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Cina: innovazioni nella tecnologia PSA per l'ambiente

Quando ne parlanoTecnologia PSAin Cina molti immaginano subito giganteschi impianti petrolchimici. Ma la vera innovazione ora risiede nel suo adattamento ai problemi ambientali, e qui ci sono molte sfumature che non sono scritte nei rapporti.

Dall'assorbimento classico a uno strumento ambientale

ClassicoP.S.A.(adsorbimento con oscillazione di pressione) è stato utilizzato per decenni per produrre idrogeno o ossigeno puro. L'essenza è il processo ciclico di adsorbimento e desorbimento su zeoliti o setacci molecolari di carbonio. Ma circa 10 anni fa, in Cina è iniziata una forte tendenza verso un’industria più ecologica. E poi si è scoperto che la stessa tecnologia, ma con un approccio diverso alla progettazione degli adsorbenti e alla selezione degli adsorbenti, può risolvere problemi completamente diversi.

Ad esempio, la cattura e il recupero dei composti organici volatili (COV) dagli impianti di produzione. Non limitarti a bruciarlo, ma restituiscilo al processo. Oppure depurando il biogas dalla CO2 per produrre metano commerciabile. Ciò ha richiesto una revisione di molti parametri canonici. Velocità del ciclo, caduta di pressione, persino la forma delle valvole: tutto doveva essere ricalcolato per i flussi sporchi e umidi e non per il gas naturale purificato.

Il primo progetto di recupero dei vapori di benzene che ho riscontrato da un impianto è quasi fallito a causa della condensa. La zeolite classica si intasa entro una settimana. La soluzione è stata trovata in uno strato combinato di adsorbente: prima un materiale più idrofobo rimuove l'umidità, quindi un assorbente specializzato agisce sui componenti target. Ma ciò ha aumentato i costi di capitale e inizialmente il cliente è rimasto scioccato. Ci è voluto molto tempo per calcolare il rimborso dovuto alla restituzione del prodotto.

Sfide chiave: non teoria, ma condizioni sul campo

Il problema principale è ambientaleP.S.A.— instabilità del flusso in ingresso. Nello stesso impianto di recupero solventi, la concentrazione può aumentare notevolmente a seconda della modalità della linea principale. E l'automazione, configurata per un flusso stabile, inizia a fallire. La commutazione frequente delle valvole porta alla loro usura. In uno degli stabilimenti nella provincia di Jiangsu, abbiamo installato un sistema con una linea di adsorbimento di riserva e una logica di controllo più flessibile che analizza la tendenza piuttosto che il valore istantaneo. Ma questo è, ovviamente, più costoso.

Un altro punto è il consumo energetico. Il PSA classico per l'aria consuma molta energia a causa della compressione. Nelle applicazioni ambientali, è spesso possibile utilizzare ventilatori a bassa pressione se l'impianto idraulico è progettato correttamente. Ma qui è necessario un calcolo accurato, altrimenti l'adsorbimento sarà inefficace. Uno dei nostri partnerChengdu Yizhi Technology Co.(il loro sito web èhttps://www.yzkjhx.ru), è specializzata in tali soluzioni ingegneristiche. Non si limitano a vendere installazioni, ma conducono l’intero ciclo dall’audit alla messa in servizio. Questo è importante perché senza un’analisi approfondita dei dati di origine, il progetto è destinato a fallire.

A proposito, circaChengdu Yizhi Technology Co.. Si tratta di un istituto di design fondato da Chengdu Huaxi Chemical Technology Co., Ltd. nel 2013. Con un capitale sociale di 120 milioni di yuan, possono permettersi un'attività di ricerca e sviluppo seria. Ho visto il loro impianto pilota per la purificazione del gas di cokeria in un'acciaieria. C'era uno schema interessante con preraffreddamento e essiccazione, che ha prolungato significativamente la durata dell'adsorbente principale. Ma hanno anche riconosciuto che la scelta di una coppia di adsorbimento per ambienti così aggressivi è sempre un compromesso tra capacità e durata.

