Меню Рубрики

Установка короткоцикловой адсорбции водородсодержащего газа

Установка короткоцикловой адсорбции (КЦА)

Установка короткоцикловой адсорбции (КЦА) используется для разделения газовых смесей

Установка короткоцикловой адсорбции (КЦА) используется для разделения газовых смесей с получением водорода, азота, кислорода, метана, этилена и других компонентов высокой концентрацией (от 95% до 99,9999%).

Данная технология позволяет разделять практически любой газ.

Часто для разделения используют различия в скорости адсорбции разных газов, например, при извлечении азота из воздуха с помощью углеродных молекулярных сит.

Технология КЦА основана на поглощении газа адсорбентом с использованием функции давления.

Технологический процесс адсорбции строится так, что смесь газов подается в адсорбер при повышенном давлении и температуре внешней среды.

При этом легкоадсорбируемые компоненты смеси поглощаются адсорбентом, в то время как слабоадсорбируемые или неадсорбируемые проходят через аппарат, благодаря чему происходит разделение газовой смеси.

Адсорбент поглощает газ до состояния равновесия между адсорбцией и десорбцией, после чего адсорбент необходимо регенерировать, т. е. удалить с поверхности адсорбента поглощённые компоненты.

Это можно сделать либо путем повышения температуры, либо путём сброса давления.

Обычно в короткоцикловой адсорбции используют регенерацию посредством сброса давления.

Можно использовать безнагревную КЦА, как, например, у компании Грасис.

На сегодняшний день получили распространение 3 метода организации циклического безнагревного процесса адсорбционного разделения воздуха:

напорные — Pressure Swing Adsorbrion (PSA),

вакуумные — Vacuum Swing Adsorbtion (VSA),

смешанные — Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA).

Главная отличительная особенность безнагревной КЦА (PSA) в том, что циклы адсорбции и десорбции проводятся при одной и той же температуре, но парциальное давление адсорбирующихся компонентов при адсорбции больше, чем при десорбции.

Главное преимущество процессов PSA перед традиционным методом проведения адсорбционных процессов в циклах адсорбции-десорбции при различных температурах — в устранении стадий нагрева и охлаждения адсорбера, требующих больших затрат времени и энергии.

Следующей отличительной чертой короткоцикловой адсорбции является небольшая длительность циклов адсорбции и регенерации, обычно в пределах нескольких минут, в результате чего указанный процесс получил наименование «короткоцикловая адсорбция».

Свое широкое применение, особенно за рубежом, КЦА получила из-за следующих преимуществ:

  • высокая селективность по адсорбируемым компонентам в зависимости от выбора адсорбента;
  • быстрый пуск и остановка по сравнению с криогенными блоками;
  • большой диапазон работы от 5 до 100% производительности без изменения энергетических затрат;
  • большая гибкость установок, т.е. возможность быстрого изменения режима работы, производительности и чистоты в зависимости от потребности;
  • автоматическое регулирование режима;
  • возможность дистанционного управления;
  • низкие энергетические затраты по сравнению с криогенными блоками;
  • простое аппаратурное оформление;
  • низкие, затраты на обслуживание из-за простоты установок;
  • применение первого защитного слоя адсорбента предотвращает чувствительность к агрессивным компонентам по сравнению с мембранами и гарантирует длительные сроки эксплуатации адсорбента без его замены;
  • низкая стоимость установок по сравнению с криогенными технологиями.

Из-за вышеперечисленных преимуществ КЦА широко применяется для следующих целей:

  • получение водорода из природного и коксового газа, других водородсодержащих газов;
  • получение метана из природного газа;
  • получение окиси и двуокиси углерода;
  • выделение этилена;
  • получение азота и технического кислорода из воздуха;
  • и др. газовых смесей.

