อะไรขับเคลื่อนการเลือกอุปกรณ์การผลิตก๊าซสมัยใหม่

บทนำ: กลไกของกระบวนการทางอุตสาหกรรมและการเปลี่ยนผ่านพลังงาน

ระยะ อุปกรณ์การผลิตก๊าซ ครอบคลุมเทคโนโลยีมากมายที่ออกแบบมาเพื่อสร้าง แยก และกรองก๊าซที่เป็นพื้นฐานของอารยธรรมสมัยใหม่ ตั้งแต่ออกซิเจนที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงพยาบาลและโรงงานเหล็ก ไปจนถึงไนโตรเจนที่ช่วยถนอมอาหารและกระบวนการทางเคมีของสารเฉื่อย และก๊าซชีวภาพที่เปลี่ยนของเสียให้เป็นพลังงานหมุนเวียน ระบบเหล่านี้เป็นโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ การเลือกอุปกรณ์ที่เหมาะสมไม่ได้เป็นเพียงการตัดสินใจจัดซื้อจัดจ้างเท่านั้น เป็นทางเลือกเชิงกลยุทธ์ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการดำเนินงาน ความปลอดภัย ต้นทุนด้านพลังงาน และการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมมานานหลายทศวรรษ วิวัฒนาการจากโรงงานส่วนกลางขนาดใหญ่แบบคงที่ไปสู่โซลูชันการสร้างที่ไซต์งานที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น เช่น โรงงานผลิตก๊าซแบบโมดูลาร์ การออกแบบ—สะท้อนถึงความต้องการของอุตสาหกรรมในด้านความสามารถในการปรับขนาด ความซ้ำซ้อน และความเสี่ยงด้านลอจิสติกส์ที่ลดลง คู่มือนี้จัดทำขึ้นสำหรับวิศวกรโครงการ ผู้จัดการโรงงาน และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อที่ต้องการความเข้าใจทางเทคนิคอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่มีอยู่ จุดบูรณาการ และการพิจารณาต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ ข้อมูลดังกล่าวได้รับแจ้งจากหลักการของผู้ผลิตที่อุทิศให้กับห่วงโซ่มูลค่าก๊าซทั้งหมด โดยผสมผสานการออกแบบขั้นสูง การผลิตที่มีความแม่นยำ และการมุ่งเน้นที่โซลูชันระบบที่สมบูรณ์ตั้งแต่การผลิตไปจนถึงการควบคุมและการควบคุมแรงดัน

• การผลิตก๊าซเป็นรากฐานที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การดูแลสุขภาพ การผลิตโลหะ อาหารและเครื่องดื่ม อิเล็กทรอนิกส์ เคมีภัณฑ์ และพลังงานหมุนเวียน
• การเปลี่ยนแปลงไปสู่การกระจายอำนาจนั้นได้รับแรงหนุนจากความต้องการความน่าเชื่อถือ การหลีกเลี่ยงไปป์ไลน์ และความอยู่รอดทางเศรษฐกิจของหน่วยขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพ
• การเลือกอุปกรณ์เป็นความท้าทายจากหลายสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องกับวิศวกรรมกระบวนการ การออกแบบเครื่องกล ระบบอัตโนมัติ และการวิเคราะห์ต้นทุนตลอดอายุการใช้งาน
• การติดตั้งที่ประสบความสำเร็จขึ้นอยู่กับการบูรณาการอย่างราบรื่นระหว่างหน่วยการผลิตหลักและระบบจัดการก๊าซเสริม เช่น การกรอง การควบคุม และอุปกรณ์ความปลอดภัย

เทคโนโลยีการผลิตหลัก: จากไครโอเจนิกไปจนถึงทางชีวภาพ

ฟิสิกส์และเคมีของการผลิตก๊าซเป็นตัวกำหนดเทคโนโลยีที่ใช้ ทางเลือกระหว่างวิธีการต่างๆ เช่น การกลั่นด้วยความเย็นจัด การดูดซับแบบแกว่งด้วยแรงดัน การแยกเมมเบรน หรือการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน จะพิจารณาจากก๊าซเป้าหมาย ความบริสุทธิ์ ปริมาตร และพลังงานที่ป้อนที่ต้องการเป็นหลัก การทำความเข้าใจกระบวนการพื้นฐานเหล่านี้เป็นขั้นตอนแรกในการระบุความเหมาะสม อุปกรณ์การผลิตก๊าซ .

