ในภาคส่วนอุปกรณ์ก๊าซอุตสาหกรรม ความต้องการระบบจ่ายก๊าซแตกต่างกันอย่างมากในอุตสาหกรรมต่างๆ บางโครงการให้ความสำคัญกับการลงทุนเริ่มแรก ในขณะที่บางโครงการให้ความสำคัญกับต้นทุนการดำเนินงานระยะยาว-มากกว่า อย่างไรก็ตาม สำหรับโรงงานผลิตขนาดใหญ่{3}}อย่างต่อเนื่อง ความเสถียรของแหล่งก๊าซ ความสามารถในการควบคุมความบริสุทธิ์ และศักยภาพในการขยายในอนาคตมักมีความสำคัญมากกว่าตัวอุปกรณ์
เนื่องจาก Shenger Gas ซึ่งเป็นบริษัทที่อุทิศตนให้กับการผลิตอุปกรณ์ก๊าซอุตสาหกรรมมาอย่างยาวนาน เรามักพบคำถามเดียวกันจากลูกค้าในระหว่างการออกแบบระบบและการอภิปรายโครงการ: โครงการอุตสาหกรรมประเภทใดที่เหมาะกับหน่วยแยกอากาศไครโอเจนิก (ASU) มากกว่า
ตั้งแต่หลักการทางเทคนิคไปจนถึงการจับคู่การปฏิบัติงาน-ในโลกจริง ASU สำหรับการแช่แข็งไม่เหมาะกับการใช้งานกับก๊าซทุกประเภท อย่างไรก็ตาม ในระบบอุตสาหกรรมที่ต้องการอัตราการไหลสูง การทำงานต่อเนื่อง และมีความบริสุทธิ์สูง มักจะให้ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนและครอบคลุม
บทความนี้ให้การวิเคราะห์อย่างเป็นระบบโดยพิจารณาจากคุณลักษณะการใช้งานทางอุตสาหกรรม ซึ่งโครงการจัดหาก๊าซขนาดใหญ่-เหมาะสมกว่าสำหรับ ASU สำหรับการแช่แข็ง และเน้นย้ำถึงปัจจัยหลักที่บริษัทควรพิจารณาเมื่อเลือกโซลูชันการจ่ายก๊าซ
หน่วยแยกอากาศไครโอเจนิก (ASU) คืออะไร?
หน่วยแยกอากาศแบบไครโอเจนิกเป็นระบบสมบูรณ์ที่แยกส่วนประกอบของอากาศ-เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน และอาร์กอน- ผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การอัดอากาศ การทำให้บริสุทธิ์ การแลกเปลี่ยนความร้อน การทำความเย็นโดยใช้เครื่องแผ่ขยาย- และการกลั่นด้วยความเย็นจัด ทั้งหมดนี้อยู่ที่อุณหภูมิต่ำมาก
โดยทั่วไปอุณหภูมิในการทำงานของแกนจะอยู่ที่ -170 องศาถึง -190 องศา ซึ่งทำให้สามารถแยกส่วนประกอบก๊าซต่างๆ ได้อย่างมีเสถียรภาพผ่านระบบกลั่นแบบคอลัมน์คู่- เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องกำเนิดออกซิเจน PSA มาตรฐานหรือระบบแยกเมมเบรน ข้อได้เปรียบที่สำคัญของ ASU สำหรับการแช่แข็งไม่ใช่แค่ "อุณหภูมิที่ต่ำกว่า" เท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการส่งก๊าซอุตสาหกรรมที่มีส่วนประกอบหลายองค์ประกอบที่มีความบริสุทธิ์สูง- โดยมีความผันผวนต่ำภายใต้สภาวะการทำงานที่มีการไหลสูงและต่อเนื่อง
จากจุดยืนทางอุตสาหกรรม ASU แช่แข็งโดยพื้นฐานแล้วเป็นโซลูชันที่เหมาะสมกว่าสำหรับการจ่ายก๊าซต่อเนื่อง "ระยะยาว-ขนาดใหญ่- ตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน"
โครงการผลิตเหล็กและถลุงเหล็กขนาดใหญ่-
ในบรรดาการใช้งานทางอุตสาหกรรมทั้งหมด อุตสาหกรรมเหล็กยังคงเป็นหนึ่งในสาขาทั่วไปและเติบโตเต็มที่สำหรับ ASU สำหรับการแช่แข็ง
