Учебный вопрос № 2. Комплексная очистка и осушка воздуха синтетическими цеолитами

В современных воздухоразделительных установках, работающих по циклам высокого и среднего давления, для комплексной очистки перерабатываемого воздуха от паров воды двуокиси углерода, ацетилена и других углеводородов используют цеолиты.

В блоке комплексной очистки имеются два переключаемых адсорбера, заполненных синтетическим цеолитом NaX. Применение блоков комплексной очистки снижает эксплуатационные расходы и упрощает схемы воздухоразделительных установок, так как из схем исключают блок щелочной очистки, блоки осушки воздуха и адсорберы ацетилена. Это позволяет сократить производственную площадь, занимаемую установкой, увеличить время работы установки до капитального ремонта, снизить удельный расход энергии, повысить надежность и безопасность работы установки.

В целях повышения эффективности работы блока комплексной очистки воздух перед поступлением в адсорбер предварительно охлаждают в теплообменнике-ожижителе до температуры 278 К и пропускают через вла-гоотделитель. В блок очистки помимо двух адсорберов входят фильтр, электроподогреватель, газодувка, контрольно-измерительные приборы и автоматика, арматура, кожух, изоляция. Схема компоновки этого оборудования аналогична схеме блока адсорбционной осушки воздуха. Сжатый в компрессоре до необходимого давления и предварительно охлажденный воздух поступает в один из попеременно работающих адсорберов блока очистки для осушки от влаги и очистки от двуокиси углерода и углеводородов; затем воздух очищается от пыли и направляется в блок разделения.

Поглощающая способность цеолитов зависит от адсорбируемого газа; она наименьшая для СО2. Поэтому длительность цикла очистки воздуха и размеры адсорберов при использовании цеолитов определяются степенью очистки воздуха от двуокиси углерода. После насыщения адсорбционную способность цеолитов необходимо восстановить, т.е. провести их регенерацию, заключающуюся в прогреве адсорбента сухим азотом. Регенерацию адсорбента проводят противопотоком.

В целях экономии расхода чистого азота для регенерации цеолитов азот из блока, разделения воздуха поступает в циркуляционный контур на всасывание газодувки, сжимается в ней до 0,17МПа и нагретый в электроподогревателе до 653...673К направляется на десорбцию цеолита во второй адсорбер. Из регенерирующего адсорбера азот поступает в водяной холодильник и затем возвращается в газодувку. Удаление двуокиси углерода и влаги из системы циркуляции производят путем сброса в атмосферу 30% адсорбирующего азота с одновременной подпиткой циркуляционного контура таким же количеством сухого чистого азота из блока разделения. Десорбция адсорбента заканчивается при достижении температуры на выходе из адсорбера 536К. Затем электроподогреватель отключается, и адсорбент охлаждается этим же азотом. При охлаждении адсорбента азот из системы в атмосферу не сбрасывается, а после газодувки он охлаждается во втором холодильнике. Процессы адсорбции, десорбции и охлаждения, переключение арматуры, включение и отключение электроподогревателя производятся автоматически по заданной программе.

Параметры воздуха, прошедшего комплексную очистку, следующие: содержание влаги соответствует точке росы 203К, двуокиси углерода не более 3∙10-4 % в перерабатываемом воздухе, ацетилена и углеводородов не более 3,6∙10-4 %.

Принцип работы блока осушки

Осушка воздуха от влаги и очистка его от двуокиси углерода, ацетилена и других углеводородов происходит в результате адсорбции их синтетическими цеолитами в адсорберах блока очистки.

Процесс работы блока включает в себя ряд взаимосвязанных процессов:

процесс адсорбции;

процесс регенерации (состоит из десорбции и охлаждения адсорбента);

доохлаждение адсорбента.

Процесс адсорбции – поглощение газов, паров и углеводородов веществами с высокопористой структурой - адсорбентами, в данном случае цеолитом марки NaX.

Данный процесс продолжается в течение определенного времени, до определенного предела насыщения (до определенного времени защитного действия адсорбционного слоя).На блоке комплексной очистки воздуха таким временем является период, когда после него проходит воздух, содержащий углекислоту в пределах 10-20см3/м3 перерабатываемого воздуха, а влаги – по точке росы не ниже (–70°С) при Р=150 кгс/см2. Многие параметры влияют на продолжительность процесса адсорбции, его качество главными среди них являются - температура и скорость поступающего воздуха. В дальнейшем поглотительная способность цеолитов ухудшается, и продолжение их работы приводит к нарушению технологического процесса работы ВРУ.

Работа КБО в режиме адсорбции определяется по степени насыщения цеолита двуокисью углерода ибо они поглощают СО2 хуже, чем влагу (6,5 часов). В ходе процесса адсорбции кроме влаги, двуокиси углерода происходит очистка воздуха от ацетилена, других углеводородов, а также масла и продуктов его разложения; что позволяет обеспечить безопасность в работе ВРУ.

На ход процесса адсорбции значительное влияние оказывает качество цеолита, высота слоя адсорбента и продолжительность его работы.

Адсорбционная способность цеолита восстанавливается регенерацией.

Процесс регенерации - удаление ранее поглощенных вредных примесей из цеолита и восстановление его первоначальных свойств. Может осуществляться как разогретым воздухом, так и отбросным газом (азотом). В КБО воздуха регенерация адсорбента осуществляется отбросным газом (азотом).

