Установки КЦА для извлечения и очистки водорода

• Процессы нефтепереработки

Используются для извлечения и концентрирования водорода в рамках различных циклов нефтеперерабатывающих производств. Установки позволяют концентрировать водород из отдувочных газов, образующихся при гидроочистке, гидрокрекинге, изомеризации и каталитическом риформинге. Это обеспечивает снижение концентрации нежелательных примесей до уровней, соответствующих технологическим требованиям.

• Процессы химии и нефтехимии

Применяются для извлечения и концентрирования водорода из отдувочных газов процессов пиролиза, а также при дегидрировании алканов и алкенов. Также установки эффективно работают с отдувочными газами производства метанола и другими промышленными технологическими потоками.

• Аммиачные производства

Технология КЦА позволяет осуществлять эффективное отделение водорода от азота, метана и аргона в потоках аммиачного продувочного газа, что необходимо для обеспечения чистоты компонентов.

• Производства синтез-газа

Установки обеспечивают получение высокочистого водорода из синтез-газа с практически полным удалением углекислого (CO2) и окиси углерода (CO), что критически важно для последующих стадий производства.

• Сосуды под давлением:

• комбинированный сепаратор тонкой очистки;

• фильтр продуктового водорода (предусмотрен как опциональный компонент);

• адсорбер;

• емкость остаточного газа, оснащенная внутренними устройствами.

• Система компрессоров:

• компрессор остаточного газа (опциональный модуль); винтовой компрессор, предназначенный для подачи остаточного газа в топливное кольцо;

• винтовой компрессор на стапеле сборки;

• законченная винтовая компрессорная установка в сборе.

• Клапанная сборка, включающая приборы КИП и сопутствующие трубопроводы.
• Предохранительные клапаны, обеспечивающие защиту установки от превышения расчетного давления.
• Система управления и соответствующая управляющая программа.
• Инженерные сооружения: лестницы и площадки для обслуживания, а также трубопроводы, расположенные вне клапанной сборки.
• Специально подобранный адсорбент, соответствующий техническим требованиям процесса.

Короткоцикловой адсорбционный процесс базируется на физических явлениях адсорбции. В данной технологии очень летучие соединения с низкой полярностью (такие как водород или гелий) практически не адсорбируются на поверхности материала по сравнению с молекулами CO2, CO, N2 и углеводородами. Благодаря этому свойству большинство примесей в водородосодержащем потоке могут быть выборочно поглощены, что позволяет получать продуктовый водород высокой степени чистоты.

КОРОТКОЦИКЛОВАЯ АДСОРБЦИОННАЯ (КЦА) установка спроектирована для обеспечения непрерывной очистки водородсодержащих газов (ВСГ). Несмотря на то, что процесс выглядит непрерывным с точки зрения подачи сырья и выхода продукта, внутренне он является прерывистым. Он состоит из множества последовательностей, работающих параллельно между собой. Каждый отдельный адсорбер выполняет специфический цикл КЦА, который периодически повторяется в циклическом режиме. Один полный цикл КЦА включает две основные фазы: фазу адсорбции и фазу регенерации.

Управляющая программа обеспечивает строгое соблюдение последовательности технологических операций и своевременное переключение работающих адсорберов для поддержания стабильной чистоты продукта. Такое последовательное выполнение действий гарантирует, что прежде чем адсорбционная способность работающего адсорбера будет исчерпана, другой блок пройдет цикл регенерации. После завершения регенерации в нем создается необходимое давление для принятия на себя функции адсорбирования.

Нижеприведенный рисунок поясняет схему короткоциклового адсорбционного процесса. На нем представлены адсорбционные изотермы, которые описывают зависимость между парциальным давлением компонента и его равновесной загрузкой в адсорбент при постоянных температурных режимах.


Процесс адсорбции протекает под высоким давлением (как правило, в диапазоне от 10 до 40 кг/см2). Это способствует повышению соответствующего парциального давления компонентов и, следовательно, увеличивает равновесную загрузку примесей в структуру адсорбента.

Десорбция или регенерация, напротив, происходят при низком давлении (обычно чуть выше атмосферного). Снижение давления приводит к уменьшению равновесной загрузки примесей, позволяя им покидать поверхность адсорбента. Количество примесей, поглощенных за один цикл, соответствует разнице между адсорбционной и десорбционной загрузками (остаточной загрузкой).

Исходный газ поступает в адсорбер в восходящем направлении — от нижней части к верхней. В процессе движения примеси типа CO2, углеводородов и CO выборочно адсорбируются на поверхности материала. Очищенный продуктовый водородный газ выходит из верхней части адсорбера и направляется на коллектор продукта.

Чистота получаемого водорода остается стабильной на протяжении всего адсорбционного цикла. К моменту завершения цикла в системе начинают накапливаться примеси в значительных количествах. Это служит индикатором того, что адсорбер полностью загружен и требует перехода к стадии регенерации.

• Снижение давления в адсорбере до низкого уровня происходит параллельно с расходом подачи. Использование параллельного сброса давления позволяет использовать водород из текущего адсорбера для создания давления или продувки других блоков;
• Давление в адсорбере снижается в направлении противотока относительно давления остаточного газа (последовательность сброса), что необходимо для эффективного удаления примесей из структуры адсорбента;
• Продувка адсорбера под давлением остаточного газа водородом, полученным в других адсорберах в ходе продувочных последовательностей, или чистым водородом из коллектора. Это делается для удаления остаточных следов примесей;
• Постепенное (ступенчатое) создание давления в адсорбере до уровня, необходимого для начала нового цикла адсорбции водородом других блоков.

Для обеспечения непрерывности процесса все примеси, адсорбируемые в фазе адсорбции, должны полностью вымываться из слоев адсорбента во время фазы регенерации. Это подразумевает, что силы сцепления между молекулами примеси и адсорбентом должны быть достаточно высокими для удержания их при высоком давлении, но при этом