การผลิตเหล็กสมัยใหม่-ไม่ว่าจะเป็นการเสริมออกซิเจนในเตาหลอมเหล็ก การผลิตเหล็กด้วยเตาออกซิเจนขั้นพื้นฐาน (BOF) หรือการถลุงด้วยเตาอาร์กไฟฟ้า (EAF)- มีความต้องการเฉพาะเจาะจงหลายประการในการจัดหาออกซิเจน:
- ต้องการปริมาณก๊าซที่สูงมาก
- ชั่วโมงการทำงานต่อเนื่องยาวนาน
- ข้อกำหนดความบริสุทธิ์ของออกซิเจนสูง
- ความต้องการความเสถียรของระบบสูงมาก
โดยทั่วไปแล้ว โรงงานเหล็กขนาดใหญ่ต้องการความสามารถในการจ่ายออกซิเจนตั้งแต่นับหมื่นถึงหลายแสน Nm³/h ซึ่งมักจะมีไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง-สำหรับการป้องกัน การไล่ออก และระบบการหล่อแบบต่อเนื่อง
การใช้ระบบ PSA ขนาดเล็ก-ถึง-กลางหลายระบบไม่เพียงแต่ต้องการหน่วยจำนวนมากเท่านั้น แต่ยังเพิ่มค่าบำรุงรักษาเมื่อเวลาผ่านไปอย่างมากอีกด้วย ในทางตรงกันข้าม ASU แบบแช่แข็งสามารถให้ออกซิเจน ไนโตรเจน และแม้แต่อาร์กอนที่ส่งออกไปพร้อมกันผ่านหน่วยความจุขนาดใหญ่-หน่วยเดียว ทำให้มั่นใจได้ถึงความเสถียรของกระบวนการในขณะเดียวกันก็สอดคล้องกับเป้าหมายประสิทธิภาพการใช้พลังงานในระยะยาว-ของโรงงานเหล็กขนาดใหญ่ สำหรับโครงการเหล็กที่มีผลผลิตต่อปีเกินหนึ่งล้านตัน ASU แบบแช่แข็งได้กลายเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม
โครงการเคมีถ่านหินและปิโตรเคมี
อุตสาหกรรมเคมีถ่านหินและปิโตรเคมีเป็นอีกสาขาหนึ่งที่พึ่งพา ASU จากการแช่แข็งอย่างมาก
ไม่ว่าในถ่านหิน-ไปเป็น-เมทานอล ถ่านหิน-ไปเป็น-โอเลฟิน แอมโมเนียสังเคราะห์ หรือกระบวนการไฮโดรจิเนชันให้บริสุทธิ์ ออกซิเจนและไนโตรเจนมักจะมีบทบาทโดยตรงในกระแสปฏิกิริยาหลัก โดยทั่วไปโครงการเหล่านี้มีลักษณะดังต่อไปนี้:
- ไม่สามารถหยุดการจ่ายก๊าซได้
- ความต้องการแรงดันแก๊สสูง
- รอบการทำงานที่ยาวนานโดย-มีการผลิตต่อเนื่องตลอดทั้งปี
- ความไวสูงต่อความผันผวนของความบริสุทธิ์
โดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องผลิตก๊าซขนาดใหญ่-มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากสำหรับการไหลของออกซิเจนและความเสถียรของความบริสุทธิ์ แม้แต่ความผันผวนในระยะสั้น-ก็อาจส่งผลต่อสมดุลทางความร้อนของสายการผลิตทั้งหมด
เนื่องจาก ASU แช่แข็งใช้การกลั่นที่อุณหภูมิต่ำ- ความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์จึงมีเสถียรภาพมากขึ้น นอกจากนี้ ยังสามารถส่ง-ออกซิเจนแรงดันสูงได้โดยตรงผ่านการบีบอัดออกซิเจนเหลวภายใน ซึ่งช่วยลดพลังงานการบีบอัดปลายทาง ดังนั้นจึงมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในโครงการเคมีถ่านหินขนาดใหญ่
-โครงการถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก
-การถลุงโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก-เช่น ทองแดง ตะกั่ว สังกะสี และนิกเกิล-ก็เป็นส่วนการใช้งานที่สำคัญสำหรับ ASU จากการแช่แข็งเช่นกัน
