ВРУ. Воздухоразделительные установки
 Скачать 22.89 Kb.
|
|
1 слайд Воздухоразделительные установки (ВРУ) — установки для разделения воздуха на компоненты, а именно на: кислород, азот, аргон, неон, ксенон. 2 слайд Темпы ежегодного прироста производства этих газов в мире превышают прирост любых других видов продукции. Промышленное производство этих газов осуществляется на воздухоразделительных установках (ВРУ). Существует три основных способа разделения воздуха: криогенный, адсорбционный и мембранный. Два последних, несмотря на определенные достоинства, имеют ограниченное распространение из-за трудности создания разделительных установок большой производительности. 3 слайд В отличие от мембранных установок, криогенные и адсорбционные ВРУ представляют собой сложные технические системы, включающие: оборудование для сжатия атмосферного воздуха, его очистки от влаги, двуокиси углерода, взрывоопасных примесей; теплообменные аппараты для охлаждения воздуха до криогенных температур и нагрева продуктов разделения; ректификационные колонны и конденсаторы-испарители; криогенные насосы и т. п Мембранные процессы разделения газовых смесей относятся к новым технологическим процессам, которые в настоящее время находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности. В технологическом отношении организация процесса разделения на мембранах отличается простотой и широко применяется на практике. 4 слайд Мембранная технология. Мембранное разделение газов основано на использовании селективно-проницаемых мембран. А именно, на преимущественной проницаемости одного или нескольких компонентов газовой смеси через разделительную перегородку – мембрану. Как правило, мембранная технология используется для извлечения азота из воздуха, выделения водорода из водородсодержащих газовых смесей, углекислого газа и воды из природного газа. 5 слайд Требуется создание больших поверхностей мембран, и для этого их оббединяют в модули. Мембранный модуль обеспечивает разделение исходного потока F на два: пермеат и ретант. На выходе из модуля мы получаем: пермеат, Он содержит все ненужные примеси, в том числе и диоксид серы, сероводород, сероуглерод, меркаптаны, воду, соли и т. п.; ретентат — очищенный газ, подготовленный к подаче в магистральную сеть. Пермеат является газовым концентратом, в котором в значительной мере повышено содержание тяжелых углеводородов. 6 слайд Существуют различные модули. На картинке половолоконной мембраны. Корпус модуля имеет один патрубок для входа исходной смеси газов и два патрубка для выхода разделенных компонентов. Разделение смеси происходит за счет разницы парциальных давлений на внешней и внутренней поверхностях половолоконной мембраны. Газы, «быстро» проникающие через полимерную мембрану (например H22, CO22, O22, пары воды, высшие углеводороды), поступают внутрь волокон и выходят из мембранного картриджа через один из выходных патрубков. Газы, «медленно» проникающие через мембрану (например, CO угарный газ, N2, CH4), выходят из мембранного модуля через второй выходной патрубок. Соответственно, компоненты воздуха можно разделить на трудно- и легкопроникающие через полимерные фильтры газы воздух в аппарате разделяется на два потока: проникающий (пермеат) и не проникающий (ретентат) через мембрану. Кислород проникает через мембрану в неск. раз быстрее, чем азот, поэтому пермеат обогащается кислородом, а ретант - азотом. Содержание О2 и N2 в продуктах разделения тем больше, чем выше селективность мембран. В промышленности применяют мембраны из поливинилтриметилсилана, обладающие хорошей селективностью и высокой газопроницаемостью. Диффузионный метод воздуха разделения нашел практическое применение в тех случаях, когда требуются относительно небольшие кол-ва воздуха, умеренно обогащенного О2. Воздухоразделение с применением мембран осуществляется непрерывным способом, при температуре окружающей среды без фазовых превращений, что наряду с простотой аппаратурного оформления определяет экономичность этого метода. Этот метод хорош для разделения небольших объемов воздуха, но не экономичен для крупного производства. Также недостатком является сравнительно низкая степень чистоты продукта. Адсорбционная технология. Технология разделения воздуха на газы методом адсорбции используется там, где требуется меньший объём производства газов из воздуха и меньшие энергозатраты. Принцип работы адсорбционных установок основан на способности поглощения материалом (через который проходит воздух) молекул одного из газов: N2, O2, H2, Ar, CO2, … Технология напорной короткоцикловой адсорбции (PSA)) базируется на разделении молекул газов из поступающего атмосферного воздуха путем чередования двух процессов – адсорбции и десорбции. В Адсорбер №1 подается воздушная смесь, где под высоким