China: Como funciona a remoção da adsorção por oscilação de pressão? 

Este é um tópico em torno do qual se fala muito, mas em essência muitas vezes é reduzido a simples bombeamento e bombeamento. Na verdade, se você cavar,remoção de adsorção por oscilação de pressãoé toda uma filosofia de equilíbrio entre velocidade, pureza e custo. Muita gente pensa que o principal é o próprio adsorvente, dizem, compraram zeólita cara e o processo começou. Mas a chave é muitas vezes outra coisa - no próprio ciclo, nessa pressão muito variável, e como implementá-la numa instalação real, não em papel.

Nem um único adsorvente: onde está o diabo

Às vezes vejo diagramas enviados por colegas de novos projetos. As colunas, setas e válvulas são lindamente desenhadas. E se você perguntar sobre o tempo do ciclo, principalmente o tempo de dessorção e purga - silêncio. Mas é aqui que reside a eficiência.Adsorção por oscilação de pressãobom para separação de gases onde as diferenças na pressão de vapor ou na cinética de adsorção são pequenas. Por exemplo, a separação do hidrogénio dos gases associados ou a desidratação do gás natural. Mas se você não calcular corretamente as fases de redução de pressão (purga) e purga, você acabará não com um produto puro, mas com algo intermediário, e até mesmo com enormes perdas para regeneração.

Tive experiência, há cerca de cinco anos, com uma instalação de obtenção de nitrogênio do ar. O cliente reclamou da baixa pureza e do alto consumo de gás de purga. Nós viemos e olhamos. Descobriu-se que os projetistas definiram um tempo muito curto para equalizar a pressão entre as colunas. O adsorvedor não teve tempo de descarregar normalmente antes da fase de dessorção; alguns componentes pesados ​​permaneceram e no ciclo seguinte entraram na linha de produtos. Tivemos que reprogramar o controlador, literalmente aumentamos as pausas entre as trocas de válvulas em segundos - e os parâmetros voltaram aos valores do passaporte. É uma coisa pequena, mas resolve tudo.

Ou aqui está outra coisa com o próprio gás de purga. Muitas vezes é retirado de uma linha de produtos, isso é lógico. Mas se você não garantir sua pureza suficiente e pressão estável na entrada do adsorvedor regenerado, a dessorção ocorrerá de forma lenta e incompleta. O adsorvente irá coquear com o tempo e a capacidade diminuirá. Aí é preciso parar a linha e fazer a regeneração térmica, o que é caro e demorado. Portanto, o sistema de preparação e fornecimento do fluxo de purga não é uma tubulação secundária, mas sim parte do coração da instalação.

Equipamento: Nem todas as válvulas são criadas iguais

Falando em implementação, não se pode deixar de mencionar as ferragens. As válvulas de ação rápida são, pode-se dizer, as juntas de todo o sistema. Seu desgaste, velocidade de resposta e estanqueidade quando fechados afetam diretamente a economia do processo. Se você instalar válvulas baratas, os vazamentos começarão entre os estágios de pressão, mistura de fluxos e uma diminuição na eficiência de separação. Isto é especialmente crítico para processos que produzem produtos de alta pureza, onde até mesmo vestígios de impurezas são defeituosos.

Lembro que em uma das fábricas de produção de polissilício eles usaram uma instalaçãosecagem e purificação de hidrogênioapenas usando a tecnologia PSA (adsorção por oscilação de pressão). O problema era um microvazamento através do carretel de uma das válvulas principais. O hidrogênio é assim, vai encontrar uma brecha. Como resultado, o ponto de orvalho no riacho seco aumentou periodicamente. Procuramos muito a causa, o pecado estava no adsorvente, no programa do ciclo. Mas descobriu-se que havia desgaste mecânico da vedação da válvula, localizada na linha de equalização de pressão. Substituímo-la por uma válvula com tolerâncias de aperto mais restritas - o problema desapareceu.

Daí a conclusão: ao projetar um sistema, é necessário instalar não apenas uma válvula, mas um tipo específico, com características específicas em termos de número de ciclos e classe de estanqueidade. E, o que é importante, prevê a possibilidade de diagnóstico e fácil substituição. Porque eles irão falhar - é uma questão de tempo e de condições de operação.

Adsorvente: seleção e degradação

E, claro, o núcleo é o próprio sorvente. Zeólitas, carvões ativados, peneiras moleculares. A escolha depende do que estamos removendo: água, CO2, compostos de enxofre, hidrocarbonetos. Um erro comum é tentar resolver todos os problemas com um adsorvente. Por exemplo, zeólitas como 4A ou 13X são excelentes para secagem profunda a gás. Mas se o gás contiver moléculas polares mais pesadas que a água (por exemplo, mercaptanos), elas podem obstruir irreversivelmente os poros do zeólito. Você precisa de uma camada preliminar de outro sorvente ou de um esquema completamente diferente.