ในกระบวนการถลุงออกซิเจน- ออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง- เสถียรช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการเผาไหม้ ลดรอบการถลุง และลดการใช้พลังงานจำเพาะได้อย่างมาก
สำหรับโรงถลุงขนาดใหญ่ ระบบจ่ายออกซิเจนไม่เพียงแต่ต้องให้อัตราการไหลสูงเท่านั้น แต่ยังต้องจัดให้มี:
- การดำเนินงานระยะยาว-และมีเสถียรภาพ
- ความสามารถในการรับมือกับความผันผวนของโหลด
- การจ่ายก๊าซไปยังขั้นตอนกระบวนการต่างๆ พร้อมกัน
Cryogenic ASU ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือมากขึ้นภายใต้สภาวะโหลดสูง-ที่ต่อเนื่องเหล่านี้ นอกจากนี้ ระบบไนโตรเจนที่เกี่ยวข้องยังสามารถใช้เพื่อการป้องกัน การชะล้าง และการแยกความปลอดภัยระหว่างการบำรุงรักษาอุปกรณ์ สำหรับบริษัทถลุงแร่ที่ต้องการการผลิตอย่างต่อเนื่อง-ตลอดทั้งปี มูลค่าการดำเนินงานโดยรวมของระบบไครโอเจนิกมักจะสูงกว่ามูลค่าของอุปกรณ์สร้างก๊าซรอบ-ระยะสั้นมาก
โครงการผลิตวัสดุพลังงานใหม่และไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV)
ด้วยการเติบโตอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมพลังงานใหม่ ความต้องการก๊าซอุตสาหกรรมที่มีความบริสุทธิ์สูง-ในภาคส่วนต่างๆ เช่น วัสดุแบตเตอรี่ลิเธียม วัสดุซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์ และการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ก็เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
แม้ว่าปริมาณการใช้ออกซิเจนต่อไซต์งานในอุตสาหกรรมเหล่านี้อาจไม่มากเท่ากับการผลิตเหล็ก แต่ก็มีข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นเกี่ยวกับคุณภาพก๊าซ:
- โดยทั่วไปต้องการความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนที่ 99.999%
- ความผันผวนของการจัดหาก๊าซต่ำมาก
- ไม่มีน้ำมัน น้ำ หรือฝุ่นละอองปนเปื้อน
- ระบบต้องรองรับการทำงานที่เสถียรตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน
Cryogenic ASU มีข้อได้เปรียบตามธรรมชาติในการจ่ายไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง- ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโมเดลการจ่ายก๊าซแบบรวมศูนย์ที่ฐาน PV ขนาดใหญ่ สวนเซมิคอนดักเตอร์ และสวนอุตสาหกรรมวัสดุใหม่ เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบกระจายหลายเครื่อง การจ่ายก๊าซแช่แข็งแบบรวมศูนย์ให้การควบคุมความบริสุทธิ์ ความสม่ำเสมอในการปฏิบัติงาน และความสามารถในการปรับขนาดในอนาคตได้ดีกว่า
โครงการจัดหาก๊าซแบบรวมศูนย์ในสวนอุตสาหกรรมเคมีขนาดใหญ่
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา สวนอุตสาหกรรมหลายแห่งได้นำโมเดลการจัดหาก๊าซแบบรวมศูนย์มาใช้
