China: Hoe werkt het verwijderen van adsorptie door drukschommelingen? 

Dit is een onderwerp waar zoveel over gepraat wordt, maar in essentie wordt het vaak gereduceerd tot simpel pompen en pompen. Sterker nog, als je graaft,verwijdering van adsorptie door drukschommelingenis een hele filosofie van evenwicht tussen snelheid, zuiverheid en kosten. Veel mensen denken dat het belangrijkste het adsorbens zelf is, zeggen ze, ze kochten dure zeoliet en het proces begon. Maar de sleutel ligt vaak in iets anders: in de cyclus zelf, in die zeer variabele druk, en hoe je die kunt implementeren in een echte, niet papieren, installatie.

Geen enkel adsorbens: waar de duivel ligt

Ik kijk soms naar de schema's die collega's van nieuwe projecten sturen. De kolommen, pijlen en kleppen zijn prachtig getekend. En als je vraagt ​​naar de cyclustijd, vooral de tijd van desorptie en zuivering: stilte. Maar dit is waar efficiëntie zit.Adsorptie onder drukgoed voor gasscheiding waarbij de verschillen in dampdruk of adsorptiekinetiek klein zijn. Denk bijvoorbeeld aan het scheiden van waterstof uit geassocieerde gassen of het ontwateren van aardgas. Maar als je de drukverlagings- (spui)- en spoelfasen niet correct berekent, krijg je geen puur product, maar iets daartussenin, en zelfs met enorme verliezen voor regeneratie.

Ik had, zo'n vijf jaar geleden, ervaring met één installatie om stikstof uit de lucht te halen. De klant klaagde over de lage zuiverheid en het hoge spoelgasverbruik. Wij kwamen kijken. Het bleek dat de ontwerpers een te korte tijd hadden ingesteld om de druk tussen de kolommen gelijk te maken. De adsorber had vóór de desorptiefase geen tijd om normaal te ontladen; enkele van de zware componenten bleven over en in de volgende cyclus gingen ze naar de productlijn. We moesten de controller opnieuw programmeren, de pauzes tussen klepschakelingen letterlijk met seconden vergroten - en de parameters keerden terug naar de paspoortwaarden. Het is een kleinigheidje, maar het lost alles op.

Of hier is iets anders met het spoelgas zelf. Vaak is het afkomstig uit een productlijn, dit is logisch. Maar als u niet zorgt voor voldoende zuiverheid en stabiele druk bij de inlaat van de geregenereerde adsorber, zal de desorptie traag en onvolledig verlopen. Het adsorbens zal na verloop van tijd vercooksen en de capaciteit zal afnemen. Dan moet u de lijn stopzetten en thermische regeneratie uitvoeren, wat duur en tijdrovend is. Het systeem voor het voorbereiden en leveren van de spoelstroom is dus geen secundair leidingwerk, maar onderdeel van het hart van de installatie.

Uitrusting: Niet alle kleppen zijn gelijk gemaakt

Over de uitvoering gesproken, het is onmogelijk om de uitrusting niet te vergeten. Snelwerkende kleppen zijn, zou je kunnen zeggen, de verbindingen van het hele systeem. Hun slijtage, reactiesnelheid en dichtheid in gesloten toestand hebben rechtstreeks invloed op de economie van het proces. Als u goedkope kleppen installeert, ontstaan ​​er lekkages tussen de druktrappen, vermenging van de stromen en een afname van de scheidingsefficiëntie. Dit is vooral van cruciaal belang voor processen die producten met een hoge zuiverheid produceren, waarbij zelfs sporen van onzuiverheden defect zijn.