การแยกอากาศ: การกลั่นแบบไครโอเจนิกส์เพื่อความบริสุทธิ์และปริมาตรสูง

วิธีการที่มีชื่อเสียงที่สุดในการผลิตออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอนที่มีความบริสุทธิ์สูงในปริมาณมากคือ หน่วยแยกอากาศไครโอเจนิก (ASU) . กระบวนการนี้ทำให้อากาศที่ผ่านการกรองและอากาศอัดเย็นลงจนถึงอุณหภูมิแช่แข็ง (ต่ำกว่า -150°C) ซึ่งจะทำให้อากาศกลายเป็นของเหลวแล้วกลั่นในคอลัมน์การกลั่นแบบแยกส่วนตามจุดเดือดที่แตกต่างกันของส่วนประกอบ เทคโนโลยีนี้เป็นแกนหลักของการจัดหา อุปกรณ์การผลิตก๊าซออกซิเจนอุตสาหกรรม ใช้ในการผลิตเหล็ก การสังเคราะห์ทางเคมี และการจัดหาเวชภัณฑ์จำนวนมาก เนื่องจากสามารถส่งมอบความบริสุทธิ์ได้มากกว่า 99.5% และปรับขนาดได้หลายพันตันต่อวัน

• ส่วนประกอบหลัก: รวมถึงเครื่องอัดอากาศหลัก ระบบการทำให้บริสุทธิ์ (ตะแกรงโมเลกุล) เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน (ระบบทำความเย็นหลักและทำความเย็นย่อย) คอลัมน์การกลั่น และเครื่องอัดผลิตภัณฑ์
• ความเข้มของพลังงาน: กระบวนการทำให้เป็นของเหลวต้องใช้พลังงานสูง ทำให้การใช้พลังงานเป็นตัวขับเคลื่อนต้นทุนการดำเนินงานที่สำคัญ การออกแบบที่ทันสมัยมุ่งเน้นไปที่การปรับความร้อนและไฮดรอลิกให้เหมาะสม
• ความยืดหยุ่นของเอาต์พุต: ASU ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดีสามารถปรับอัตราส่วนของออกซิเจนต่อการผลิตไนโตรเจนได้ภายในขีดจำกัด แต่ประสิทธิภาพจะสูงสุดที่สภาวะคงที่ที่ออกแบบมา
• ดีที่สุดสำหรับ: ความต้องการก๊าซบริสุทธิ์สูง (O2, N2, Ar) ในปริมาณมากและคงที่ ซึ่งต้นทุนการขนส่งหรือโครงสร้างพื้นฐานทางท่อจากโรงงานกลางเป็นสิ่งที่ห้ามปราม

การสร้างที่ไซต์งาน: ความเป็นโมดูลและแอปพลิเคชันเฉพาะทาง

สำหรับผู้ใช้จำนวนมาก ความท้าทายด้านลอจิสติกส์และต้นทุนของถังแก๊สหรือถังของเหลวที่จัดส่งทำให้การสร้างที่ไซต์งานเป็นเรื่องที่น่าสนใจ โรงงานผลิตก๊าซโมดูลาร์ การออกแบบที่ใช้เทคโนโลยีการดูดซับแรงดันสวิง (PSA) หรือเทคโนโลยีการดูดซับแรงดันสวิง (VPSA) มอบโซลูชันที่ยืดหยุ่น ระบบเหล่านี้ส่งผ่านอากาศอัดผ่านถังที่มีตะแกรงโมเลกุล (เช่น ซีโอไลต์) ซึ่งจะดูดซับไนโตรเจนอย่างเฉพาะเจาะจง ปล่อยให้ออกซิเจนไหลผ่าน หรือในทางกลับกันเพื่อผลิตไนโตรเจน ลักษณะโมดูลาร์ที่ติดตั้งแบบลื่นไถลช่วยให้ติดตั้งได้ง่ายขึ้น ขยายขนาดได้โดยการเพิ่มยูนิต และการย้ายตำแหน่งในอนาคต สำหรับการใช้งานที่ต้องการไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมหรือสำหรับการใช้งานแบบเคลื่อนที่ อุปกรณ์การผลิตก๊าซไนโตรเจนแบบพกพา การใช้เมมเบรนหรือเทคโนโลยี PSA ขนาดกะทัดรัดถือเป็นสิ่งสำคัญ

