初の起動には時間がかかります。予冷、精製、ターボ膨張、整流の安定化には、十数時間かかる場合もあれば、複雑なシステムの場合は 2、3 日かかる場合もあります。-しかし、極低温 ASU は、一度稼働すると、他のテクノロジーでは真似できないものを提供します。
1. 柔軟性と純度の安定性
カラムパラメータを調整することにより、極低温 ASU は必要に応じて 99.5% ～ 99.999%+ の窒素と 99.6% ～ 99.8%+ の酸素を生成します。そして、この高純度は、モレキュラーシーブの切り替え、エキスパンダーの負荷の変化、毎日の周囲温度の変化の間でも安定して維持されます。連続生産の場合、純度のドリフトは未知の副反応を意味し、プロセスエンジニアが最も恐れるものです。
2. 真に中断のない供給
極低温 ASU には、コールド ボックス内に大量の液体が含まれています。通常の運転では、主凝縮器に蓄積された液体酸素と窒素が巨大なバッファーを形成します。上流のコンプレッサーが一時的に変動したり、モレキュラーシーブの切り替えによってわずかな圧力変化が発生したりしても、カラムの状態が損なわれていない限り、製品の生産量はほとんど影響を受けません。 -液体バックアップ システムを備えた適切に設計された大型 ASU は、異常発生時に予備を自動的に蒸発させることができるため、オペレーターは対応に数十分から数時間かかります。その信頼性レベルが継続的な生産管理の基礎となります。
3. 大規模化による経済性の向上
単一列車の ASU 容量は、1 時間あたり数千から 100,000 Nm3 以上に及びます。{0}}規模が大きいほど、製品単位あたりのエネルギー消費量が少なくなります。大型の極低温 ASU と組み合わせた大規模な連続プラントでは、ガス化装置または酸化反応用の酸素、シール、パージ、冷却用の窒素、販売用またはシールドガスとしての副産物としてのアルゴンの 3 つの製品をすべて利用します。このマルチ-製品モデルにより、他の一見「単純な」ルートよりも総コストが低くなります。
他のテクノロジーが極低温 ASU を置き換えられない理由
PSA と膜分離は改善されているのに、なぜそれらを連続プロセスの一次供給として使用しないのかと疑問に思う人もいます。
それは良いか悪いかではなく、フィット感の問題です。 PSA の酸素純度が 93% を超えることはほとんどなく、数分ごとにサイクルが均等化、減圧、パージされ、周期的な流量と圧力の変動が発生します。連続プロセス反応器は、安定した供給条件向けに設計されています。周期的な変動とは、変動を吸収するために設備を大型化するか、下流パラメータを絶えず調整することを意味します。 1 つは資本コストを追加し、もう 1 つは運用上の問題を追加しますが、どちらも理想的ではありません。
膜分離は、小規模下水処理施設での曝気や水産養殖での酸素添加など、低純度で小規模な用途に適しています。{0}{1}大規模な連続生産の場合、膜の交換頻度とコストは耐え難いものになります。
液体タンクの気化（ASU の工場から現場まで液体酸素や液体窒素をトラックで輸送する）のみに依存する場合、毎日数百トン、場合によっては数千トンの消費が発生するため、トラックの頻繁な移動、積み下ろしの安全上のリスク、天候に関連した配送の問題が発生します。{0}}継続的な工場管理者であれば、「毎日何十台もの危険な化学薬品トラックが時間通りに到着する」という長期的な賭けをしたいとは考えていません。-
現実世界のエンジニアリングに関する考慮事項
継続的なプロジェクトの技術的選択を行ったことのある人なら誰でも知っていることです。極低温 ASU の選択は、単に機器を購入するだけではなく、プラントのユーティリティ アーキテクチャ全体を再考することになります。
ASU をどこに配置するか?プラントのパイプラックとの接続、フレアまでの安全距離、大型コンプレッサーの建物とコールドボックスの基礎の間の土木調整。モレキュラーシーブ再生用の蒸気はどこから来ますか?低圧蒸気ネットワークまたは専用の電気ヒーター?-それには、プラントの詳細な蒸気バランスが必要です。ターボ-エキスパンダーの低温回復は液体生産に直接影響し、バックアップ システムがどれだけ長く持続できるかを決定します。
これらの詳細の背後には、1 つの真実があります。極低温 ASU はスタンドアロンの機械ではなく、連続生産のライフラインに組み込まれた器官です。その設計、運用、保守は、生産システム全体と密接に連携する必要があります。
連続プロセス産業が極低温 ASU に依存しているのは、この技術が謎に満ちているからではなく、連続生産に不可欠な 4 つの要件である大規模、高純度、高信頼性、健全な経済性を同時に実現できるからです。他のテクノロジーは 2 つまたは 3 つをカバーする場合がありますが、4 つすべてをカバーすることはほとんどありません。
