Технология комплексной очистки воздуха

Блок комплексной осушки и очистки воздуха, комплектуется двумя цеолитовыми адсорберами, работающими попеременно. На рис. 4.9 показана схема блока комплексной осушки и очистки воздуха установки АжК-0,02.

Воздух, сжатый до давления 13–20 МПа и охлажденный до 5–8 °С в теплообменнике-ожижителе, поступает в фильтр-влагоотделитель 1. Освобожденный от капельной влаги воздух направляется в один из двух цеолитовых адсорберов 2, где происходит процесс комплексной очистки воздуха при температуре около 10 °С. Для очистки осушенного воздуха от пыли, образующейся за счет истирания цеолита, используют керамические фильтры 3, которые могут быть размещены внутри адсорбера. Сухой воздух из адсорбционного блока поступает в основной теплообменник установки АжК-0,02 и на расширение в поршневой детандер. Для регенерации цеолита в адсорбере используют отбросной азот, нагреваемый в подогревателе 4. Контроль расхода азота осуществляется с помощью диафрагм 5 и дифманометров 6. Рабочее давление в процессе осушки и регенерации контролируют манометрами 7. Температура азота в процессе регенерации на выходе из подогревателя и на выходе из адсорбера регистрируется термометрами 8.

Рис. 4.9. Схема комплексной осушки и очистки воздуха установки АжК-0,02

Эффективность поглощения влаги слоем цеолита NaX зависит от скорости потока воздуха, его температуры и влажности, высоты слоя цеолита. Степень осушки уменьшается с повышением темпе­ратуры и увеличением скорости потока воздуха. Оптимальными считаются скорость потока в рабочих условиях 2 м/мин и температура 5 °С [4].

Основными условиями нормальной работы блока комплексной очистки воздуха являются; качественная регенерация цеолита и обеспечение температуры цеолита в конце процесса десорбции поглощенных примесей не ниже 300 °С; обеспечение нормальной работы теплообменника-ожижителя; тщательное удаление капельной влаги и масла во влагоотделителе и поддержание температуры процесса очистки воздуха не выше. 10 °С; охлаждение цеолита после регенерации газообразным азотом до температуры не выше 25 °С.

3. Очистка кубовой жидкости от углеводородов

Причиной взрыва воздухоразделительной установки чаще всего является накопление в аппаратах узла ректификации ацетилена и других взрывоопасных углеводородов. В зависимости от района перерабатываемый наружный воздух обычно содержит следующие примеси углеводородов:

ацетилен, см³/м³ 0,001–1;

метан, см³/м³ 0,5-5;

этан, этилен, пропан (в сумме), см³/м³ 0,5–5;

углеводороды группы С₃–С₄, мг/м³ 0,001–2;

углеводороды группы С₅–С₆, мг/м³ 0,001–2.

Наиболее опасными примесями воздуха являются ацетилен, кислородсодержащие и циклические углеводороды, предельные и непредельные углеводороды, взрывоопасные в среде кислорода и воздуха.

Допустимое содержание углеводородных примесей в жидком кислороде и кубовой жидкости следующее: = 0,2 см³/дм³; = = 0,339 см³/дм³; = 0,339 см³/дм³; = 0,56 мг/дм³ или 0,294 см³/дм³; = 0,56 мг/дм³ или 0,162 см³/дм³.

Ацетилен, растворенный в жидком воздухе или кислороде, не взрывоопасен. Опасность представляет ацетилен, выпавший из раствора в твердом виде. В 1 дм³ жидкого кислорода при 90 К растворяется около 5 см³ ацетилена.

На рис. 4.10 приведена зависимость растворимости ацетилена от температуры при давлении 0,101 МПа в жидких кислороде, азоте и кубовой жидкости, содержащей 38 % O₂. Экспериментальные данные различных авторов свидетельствуют о том, что растворимость ацетилена практически не зависит от свойств исследованных криопродуктов. Это позволяет использовать обобщающую зависимость, характеризующую растворимость ацетилена в жидких криопродуктах.

