Применение
- Процессы нефтепереработки
Извлечения и концентрирования водорода в циклах нефтеперерабатывающих производств. Концентрирование водорода из отдувочных газов гидроочистки, гидрокрекинга, изомеризации, каталитического риформинга, снижение концентрации нежелательных примесей до необходимого уровня.
- Процессы химии и нефтехимии
Извлечение и концентрирование водорода из отдувочных газов пиролиза, дегидрирования алканов и алкенов, отдувочных газов производства метанола и других технологических потоков.
- Аммиачные производства
Отделение водорода от азота, метана и аргона в потоках аммиачного продувочного газа.
- Производства синтез-газа
Производство высокочистого водорода из синтез-газа с практически полным удалением CO и CO2.
Состав оборудования
- Сосуды под давлением
• комбинированный сепаратор тонкой очистки;
• фильтр продуктового водорода (опция).
• Адсорбер;
• емкость остаточного газа со внутренними устройствами.
- Система компрессоров:
• компрессор остаточного газа (опция). Винтовой компрессор для подачи остаточного газа в топливное кольцо;
• винтовой компрессор на стапеле сборки;
• винтовая компрессорная установка в сборе.
- Клапанная сборка с приборами КИП и трубопроводами
- Предохранительные клапаны для защиты установки от превышения давления
- Система управления
- Управляющая программа
- Лестницы и площадки обслуживания, трубопроводы вне клапанной сборки
- Специально подобранный адсорбент
Преимущества
- Большой опыт наших специалистов в проектировании и пусков в эксплуатацию установок КЦА (более 1000 единиц)
- Высокая степень извлечения продукта
- Автоматический пуск с «нулевого» давления. Все предварительные операции по пуску происходят в автоматическом режиме
- Вывод установки из эксплуатации в автоматическом режиме без отключения с сохранением чистоты продукта и степени его извлечения
- Специально подобранные переключающие клапана с большим количеством циклов срабатывания
- Специально подобранный адсорбент со сроком эксплуатации 15-20 лет
- Для надежной работы в зимний период все клапана оснащены теплоизоляционными кожухами с электроподогревом. По желанию Заказчика вся клапанная сборка может быть помещена в укрытие с подогревом и вентиляцией
Основы процесса КЦА
Короткоцикловой адсорбционный процесс основан на физических адсорбционных явлениях, когда очень летучие составы с низкой полярностью (водородом или гелий), являются практически не адсорбируемыми по сравнению с молекулами CO2, CO, N2 и углеводородов. Следовательно большинство примесей в водородосодержащем потоке могут выборочно адсорбироваться с получением продуктового водорода высокой чистоты
КОРОТКОЦИКЛОВАЯ АДСОРБЦИОННАЯ (КЦА) установка разработана для непрерывной очистки ВСГ. Хотя КЦА процесс внешне кажется непрерывным, внутренне он является прерывистым, состоящим из множества последовательностей, работающих параллельно. Вообще, каждый адсорбер выполняет специальный цикл КЦА, периодически повторяемый в циклическом режиме. Один КЦА цикл состоит из двух основных фаз: адсорбция и регенерация.
Управляющая программа обеспечивает последовательность технологических операций и переключение работающего адсорбера, чтобы поддержать чистоту продукта. Поэтому последовательное выполнение операций обеспечивает то обстоятельство, что прежде чем адсорбционная способность работающего адсорбера будет истощена, другой адсорбер пройдет регенерацию и в нем будет создано давление, чтобы принять на себя функцию адсорбирования.
Нижеприведенный рисунок поясняет короткоцикловой адсорбционный процесс. Он показывает адсорбционные изотермы, описывающие соотношение между парциальным давлением компонента и его равновесной загрузкой в адсорбент для постоянных температур.
Адсорбция выполняется под высоким давлением (обычно в диапазоне 10 - 40 кг/см2), повышая соответствующее парциальное давление и следовательно равновесную загрузку примесей в адсорбент.
Десорбция или регенерация имеют место на низком давлении (обычно немного выше атмосферного давления), уменьшая равновесную загрузку примесей в адсорбент.
Количество примесей, адсорбированных в одном цикле, соответствует разности адсорбционной и десорбционной загрузки (остаточная загрузка).