Ik herinner me dat ze in een van de polysiliciumproductiefabrieken een installatie gebruiktendrogen en zuiveren van waterstofalleen met behulp van PSA-technologie (Pressure Swing Adsorption). Het probleem was microlekkage via de spoel van een van de sleutelkleppen. Waterstof is zo: het zal een gat vinden. Als gevolg hiervan steeg het dauwpunt in de gedroogde stroom periodiek. We hebben lang naar de oorzaak gezocht, de zonde zat op het adsorbens, op het cyclusprogramma. Maar het bleek dat er sprake was van mechanische slijtage van de afdichting in de klep, die zich op de drukvereffeningsleiding bevond. We hebben het vervangen door een klep met nauwere toleranties voor de dichtheid - het probleem verdween.

Vandaar de conclusie: bij het ontwerpen van een systeem moet je niet zomaar een klep installeren, maar een specifiek type, met specifieke kenmerken qua aantal cycli en dichtheidsklasse. En, wat belangrijk is, zorg voor de mogelijkheid van diagnose en gemakkelijke vervanging. Omdat ze zullen falen - het is een kwestie van tijd en bedrijfsomstandigheden.

Adsorbens: selectie en afbraak

En natuurlijk is de kern het sorptiemiddel zelf. Zeolieten, actieve kool, moleculaire zeven. De keuze hangt af van wat we verwijderen: water, CO2, zwavelverbindingen, koolwaterstoffen. Een veelgemaakte fout is om alle problemen met één adsorbens op te lossen. Zeolieten zoals 4A of 13X zijn bijvoorbeeld uitstekend geschikt voor diepgasdrogen. Maar als het gas polaire moleculen bevat die zwaarder zijn dan water (bijvoorbeeld mercaptanen), kunnen deze de zeolietporiën onomkeerbaar verstoppen. Je hebt een voorlaag van een ander sorptiemiddel nodig, of een heel ander schema.

Ik heb een interessant incident waargenomen bij een gasverwerkingsfabriek. Er was een standaard gasdehydratatie-eenheid met twee kolommen vóór scheiding bij lage temperatuur. Plotseling werd de cyclus tussen regeneraties scherp korter en kroop het dauwpunt in het water omhoog. Wij zijn er achter gekomen. Het bleek dat de samenstelling van de grondstof was veranderd: er verschenen sporen van op glycol gebaseerde hydraatvormingsremmers in het gas. Omdat ze zwaarder waren en een hoge affiniteit voor het zeolietoppervlak hadden, verdrongen ze water tijdens het adsorptieproces en werden ze tijdens de desorptie niet volledig verwijderd. Geleidelijk aan verloor het sorptiemiddel zijn watercapaciteit. De oplossing was niet om het adsorbens dringend te vervangen, maar om stroomopwaarts een eenvoudiger koolstofwasserfilter te installeren om deze zware onzuiverheden op te vangen.

Afbraak van het adsorbens is een onvermijdelijk maar beheersbaar proces. Naast chemische vergiftiging is er een puur mechanische vergiftiging: slijtage als gevolg van plotselinge veranderingen in druk en trillingen. Vooral in grote adsorbers, waar de sorbenslaag hoog is. Het is noodzakelijk om systemen te voorzien voor een uniforme gasverdeling bij de inlaat en hoogwaardige ondersteunende roosters om kanalisatie en fluïdisatie van de laag te voorkomen. Soms zie je hoe bij het openen van de adsorber na een paar jaar gebruik de bovenste laag stof is en daaronder aangekoekte klonten. Dit duidt op problemen met de hydrodynamica en regeneratiecycli.

Controle en automatisering: data versus intuïtie

Een moderne PSA-installatie is niet zomaar een serie kolommen met een timer. Dit is een systeem dat zich moet aanpassen. En hier wordt niet zozeer de automatisering zelf een grote rol gespeeld, maar ook de parameters die we controleren en hoe we ze interpreteren. Het installeren van sensoren op elke stream is duur. Maar zonder de belangrijkste parameters te monitoren, werk je blindelings.

