|
Адсорбенты.
В основе процессов выделения водорода лежит тот факт,
что в смесях водородсодержащих газов все компоненты имеют более
высокую молекулярную массу и адсорбируются лучше, чем водород.
Выделение водорода идет, следовательно, в результате сорбции компонентов
под действием неспецифических дисперсионных сил. Они одинаковы у всех
пористых материалов и природа адсорбента, исключая один случай, о
котором будет сказано ниже, не имеет значения. Важно только, чтобы
адсорбент имел большую удельную поверхность, величина которой
определяет величину адсорбции сопутствующих компонентов. В качестве
поглотителей используют микропористые адсорбенты: активные угли и
цеолиты NaX и СаА. Предпочтение отдают углям, которые дешевле и
несколько проще в применении.
Исключение образуют смеси, содержащие азот. Дело в том, что из всех
сопутствующих компонентов азот имеет самое низкое значение
коэффициента Генри и, наряду с самим водородом, образует бинарную смесь
ключевых компонентов. Показатели процесса в присутствии азота будут
лучше для цеолита, чем угля. Цеолит, как отмечалось выше, поглощает азот
под действием дисперсионных и квадрупольных сил. В случае цеолитов азот
перестает
быть
ключевым
компонентом
и
им
в
типичных
водородсодержащих смесях становится метан.
Циклограмма
и
технологическая
схема.
Циклограмма
и
технологическая схема процесса выделения водорода приведены на рис.2.31
и рис.2.32 Они очень сложны и прежде, чем приступить к их рассмотрению,
объясним, почему в данном случае нельзя иметь такие простые технические
решения, как для процессов осушки и очистки.
Ответ заключается в значениях коэффициентов обогащения
(коэффициентов Генри). Для воды, диоксида углерода и азота – ключевых
компонентов трех процессов – они соответственно равны 1,5.10
4
, 2.10
2
и 3.
Объем адсорбера обратно пропорционален коэффициенту обогащения
(коэффициенту Генри) и при сопоставимых производительностях объем
139
адсорбера, используемого для выделения водорода, будет на 3 - 4 порядка
больше, чем объем адсорбера – осушителя, и на два порядка больше, чем
объем адсорбера в процессе очистки. Соответствующим образом относятся
объемы газов, выделяющихся при переходе от стадии очистки – адсорбции,
проводимой при повышенных давлениях, к стадии обратной продувки,
идущей при атмосферном давлении или в вакууме. Выделяющийся газ,
особенно если это водород, надо экономить, а единственным способом
экономии является перепуск газа из разгружаемого адсорбера в адсорберы,
подготавливаемые к процессу адсорбции. Это определяет значительное
количество адсорберов и сложные связи между ними.
В водородном процессе все перепуски осуществляются одинаково.
Рис.2.31. Циклограмма работы установки, предназначенной для
выделения чистого водорода.
Водород из разгружаемого адсорбера выводят в том же направлении, в
каком пропускался исходный газ, и направляют в параллельный адсорбер в
направлении, противоположном направлению движения газа при адсорбции.
Эти две связанные операции носят названия «прямоточного вывода» и
«противоточного ввода». На циклограмме рис.2.31 они обозначены
вертикальными стрелками. Принцип работы водородных установок
проследим по циклограмме. Итак, в начальный момент времени, которому
соответствует точка
а
на циклограмме, в адсорбере А начинается очистка
водорода: исходный газ при давлении 1,5 - 4 МПа пропускают через этот
адсорбер. Все компоненты газа поглощаются адсорбентом, но водород,
имеющий очень низкий коэффициент Генри (для угля Г = 1,5), поглощается
140
в наименьшем количестве и в виде чистого водорода выходит из адсорбера.
Очистку продолжают в течение времени, которое для адсорбера А отвечает
интервалу
аб
. Затем очищенный водород получают в адсорберах Б, В и Г, а
затем снова в А. Процесс получения чистого водорода, таким образом, идет
непрерывно.
В момент времени
б
адсорбент в адсорбере А начинают готовить к
регенерации. Заполняющий его водород прямоточно стравливают в адсорбер
В. Давление в А понижается , в В – возрастает. Этой операции отвечает
участок
Do'stlaringiz bilan baham: |
