Cina: come funziona la rimozione dell'adsorbimento delle oscillazioni di pressione? 

Questo è un argomento attorno al quale si parla tanto, ma in sostanza spesso si riduce al semplice pompaggio e pompaggio. Infatti, se scavi,rimozione dell'adsorbimento dell'oscillazione della pressioneè tutta una filosofia di equilibrio tra velocità, purezza e costo. Molte persone pensano che la cosa principale sia l'adsorbente stesso, dicono, hanno acquistato la costosa zeolite e il processo è iniziato. Ma la chiave è spesso qualcos'altro: nel ciclo stesso, in quella pressione molto variabile, e come implementarlo in un'installazione reale, non cartacea.

Nemmeno un assorbente: dove sta il diavolo

A volte guardo i diagrammi inviati dai colleghi di nuovi progetti. Le colonne, le frecce e le valvole sono disegnate magnificamente. E se chiedi del tempo del ciclo, in particolare del tempo di desorbimento e spurgo, silenzio. Ma è qui che risiede l’efficienza.Assorbimento dell'oscillazione della pressioneottimo per la separazione del gas in cui le differenze nella pressione del vapore o nella cinetica di adsorbimento sono piccole. Ad esempio, la separazione dell'idrogeno dai gas associati o la disidratazione del gas naturale. Ma se non si calcolano correttamente le fasi di riduzione della pressione (spurgo) e di spurgo, non si otterrà un prodotto puro, ma qualcosa di intermedio e addirittura con enormi perdite per la rigenerazione.

Ho avuto esperienza, circa cinque anni fa, con un impianto per ottenere azoto dall'aria. Il cliente si è lamentato della scarsa purezza e dell'elevato consumo di gas di spurgo. Siamo venuti e abbiamo guardato. Si è scoperto che i progettisti avevano fissato un tempo troppo breve per equalizzare la pressione tra le colonne. L'adsorbitore non ha avuto il tempo di scaricarsi normalmente prima della fase di desorbimento; alcuni dei componenti pesanti rimasero e nel ciclo successivo entrarono nella linea di prodotti. Abbiamo dovuto riprogrammare il controller, aumentando letteralmente di secondi le pause tra le commutazioni delle valvole e i parametri sono tornati ai valori del passaporto. È una piccola cosa, ma risolve tutto.

Oppure ecco un'altra cosa con il gas di spurgo stesso. Spesso è tratto da una linea di prodotti, questo è logico. Ma se non si garantisce una purezza sufficiente e una pressione stabile all'ingresso dell'adsorbitore rigenerato, il desorbimento procederà lentamente e in modo incompleto. L'adsorbente cokerà nel tempo e la capacità diminuirà. Poi bisogna fermare la linea ed effettuare la rigenerazione termica, che è costosa e richiede molto tempo. Pertanto il sistema di preparazione e fornitura del flusso di spurgo non è una tubazione secondaria, ma parte del cuore dell'impianto.

Attrezzatura: non tutte le valvole sono uguali

Parlando di realizzazione non si può non citare gli allestimenti. Le valvole a chiusura rapida sono, si potrebbe dire, i giunti dell'intero sistema. La loro usura, velocità di risposta e tenuta quando chiusi influiscono direttamente sull'economia del processo. Se si installano valvole economiche, iniziano a verificarsi perdite tra gli stadi di pressione, miscelazione dei flussi e diminuzione dell'efficienza di separazione. Ciò è particolarmente critico per i processi che producono prodotti di elevata purezza, dove anche le tracce di impurità sono difettose.

Ricordo che in uno degli impianti di produzione di polisilicio veniva utilizzata un'installazioneessiccazione e purificazione dell'idrogenoutilizzando semplicemente la tecnologia PSA (pressione oscillante adsorbimento). Il problema era una microperdita attraverso la bobina di una delle valvole chiave. L’idrogeno è così, troverà una lacuna. Di conseguenza, il punto di rugiada nel flusso essiccato saltava periodicamente. Abbiamo cercato a lungo la causa, il peccato era sull'assorbente, sul programma del ciclo. Ma si è scoperto che c'era un'usura meccanica della guarnizione nella valvola, che si trovava sulla linea di equalizzazione della pressione. L'abbiamo sostituita con una valvola con tolleranze di tenuta più strette: il problema è scomparso.

Da qui la conclusione: quando si progetta un impianto, è necessario installare non solo una valvola, ma una tipologia specifica, con caratteristiche specifiche in termini di numero di cicli e classe di tenuta. E, cosa importante, prevedere la possibilità di diagnosi e di facile sostituzione. Poiché falliranno, è una questione di tempo e condizioni operative.

Adsorbente: selezione e degradazione

E, naturalmente, il nucleo è l'assorbente stesso. Zeoliti, carboni attivi, setacci molecolari. La scelta dipende da cosa stiamo rimuovendo: acqua, CO2, composti solforati, idrocarburi. Un errore comune è cercare di risolvere tutti i problemi con un solo adsorbente. Ad esempio, le zeoliti come 4A o 13X sono eccellenti per l'essiccazione profonda del gas. Ma se il gas contiene molecole polari più pesanti dell’acqua (ad esempio, mercaptani), queste possono ostruire irreversibilmente i pori della zeolite. Hai bisogno di uno strato preliminare di un altro assorbente o di uno schema completamente diverso.