источник

Технологии

Воздухоразделительное оборудование

В настоящее время кислород, азот широко используются в ходе производственных процессов в самых разных отраслях промышленности. Как правило, потребители приобретают нужный им газ в газообразном или жидком виде у сторонних поставщиков, однако такая схема организации снабжения имеет ряд существенных недостатков (зависимость от производителя, завышенные цены, возможное низкое качество газа). Самое верное решение этой проблемы – приобрести специализированное воздухоразделительное оборудование и наладить самостоятельное производство газа из сжатого воздуха.

Предлагаемое нашей компанией воздухоразделительное оборудование работает на основе технологии кба (короткоцикловая безнагревная адсорбция), то есть схема работы подобного оборудования базируется на свойствах адсорбирующих материалов поглощать молекулы азота и примесных газов, выделяя кислород или азот. В промышленном производстве генераторы кба используются на протяжении многих лет и успели доказать свою эффективность, надежность и высокое качество выпускаемого продукта.

Прежде чем более подробно рассматривать генераторы кба, мы бы хотели сразу ответить на вопрос о том, что такое короткоцикловая адсорбция и какими преимуществами обладает кба по сравнению с другими методами получения газов.

Технология короткоцикловой безнагревной адсорбции

Сразу заметим, что кба отлично подходит для разделения практически любого газа. В данном случае под адсорбцией понимается связывание молекул газа поверхностью твердых тел, которое, в свою очередь, зависит от типа молекул и свойств адсорбирующей поверхности. В большинстве случаев генераторы кба используют адсорбенты в виде гранул, шариков или специальных прессованных элементов. Наиболее известные адсорбенты, используемые в ходе процесса кба, — это активированный уголь, активированный глинозем, углеродные молекулярные сита или силикагель.

Читайте также:  Установка газовых пружин на багажник

Кроме того, короткоцикловая адсорбция использует и функцию давления. По сути дела, весь процесс кба строится на том, что в генераторы кба подается смесь газов при повышенном давлении, отдельные элементы которой поглощаются адсорбентами, а неадсорбируемые газы проходят через аппарат в специальные накопители, то есть происходит процесс газоразделения. При этом следует учитывать, что короткоцикловая безнагревная адсорбция нуждается в постоянном равновесии между процессами адсорбции и десорбции. Для этой цели адсорбент, используемый генераторами кба, необходимо регенерировать – очищать с его поверхности поглощенные компоненты. Для достижения этой цели, в процессе кба применяются либо повышенные температуры, либо сбрасывание давления. Последняя методика стала стандартом де-факто и используется наиболее часто.

Огромную популярность методика кба получила за счет своих несомненных преимуществ перед другими способами разделения газов. О них и пойдет речь в следующем разделе.

Преимущества, которыми обладает короткоцикловая адсорбция:

  • генераторы кба отличаются быстрым стартом и остановкой, чего не скажешь об обычных криогенных блоках;
  • без особых энергетических затрат воздухоразделительное оборудование, использующее принцип кба, может менять производительность от 5 до 100 процентов;
  • низкие затраты на установку и обслуживание оборудования;
  • крайне простое аппаратное управление;
  • возможность дистанционного управления;
  • длительное использование адсорбента без необходимости его замены;
  • воздухоразделительное оборудование стоит существенно дешевле аналогичных установок для разделения газа.

Преимущества генераторов КЦА

Легкость получения продукта наивысшей чистоты Стабильные показатели на выходе Срок службы более 10 лет Оптимальное соотношение цена/качество Возможность расширения Простое управление Низкая стоимость обслуживания Идеально для применения на высокотехнологичном производстве Работа при экстремально низких и высоких температурах Подтверждение пригодности для работы с пищевыми продуктами

Принципы работы газоразделительных установок

Таблица целевых продуктов

Целевой продукт Состав смеси Конечный состав смеси
Азот, N2 Воздух: 79 % 90-99,8 %
Кислород, О2 Воздух: 21 % 25-45 %
Сухой воздух влажность 100 % точка росы -60 0 С
Метан CH4 (из природного газа) 50-70 % до 99 %
Водород, H2 50-90 % до 99,9 %
СО2 (удаление из природного газа) 20-65 % 1-5 % масс.
СО2 (концентрирование) 40-80 % До 98 %