• หลักการ PSA/VPSA: ขึ้นอยู่กับการดูดซับส่วนต่างของโมเลกุลก๊าซบนวัสดุที่มีรูพรุนที่ความดันสูงและการปล่อยก๊าซที่ความดันต่ำ
• ประโยชน์ที่ได้รับแบบโมดูลาร์: ลดเวลาและต้นทุนในการก่อสร้างไซต์ ช่วยให้สามารถขยายกำลังการผลิตเป็นช่วง ๆ ให้ความซ้ำซ้อน (การกำหนดค่า N 1)
• หน่วยพกพา: โดยทั่วไปแล้ว ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์หรือมอเตอร์ไฟฟ้า ซึ่งผสานรวมกับคอมเพรสเซอร์และการทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งใช้สำหรับแพลตฟอร์มนอกชายฝั่ง การทำเหมืองระยะไกล หรือการไล่ล้างท่อ

การผลิตทดแทน: การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนสำหรับก๊าซชีวภาพ

ก้าวไปไกลกว่าก๊าซที่ได้มาจากอากาศ อุปกรณ์การผลิตก๊าซชีวภาพขนาดเล็ก เป็นตัวแทนของเทคโนโลยีที่สำคัญสำหรับการประเมินมูลค่าของเสียและพลังงานทดแทน การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะสลายสารอินทรีย์ (ขยะเกษตรกรรม เศษอาหาร ปุ๋ยคอก) ในเครื่องย่อยที่ปราศจากออกซิเจน ทำให้เกิดก๊าซชีวภาพที่มีเทนสูง (โดยทั่วไปคือ 50-70% CH4 พร้อมด้วย CO2 และก๊าซรอง) และสารย่อยสลายที่อุดมด้วยสารอาหาร แกนหลักของระบบรวมถึงการเตรียมวัตถุดิบตั้งต้น ถังหมัก (มักจะให้ความร้อนและผสม) การเก็บก๊าซ (เช่น ที่ยึดเมมเบรนแบบยืดหยุ่น) และอุปกรณ์อัพเกรดก๊าซที่ตามมา หากก๊าซชีวภาพถูกทำให้บริสุทธิ์เป็นไบโอมีเทนสำหรับการฉีดกริดหรือเชื้อเพลิงยานพาหนะ

บูรณาการระบบ: โซลูชั่นก๊าซที่สมบูรณ์แบบ

หน่วยการผลิตเป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น ประสิทธิภาพ ความปลอดภัย และความน่าเชื่อถือที่แท้จริงของการจ่ายก๊าซขึ้นอยู่กับการบูรณาการเข้ากับระบบเสริม อุปกรณ์การผลิตก๊าซ . ซึ่งรวมถึงการปรับสภาพก๊าซที่มีประสิทธิภาพเพื่อปกป้องกระบวนการปลายน้ำ การควบคุมแรงดันที่แม่นยำเพื่อให้ตรงกับความต้องการในการใช้งาน และระบบความปลอดภัยที่ครอบคลุม

• การปรับสภาพเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง: อากาศทางเข้าสำหรับ ASU หรือ PSA ต้องปราศจากน้ำมัน อนุภาค และ CO2 สิ่งนี้จำเป็นต้องมีตัวกรองการรวมตัว เครื่องทำแห้งที่ใช้สารดูดความชื้น และเบดถ่านกัมมันต์ สำหรับก๊าซชีวภาพ การกำจัด H2S และไซลอกเซนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการป้องกันการกัดกร่อนและความเสียหาย
• การควบคุมและควบคุมแรงดัน: ก๊าซจากหน่วยการผลิตมักต้องการการลดแรงดันและการรักษาเสถียรภาพที่แม่นยำก่อนที่จะถึงจุดใช้งาน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการลื่นไถลลดแรงดัน วาล์วควบคุม และวาล์วปิดนิรภัยที่เชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์สำหรับแรงดันเกิน/ต่ำกว่า
• การวัดและการวัดระยะไกล: การสูบจ่ายก๊าซที่ผลิตได้อย่างแม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมกระบวนการและการเรียกเก็บเงิน การบูรณาการเข้ากับระบบ SCADA ช่วยให้สามารถตรวจสอบการไหล ความดัน ความบริสุทธิ์ และสถานะของอุปกรณ์จากระยะไกล ช่วยให้สามารถบำรุงรักษาแบบคาดการณ์ได้และตอบสนองต่อสัญญาณเตือนได้อย่างรวดเร็ว
• ระบบความปลอดภัย: การออกแบบองค์รวมประกอบด้วยวาล์วระบาย อุปกรณ์กักเปลวไฟ เซ็นเซอร์ตรวจจับก๊าซ (LEL, การขาดออกซิเจน) และระบบปิดฉุกเฉิน (ESD) ที่แยกหน่วยการผลิตออกในกรณีที่มีการรั่วไหลหรือไฟไหม้ที่ปลายน้ำ