Caso: il biogas e le complessità dell’economia

Una direzione molto indicativa è la modernizzazione delle stazioni di biogas. Lo schema standard è la combustione in un impianto di cogenerazione. Ma se si pulisce il biogas dal 40% di CO2 e composti di zolfo, si ottiene il biometano, che può essere pompato nella rete o utilizzato come carburante per motori. L’economia sta cambiando radicalmente.

Abbiamo lavorato a un progetto nello Shandong. L’obiettivo è aumentare il potere calorifico del gas. UsatoTecnologia PSAa base di setacci molecolari di carbonio modificato. La difficoltà principale non era nemmeno nella tecnologia, ma nelle materie prime: la composizione del letame cambiava stagionalmente, il che influiva sulla concentrazione di idrogeno solforato. È stato necessario integrare un'ulteriore fase di purificazione basata sul chemisorbimento prima del PSA. Ciò ha aggiunto costi operativi ma ha protetto il costoso adsorbente.

La cosa più interessante è iniziata nella fase di avvio. I sensori di ossigeno hanno mostrato picchi fantasma, il sistema è andato in crash. Si è scoperto che il problema era nei micropori del nuovo adsorbente, che catturavano parte dell'aria durante la rigenerazione. Abbiamo deciso di modificare la procedura di spurgo. Non puoi scrivere queste piccole cose nel passaporto di installazione; si apprendono solo nel lavoro.

I materiali contano: non solo le zeoliti

Le pubblicazioni spesso si concentrano sulle zeoliti. Ma nei progetti ambientali reali vengono sempre più utilizzati adsorbenti ibridi e strutture a telaio metallo-organico (MOF). La loro capacità di assorbire alcuni inquinanti specifici, come i mercaptani, è molte volte superiore.

Ma c'è una sfumatura: costi e stabilità. I MOF possono essere sensibili alla presenza di vapore acqueo. In uno dei seminari, un rappresentante di un istituto accademico ha parlato di un nuovo materiale composito basato su una matrice di grafene. Sembrava impressionante, ma quando abbiamo chiesto campioni da testare in condizioni reali (con polvere e aerosol), si è scoperto che la sua durata sotto carico ciclico non era stata ancora studiata. L'innovazione in laboratorio e in officina sono due cose molto diverse.

Pertanto, molte società di ingegneria, inclusa la citata Yizhi Technology, stanno creando le proprie composizioni adsorbenti brevettate. Non sono sempre rivoluzionari, ma sono testati per la stabilità a lungo termine. Il loro sito web, tra l'altro, è una buona fonte per comprendere le tendenze attuali nelle applicazioni.P.S.A.nell'Asia.

Guardando al futuro: integrazione e digitale

Il prossimo passo che vedo è l’integrazione delle installazioni PSA nel contorno digitale complessivo dell’impresa. Non solo un'unità autonoma, ma un sistema che riceve dati sulle fermate pianificate della produzione principale, prevede la composizione delle materie prime e ne ottimizza in anticipo il ciclo.

Ad esempio, se si sa che domani verrà fornita alla linea una materia prima con un diverso contenuto di impurità, l'impianto può regolare in anticipo la durata del ciclo di adsorbimento. Ciò aumenta sia l'efficienza che la durata dell'adsorbente. Esistono già progetti pilota di questo tipo, ma l’implementazione su larga scala è ostacolata dall’impreparazione delle infrastrutture in molte vecchie fabbriche.

Un’altra direzione promettente è la miniaturizzazione delle fonti di inquinamento distribuite. Non una grande fabbrica, ma tanti piccoli laboratori. Qui abbiamo bisogno di soluzioni PSA compatte, quasi modulari. Si sta lavorando su questo aspetto, ma l’ostacolo principale è il costo di produzione di apparecchiature ad alta precisione su piccola scala, come un blocco valvole.

Nel complesso, l'innovazione inTecnologie PSAper l’ecologia in Cina, non si tratta di scoperte rivoluzionarie, ma di adattamento minuzioso, ingegnosità ingegneristica e volontà di cercare soluzioni non standard per ogni flusso specifico, spesso imperfetto. Ed è proprio in questo lavoro banale che nasce il vero effetto sull'ambiente.