Процесс регенерации включает в себя ряд операций:

десорбция адсорбента;

охлаждение адсорбента.

Десорбция адсорбента - нагревание адсорбента подогретым в электроподогревателеотбросным газом до температуры 380-400°С. Продолжается в течение 3 часов до температуры отбросного газа на выходе из адсорберов Т =200°С.

Количество поступающего азота – не менее 105 м3/ч, его давление 0,2-0,3 кгс/см2, количество азота зависит от давления в колонне низкого давления и поддерживается вентилем.

Температура поступающего отбросного газа поддерживается на выходе из электроподогревателя и адсорберов автоматически, с помощью терморегуляторов ТР-102 (ТР-103) или вручную кнопками «ПУСК» и «СТОП».

В процессе десорбции осуществляется выпаривание вредных примесей и окончательное их удаление происходит при температуре на выходе из адсорберов равными 200°С, причем последним удаляется двуокись углерода. Опыт эксплуатации ВРУ показал, что данную температуру на выходе из адсорберов можно достигнуть в течений 3-х часов. После окончания прогрева цеолита отбросньм газом адсорбер ставят в режим охлаждения адсорбента.

Охлаждение адсорбента осуществляется путем пропускания отбросного газа через регенерируемый адсорбер без предварительного его подогрева. Электроподогревательотбросного газа в этот момент выключен.

В момент охлаждения адсорбента количество отбросного газа увеличивается до 220 м3/час путем прикрытия вентиля на БРВ (контроль осуществляется по указателю расхода УЖК).

Повышение количества отбросного газа вызвано сокращением времени ввода в строй адсорберов. Процесс продолжается 3,5 часа и характеризуется понижением температуры до нормальной (+30°С).

После окончания охлаждения адсорбента до нормальных температур происходит доохлаждение данного адсорбера до рабочих температур (+5°С...+8°С, цеолит в этом случае обладает наилучшими поглотительными способностями) технологическим воздухом.

Доохлаждение адсорбера осуществляется техническим воздухом путем постановки данного адсорбера на параллельную работу с рабочим. Процесс доохлаждения воздуха продолжается в течение последних 3-х часов до постановки рабочего адсорбента на регенерацию.

В момент доохлаждения адсорбента контролируется температура воздуха на выходе из блока очистки по термометру ТЗ. Она должна быть не выше, чем на 15°С температуры Т2 и регулируется с помощью входного запорного воздушного вентиля 3-101(-3-102).

При проведении процесса доохлаждения адсорбента наблюдаются некоторые изменения в работе блока разделения воздуха, а именно, понижаются уровни жидкости в сборниках КВД и КНД, подает анализ кислорода. Это объясняется тем, что при параллельной работе адсорберов увеличивается занос воздуха с более высокой температурой, холодопроизводительность ВРУ понижается. Поэтому, чтобы не изменять режим работы ВРУ в момент параллельной работы адсорберов поднимают давление воздуха в системе или при данном давлении воздуха в системе увеличивают нагрузку на детандер.

После доохлаждения воздуха до температуры технологического воздуха, адсорберы переключают с одного режима работы на другой Подробно рассмотрев процессы, происходящие в КБО воздуха при его работе, рассмотрим порядок его работы.

Регенерация адсорбента производится потоком газа, отбросного из блока разделения, нагретого в электроподогревателе блока очистки до температуры З80-400°С. Горячий газ поступает в адсорберы через верхнюю горловину баллона и выходит через нижнюю горловину. Регенерация считается законченной при достижении температуры выходящего регенерирующего газа 200°С.

После окончания регенерации электроподогреватель выключается и адсорбент (цеолит) охлаждается тем же потоком отбросного газа. Доохлаждениеотрегенерированного адсорбента до рабочей температуры производится при параллельной работе адсорберов, т.е. адсорбер, работавший в режиме очистки перед постановкой его на регенерацию, должны работать последние три часа совместно с адсорбером, который находился на охлаждении адсорбента. Ввиду того, что цеолит поглощает двуокись углерода хуже, чем влагу и ацетилен, период переключения адсорберов в режиме очистки воздуха определяется из условия насыщения адсорбента двуокисью углерода.

Воздух с температурой в пределах 5-8°С и под давлением до 200 кгс/см2 поступает через нижнюю горловину в один из адсорберов, где происходит дальнейшая очистка и осушка его, выходит через верхнюю горловину адсорбера и по трубопроводу поступает к фильтру блока очистки. В фильтре воздух очищается от цеолитов от пыли и направляется в блок разделения и детандер.

Перед адсорберами установлен обратный клапан, защищающий адсорбент от разрушения при резком внезапном падении давления воздуха на входе в блок очистки.

С целью защиты блока разделения и электроподогревателя блока очистки от повышения давления на линии входа регенерирующего газа в электроподогреватель предусмотрена разрывная мембрана, срабатывающая при давлении 0,8-1,2 кгс/см2 .

Для автоматического выключения электроподогревателя при повышении температуры выше заданной на линии регенерирующего газа за электроподогревателем и на выходе газа из адсорберов установлены терморегуляторы.

В целях предотвращения износа цеолита наполнение и опорожнение адсорберов производится в течение 15 минут.

Работу блока очистки и осушки воздуха можно представить на цикловой диаграмме.

Цикловая диаграмма отражает величину отрезков времени, в течение: которых происходят различные этапы переключения адсорберов и перераспределения газовых потоков.