За счет своих преимуществ генераторы кба широко используются в процессе промышленного производства, однако следует заметить, что воздухоразделительное оборудование от разных производителей может использовать разные принципы адсорбции. На сегодняшний день наибольшее распространение получили следующие разновидности кба:

  • напорные — Pressure Swing Adsorbrion (PSA);
  • вакуумные — Vacuum Swing Adsorbtion (VSA);
  • смешанные — Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA).

Напорные генераторы кба извлекают азот (или кислород) при давлении выше атмосферного. При этом стадия регенерации протекает при обычном атмосферном давлении. В вакуумном оборудовании используется кба при нормальном атмосферном давлении, а процесс регенерации – при отрицательном. Смешанные генераторы кба сочетают изменение положительного и отрицательного давления для достижения наиболее эффективных результатов.

Несмотря на некоторые принципиальные различия, процесс кба протекает одинаково на всех типах оборудования. Воздух проходит через один из 2-х работающих адсорберов и обогащается азотом или кислородом в зависимости от типа используемого адсорбента. Затем обогащенная смесь попадает во второй адсорбер, где она продувается частью произведенного воздуха и одновременно проходит процедуру очистки от нежелательных включений, после чего нужный выделенный газ попадает в накопительные емкости и может применяться в производственных целях.

Дополнительную информацию о газоразделительном оборудовании вы можете получить, позвонив в нашу компанию и опытные специалисты помогут подобрать наиболее эффективные генераторы кба и проконсультируют по всем возникшим у вас вопросам.

Генераторы азота КЦА – многосоставные устройства, состоящие из алюминиевых колонн высокой прочности. Каждая из колонн содержит сдвоенные камеры УМС (расшифровка: углеродных молекулярных сит). УМС является тем материалом, благодаря которому удаляется кислород из сжатого воздуха и остаточные газы. Происходит это за счет молекулярной абсорбции – есть возможность применять азот в качестве одной из производной газа.

Читайте также:  Установка импланта straumann швейцария

источник

ТХ Установка концентрирования водорода (КЦА)

Коротко о файле: Проект установки концентрирования водорода (КЦА). В состав входят пояснительная записка и технологические схемы.

Применяется на всех современных нефтеперерабатывающих заводах. Установка КЦА предназначена для разделения водородсодержащего газа предприятия методом короткоцикловой адсорбции на водород высокой чистоты и углеводородный газ с последующим его сжатием и очисткой от сероводорода аминовым раствором. Целью строительства установки концентрирования водорода (КЦА) и узла компримирования и очистки отходящего углеводородного газа являются: — обеспечение существующих установок гидроочистки и изомеризации водородом высокой чистоты – 99,9%об; — исключение сбросов водородсодержащего газа (далее ВСГ) в топливную сеть предприятия; — оптимизация потребления водорода и топливного газа на предприятии; — улучшение качества топливного газа за счет снижения содержания водорода; — улучшение эксплуатационных характеристик печей предприятия за счет повышения качества топливного газа (отходящий газ КЦА). В состав входят пояснительная записка и все технологические схемы

Проект установки концентрирования водорода (далее КЦА) разработан на основании базового проекта фирмы Линде АГ, Германия. Установка КЦА предназначена для разделения водородсодержащего газа предприятия методом короткоцикловой адсорбции на водород высокой чистоты и углеводородный газ с последующим его сжатием и очисткой от сероводорода аминовым раствором.
Целью строительства установки концентрирования водорода (в дальнейшем — КЦА) и узла компримирования и очистки отходящего углеводородного газа являются:
— обеспечение существующих установок гидроочистки и изомеризации водородом высокой чистоты – 99,9%об;
— исключение сбросов водородсодержащего газа (далее ВСГ) в топливную сеть предприятия;
— оптимизация потребления водорода и топливного газа на предприятии;
— улучшение качества топливного газа за счет снижения содержания водорода;
— улучшение эксплуатационных характеристик печей предприятия за счет повышения качества топливного газа (отходящий газ КЦА).
На установке КЦА будут производиться следующие продукты:
— продуктовый водород с содержанием водорода 99,9% об.;
— углеводородный газ с содержанием сероводорода до 0,01% об.

