Çin: Basınç salınımlı adsorpsiyon nasıl çalışır? 

Endüstriyel ölçekte gaz ayırma veya kurutma söz konusu olduğunda sıklıkla sorulan soru budur. Birçok kişi hemen çok fazla otomasyon içeren karmaşık kurulumları hayal eder, ancak gerçekte temel prensip döngüselliktir, işin özüdür.basınç salınımı adsorpsiyonu. Açıkça söylemek gerekirse bu bir sihir değil, kontrollü bir “nefes alma mı?” ve ?nefes verme? adsorban. Atölyeye yeni gelenlerin enjeksiyon basıncını desorpsiyon basıncıyla nasıl karıştırdıklarını bizzat gözlemledim, bu nedenle ürünün nem içeriği dalgalanıyor. Parlatmadan anlayalım.

Sürecin kalbi: bir pelet kulesinden daha fazlası

Temel fikir, zeolitler veya aktif karbon gibi belirli malzemelerin molekülleri basınç altında yüzeylerinde seçici olarak tutma yeteneğinden yararlanmaktır. Ancak işin püf noktası “değişken”dedir. Bir adsorber çalışıyoradsorpsiyon- hedef bileşeni ham akıştan alırken bir diğeri basıncı serbest bırakarak, genellikle vakumla ve temizleme yoluyla yenilenir. Bu statik filtreleme değil, bir döngüdür. Çin'deki birçok hidrojen üretim tesisinde veya doğal gaz arıtma tesisinde bu esas alınmaktadır.

Yaygın bir hata, adsorpsiyon basıncı ne kadar yüksek olursa o kadar iyi olduğunu düşünmektir. Evet kapasite artıyor ama belli bir limitten sonra sıkıştırma için gereken enerji maliyetleri tüm faydaları tüketiyor. Bir denge noktası aramalıyız. Basıncın başlangıçta 12 bar'a ayarlandığı ve sonunda deneme çalıştırmalarından sonra 9'a düştüğü bir etilen kurutma projesini hatırlıyorum. Adsorpsiyon biraz daha yavaştı, ancak moleküler eleklerin hizmet ömrü önemli ölçüde arttı ve enerji tüketimi daha ekonomik hale geldi.

Her zaman baktığım anahtar parametre, katmandaki adsorpsiyon cephesinin şeklidir. Çok bulanıksa veya tam tersi keskinse, ancak büyük bir basınç düşüşüyle ​​birlikte bir sorun var demektir. Ya granüller topaklanmıştır ya da kaynak gaz, adsorbanı zehirleyen yabancı maddeler içermektedir. Elbette görsel olarak görmeyeceksiniz, ancak çıkıştaki çevrimiçi analizörlere ve basınç düşüşüne göre her şey netleşiyor.

Desorpsiyon: ana kayıpların olduğu yer

Yenilenme aşaması, basıncın serbest bırakılması en acı verici şeydir. yer. Birçok kişi, basıncı atmosfere bırakmanın yeterli olduğunu ve adsorbanın hazır olduğunu düşünüyor. Uygulamada, birçok ürün (hidrojen gibi) bu şekilde kaybolur ve adsorbanın kendisi de yeterince saflaştırılmaz. Bu nedenle etkili bir şema, çok aşamalı bir basınç tahliyesidir (denge desorpsiyonu) ve ardından temizlemedir. Çoğunlukla halihazırda saflaştırılmış ürünün bir kısmı temizleme için kullanılır ve bu da kapalı bir döngü oluşturur.

İşte gerçek bir durum: Havadan nitrojen üreten bir tesiste, gaz tüketimini azaltarak temizleme gazından tasarruf etmeye çalıştılar. Sonuç olarak, zeolitten nem tamamen çıkarılmadı ve birkaç döngüden sonra çıkıştaki çiğlenme noktası yükseldi. Durdurmak ve derin termal rejenerasyonu gerçekleştirmek zorunda kaldım - kesinti ve kayıplar. Bu klasik bir optimizasyon hatasıdır.basınç salınımı adsorpsiyonu.