ในแบบจำลองนี้ ศูนย์กลางก๊าซขนาดใหญ่แห่งหนึ่งต้องรองรับโรงงานหลายแห่ง โดยจัดหาออกซิเจน ไนโตรเจน อาร์กอน และแม้แต่ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลว โครงการดังกล่าวมักเผชิญกับความท้าทายหลายประการ:
- ความต้องการของผู้ใช้ที่หลากหลาย
- ความต้องการก๊าซสูงสุดมีความผันผวนอย่างมาก
- ต้องใช้ก๊าซหลายชนิด
- ความต้องการที่ชัดเจนสำหรับการขยายในอนาคต
ความสามารถในการแยก-องค์ประกอบหลายองค์ประกอบของ ASU สำหรับการแช่แข็งทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการจ่ายก๊าซแบบรวมศูนย์ระดับสวนสาธารณะ- ด้วยการกำหนดค่าที่เหมาะสมของการจัดเก็บของเหลว ระบบสำรองข้อมูล และการควบคุมอัจฉริยะ ทำให้สามารถรองรับ-การจ่ายก๊าซที่เสถียรในระยะยาวให้กับผู้ใช้หลายราย จากมุมมองของ ROI เมื่อความต้องการก๊าซเพิ่มขึ้น ต้นทุนการผลิตก๊าซต่อหน่วยของ ASU แช่แข็งมีแนวโน้มที่จะมีการแข่งขันมากขึ้น
จะทราบได้อย่างไรว่าโครงการเหมาะสำหรับ ASU แบบไครโอเจนิกส์หรือไม่
จากมุมมองการปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม หากโครงการมีลักษณะสามประการต่อไปนี้ โดยทั่วไป ASU สำหรับการแช่แข็งจะคุ้มค่าที่จะจัดลำดับความสำคัญ:
- ปริมาณความต้องการก๊าซจำนวนมาก – เมื่อความต้องการออกซิเจนหรือไนโตรเจนถึงระดับปานกลาง-ถึง-ขนาดใหญ่ การประหยัดจากขนาดของระบบไครโอเจนิกก็จะปรากฏชัดเจน
- ต้องมีการดำเนินการอย่างต่อเนื่อง – โรงงานที่ทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน-จะเหมาะกับการทำงาน-ที่เสถียรในระยะยาวของกระบวนการไครโอเจนิกมากกว่า
- ความต้องการความบริสุทธิ์และเสถียรภาพสูง – โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโครงการที่ต้องการ-ออกซิเจนบริสุทธิ์สูง - ไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง หรือการผลิตอาร์กอนพร้อมกัน เทคโนโลยีการแช่แข็งถือเป็นข้อได้เปรียบที่ชัดเจน
เครื่องแยกอากาศแบบไครโอเจนิกส์ไม่เหมาะกับทุกโครงการอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตาม สำหรับสถานการณ์การผลิตที่-มีปริมาณงานสูงและต่อเนื่อง เช่น การผลิตเหล็ก สารเคมีจากถ่านหิน การถลุงที่ไม่ใช่เหล็ก - วัสดุพลังงานใหม่ และ-ศูนย์กลางก๊าซในนิคมอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ สถานการณ์เหล่านี้มักเป็นทางเลือกที่สมเหตุสมผลมากกว่าสำหรับ-กลยุทธ์การดำเนินงานในระยะยาว
ตั้งแต่การลงทุนอุปกรณ์ไปจนถึงต้นทุนการดำเนินงานตลอดอายุการใช้งาน และจากความบริสุทธิ์ของก๊าซไปจนถึงความสามารถในการขยายในอนาคต ระบบจ่ายก๊าซที่เหมาะสมอย่างแท้จริงสำหรับโครงการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่-นั้นไม่เคยตัดสินเพียง "ว่าสามารถผลิตก๊าซได้หรือไม่" แต่ตัดสินโดย "สามารถจ่ายก๊าซได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นเวลาสิบหรือยี่สิบปีด้วยซ้ำ"
