مقایسه روش جذب شیمیایی و روش جذب فشاری PSA
Thread Content
۱. مقایسه اصول پایه روش جذب شیمیایی: در شرایط کاتالیزور، از محلولهای جذبکننده استفاده میشود تا از طریق واکنشهای خنثیسازی اسید-باز، مواد اسیدی مانند دیاکسید کربن و هیدروژن سولفید موجود در گازهای بیوگازی جذب شوند؛ همچنین این روش میتواند گازهایی مانند آمونیاک که در آب حل میشوند را نیز جذب کند. گاز حاوی ناخالصیهای مختلف، از طریق سیستم تصفیه خودکار محلول و سیستم بازسازی گاز، ناخالصیها و گازهای مختلف را دفع کرده و محلول برای استفاده مجدد به دست میآید. گاز تولیدشده حاوی ۹۵٪ دیاکسید کربن است که میتوان آن را با خالصسازی بیشتر به عنوان محصول برای فروش ارائه داد. این روش نیازمند مصرف حدود ۵ درصد از گاز بیوگاز برای تولید بخار جهت استفاده در فرآیندهای تولیدی است. روش جذب تغییر فشار PSA: در این روش، گاز از میان لایههای جذبکننده عبور میکند؛ با استفاده از توانایی متفاوت جذبکنندهها برای گازهای مختلف، بخش عمدهای از یک یا چند گاز موجود در گاز مخلوط، در لایههای جذبکننده جذب شده و تنها بخش کوچکی از آنها خارج میشود ； بگذارید بخش عمدهای از گاز دیگر (یا چند گاز دیگر) موجود در گاز مخلوط خارج شود و بخش کوچکی روی لایه جذب شود ； بدین ترتیب، هدف افزایش غلظت گاز خروجی محقق میشود. این روش برای مواردی مناسب است که توانایی جذب اجزای مختلف گاز مورد نیاز برای جداسازی، توسط جاذبها، تفاوت چشمگیری داشته باشد. این موضوع به میزان تفاوت در ویژگیهایی مانند وزن مولکولی و اندازه مولکولی اجزای موجود در اجسام جداشده بستگی دارد؛ هرچه این تفاوت بیشتر باشد، جداسازی آسانتر خواهد بود، هزینه جداسازی کمتر خواهد بود و بازدهی نیز بالاتر خواهد بود. برعکس، هرچه تفاوت کمتر باشد، جداسازی دشوارتر میشود و هزینه جداسازی بالاتر و بازدهی کمتر خواهد بود.
۲. مقایسه انتخابی: روش جذب شیمیایی: این روش دارای انتخابپذیری بالایی برای جداسازی دیاکسید کربن و متان است؛ محلول به سرعت با گازهای اسیدی مانند دیاکسید کربن واکنش نشان میدهد، اما با متان واکنش نمیکند. همزمان با تصفیه گاز بیوگاز، امید است که سایر مواد اسیدی نیز همراه با آن حذف شوند. بنابراین، روش جذب شیمیایی در فرآیندهای تصفیه متان از گاز بیوگاز کاربرد ویژهای دارد. روش جذب تحت فشار PSA: همانطور که از توضیحات مربوط به اصول این روش مشخص است، انتخابپذیری جذبکننده نسبت به گازها، عمدتاً به ویژگیهای مولکولهای گاز بستگی دارد. در جداسازی گازهایی مانند هیدروژن، مونوکسید کربن و دیاکسید کربن، انتخابپذیری بسیار خوبی وجود دارد؛ همچنین بازدهی بالا و مصرف کمی از منابع صرف میشود. این ویژگیها دلیل استفاده گسترده از روش PSA در زمینه تولید هیدروژن، تهیه گاز آبی، گاز نیمهآبی و تصفیه گازهای حاصل از کورههای فرآوری است. اما در مورد جداسازی دیاکسید کربن و متان، به دلیل نزدیک بودن توان جذب این دو گاز توسط جاذبها، در واقع این دو ماده در صنعت جذب تحت فشار به عنوان موادی شناخته میشوند که جداسازی اقتصادی آنها دشوار است. دلیلش این است که جذبکننده، انتخابپذیری ضعیفی نسبت به این دو گاز دارد
۳. مقایسه بازدهی: روش جذب شیمیایی: از آنجا که روش جذب شیمیایی انتخابپذیری بالایی برای جداسازی دیاکسید کربن و متان دارد، محلول به سرعت با گازهای اسیدی مانند دیاکسید کربن واکنش نشان میدهد، اما تقریباً هیچ واکنشی با متان ندارد. این موضوع، بازده بالای آن را تعیین میکند. تقریباً تمام متان بازیابی میشود. روش جذب تغییر فشار PSA: همانطور که از توضیحات مربوط به اصول این روش مشخص است، انتخابپذیری جذبکننده نسبت به گازها، عمدتاً به ویژگیهای مولکولهای گاز بستگی دارد. در جداسازی دیاکسید کربن و متان، از آنجایی که توانایی جذب جذبکننده نسبت به این دو گاز بسیار مشابه است، برای افزایش غلظت یکی از گازها، معمولاً باید با کاهش قابل توجه بازدهی، این کار انجام شود. با توجه به فناوری فعلی، اگر بخواهیم غلظت متان گازی محصول را به ۹۵٪ برسانیم، بازدهی کمتر از ۵۰٪ خواهد بود.