Observei um incidente interessante numa fábrica de processamento de gás. Havia uma unidade padrão de desidratação de gás de duas colunas antes da separação em baixa temperatura. De repente, o ciclo entre regenerações encurtou drasticamente e o ponto de orvalho na água aumentou. Nós descobrimos isso. Descobriu-se que a composição da matéria-prima mudou - vestígios de inibidores de formação de hidrato à base de glicol apareceram no gás. Eles, por serem mais pesados ​​e terem alta afinidade pela superfície da zeólita, deslocaram água durante o processo de adsorção e não foram completamente removidos durante a dessorção. Gradualmente, o sorvente perdeu sua capacidade hídrica. A solução não foi substituir urgentemente o adsorvente, mas instalar a montante um filtro purificador de carbono mais simples para capturar essas impurezas pesadas.

A degradação do adsorvente é um processo inevitável, mas administrável. Além do envenenamento químico, existe um envenenamento puramente mecânico - abrasão devido a mudanças bruscas de pressão e vibração. Principalmente em adsorventes grandes, onde a camada sorvente é alta. É necessário prever sistemas de distribuição uniforme de gases na entrada e grades de suporte de alta qualidade para evitar canalização e fluidização da camada. Às vezes você vê como, ao abrir o adsorvedor após alguns anos de operação, a camada superior é poeira e abaixo há pedaços endurecidos. Isto indica problemas com a hidrodinâmica e os ciclos de regeneração.

Controle e automação: dados versus intuição

Uma instalação PSA moderna não é apenas uma série de colunas com temporizador. Este é um sistema que deve se adaptar. E aqui um grande papel é desempenhado não tanto pela automação em si, mas por quais parâmetros controlamos e como os interpretamos. Instalar sensores em cada fluxo é caro. Mas sem monitorar os principais parâmetros, você estará trabalhando às cegas.

O conjunto mínimo necessário, na minha opinião: pressão nas colunas em cada fase significativa (adsorção, descarga, purga), temperatura nas partes superior e inferior do adsorvedor (a partir da qual se pode avaliar indiretamente a frente de adsorção e a integridade da regeneração) e, claro, análise do produto na saída (pelo menos um cromatógrafo ou analisador de ponto de orvalho a laser). Muitas vezes economizam em sensores de temperatura, mas em vão. Vi como a curva de temperatura na parte central da coluna determinava claramente o momento de passagem da umidade, antes mesmo de ser registrada pelo analisador na saída. Isso possibilitou ajustar com flexibilidade a duração do ciclo em tempo real, dependendo da carga e da umidade da matéria-prima, economizando energia e recurso do adsorvente.

Mas também há armadilhas aqui. Um sistema de controle excessivamente complexo, com vários sensores e um algoritmo complexo, pode se tornar uma dor de cabeça para o pessoal de manutenção. Se o operador não compreender a lógica do sistema, não conseguirá responder adequadamente a uma falha ou realizar manutenções programadas. Portanto, o sistema ideal é um equilíbrio entre um grau suficiente de automação e transparência e compreensão do processo para o engenheiro no local.

Um olhar de dentro da indústria: experiência em projetos

Trabalhando nesta área, você constantemente se depara com diferentes abordagens. Alguns dependem de equipamentos importados altamente confiáveis, mas caros. Alguém está tentando localizar tudo, desde o adsorvente até os sistemas de controle. É interessante observar o desenvolvimento das empresas chinesas neste segmento. Eles passaram da cópia à criação de soluções competitivas e completamente independentes. Tomemos por exemploTecnologia Co. de Chengdu Yizhi.- este é um instituto de design criado com base na Chengdu Huaxi Chemical Technology. Eles têm uma séria experiência em tecnologia química e você pode sentir isso.

Dê uma olhada no site delesyzkjhx.ru– é claro que não vendem apenas caixas com a inscrição PSA, mas oferecem soluções de design. Isto é importante. Porque quase não existem tarefas típicas. A composição do gás, a pureza exigida do produto, a disponibilidade de recursos energéticos para regeneração - tudo é diferente. Precisamos de cálculos individuais, modelagem, seleção exata da combinação de fases do ciclo, pressão e sorvente que proporcionarão o máximo efeito econômico para um cliente específico.

A sua abordagem, tal como a entendo pela experiência de colaborações, baseia-se num estudo aprofundado do esquema tecnológico. Você não pode simplesmente pegar um desenho de um projeto anterior e dimensioná-lo. Eles parecem prestar muita atenção à modelagem dinâmica de processos para prever o comportamento da planta quando as condições mudam. Isto é o que separa um jogador maduro de um selecionador. É claro que o capital social de 120 milhões de yuans não é uma garantia do sucesso de cada projeto, mas é um indicador de intenções sérias e de recursos para pesquisa e testes.

No finalremoção de adsorção por oscilação de pressão– este é um método vivo e em desenvolvimento. Não existe uma fórmula correta. Existem princípios básicos, mas o sucesso é determinado pela atenção a centenas de pequenos detalhes: desde a qualidade da solda no adsorvedor até a lógica do controlador programável. E o mais importante, uma compreensão do que você compartilha, por que e em que condições. Sem isso, qualquer instalação, mesmo a mais cara, será apenas hardware consumindo energia.