АДСОРБЦИЯ
Исходный газ проходит через адсорбер в восходящем направлении от нижней части до верхней части и примеси типа CO2, углеводородов и CO выборочно адсорбируются на поверхности адсорбента. Очищенный продуктовый водородный газ выходит из верхней части адсорбера и подается на коллектор продукта.
Чистота продуктового водорода остается постоянной в течение адсорбционного цикла. В конце адсорбционного цикла начинают накапливаться примеси. Это указывает на то, что адсорбер загружен примесями и должен регенерироваться.
После загрузки в течение адсорбционных последовательностей, адсорбер регенерируется четырьмя основными шагами:
- давление в адсорбере снижается до низкого уровня параллельно расходу подачи. Параллельный сброс давления использует водород адсорбера, чтобы создать давление или продуть другие адсорберы;
- давление в адсорбере снижается в направлении противотока давлению остаточного газа ( последовательность сброса) для удаления примесей из адсорбента;
- адсорбер продувается под давлением остаточного газа водородом, полученным в адсорберах при продувочной последовательностей или чистым водородным газом из водородного коллектора, чтобы удалить остаточные примеси из адсорбента;
- адсорбер ставится под давление ступенчато до давления адсорбции водородом адсорберов.
Состав исходного газа
Для непрерывного процесса примеси, адсорбируемые во время фазы адсорбции, должны удаляться из слоя адсорбента во время фазы регенерации. Это означает, что силы сцепления между компонентом примеси и адсорбентом должны быть достаточно высокими для адсорбции под высоким давлением, но достаточно низкими для десорбции под низким давлением. Чтобы непрерывно удалять все примеси, у установок КЦА обычно есть слоистый слой, более низкий слой (с самыми низкими силами сцепления) для удаления "самых тяжелых" компонентов, и верхний слой - для удаления "легких" компонентов:
Если, например, из-за различия состава исходного газа по сравнению с расчетным более тяжелый компонент будет перенесен в верхний слой, то этот компонент будет полностью адсорбироваться этим слоем, но плохо десорбироваться и поэтому будет непрерывно дезактивировать этот слой.
Грубо примеси могут быть разделены на 2 группы.
Группа 1:
CO, N2, C1, C2, O2, He
Примеси, которые не могут привести к необратимой перегрузке адсорбционного материала
Работа установки КЦА со слишком высокой концентрацией этих примесей (по сравнению с расчетной) может привести к проникновению примесей в продуктовый водород. Обычно такое проникновение примесей в продукт может быть обнаружено поточным анализатором, и оператор может отреагировать на это, уменьшив расход на входе КЦА и/или КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ. Затем адсорбционные материалы могут быть полностью регенерированы, если количество поступающих примесей уменьшается.
Группа 2:
Все компоненты, не перечисленные в группе 1, особенно: CO2, C3, C4+, H2O(пар)
Примеси, которые могут привести к необратимой перегрузке адсорбционного материала. Это возможно в следующих случаях:
- a) Примеси в исходном газе, которые не определены в основах проектирования установки.
В этом случае в емкости адсорбера не может быть никакого соответствующего слоя для неспецифицированных компонентов.
- b) Содержание критических компонентов в исходном газе выше расчетного ИЛИ расход сырья на КЦА превышают ее фактическую максимальную производительность.
Производительность специального слоя для этих компонентов может оказаться недостаточной даже без немедленного прорыва легких компонентов в продукт, который может быть обнаружен поточным анализатором.
Во всех вышеупомянутых случаях критические компоненты войдут в контакт с адсорбирующими слоями, из которых плохо или совсем не десорбируются. Это приводит к продолжающейся дезактивации, которая не может быть немедленно обнаружена анализом продуктового газа. Если по истечению определенного периода времени происходит прорыв легких компонентов из-за дезактивации нижних слоев в слое, эта дезактивация наиболее вероятно будет необратимой в условиях КЦА и приведет к постоянному ухудшению показателей ее работы.
Поэтому перегрузки установки КЦА примесями ГРУППЫ 2 нужно избегать в любом случае.
ЖИДКОСТИ никогда не должны попадать в газообразную фазу КЦА, потому что они дезактивируют слои адсорбента в любом случае.
Следующая схема показывает конфигурацию установки КЦА