คำถามที่พบบ่อย

อะไรคือปัจจัยหลักในการตัดสินใจระหว่างการเลือกหน่วย PSA และ ASU สำหรับการแช่แข็งสำหรับออกซิเจน/ไนโตรเจน

การตัดสินใจขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก 4 ประการ ได้แก่ ขนาด ความบริสุทธิ์ ลักษณะความต้องการ และโครงสร้างต้นทุน สำหรับปริมาณสูง (โดยทั่วไป >100 ตันต่อวัน) ความต้องการอย่างต่อเนื่องที่ต้องการความบริสุทธิ์สูงสุด (เช่น >99.5% สำหรับออกซิเจนในการผลิตเหล็ก) หน่วยแยกอากาศไครโอเจนิก ประหยัดพลังงานและคุ้มค่าต่อหน่วยก๊าซมากกว่า แม้ว่าจะมีรายจ่ายฝ่ายทุน (CAPEX) สูงกว่าก็ตาม สำหรับเครื่องชั่งขนาดเล็กถึงขนาดกลาง (1-100 TPD) ที่มีความต้องการแปรผัน หรือในกรณีที่ความบริสุทธิ์ของออกซิเจน 90-95% เพียงพอ (เช่น การบำบัดน้ำเสีย การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ) โรงงานผลิตก๊าซแบบโมดูลาร์ การใช้เทคโนโลยี PSA/VPSA มอบข้อได้เปรียบที่สำคัญ ได้แก่ CAPEX ที่ต่ำกว่า การจัดส่งและการติดตั้งที่เร็วขึ้น การเริ่มต้น/ปิดเครื่องที่รวดเร็ว และความสามารถในการติดตามโหลดที่ยอดเยี่ยม การวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับโปรไฟล์ปริมาณการใช้ก๊าซประจำปีและต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ถือเป็นสิ่งสำคัญ

โรงงานผลิตก๊าซชีวภาพขนาดเล็กสำหรับฟาร์มหรือโรงงานแปรรูปอาหารมีความเป็นไปได้เพียงใด

มีความเป็นไปได้สูงและพบเห็นได้ทั่วไปมากขึ้นเรื่อยๆ โดยได้แรงหนุนจากต้นทุนการจัดการขยะและสิ่งจูงใจด้านพลังงานหมุนเวียน ความมีชีวิตของ อุปกรณ์การผลิตก๊าซชีวภาพขนาดเล็ก ขึ้นอยู่กับ: 1) การจัดหาวัตถุดิบอินทรีย์ที่สม่ำเสมอและเพียงพอ (เช่น ปุ๋ยคอกรายวันจากจำนวนปศุสัตว์ขั้นต่ำ เศษอาหารตามปกติ) 2) การใช้ก๊าซชีวภาพในท้องถิ่น (ความร้อนในสถานที่/ความร้อนและพลังงานรวม - CHP) หรือการย่อยสลาย (เป็นปุ๋ย) และ 3) การอนุญาตตามกฎระเบียบ ระบบย่อยสลายแบบสำเร็จรูปแบบบรรจุภาชนะที่ทันสมัยทำให้การใช้งานง่ายขึ้น สิ่งสำคัญคือการวิเคราะห์วัตถุดิบตั้งต้นอย่างละเอียดและรูปแบบธุรกิจที่คำนึงถึงต้นทุนการกำจัดของเสียที่หลีกเลี่ยง การประหยัดพลังงาน และรายได้ที่อาจเกิดขึ้นจากใบรับรองการย่อยและพลังงานหมุนเวียน

