Адсорбция при переменном давлении имеет большое значение для сокращения промышленных инвестиций и потребления энергии. В настоящее время он в основном используется в следующих аспектах:
(1) Адсорбция при переменном давлении для очистки воздуха
Ранее при очистке воздуха использовалась промывка жидкой щелочью для удаления CO2, силикагель для удаления H2O, а затем адсорбция при изменении температуры адсорбента для одновременного удаления CO2, H2O и углеводородных примесей. Эти методы требуют нагрева и потребляют внешнюю работу. В настоящее время адсорбция при переменном давлении используется для одновременного удаления примесей CO2, H2O и углеводородов. Никакого отопительного оборудования не требуется, что позволяет экономить электроэнергию. Оборудование компактно и просто в эксплуатации. Чистота очищенного газа может достигать нескольких частей на миллион по содержанию примесей. Используются молекулярные сита BX и смешанный адсорбент из активированного оксида алюминия. Молекулярное сито BX обладает высокой адсорбционной способностью по азоту, а активированный оксид алюминия обладает хорошей способностью удаления CO2 и H2O. Молекулярное сито ВХ размещается в зоне высокой концентрации примесей-адсорбентов, а активированный оксид алюминия – в зоне низкой концентрации. Это может обеспечить лучший эффект очистки.
(2) Адсорбция с переменным давлением, разделение воздуха, производство кислорода
Технологию получения кислорода из воздуха криогенным методом люди освоили еще в XIX веке, и с тех пор она совершенствуется изо дня в день. Однако из-за преимуществ технологии адсорбции с переменным давлением, как упоминалось выше, производство кислорода в воздухе с адсорбцией с переменным давлением малых и средних размеров более конкурентоспособно, чем криогенный метод. Производство кислорода с адсорбцией при переменном давлении сначала использовалось для оксигенации активного ила, очистки сточных вод, а затем применялось для сжигания в котлах с обогащенным кислородом, выплавки стали и т. Д. Масштаб оборудования для производства кислорода с адсорбцией при переменном давлении постоянно расширялся. В 1991 году уровень проникновения оборудования для производства кислорода с адсорбцией при переменном давлении в Японии составлял: 20,5% для крупных промышленных котлов, 31% для промышленных котлов среднего размера, 15% для промышленных котлов отопления и 31% для судов.
Бытовой водяной газ был заменен традиционной прерывистой газификацией воздуха на производство кислорода в воздухе с адсорбцией при переменном давлении. Производительность газификации одной печи увеличилась на 62,9%, а эффективность возросла с 70% до 85%, что позволило сэкономить 5,96×106 кДж/тонну NH3 по сравнению с традиционным методом. Обогащение кислородом даже ниже, чем при криогенном методе.
(3) Адсорбция под давлением с разделением воздуха, производство азота. Азот является инертным защитным газом и широко используется при хранении зерна, консервировании фруктов, электронике, полупроводниковой металлургии и химической промышленности. В частности, производство полупроводников и вакуумных материалов требует защиты азотом высокой чистоты для улучшения качества продукции. В прошлом производство азота с помощью криогенной сепарации воздуха требовало крупных инвестиций, сложной эксплуатации и частого технического обслуживания. Однако адсорбция при переменном давлении требует меньших инвестиций, низких эксплуатационных расходов, высокой производительности и низкого удельного энергопотребления (0,27~0,3 кВтч/м3). Моя страна производит разнообразное оборудование для производства азота с адсорбционным разделением воздуха под давлением.
(4) Производство водорода с помощью адсорбции под давлением. С быстрым развитием нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, сосредоточенной на трех основных синтезах, использование водорода в качестве аэрокосмического топлива и водородной энергетики быстро возросло. Органическая промышленность, металлургическая промышленность, электронная промышленность и т. д. требуют большого количества чистого водорода, поэтому необходимо исследовать ресурсы производства водорода и разрабатывать новые процессы производства водорода. Использование адсорбции при переменном давлении для производства более 99,99% водорода из многих промышленных отходящих газов является важным способом.
На сегодняшний день в мире существуют тысячи установок по производству водорода с производительностью от 200% до 4000м3/ч, а самая высокая производительность по переработке водорода составляет 115 000 м3/ч. Юго-Западный научно-исследовательский институт химической промышленности Минхимпрома ввел в эксплуатацию около 200 установок по производству водорода методом барометрической адсорбции, которые способны ежегодно производить 400 млн м3 чистого водорода из водородосодержащего сырого газа. Помимо водорода, промышленные водородосодержащие хвостовые газы содержат также Ar, CO2, H2O, N2, CO, H2S, CH4 и небольшое количество углеводородов. Эти примесные газы могут быть удалены за один раз путем адсорбции при переменном давлении для достижения цели очистки и восстановления водорода. Рабочее давление при производстве водорода с помощью адсорбции с переменным давлением обычно находится в диапазоне от 0,8 до 2,5 МПа. Двухбашенное технологическое оборудование простое, но компоненты продукта теряются в мертвом пространстве. Эту часть газа необходимо сбросить в процессе разгерметизации. Чем выше давление, тем больше потери. Использование многослойной адсорбции с переменным давлением может сделать эффект десорбции более очевидным.