۴. مقایسه غلظت محصولات: روش جذب شیمیایی: در این روش، غلظت گاز خروجی بر اساس فشار بخار سطح محلول تعیین میشود. بنابراین، با تنظیم مناسب میزان دیاکسید کربن باقیمانده در محلول هنگام بازسازی آن، میتوان فشار بخار دیاکسید کربن در سطح محلول را در هنگام جذب تنظیم کرد و به این ترتیب غلظت دیاکسید کربن را اصلاح نمود. اگر گازهای بیفعال مانند نیتروژن و اکسیژن در گاز باتلاقی وجود نداشته باشد، میتوان غلظت متان را به بیش از ۹۹٪ رساند. روش جذب تغییر فشار PSA: همانطور که قبلاً توضیح داده شد، برای جداسازی دیاکسید کربن و متان، از آنجایی که توانایی جذب این دو گاز توسط جذبکنندهها بسیار مشابه است، برای افزایش غلظت، اغلب مجبور به کاهش قابل توجه بازدهی میشویم. با توجه به فناوری فعلی، برای رساندن غلظت متان گازی محصول به ۹۵٪، بازدهی آن کمتر از ۵۰٪ خواهد بود. برای رسیدن به بیش از ۹۸٪، با فناوریهای فعلی تقریباً هیچ امکانی وجود ندارد.
۵. مقایسه مصرف (با فرض اینکه هر دو روش برای تولید گاز طبیعی بستهبندیشده با فشار ۲۰ مگاپاسکال و درصد خلوص ۹۵٪ استفاده شوند):
روش جذب شیمیایی: مصارف اصلی این روش شامل مصرف انرژی برای فشردهسازی، مصرف انرژی پمپهای چرخشی، مصرف مقدار کمی آب تأمینکننده و مصرف بخار است.
روش جذب تحت فشار PSA: مصارف اصلی این روش نیز شامل مصرف انرژی برای فشردهسازی، مصرف انرژی دروازههای کنترلشونده توسط کامپیوتر و مصرف مقدار کمی آب تأمینکننده است.
در نگاه اول، به نظر میرسد که روش PSA نیازی به مصرف بخار ندارد؛ اما در واقع، بخار مورد نیاز برای روش جذب شیمیایی را میتوان با کاهش ۵٪ در بازدهی گاز حیوانی، برای تولید بخار استفاده کرد تا مقدار لازم بخار تأمین شود. بدین ترتیب، نرخ بازیابی متان میتواند بین ۹۴ تا ۹۵ درصد باشد، در حالی که نرخ بازیابی روش جذب فشاری PSA تنها حدود ۴۵ درصد است. به دلیل تفاوت در بازده گاز، مصرف انرژی برای فشردهسازی یک حجم یکسان از گاز طبیعی فشرده بسیار متفاوت است؛ روش جذب فشاری PSA برای رسیدن به حجم تولید روش جذب شیمیایی، نیاز به فشردهسازی ۲ تا ۳ برابر بیشتر گاز دارد و همچنین مقدار زیادی گازهای زائد تولید میشود. از دیدگاه سرمایهگذاری، برای سرمایهگذاری با همان مقیاس، روش جذب شیمیایی کمتر از یک سوم روش جذب فشاری PSA است. با مقایسه کلی میزان مصرف دو روش، میزان مصرف روش جذب شیمیایی بین یکپنجم تا یکسوم روش جذب فشاری PSA است.
