مراحل توليد گاز Gas Generation Processes
توليد گاز – 1
“پردازش گاز نيز همانند خود علم شيمي قدمت بسياري دارد، با استفاده از اين فرآيند مي‌توان عناصر تشكيل دهنده هوا يعني اكسيژن، هيدروژن، نيتروژن و … را از يكديگر جدا كرد.”
دي اكسيدكربن و نيتروژن به عنوان عناصر تشكيل دهنده اتمسفر براي اولين بار توسط چيني‌ها در قرن هشتم شناسايي شد. اين دو كشف به عنوان جهش بزرگي در اين فرآيند محسوب مي‌شوند.
با نگاهي ساده به اين تاريخچه متوجه مي‌شويم كه چيني‌ها اولين افرادي بودند كه در اوايل قرن نهم از گاز قابل احتراق استفاده كردند. آنها در آن زمان از گاز طبيعي استفاده مي‌كردند و آنرا به داخل لوله‌هاي ساخته شده از ني خيزران وارد مي‌كرده و براي روشنايي استفاده مي‌كردند و همچنين استفاده از گاز زغال‌سنگ نيز در اواسط قرن نوزدهم در انگلستان آغاز شد. بعد از اين ابداعات در طي مدت كوتاهي شركت‌هاي گاز پديدار شدند و گاز را بطور عمده براي اهداف تجاري توليد كردند.
تصفيه گاز در مراحل توليد گاز
گاز به روش‌هاي گوناگوني استفاده مي‌شود، با اين وجود گازي كه از زيرزمين خارج مي‌شود. به طور طبيعي نسبت به چيزي كه ما استفاده مي‌كنيم خيلي متفاوت است. مراحل تصفيه گاز در بسياري جهات نسبت به تصفيه و پالايش منابع طبيعي ديگر مثل نفت‌خام از پيچيدگي كمتري برخوردار است اما تصفيه آن قبل از استفاده به همان اندازه ضرورت دارد.
توليد گاز – 2
كارخانه‌هاي جداسازي هوا در مراحل توليد گاز
كارخانه‌هاي جداسازي هوا، سيستم‌هايي هستند كه عناصر تشكيل دهنده هوا مثل اكسيژن و آرگون را از يكديگر جدا مي‌كنند. اگرچه ممكن است تفاوت‌هاي گوناگوني در مراحل تصفيه گاز وجود داشته باشد اما تمام كارخانه‌هاي جدا كننده گاز را مي‌توان به دو دسته طبقه‌بندي كرد:
- · كارخانه‌هاي گاز برودتي. در اين روش براي جداسازي عناصر تشكيل دهنده هوا و بدست آوردن محصول نهايي از درجه حرارت‌هاي خيلي پايين استفاده مي‌شود. اين روش مقرون به صرفه‌ترين روش براي جداسازي گاز است و معمولاً براي توليد گاز با درجه خلوص خيلي بالا و در اندازه‌هاي خيلي زياد استفاده مي‌شود.
- · كارخانه‌هاي غير برودتي. در روش غير برودتي، فرآورده‌هاي گازي با استفاده از روش جداسازي و در دماي محيط توليد مي‌شوند. در اين روش براي جداسازي گازها از تفاوت بين جرم، اندازه و ساختار مولكولي گازها استفاده مي‌شود.
در حال حاضر تمركز اصلي بازار بيشتر به توليد سيستم‌هاي مستقل جداسازي هوا است و همچنين در كارخانه‌هاي صنعتي گاز بيشتر به ارتقاء طرح و شيوه عملياتي تمركز مي‌شود. در بعضي موارد، اين به معني انجام پروژه‌هاي كاري واقعي و در بعضي موارد فقط به معني ارائه طرح، مهندسي و نظارت است.
كارخانه‌هاي گاز برودتي Cryogenic Gas Plants در مراحل توليد گاز
در سناريوي بازار امروز، جداسازي هوا به روش برودتي به عنوان مقرون به صرفه‌ترين تكنولوژي براي كارخانه‌هاي بزرگتر و براي توليد اكسيژن و نيتروژن با درجه خلوص خيلي بالا شناخته شده است. روش برودتي تنها تكنولوژي براي توليد محصولات مايع است.
جداسازي هوا به روش برودتي به عنوان روش سنتي براي توليد گازهاي نيتروژن و اكسيژن است.
در اين تكنولوژي براي تفكيك عناصر تشكيل دهنده هوا از يكديگر لازم دماي هوا تا صدها درجه زير صفر كاهش يابد.
انتخاب طرح “سيستم‌هاي تفكيك گاز” به مقدار محصولات گازي مورد نياز كارخانه بستگي دارد، مثلاً يك كارخانه ممكن است فقط به نيتروژن نياز داشته باشد و يا هم به نيتروژن و اكسيژن، و يا هم به نيتروژن، اكسيژن و آرگون نياز داشته باشد. عوامل ديگري كه بر انتخاب تأثير دارند شامل فشارهاي تحويل، درجه خلوص مورد نياز و اينكه آيا محصول بايد به شكل مايع توليد شود يا نه.
