Факторы, влияющие на процесс короткоцикловой адсорбции

Метод короткоцикловой адсорбции основан на физическом закреплении газовых молекул на материале адсорбента в зависимости от следующих параметров:

- парциального давления газового компонента;

- рабочей температуры;

- компонентов газа;

- материала адсорбента.

Эффект разделения базируется на различных силах сцепления молекул газа с материалом адсорбента.

Все адсорбенты имеют пористую поверхность с разными размерами пор в зависимости от типа адсорбента. Молекулы, двигаясь к внутренней поверхности, адсорбируются на ней.

Адсорбенты, применяемые в процессе, представляют собой гранулы или экструдаты с большими активными поверхностями адсорбции. Внешняя геометрическая поверхность менее активна, чем внутренняя, за счет пористости, т.е. за счет большой внутренней поверхности.

В данном процессе применяются четыре слоя различного типа адсорбента, чтобы связывать различные компоненты ВСГ.

На рис. 3 приведен характер изменения адсорбционных сил.

Слабые

водород

азот

оксид углерода

метан

диоксид углерода

этан

пропан

бутан

сероводород

вода

Сильные

Рисунок 3.

При одинаковой температуре и давлении эти разные связующие силы выражены разными сорбционными способностями адсорбента.

Во время прохождения ВСГ через слои адсорбента при высоком давлении, компоненты проникают в поры адсорбента и за счет сорбционной силы происходит связывание. Этот процесс сопровождается выделением адсорбционной теплоты.

Высоколетучие компоненты с низкой полярностью, такие как водород, фактически не адсорбируются в отличие от таких молекул, как СО₂, СО, N₂, углеводороды, водяные пары. Следовательно, из водородсодержащего газа примеси могут адсорбироваться избирательно, благодаря чему возможно получение водорода высокой чистоты.

При движении ВСГ более адсорбируемые компоненты проходят слои адсорбента медленнее, чем менее адсорбируемые. Таким образом, концентрация загрязнений уменьшается во время прохода газа сквозь адсорбент. Адсорбция загрязнений на адсорбенте при высоком давлении является первой стадией очистки газа.

Для получения чистого водорода фаза адсорбции должна быть закончена до полного заполнения пор адсорбента загрязнениями. Чтобы получить непрерывный поток очищенного водорода поток, исходного ВСГ должен быть переключен на другой регенерированный адсорбер, что осуществляется автоматически системой управления PSA.

Удаление загрязнений из слоя адсорбента путем регенерации производится в две стадии:

- понижение давления;

- продувка адсорбента.

При понижении давления сорбционные силы ослабевают, и адсорбент начинает освобождаться от адсорбированных загрязнений, но определенное количество загрязнений еще остается на адсорбенте.

Для того чтобы удалить оставшиеся на адсорбенте загрязнения необходимо продуть адсорбент небольшим количеством газа, содержащего низкую концентрацию загрязнений.

Процесс PSA приводит к определенным потерям водорода, связанным с понижением давления при очистке и с продувкой. Эти потери будут уменьшены, если водород при снижении давления в адсорбере, прошедшего стадию адсорбции, использовать для повышения давления в другом адсорбере. Чем больше число адсорберов, тем больше шагов выравнивания давления, тем меньше потерь водорода.

Давление адсорбции

Производительность адсорбера зависит от давления. При повышении давления мощность адсорбера увеличивается, а при понижении уменьшается.

Температура

Производительность адсорбера зависит от температуры исходного газа. При понижении температуры исходного ВСГ мощность адсорбера увеличивается, при повышении уменьшается.

Давление десорбции

Так как загрязненный адсорбент регенерируется за счет понижения давления, то наиболее эффективная регенерация происходит при наиболее низком давлении десорбции.

Производительность адсорбера зависит от давления десорбции. При понижении давления десорбции мощность адсорбера увеличивается, при повышении уменьшается.

Состав исходного газа

Производительность адсорбера зависит от вида и количества адсорбируемых компонентов.

Адсорбционная мощность выше при высоком содержании Н₂ в исходном ВСГ и ниже при более низком содержании Н₂.

Особое внимание надо обратить на минимальное количество воды в исходном сырье, которое может вывести из строя оборудование и адсорбенты. Присутствие капельной влаги в сырье недопустимо.