Рис. 4.10. Растворимость ацетилена в жидких криопродуктах

– жидкий азот; – жидкий кислород; – жидкий воздух (кубовая жидкость)

Взрывоопасные условия обычно возникают на внешних поверхностях трубок конденсаторов-испарителей, т.е. со стороны кипения жидкого кислорода. Взрывы возникают при образовании локального слоя взрывоопасных примесей толщиной 20–50 мкм или при 4 %-й локальной концентрации взрывоопасных примесей в объеме жидкого кислорода.

Для защиты воздухоразделительных установок от взрывов и для уменьшения концентрации взрывоопасных примесей в жидком кислороде применяют адсорберы газофазные адсорберы, адсорберы на потоке кубовой жидкости, адсорберы, включенные в циркуляционный кон­денсатор-испаритель.

Использование высокоэффективных адсорбентов в газофазных и жидкостных адсорберах и оптимальных условий эксплуатации систем защиты позволяет обеспечить взрывобезопасность при работе воздухоразделительных установок даже при повышенных концентрациях углеводородов в перерабатываемом воздухе.

Следует отметить, что очистка воздуха от взрывоопасных примесей на воздухоразделительных установках производится с помощью цеолитов (обычно NaX) при температуре 3–6 °C одновременно с поглощением примесей влаги и диоксида углерода (см. п. 1.2).

В процессах жидкофазной адсорбции происходит поглощение молекул взрывоопасных углеводородов и среды. При очистке кубовой жидкости или жидкого кислорода происходит два вида межмолекулярных взаимодействий: взаимодействие молекул адсорбтива с молекулами криопродуктов и взаимодействие молекул адсорбтива с адсорбентом. Разность энергий этих двух процессов есть энергия, с которой извлеченное из жидкого криопродукта вещество удерживается гранулами погруженного в криопродукт адсорбента. Адсорбция ацетилена из кубовой жидкости протекает по тем же законам, что и газофазная адсорбция. Однако процесс поглощения взрывоопасных примесей углеводородов имеет свои особенности – он является случаем вытеснительной адсорбции примесей из жидкофазной среды. Поглощаемый ацетилен постепенно накапливается в слое адсорбента. Наряду с ацетиленом адсорбируются и другие углеводороды.

Инженерный расчет жидкофазного адсорбера базируется либо на данных по равновесной адсорбции очищаемого криопродукта и примесей при условиях, близких к рабочим, либо на экспериментальных данных по динамической адсорбции удаляемых примесей. Экспериментальные изопланы адсорбции позволяют получать объективную информацию об этом сложном физико-химическом процессе, в частности определять динамическую адсорбционную ёмкость используемого сорбента по удаляемым примесям.

Для очистки кубовой жидкости от взрывоопасных примесей используют способность силикагелей адсорбировать растворенные вещества из растворов.

Силикагели по своей химической природе являются гидратированными аморфными кремнеземами. Это адсорбенты с хорошо развитой поверхностью, выпускаемые обычно в гранулированном виде. Косвенной характеристикой их структуры является насыпная плотность: у крупнопористых она равна 0,4–0,5 г/см², у мелкопористых – 0,7–0,8 г/см². В табл. 4.5 приведены характеристики силикагелей для исследовательских целей. Гранулированные мелкопористые образцы содержат 5–10 % оксида алюминия. В зависимости от размера зерна мелкопористый кусковой и крупнопористый гранулированный силикагель подразделяются на 4 марки (2,8–7,0; 1,5–3,6; 0,25–2,0; 0,2–0,5 мм), а мелкопористый гранулированный – на две марки (2,7–7,0; 1,0–3,6 мм). Буквенное обозначение типа адсорбента характеризует размер гранул, размер пор и форму части. Так, КСМГ означает крупный силикагель мелкопористый гранулированный, МСМК – мелкий силикагель мелкопористый кусковой и т. п.

Таблица 4.5