Номинальная мощность установки КЦА по исходному ВСГ составляет 82 500 нм3/час.

Диапазон регулирования производительности:
— по блоку КЦА – 30-100%;
— по блоку компримирования углеводородного газа – 30-115% от номинальной производительности;
— по блоку очистки углеводородного газа – 30-120% от номинальной производительности.

Режим работы установки – непрерывный.
В соответствии с заданием на проектирование:
— количество часов работы установки в год составляет 8760 часов, межремонтный пробег – 3 года;
— расчет материальных балансов и потребности в основных видах ресурсов выполнен ис-ходя из режима работы установки 8000 часов в году.

Состав и краткая характеристика установки

Установка КЦА входит в состав цеха №3 и состоит из следующих технологических блоков:
— блока подготовки сырья КЦА;
— блока КЦА;
— блока компримирования углеводородного газа;
— блока очистки углеводородного газа;
— блока дожимных компрессоров воздуха КИП;
— вспомогательных узлов.
Процесс выделения водорода из водородсодержащего газа основан на принципе ад-сорбционного разделения газов, называемом также короткоцикловой адсорбцией (КЦА) при изменяющихся давлениях. Имеющиеся примеси углеводородных газов (С1 и выше) адсорбируются при высоком давлении и затем десорбируются при низком давлении. В каждом из адсорберов реализуется один и тот же цикл адсорбции и десорбции, повторяемый в циклическом режиме. При этом обеспечивается непрерывный режим работы установки в целом.

Процесс выделения водорода протекает в восьми адсорберах, заполненных адсор-бентами. Производительность адсорбента по исходному газу уменьшается при повышении температуры и снижении давления, эффективность десорбции выше при более высокой температуре и минимальном давлении. Оптимальная температура для КЦА-процесса нахо-дится в пределах 20-40ºС, давление адсорбции до 2,5 МПа, давление десорбции – 0,03 МПа.

Технологией предусмотрены следующие основные стадии:
— прием, усреднение состава ВСГ в буферной емкости Е-3, очистка его от хлористого во-дорода в хлорных ловушках, очистка от капельной влаги и влаги насыщения – в коагуляторе;
— разделение водородсодержащего газа на продуктовый водород и углеводородный газ в адсорберах А-1 – А-8 блока КЦА, усреднение состава, расхода и давления отходящего углеводородного газа КЦА в двух емкостях остаточного газа Е-1/1 и Е-1/2;
— компримирование углеводородного газа КЦА винтовыми компрессорами с последующей сепарацией;
— очистка углеводородного газа от сероводорода раствором МДЭА и подача его в топлив-ную сеть предприятия.
В качестве абсорбента для очистки углеводородного отходящего газа КЦА от серо-водорода используется 25-45%-ный регенерированный раствор МДЭА с установки ЛЧ-24/7. Насыщенный раствор МДЭА из кубовой части абсорбера К-1 насосами Н-3/1,2 подается в емкость С-113н установки ЛЧ-24/7 на регенерацию. Для дренажа аппаратов и трубопрово-дов от раствора амина перед ремонтом, а также для сбора раствора амина, увлеченного потоком УВГ при абсорбции, из сепаратора С-3 предусмотрена дренажная емкость Е-6. Раствор амина из дренажной емкости периодически откачивается на установку ЛЧ-24/7 в емкость С-113н.
В составе установки предусмотрена емкость сбора углеводородного конденсата Е-5, предназначенная для сбора конденсата из сепараторов и емкостного оборудования уста-новки КЦА и откачки его в емкость прямого питания ГФУ.
Для обеспечения блока КЦА воздухом КИП требуемого качества и параметров в со-ставе установки предусмотрены дожимные компрессоры воздуха КИП и блок осушки возду-ха. Осушенный воздух из сети завода компримируется винтовыми компрессорами КВ-4/1,2 с 3-3,5 до 7 кгс/см2, проходит через адсорбер блока осушки, заполненный цеолитом, и через ресивер Е-7 поступает к потребителям установки. Точка росы воздуха КИП после дополни-тельной осушки составляет минус 60ºС.