Ho osservato un incidente interessante in un impianto di lavorazione del gas. Prima della separazione a bassa temperatura era presente un'unità standard di disidratazione del gas a due colonne. All'improvviso il ciclo tra le rigenerazioni si è bruscamente ridotto e il punto di rugiada nell'acqua si è alzato. L'abbiamo capito. Si è scoperto che la composizione della materia prima era cambiata: nel gas apparivano tracce di inibitori della formazione di idrati a base di glicole. Essi, essendo più pesanti e avendo un'elevata affinità per la superficie della zeolite, spostavano l'acqua durante il processo di adsorbimento e non venivano completamente rimossi durante il desorbimento. A poco a poco, l'assorbente ha perso la sua capacità idrica. La soluzione non era sostituire urgentemente l’adsorbente, ma installare a monte un filtro scrubber a carbone più semplice per catturare queste impurità pesanti.

La degradazione dell'adsorbente è un processo inevitabile ma gestibile. Oltre all'avvelenamento chimico, ce n'è uno puramente meccanico: l'abrasione dovuta a improvvisi sbalzi di pressione e vibrazioni. Soprattutto negli adsorbitori di grandi dimensioni, dove lo strato assorbente è elevato. È necessario prevedere sistemi di distribuzione uniforme del gas in ingresso e griglie di sostegno di alta qualità per evitare incanalamenti e fluidificazioni dello strato. A volte vedi come, quando si apre l'adsorbitore dopo un paio d'anni di funzionamento, lo strato superiore è polvere e sotto ci sono grumi incrostati. Ciò indica problemi con l'idrodinamica e i cicli di rigenerazione.

Controllo e automazione: dati contro intuizione

Una moderna installazione PSA non è semplicemente una serie di colonne con un timer. Questo è un sistema che deve adattarsi. E qui un ruolo enorme non è giocato tanto dall'automazione in sé, ma da quali parametri controlliamo e come li interpretiamo. L'installazione di sensori su ciascun flusso è costosa. Ma senza monitorare i parametri chiave, si lavora alla cieca.

Il set minimo richiesto, a mio avviso: pressione nelle colonne in ogni fase significativa (adsorbimento, scarico, spurgo), temperatura nelle parti superiore e inferiore dell'adsorbitore (dalla quale si può giudicare indirettamente il fronte di adsorbimento e la completezza della rigenerazione) e, ovviamente, l'analisi del prodotto all'uscita (almeno un cromatografo o un analizzatore del punto di rugiada laser). Spesso risparmiano sui sensori di temperatura, ma invano. Ho visto come la curva della temperatura nella parte centrale della colonna determinasse chiaramente il momento della fuoriuscita dell'umidità, ancor prima che fosse registrato dall'analizzatore all'uscita. Ciò ha permesso di regolare in modo flessibile la durata del ciclo in tempo reale, a seconda del carico e dell'umidità della materia prima, risparmiando sia l'energia che la risorsa dell'adsorbente.

Ma anche qui ci sono delle insidie. Un sistema di controllo eccessivamente complesso, con una serie di sensori e un algoritmo complesso, può diventare un grattacapo per il personale di manutenzione. Se l'operatore non comprende la logica del sistema non sarà in grado di rispondere adeguatamente ad un guasto né di effettuare la manutenzione programmata. Pertanto, il sistema ideale è un equilibrio tra un grado sufficiente di automazione e trasparenza e comprensibilità del processo per l'ingegnere in loco.

Uno sguardo dall'interno del settore: esperienza di progetto

Lavorando in questo campo ci si imbatte costantemente in approcci diversi. Alcuni si affidano ad attrezzature importate altamente affidabili ma costose. Qualcuno sta cercando di localizzare tutto, dall'assorbente ai sistemi di controllo. È interessante osservare lo sviluppo delle aziende cinesi in questo segmento. Sono passati dalla copia alla creazione di soluzioni completamente indipendenti e competitive. Prendiamo ad esempioChengdu Yizhi Technology Co.- questo è un istituto di design creato sulla base della tecnologia chimica di Chengdu Huaxi. Hanno alle spalle una seria esperienza nella tecnologia chimica e puoi sentirlo.

Dai un'occhiata al loro sito webyzkjhx.ru– è chiaro che non vendono solo scatole con la scritta PSA, ma offrono soluzioni di design. Questo è importante. Perché non ci sono quasi compiti tipici. La composizione del gas, la purezza richiesta del prodotto, la disponibilità di risorse energetiche per la rigenerazione: tutto è diverso. Abbiamo bisogno di calcoli individuali, modellazione, selezione della combinazione esatta di fasi del ciclo, pressione e assorbente che diano il massimo effetto economico per un cliente specifico.

Il loro approccio, per quanto ho capito dall'esperienza delle collaborazioni, si basa su uno studio approfondito dello schema tecnologico. Non puoi semplicemente prendere un disegno da un progetto precedente e ridimensionarlo. Sembra che prestino molta attenzione alla modellazione dinamica dei processi per prevedere il comportamento dell'impianto quando le condizioni cambiano. Questo è ciò che distingue un giocatore maturo da un selezionatore. Naturalmente, il capitale sociale di 120 milioni di yuan non è una garanzia del successo di ogni progetto, ma è un indicatore di intenzioni serie e di risorse per la ricerca e la sperimentazione.

Alla finerimozione dell'adsorbimento dell'oscillazione della pressione– questo è un metodo vivo e in via di sviluppo. Non esiste una formula corretta. Ci sono principi di base, ma il successo è determinato dall'attenzione a centinaia di piccoli dettagli: dalla qualità della saldatura sull'adsorbitore alla logica nel controllore programmabile. E, soprattutto, capire cosa condividi, perché e in quali condizioni. Senza questo, qualsiasi installazione, anche la più costosa, consumerà solo energia hardware.