давлением адсорбенты удерживают молекулы азота, в то время как молекулы кислорода и неадсорбируемые/малоадсорбируемые молекулы других газов отводятся через клапан в специальный резервуар. В Адсорбере №2 происходит фаза регенерации, при которой путем сброса давления с поверхности адсорбентов удаляются поглощенные компоненты. схема: Воздушный компрессор сжимает атмосферный воздух После сжатия воздух подается на фильтры грубой и тонкой очистки для удаления механических примесей и паров масла, а после них в адсорбционный воздухоразделительный блок. Воздух под давлением 6 – 8 бар поступает в адсорбер 1 При прохождении воздуха через слой адсорбента молекулы кислорода (меньшие по размеру от молекул азота) улавливаются адсорбентами и задерживаются на углеродном молекулярном сите (CMS). Крупные молекулы азота не могут попасть в поры сита, поэтому проходят сквозь него и выводятся в специальный резервуар. В результате получается инертный газ высокой степени чистоты, который можно сразу использовать или хранить. Кроме того, часть азота из 1 –го адсорбера поступает через перепускной дроссельный клапан в адсорбер 2 для вытеснения из него кислорода. (направление: сверху – вниз), где происходит сброс давления. Поток поступающего воздуха вытесняет кислород, который попал в предыдущей фазе разделения, и выводит его вместе с выхлопными газами. Фазы адсорбции и регенерации происходят в двух разных резервуарах с молекулярными ситами, которые переключатся между фазами разделения воздуха и регенерации. Адсорбер 2 насыщается кислородом и производит азот, а адсорбер 1 освобождается от накопленного кислорода. Далее цикл повторяется многократно. Криогенная технология. Принцип работы криогенных установок основан на сжижении воздуха и последующем его разделении в парожидкостной фазе на основные компоненты на азот, кислород и аргон. Такой способ получения газов называется разделением воздуха методом глубокого охлаждения Вследствие разности температур кипения отдельных компонентов смеси появляется возможность отбирать тот или иной газ на разных стадиях процесса. Во время движения по ректификационной колонне вверх паровая фаза обогащается компонентом с более низкой температурой кипения (азотом), а стекающая вниз жидкая фаза насыщается кислородом. схема Атмосферный воздух закачивается, фильтруется от частиц пыли с помощью воздушного фильтра и сжимается компрессором до примерно 6 бар. Подготовка воздух: Далее сжатый воздух попадает в систему комплексной очистки для удаление углекислого газа, воды, ув. Поскольку газы, из которых состоит воздух, сжижаются только при очень низких температурах, очищенный воздух в главном теплообменнике охлаждается до приблизительно -175°C, за счет теплообмена с кубовой смесью и продуктовым азотом. Выработка холода путем расширения части кубового продукта из колонны ректификации в турбодетандере. Осушенный, очищенный и предварительно охлажденный воздух подается в блок разделения, где происходит основной процесс ректификации и получения продуктов. Ректификацию воздуха обычно проводят в аппарате двукратного действия, который состоит из двух расположенных одна над другой колонн со встроенным между ними по высоте или выносным конденсатором-испарителем. Разделение воздуха на чистый кислород и чистый азот происходит в двух колонах, среднего давления и колоне низкого давления. Процесс разделения становится возможным благодаря различным точкам кипения компонентов воздуха. Кислород превращается в жидкость при -183°C и азот при -196°C. При постепенном испарении жидкого воздуха сначала выпаривается преимущественно азот, а остающаяся жидкость всё более обогащается кислородом. Повторяя подобный процесс многократно на ректификационных тарелках воздухоразделительных колонн, получают жидкие кислород, азот и аргон нужной чистоты. При относительно высокой стоимости криогенные блоки очень надежны, просты в эксплуатации, обладают высокими техническими характеристиками и позволяют получать газы высокой чистоты в очень больших объемах, например, газообразный азот сверхвысокой чистоты (до 1 ppb), который не может быть получен в адсорбционных и мембранных системах. В то же время криогенные блоки являются экономически эффективными при долгосрочной эксплуатации за счет низкого удельного энергопотребления и низких эксплуатационных затрат. Основными техническими преимуществами криогенного способа являются гарантированная высокая чистота продукта при неизменном расходе, а также низкое удельное энергопотребление в течение всего срока эксплуатации. Минимизация вращающихся и движущихся механизмов обеспечивает долгий ресурс работы криогенных установок. При соблюдении проектных условий эксплуатации блока комплексной очистки (БКО) не требуется замена адсорбентов в течение всего срока службы установки. |