Читайте также:  Установка зажигания на дороге

Ведомость рабочих чертежей:
Технологическая схема и принципиальная схема КиА. Блок подготовки сырья, блок КЦА
Технологическая схема и принципиальная схема КиА. Блок аминовой очистки
Технологическая схема и принципиальная схема КиА. Вспомогательные узлы
Схема материальных потоков. Блок подготовки сырья, блок КЦА
Схема материальных потоков. Блок аминовой очистки
Схема разделения на технологические блоки по взрывоопасности. Блок приема и подготовки сырья
Схема разделения на технологические блоки по взрывоопасности. Блок КЦА
Схема разделения на технологические блоки по взрывоопасности. Блок компрессоров
Схема разделения на технологические блоки по взрывоопасности. Блок аминовой очистки
Схема разделения на технологические блоки по взрывоопасности. Блок сепаратора факельного газа
Компоновка оборудования
План раскладки трубопроводов подключения установки КЦА
Структурная схема АСУ ТП
План расположения оборудования в контроллерной
План расположения датчиков загазованности
Принципиальная технологическая схема подключения установки КЦА к сетям предприятия

источник

Особенности процесса очистки водородосодержащего газа метод короткоцикловой адсорбции.

Блок PSA – очистка водородсодержащего газа методом короткоцикловой адсорбции

Водородсодержащий газ (смесь газов после низкотемпературной конверсии установки производства водорода и отдувочного газа с установок Г-43-107/М1, изориформинга, Л-24-300, Л-35-5) после узла подготовки ВСГ с температурой 35 40 0 С и давлением 17 кгс/см 2 поступает из аппарата Е-1502 на блок PSA.

Имеется возможность подачи ВСГ на блок PSA минуя блок подготовки ВСГ.

На блоке PSA происходит очистка ВСГ от загрязнений, после блока выходят два потока:

Несмотря на то, что процесс PSA выглядит непрерывным, внутри он является прерывным процессом, который состоит из параллельноработающих последовательных 8 адсорберов.

Каждый адсорбер работает в определенной последовательности, описание которых приводится ниже.

Если группа адсорберов работает в режиме адсорбции (фаза адсорбции) при высоком давлении, другая в то же время работает в режиме десорбции (фаза регенерации).

Фаза регенерации, в свою очередь, состоит из операций перехода от высокого давления к низкому, и перехода от низкого давления к высокому обратно к адсорбционному давлению.

Главное преимущество многоступенчатого процесса в том, что газ расширения, освобожденный во время понижения давления, используется для набора давления и для очистки других адсорберов. Режим работы зависит от числа работающих адсорберов. Каждый адсорбер выполняет цикл последующих операций: адсорбция, расширение, очистка и повторное повышение давления, повторяющихся в циклическом порядке.

Для обеспечения гибкой работы установка КЦА разработана для двух возможных случаев исходного газа.

Рабочий случай Описание случая
Базовый случай (производится очистка ВСГ с других установок и установки производства водорода)
Альтернативный случай (производится очистка ВСГ только с установки производства водорода)

В случае отказа автоматики на площадке или нарушение работоспособности клапана управления КЦА управляющая программа автоматически выключает работающий со сбоями адсорбер, гарантируя непрерывную эксплуатацию установки с меньшим количеством адсорберов в работе. Минимальное возможное количество адсорберов в работе 4.

источник