De minimaal vereiste set is naar mijn mening: druk in de kolommen in elke significante fase (adsorptie, ontlading, zuivering), temperatuur in de bovenste en onderste delen van de adsorber (waarvan je indirect het adsorptiefront en de volledigheid van de regeneratie kunt beoordelen), en natuurlijk analyse van het product aan de uitlaat (tenminste een chromatograaf of laserdauwpuntanalysator). Ze besparen vaak op temperatuursensoren, maar tevergeefs. Ik zag hoe het temperatuurverloop in het midden van de kolom duidelijk het moment van vochtdoorbraak bepaalde, nog voordat dit door de analysator bij de uitlaat werd geregistreerd. Dit maakte het mogelijk om de cyclusduur in realtime flexibel aan te passen, afhankelijk van de belasting en vochtigheid van de grondstof, waardoor zowel energie als de hulpbronnen van het adsorbens werden bespaard.

Maar ook hier zijn er valkuilen. Een te complex besturingssysteem, met een heleboel sensoren en een complex algoritme, kan onderhoudspersoneel hoofdpijn bezorgen. Als de operator de logica van het systeem niet begrijpt, kan hij niet goed reageren op een storing of gepland onderhoud uitvoeren. Daarom is het ideale systeem een ​​balans tussen een voldoende mate van automatisering en transparantie en begrijpelijkheid van het proces voor de engineer ter plaatse.

Een kijkje vanuit de branche: projectervaring

Als je in dit vakgebied werkt, kom je voortdurend verschillende benaderingen tegen. Sommigen vertrouwen op zeer betrouwbare maar dure geïmporteerde apparatuur. Iemand probeert alles te lokaliseren, van het adsorbens tot de besturingssystemen. Het is interessant om de ontwikkeling van Chinese bedrijven in dit segment te bekijken. Ze zijn van kopiëren overgegaan naar het creëren van volledig onafhankelijke, concurrerende oplossingen. Laten we een voorbeeld nemenChengdu Yizhi Technologie Co.- dit is een ontwerpinstituut opgericht op basis van Chengdu Huaxi Chemical Technology. Ze hebben serieuze ervaring in de chemische technologie achter de rug, en dat voel je.

Kijk eens op hun websiteyzkjhx.ru– het is duidelijk dat ze niet alleen dozen met het PSA-opschrift verkopen, maar ook ontwerpoplossingen aanbieden. Dit is belangrijk. Omdat er bijna geen typische taken zijn. De samenstelling van het gas, de vereiste zuiverheid van het product, de beschikbaarheid van energiebronnen voor regeneratie - alles is anders. We hebben individuele berekeningen, modellering en selectie nodig van precies de combinatie van cyclusfasen, druk en sorptiemiddel die het maximale economische effect voor een specifieke klant zal opleveren.

Hun aanpak, zoals ik die begrijp uit de ervaring van samenwerkingen, is gebaseerd op een diepgaande studie van het technologische schema. Je kunt niet zomaar een tekening uit een eerder project nemen en deze schalen. Ze lijken veel aandacht te besteden aan dynamische procesmodellering om het gedrag van de plant te voorspellen wanneer de omstandigheden veranderen. Dit is wat een volwassen speler onderscheidt van een plukker. Natuurlijk is het maatschappelijk kapitaal van 120 miljoen yuan geen garantie voor het succes van elk project, maar het is een indicator van serieuze bedoelingen en middelen voor onderzoek en testen.

Op het eindeverwijdering van adsorptie door drukschommelingen– dit is een levende, zich ontwikkelende methode. Er bestaat niet één juiste formule. Er zijn basisprincipes, maar het succes wordt bepaald door aandacht voor honderden kleine details: van de kwaliteit van de las op de adsorber tot de logica in de programmeerbare controller. En het allerbelangrijkste: inzicht in wat je deelt, waarom en onder welke voorwaarden. Zonder dit zal elke installatie, zelfs de duurste, alleen maar hardware zijn die energie verbruikt.