Vakum desorpsiyonu (VPSA) ile ilgili ilginç bir nokta. Bu genellikle havadan oksijen çıkarmanın en iyi yoludur. Kolondaki basıncın yüksek bir vakuma düşürülmesi, desorpsiyon için itici gücü keskin bir şekilde artırır. Ancak burada sorunlar var - yüksek kaliteli vakum pompalarına ve sistemin mutlak sızdırmazlığına ihtiyacınız var. En ufak bir sızıntıda verim gözümüzün önünde düşüyor. Döner kanatlı pompaların kullanıldığı tesislerde çalıştım, bu nedenle bakımlarının ana üretim hattından daha sıkı bir şekilde neredeyse programa uygun yapılması gerekiyordu.

Malzeme önemlidir: tüm zeolit eşit yaratılmamıştır

Adsorban seçimi başarının %50'sidir. Kurutma için - zeolit ​​3A veya 4A. Hava karışımını nitrojen ve oksijene ayırmak için - zeolit ​​5A veya 13X. Ancak bu bir dogma da değil. Örneğin, geliştirilmiş kapasiteye sahip değiştirilmiş malzemeler artık biyogazdan CO2 yakalamak için aktif olarak test ediliyor. Pek çok tasarım enstitüsüne hammadde sağlayanlar gibi Çinli adsorban üreticileri de bu konuda büyük ilerleme kaydetti.

Materyali değerlendirirken neye dikkat ediyorum? Statik kapasite verileri yalnızca fabrika pasaportunda değil. Mekanik aşınma direnci önemlidir. Sabit basınç düşüşlerinin olduğu döngüsel modda, granüller birbirine ve cihazın duvarlarına sürtünür. Mukavemet düşükse, altı ay sonra granül yerine toz oluşacak ve bu da tüpleri ve vanaları tıkayacaktır. Görünüşte ucuz bir zeolit ​​ile üzücü bir deneyim yaşandı - 4000 döngüden sonra tozlanma felaketti.

Başka bir nüans granüllerin şeklidir. Silindirik ekstrüzyon mu yoksa küresel mi? Bilyalar genellikle daha az akış direnci ve daha düzgün bir dağıtım sağlar ancak aynı zamanda daha pahalıdır. Basınç düşüşünün kritik olduğu bazı uygulamalarda bu fiyat farkı, kompresör enerji tasarrufuyla dengelenir. Bunlar teknolojik tasarım aşamasında üzerinde çalışılan detaylardır.

Otomasyon ve valfler: sistemin sinirleri

Adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsü dakikalarca, bazen de onlarca dakika sürer. Her şey belirli bir programa göre pnömatik veya solenoid valflerle kontrol edilir. Bu vanaların güvenilirliği sürekli çalışmanın anahtarıdır. En yaygın arıza, akış anahtarı valfinin yapışması veya yavaş çalışmasıdır. Bu nedenle ham ve arıtılmış gaz karışır ve ürünün kalitesi anında düşer.

Bu nedenle, ciddi kurulumlarda sadece bir zamanlayıcı değil, aynı zamanda adsorpsiyon cephesinin durumunu izleyen (genellikle bir sıcaklık sensörü veya bileşim analizi kullanarak) ve döngü süresini ayarlayabilen bir sistem kurarlar. Bu artık temel bir PID denetleyicisi değil, daha karmaşık bir mantıktır. Bunu bir amonyak tesisi için hidrojen arıtma tesisinde uyguladık - atılım anının daha doğru belirlenmesi nedeniyle ürün verimini %3-5 artırmayı başardık.

Bu arada, atılım hakkında. Bu, adsorbanın doyduğu ve hedef safsızlığın saflaştırılmış akışta göründüğü andır. İdeal olarak döngü değişimi biraz daha erken gerçekleşmelidir. Ancak vana birkaç saniyelik bir gecikmeyle bile çalışırsa, ürün grubu spesifikasyonlara uygun olmayabilir. Sistemi, adsorban hacmini kullanmanın genel verimliliğini azaltan bir rezervle yapılandırmak gerekir. Güvenlik ve ekonomi arasındaki ebedi uzlaşma.