"โมดูลาร์" หมายถึงอะไรในบริบทของโรงงานผลิตก๊าซ

ในบริบทนี้ โรงงานผลิตก๊าซแบบโมดูลาร์ หมายถึงอุปกรณ์ที่ประกอบไว้ล่วงหน้าและทดสอบกับโครงเหล็กโครงสร้าง (รางเลื่อน) ภายในสภาพแวดล้อมของโรงงานที่ได้รับการควบคุม วิธีการนี้แตกต่างกับต้นไม้แบบ "สร้างด้วยไม้" แบบดั้งเดิมที่สร้างทีละชิ้นในสถานที่ ความเป็นโมดูลให้ประโยชน์ที่สำคัญหลายประการ: ลดเวลาและต้นทุนการก่อสร้างภาคสนามลงอย่างมาก การประกันคุณภาพที่สูงขึ้นและสม่ำเสมอมากขึ้น ความสามารถในการปรับขนาดได้ง่ายขึ้น (สามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้โดยการเพิ่มโมดูลที่ติดตั้งแบบลื่นไถลที่เหมือนกัน) และศักยภาพในการย้ายตำแหน่งในอนาคต เป็นแนวทางที่โดดเด่นสำหรับ PSA, VPSA และระบบก๊าซชีวภาพแบบบรรจุภาชนะ ทำให้การผลิตก๊าซขั้นสูงสามารถเข้าถึงได้และใช้งานได้จริงสำหรับผู้ใช้ปลายทางในวงกว้างขึ้น

เครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบพกพาสามารถผลิตก๊าซบริสุทธิ์สูงสำหรับการใช้งานที่มีความละเอียดอ่อน เช่น การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ได้หรือไม่

ใช่ ทันสมัย อุปกรณ์การผลิตก๊าซไนโตรเจนแบบพกพา สามารถผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงเหมาะสำหรับการใช้งานที่มีความละเอียดอ่อน แม้ว่าโรงงานไครโอเจนิกขนาดใหญ่จะกำหนดมาตรฐานสำหรับความบริสุทธิ์สูงเป็นพิเศษ (เช่น 99.999% หรือ "5N") แต่เครื่อง PSA แบบพกพาขั้นสูงที่มีการออกแบบหลายเตียงและการทำให้บริสุทธิ์แบบบูรณาการสามารถบรรลุความบริสุทธิ์ 99.9% ถึง 99.999% ได้อย่างน่าเชื่อถือ สำหรับการใช้งานที่สำคัญ เช่น การบัดกรีทางอิเล็กทรอนิกส์หรือการตัดด้วยเลเซอร์ อุปกรณ์เหล่านี้มักจะใช้ร่วมกับตัวกรองการขัดเงา ณ จุดใช้งานขั้นสุดท้าย เพื่อขจัดคราบออกซิเจนและความชื้นสุดท้าย สิ่งสำคัญคือการระบุระดับความบริสุทธิ์และอัตราการไหลที่ต้องการกับซัพพลายเออร์เพื่อให้แน่ใจว่าการออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพกพาที่เลือกมีเตียงดูดซับที่จำเป็นและเครื่องมือตรวจสอบ

อุปกรณ์เสริมใดบ้างที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในการจับคู่กับเครื่องกำเนิดออกซิเจนทางอุตสาหกรรม

การดำเนินงาน อุปกรณ์การผลิตก๊าซออกซิเจนอุตสาหกรรม อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพต้องใช้ระบบเสริมที่สำคัญหลายระบบ ประการแรก ระบบกรองอากาศเข้าและอัดอากาศต้องให้อากาศที่สะอาด แห้ง ปราศจากน้ำมัน เพื่อป้องกันการปนเปื้อนและการสะสมตัวของไฮโดรคาร์บอนที่เป็นอันตราย ประการที่สอง จำเป็นต้องใช้เครื่องอัดออกซิเจนและระบบตัวรับที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการจ่ายออกซิเจน (ด้วยวัสดุที่เข้ากันได้และการหล่อลื่นแบบพิเศษ) เพื่อส่งก๊าซที่ความดันที่ต้องการ ประการที่สาม ระบบความปลอดภัยที่ครอบคลุมไม่สามารถต่อรองได้ ซึ่งรวมถึงวาล์วและท่อที่เข้ากันได้กับออกซิเจน (โดยทั่วไปจะเป็นทองแดงหรือสเตนเลส) อุปกรณ์ป้องกันการไหลย้อนกลับ วาล์วระบายแรงดันที่ระบายไปยังตำแหน่งที่ปลอดภัย และการตรวจสอบพื้นที่เพื่อเพิ่มออกซิเจน สุดท้ายนี้ เครื่องวิเคราะห์ออกซิเจนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการตรวจสอบความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์อย่างต่อเนื่อง