انواع متفاوتي از سيستم‌هاي جداسازي هوا وجود دارد كه براي توليد گاز صنعتي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. روش برودتي يكي از رايج‌ترين و قابل قبول‌ترين روش‌هايي است كه در كارخانه‌هاي بزرگ يا متوسط براي توليد نيتروژن، اكسيژن و آرگون به شكل محصولات مايع يا گاز استفاده مي‌شود.
تقريباً تمام روش‌هاي جداسازي برودتي با مراحل يكساني شروع مي‌شود. با اين وجود، انرژي مورد نياز براي به راه‌اندازي سيستم‌ها به نوع تركيب محصول و درجه خلوص مورد نياز بستگي دارد.
توليد گاز – 3
بعضي از طرح‌ها هزينه سرمايه را به حداقل مي‌رسانند، بعضي‌ها استفاده انرژي را كاهش مي‌دهند، بعضي ديگر بازيافت توليد را به حداكثر مي‌رسانند و در بعضي ديگر عمليات با انعطاف‌پذيري بيشتري انجام مي‌شود. مراحل گوناگوني كه در تمام انواع روش‌هاي برودتي وجود دارد، شامل:
- تصفيه (filtering) و فشرده سازي هوا در مراحل توليد گاز
اين فرآيند با استفاده از يك كمپرسور چند مرحله‌اي كه بازدهي بالايي دارد انجام مي‌شود. آب تقطير شده همزمان با فشرده سازي و سپس خنك‌سازي هوا از آن عبور داده مي‌شود.
- · خنك‌كاري در مراحل توليد گاز
سپس هواي فشرده از مبدل‌هاي حرارتي آب خنك و هواي خنك عبور داده مي‌شود و دماي آن تا دماي محيط كاهش مي‌يابد.
- · خارج كردن ناخالصي‌ها در مراحل توليد گاز
در مرحله بعدي بخار آب باقي مانده دي‌اكسيد كربن از جريان هوا خارج مي‌گردد.
- · سرد كردن جريان هوا تا دماي سرمازي در مراحل توليد گاز
- · تقطير كردن در مراحل توليد گاز
در برج‌هاي تقطير عناصر تشكيل دهنده هوا از يكديگر جدا مي‌شوند. اين كار در اصل توسط دستگاه جداساز بخصوصي انجام مي‌گيرد كه عمدتاً اين دستگاه شامل برج بالايي و پاييني و مبدل‌هاي حرارتي ويژه‌اي مي‌باشد.
- · گرم كردن محصولات گازي و گازهاي خروجي زائد در مراحل توليد گاز
محصولات گازي و جريان‌هاي گازهاي خروجي زائد كه از برج‌هاي جدا كننده هوا خارج شده‌اند مجدداً به مبدل‌هاي حرارتي باز گردانده مي‌شوند.
بعد از اين مرحله محصول نهايي كه نيتروژن / اكسيژن مايع است توليد مي‌شود كه سپس به مخزن ذخيره وارد مي‌شود. سپس نيتروژن و اكسيژن شكل مايع با استفاده از كاميونهاي تانكردار بين مشتريان توزيع مي‌شود.
كارخانه هاي گاز غير برودتي Non Cryogenic Gas Plants در مراحل توليد گاز
تكنيك هاي غير برودتي در دهه 1970 بوجود آمد. در صنايعي كه به اكسيژن و نيتروژن در مقياس كوچكي نياز دارند روش هاي غير برودتي مي تواند جايگزين خيلي مناسب و مقرون به صرفه اي به جاي كپسول هاي گاز پرفشار يا خريداري محصولات مايع فله اي باشد روش هاي psa و سيستم غشايي بيشتر مورد توجه قرار گرفته اند و بطور پيوسته براي توليد گاز در مقياس كوچكتر و در محل كارخانه ها استفاده مي شود .در فرايند سرماسازي غير برودتي از ويژگي هاي فيزيكي گازها استفاده مي شود وبدين ترتيب عناصر تشكيل دهنده ي هوا دردماي معمولي جدا شده و تصفيه مي شود و فرآورده هاي باارزش تجاري توليد مي گردد . در مواقعي كه به محصولات با كيفيتي نياز است ويا اينكه به توليد در مقياس بالا نيازي نيست اين نوع روش جداسازي مي تواند مناسب ومقرون به صرفه باشد . سيستم هاي غير برودتي را مي توان به چند دسته تقسيم كرد :
( برآشامندگي توسط نوسان فشار ) Psa در مراحل توليد گاز
سيستم psa اولين روش غير برودتي بود كه براي توليد اگسيژن يا نيتروژن در سطح تجاري استفاده شد . دستگاه هاي psa از غربال هاي مولكولي كربن و زيوليت براي توليد نيتروژن و اكسيژن استفاده مي كنند .بدين ترتيب كه هوارا از مخزن هايي كه حاوي يك يا چند ماده جاذب است عبور مي دهد.