روش جذب شیمیایی: مصارف اصلی این روش شامل مصرف انرژی برای فشردهسازی، مصرف انرژی پمپهای چرخشی، مصرف مقدار کمی آب تأمینکننده و مصرف بخار است.
روش جذب تحت فشار PSA: مصارف اصلی این روش نیز شامل مصرف انرژی برای فشردهسازی، مصرف انرژی دروازههای کنترلشونده توسط کامپیوتر و مصرف مقدار کمی آب تأمینکننده است.
در نگاه اول، به نظر میرسد که روش PSA نیازی به مصرف بخار ندارد؛ اما در واقع، بخار مورد نیاز برای روش جذب شیمیایی را میتوان با کاهش ۵٪ در بازدهی گاز حیوانی، برای تولید بخار استفاده کرد تا مقدار لازم بخار تأمین شود. بدین ترتیب، نرخ بازیابی متان میتواند بین ۹۴ تا ۹۵ درصد باشد، در حالی که نرخ بازیابی روش جذب فشاری PSA تنها حدود ۴۵ درصد است. به دلیل تفاوت در بازده گاز، مصرف انرژی برای فشردهسازی یک حجم یکسان از گاز طبیعی فشرده بسیار متفاوت است؛ روش جذب فشاری PSA برای رسیدن به حجم تولید روش جذب شیمیایی، نیاز به فشردهسازی ۲ تا ۳ برابر بیشتر گاز دارد و همچنین مقدار زیادی گازهای زائد تولید میشود. از دیدگاه سرمایهگذاری، برای سرمایهگذاری با همان مقیاس، روش جذب شیمیایی کمتر از یک سوم روش جذب فشاری PSA است. با مقایسه کلی میزان مصرف دو روش، میزان مصرف روش جذب شیمیایی بین یکپنجم تا یکسوم روش جذب فشاری PSA است.
۶. میزان استفاده چندمنظوره از مواد خام: روش جذب شیمیایی: همانطور که در توضیحات قبلی آمد، این روش به دلیل انتخابپذیری بالایی که در جداسازی دیاکسید کربن و متان دارد، باعث میشود بازدهی استخراج متان بالا باشد؛ همچنین گاز حاصل فاقد متان است و خلوص دیاکسید کربن نسبتاً بالاست. بنابراین امکان پردازش عمیق آن وجود دارد و میتوان آن را به صورت محصولات دیاکسید کربن خالص برای فروش تبدیل کرد. بدین ترتیب، روش جداسازی از طریق جذب شیمیایی برای خالصسازی گاز بیوگاز، تقریباً امکان استفاده از کل گاز ورودی را فراهم میکند. روش جذب تحت فشار PSA: برای جداسازی دیاکسید کربن و متان، از آنجایی که توانایی جذب این دو گاز توسط جذبکننده بسیار مشابه است، برای افزایش غلظت، اغلب مجبور به کاهش قابل توجه بازدهی هستیم. همانطور که پیشتر ذکر شد، برای رساندن غلظت متان گاز خروجی به ۹۵٪، بازدهی آن کمتر از ۵۰٪ خواهد بود. برای رسیدن به بیش از ۹۸٪، با فناوریهای فعلی تقریباً هیچ امکانی وجود ندارد. بدین ترتیب، برای تولید گاز طبیعی بستهبندیشده با محتوای متان ۹۵ درصد، ۷۵ درصد از حجم کل گاز ورودی به عنوان گازهای زائد دفع میشود؛ این گازهای زائد نیز حاوی مقدار زیادی متان هستند که باعث کاهش خلوص دیاکسید کربن شده و ارزش بازیابی ندارند. بنابراین، در فرآیند جداسازی متان و دیاکسید کربن، استفاده از روش جذب تحت فشار PSA مناسب نیست؛ زیرا این روش در این شرایط دارای مصرف بالا، بازده پایین، کیفیت کم و نرخ استفاده ناچیزی است.