Технология газоразделения - короткоцикловая адсорбция

Одной из разработок компании являются установки короткоцикловой адсорбции, используемые для разделения газовых смесей с получением водорода, азота, кислорода, метана, этилена и др. компонентов высокой концентрацией (от 95% до 99,9999%). Данная технология позволяет разделять практически любой газ.

Термин "адсорбция" определяется как связывание молекул газа или жидкости поверхностью твердого тела, которое обусловлено их силами взаимодействия, величина которого определяется типом молекул и свойствами адсорбирующей поверхности. Коммерчески доступные адсорбенты выпускаются в виде гранул, шариков или прессованных элементов специальной формы и большой площадью поверхности и их наружная поверхность составляет лишь малую долю общей, формирующейся, большей частью, за счет внутренних пор. Такие известные адсорбенты, как алюмосиликатные и углеродные молекулярные сита, активированный уголь, силикагель, активированный глинозём имеет площадь поверхности пор в несколько сотен квадратных метров на грамм адсорбента.

Поглощающая способность адсорбентов описывается изотермами адсорбции, показывающими какое количество газа может быть связано на данной адсорбенте при данной температуре, как функцию парциального давления этого газа. Множество изотерм этого типа было построено в результате экспериментов с различными комбинациями газов и адсорбентов.

Различия в силах взаимодействуя адсорбента с различными газами можно использовать для разделения смеси газов или извлечения ее отдельных компонентов. Наиболее часто для разделения используют различия в скорости адсорбции разных газов, например, при извлечении азота из воздуха с помощью углеродных молекулярных сит. Разработка технологического процесса короткоцикловой адсорбции использует тот факт, что поглощение газа адсорбентом является функцией давления. Поэтому, конкретный процесс адсорбции строится так, что смесь газов подается в адсорбер при повышенном давлении и температуре внешней среды и в процессе легкоадсорбируемые компоненты смеси поглощаются адсорбентом в то время как слабоадсорбируемые или неадсорбируемые проходят через аппарат, благодаря чему происходит разделения 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 путём повышения температуры, либо путём сброса давления. Обычно в короткоцикловой адсорбции используют регенерацию посредством сброса давления. 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" -/КЦА/.

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;
• оборудование соответствует мировым стандартам качества, но по гораздо более низки ценам по сравнению с зарубежными производителями ( в 2-3 раза!!)

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.

Наше предприятие располагает также технологией применения сплавов редкоземельных металлов, которая позволяет создавать установки по получению особо чистого водорода с содержанием примесей менее 0,00 1 ррm.

Что касается технологии использования полимерных, мембран для разделения газовых смесей, то исходя из собственного опыта, мы не рекомендуем ее применение, так как такие установки имеют ряд существенных недостатков по сравнению с коротко цикловой адсорбцией:

• более высокая энергоёмкость;
• меньшая надежность;
• срок службы составляет 3-5 лет в результате естественного старения и разрушения мембран;
• малая ремонтопригодность, т.к. замена пакет мембран сопоставима со стоимостью всей установки;
• сложности в поддержании стабильного режима;
• полная зависимость от импортных материалов.