محصول مورد نيازتوسط اين جاذب جذب مي شود و عناصر باقي مانده از سيستم خارج مي گردد
(برآشامندگي توسط نوسان خلع ) Vsa در مراحل توليد گاز
سيستم vsa بطور رايج در مولدهاي اكسيژن براي توليد اكسيژن با كيفيت پايين خصوصا با درجه خلوص %95 تا 90 استفاده مي شود. مراحل اين سيستم vsa تقريبا مشابه مراحل psa است با اين وجود فرآيند جداسازي در دامنه فشار متفاوتي صورت مي گيرد. برطبق اظهارات كارشناسان اگر ميزان توليد از 30 تا 20 تن در هر سال بيشتر باشد، سيستم هاي vsa نسبت به psa مقرون به صرفه تر هستند.
سيستم هاي غشايي نيتروژن در مراحل توليد گاز
اگر به دنبال سيستمي هستيد كه مصرف انرژي پاييني داشته باشد قابل اطيمنان بوده و مراقبت و نگهداري آن ساده باشد، دستگاه جداساز غشايي نيتروژن بهترين انتخاب است اين سيستم به طور رايج براي توليد در اندازه هاي با لاتر استفاده مي شود و از لوله هاي گروهي كه از پليمر هاي بخصوصي ساخته شده است استفاده مي كند. تركيب بندي اين لوله ها مشابه مبدل حرارتي پوسته عشايي است.
هنگام انتخاب يك تكنولوژي مناسب عوامل متعددي را بايد در نظر بگيريد از جمله حجم مورد نياز، درجه خلوص مورد نياز، پيوستگي عرضه، دماي پايين، موقعيت مشتري و غيره. اگر چه سيستم هاي psa ،vsa و vpsa هنگام جذب سطحي گازها توسط مواد بخصوص براي توليد و جداسازي گازهاي مورد نظر داراي تفاوت هايی مي باشند، ولي كل سيستم فيزيكي در آنها مشابه است.
ضوابط ايمني جداسازي هوا در مراحل توليد گاز
تمام افرادي كه در كارخانه‌هاي جداسازي هوا كار مي‌كنند بايد كاملاً احتياط كنند و نكات ايمني را رعايت كنند.
اقدامات احتياطي
- · تمام اتصالات، شيرها و قطعات مختلف را قبل از نصب با اتيلن Tricolr يا كلريد تتراكربن بشوييد.
- · اجازه ندهيد كه استيلن يا گازهاي اشتعال‌پذير ديگر در مجاورت مجراي ورودي هواي دستگاه قرار گيرند.
- · شيرهاي اكسيژن، رگلاتورها، وسيله‌هاي اندازه‌گيري يا اتصالات را با روغن يا هر ماده ديگري روغن‌كاري نكنيد.
- · سيم‌هاي الكتريكي را به دستگاه يا لوله‌ها نبنديد.
- · هنگام تخليه اكسيژن مايع يا مايع غليظ از مجراهاي تخليه، شيرها يا لوله‌ها بايد شيرها را به آرامي باز كنيد تا از پاشيده شدن مايع اجتناب شود.
- · بخار اكسيژن سرد را تنفس نكنيد.
- · از گذاشتن مواد جامد يا مايع به داخل مخزن اكسيژن مايع به منظور مشاهده تأثير مايع سرد اجتناب كنيد زيرا اين كار باعث ريخته شدن اكسيژن مي‌شود.
- · از تراوش اكسيژن مايع بايد اجتناب شود خصوصاً در مجاورت ماشين‌آلات روغن‌كاري شده، آسفالت خياباني، سطوح بتوني كه داراي اتصالات قير نفتي هستند يا در مواردي كه اكسيژن مايع مي‌تواند به فاضلاب‌ها وارد شود.
- · كپسول‌هاي گاز بايد در محل‌هاي سرپوشيده ذخيره شوند و نبايد در معرض درجه حرارت‌هاي زياد قرار گيرند.
- · تمام تركيباتي كه در تماس مستقيم با مواد شيميايي هستند بايد در برابر نور خورشيد و مواد شيميايي مقاوم باشند و بتوانند در مقابل حداكثر فشارهاي موجود مقاومت كنند.
- · يك ديگ بخار با ظرفيت 0.7 kg/ cm2g همچنين ممكن است در مواقع انفجار نسبت به يك مخزن كوچك با ظرفيت 220 kgs/cm2 مخرب‌تر باشد به اين علت كه از فلز بيشتري در آن استفاده شده است.
· همچنين قرار دادن سيال‌ها در فشارهاي خيلي بالا و حركت كردن با سرعت خيلي بالا نيز خطرناك است. هنگام كار با اين كارخانه‌ها بايد ماسك صورت و دستكش‌هاي ايمني استفاده شود.
- · به منظور كنترل محل‌هاي انجماد و سطح مايع بايد حداقل هفته‌اي يكبار درجه حرارت مخزن سرد كنترل گردد.