Uygulamadan: çizimden devreye almaya

Teori teoridir ama pratik her şeye karar verir. Örneğin bu tür çözümlerde uzmanlaşmış bir tasarım enstitüsünü ele alalım. Diyelim kiChengdu Yizhi Teknoloji A.Ş.(kendi web sitelerihttps://www.yzkjhx.ru). Bu tam olarak bir kimya teknolojisi şirketinden doğan ve endüstriyel tesislerin tasarımıyla uğraşan yapıdır. Görevleri sadece bir adsorbe edici satmak değil, aynı zamanda müşterinin özel görevi için tam teknolojik rejimi hesaplamaktır.

Meslektaşlarımla yaptığım görüşmelerden anladığım kadarıyla onların uygulamalarında metalurji veya kimyaya yönelik gaz ayırma problemleriyle sıklıkla karşılaşılmaktadır. İşte tüm incelikler burada devreye giriyorbasınç salınımı adsorpsiyonu. Diyelim ki dönüştürücü için oksijen almanız gerekiyor. VPSA kurulumunu yapın. Adsorberlerin sayısı hesaplanır (çoğunlukla 2 veya 3, yani biri yedekte veya doldurma/boşaltma aşamasındadır), 13X zeolit ​​seçilir ve valf devresi ve kontrol sistemi tasarlanır.

Ancak eğlence devreye alma sırasında başlar. Tüm hesaplamalar bir modeldir. Gerçekte, sahadaki havanın bileşimi dalgalanabilir (nem, CO2 içeriği) ve ortam sıcaklığı kompresörün ve vakum pompasının çalışmasını etkiler. Bu nedenle ayarlayıcılar en uygun parametreleri bulmak için haftalar harcarlar: döngünün her aşamasının süresi, adsorpsiyon basıncı, desorpsiyon sırasındaki vakum derecesi, temizleme gazı akışı. Hatta bazen orijinal olarak tasarlanan valf değiştirme sırasını bile değiştiriyorlar. Bu zahmetli bir iştir ve bunun sonucunda yıllar boyu istikrarlı bir %93-95 oksijen çıkışı elde edilir.

Ders kitaplarında bulamayacağınız pratik deneyimler bu tür enstitülerde birikmiştir: döngüsel yükler altındaki flanşlarda hangi sızdırmazlık malzemesi en iyi şekilde tutulur, adsorberi suyla doldurmamak için kompresörün önündeki kurutucudan yoğuşma suyu drenajının nasıl düzgün şekilde organize edileceği, SCADA sistem grafiklerinde küçük basınç dalgalanmalarının nasıl yorumlanacağı. Bu, kontrol panelinde saatlerce çalışma ve başarısız başlatmaların analizi ile ödenen bilgidir.

Sonuç yerine: yüksek sesle düşünmek

Peki, başlıktaki soruya geri dönelim...Basınç salınımlı adsorpsiyonyaşayan, nefes alan bir süreçtir. Bir bitkiden diğerine kopyalanıp aynı sonucun alınması beklenemez. Her zaman soğurma teorisi, aparatın pratik mekaniği, bağlantı parçalarının güvenilirliği ve son olarak ekonomi arasında bir denge vardır. Bazen, başka bir basınç tahliye aşaması ekleyerek, ürünün fazladan bir yüzdesini sıkıştıracaksınız, ancak sistemi o kadar karmaşıklaştıracaksınız ki, bakımı kârsız hale gelecektir.

Yıllar boyunca bu döngüleri gözlemleyerek öğrendiğim en önemli şey, sistemi hissetmeniz gerektiğidir. Sadece rakamlara bakmayın, aynı ayarlarla bugün çıkış çiy noktasının neden düne göre yarım derece daha yüksek olduğunu anlayın. Belki atmosferik basınç düştü, belki adsorban eskimeye başladı veya belki sensör sadece "ağladı". Bu artık saf bir teknoloji değil, bir zanaat. Ve Çin'de, devasa endüstriyel tesis filosuyla, adsorberlerin istikrarlı ve verimli bir şekilde nasıl çalıştırılacağını bilen bu tür zanaatkarlardan oluşan bir ordu var. Bahsedilen tasarım organizasyonu gibi şirketler de tam olarak bu bilginin toplandığı ve yeni çalışma projelerine dönüştürüldüğü düğüm noktalarıdır.