بخشی از مقاله
چکیده
جذب با تناوب فشار (PSA) ، یک فرآیند برای خالص سازی یک گاز از مخلوطی از گازها می باشد که بر اساس روش تناوب فشار می باشد. .در سال های اخیر، کاربرد فرآیندهای جذبی چرخه ای در جداسازی گاز بصورت قابل توجهی در پتروشیمی و صنایع مختلف افزایش پیدا کرده است. همه فرآیندهای جداسازی جذبی دارای دو مرحله اساسی می باشند : مرحله اول جذب است ، که در طی این مرحله اجزایی که بصورت انتخابی جذب جاذب می شوند از خوراک جدا می شوند. و مرحله دوم احیا می باشد، که در طی این مرحله اجزاء جذب شده از جاذب جدا خواهند شد تا جاذب برای چرخه بعدی آماده شود. محصول مورد نظر ممکن است از یکی از مراحل جذب ، احیا و یا هر دو مرحله بدست آید. در این مقاله به مراحل انجام هر 2 مرحله جذب و احیا به طور کامل اشاره می شود. همچنین در این مقاله تاثیر شرایط فرایند از قبیل فشار و دما و ترکیب گاز ورودی و موارد دیگر بر روی ظرفیت واحد PSA به طور کامل توضیح داده می شود و بهترین شرایط ممکن برای رسیدن به بالاترین درصد خلوص گاز مورد نظر مانند هیدروژن از ترکیب گاز ورودی در واحد psa نتیچه گیری می شود
واژه های کلیدی:
جذب (Absorption)، فشار((Pressure، psa
مقدمه
امروزه با توجه به پیشرفت روزافزون فنآوریها، تکنولوژیهای جدیدی گوی سبقت را در اختیار دارند که دارای ویژگیهای خاصی همچون نداشتن اثرات تخریبی زیست محیطی و انواع آلودگیها باشند همچنین از نظر اقتصادی دارای ارزش افزوده بالاتر باشند. یکی از فنآوریهای جدید روش جذب سطحی با تناوب فشار PSAمیباشد. که جهت خالص سازی هیدروژن استفاده می شود واحدPSA ، سیستم پالایش (تصفیه) هیدروژن است. هدف واحد PSA تصفیه گاز غنی از هیدروژن و تولید هیدروژن تمیز و خالص است.
-1طراحی
-1-1 شرح PSA
فراینــد فشــار نوســانات جــذب ســطحی (PSA) بــرای تصــفیه هیــدروژن، اســتفاده مــی شــود بــرای گنجــایش هــای متفاوت جاذب در فشار هـای متفـاوت بـرای جـدا کـردن یـک گـاز مخلــوط بــه اجــزای تشــکیل دهنــده اش . ظرفیــت یــک جــاذب، میــزان گــازی اســت کــه میتوانــد بــه واســطه ی واحــد وزن مــواد جاذب جذب شود. اندازه ی هـر جـاذب در کـل میتوانـد زیـاد شـود با فشار جزئی اجزای تشکیل دهنـده گـاز. وقتـی یـک گـاز مخلـوط شامل هیدروژن وارد بسـتر جـاذب در فشـار بـالا مـی شـود، بیشـتر اجــزای تشــکیل دهنــده اش حرکــت میکننــد بــه وســیله نیــروی جاذبــه بــه ســمت ســطح جــاذب و در مــواد جــاذب غــرق میشــوند. اجزای تشـکیل دهنـده گـاز جـذب شـده متمرکـز مـی شـوند روی ســطح مــواد جــاذب هنگــامی کــه اجــزای ســبک بــالایی مثــل هیدروژن به مـواد جـاذب بسـته نمیشـوند. و بسـتر جـاذب را بـدون فعل و انفعالات. در سیسـتم دینامیـک جـذب سـطحی اجزایـی کـه بهتر جذب شـدند، در سـطح بسـتر نسـبت بـه آن هـای کـه کمتـر جــذب شــدند آرام تــر حرکــت میکننــد. بــه ایــن وســیله تمرکــز ناخالصــی هــا در گــاز تولیــد شــده کــاهش مــی یابــد هنگــامی کــه جریان در طول بسـتر جـاذب حرکـت میکنـد کـه جداسـازی مـورد نظر اجزا ی در جریان را نتیجه می دهد.
مــواد جــاذب تجــاری در دســترس بــه صــورت دانــه دانــه انــد. کــه معمـولا همـه ی مـواد جـاذب، سـاختار دارای خلـل و فـرج در یــک صــفحه بــزرگ دارنــد. در طــی ایــن خلــل و فــرج مولکــول هــای حرکــت میکننــد در ســطح داخلــی جــایی کــه جــذب شــونده هــر ماده جاذبی قابلیـت سـفت شـدن مشخصـی بـرای اجـزای متشـکل متفــاوت گــاز دارد. بــرای ایــن منظــور بســتر هــای جــاذب طراحـی شدند با سه لایـه مـواد جـاذب متفـاوت بـرای جداسـازی هیـدروژن از مخلــوط شــامل چنــد گــاز. (شــکل (1-1 ، یــک ســامانه نمونــه نیــروی جــاذب بــرای مــواد تشــکیل دهنــده ی گــاز هــای مختلــف روی مواد جاذب مختلف بستر جاذب چند لایه را نشان میدهد
1
شکل (1-1) لایه های مواد جاذب متفاوت برای جداسازی هیدروژن
-2-1سیکل نمونه PSA
طـــرح PSA طراحـــی شـــده بـــرای تصـــفیه گـــاز هیـدروژن ناخــالص بــه صــورت پیوسـته. اگــر چــه فراینــد PSA بــه عنــوان فراینــد پیوســته ظــاهرا مشــخص مــی شــود امــا باطنــا یــک فراینــد ناپیوســته شــامل تعــدادی سلســله (پیوســته) عملیــات بصـورت مــوازی انــد. بــه طــور کلـی هــر جــاذب یــک ســیکل PSA مخصــوص را دارد کــه در یــک ســیکل تکــرار مــی شــود.یک ســیکل PSA متشـکل اسـت از 2 فـاز اصـلی: جـذب و احیـا. فـاز احیـا بــه خودی خود یک زنجیره از مراحل متشکل از حالات زیر است:
انتقــال فشــار زیــاد بــه کــم: گســترش، فــراهم اوردن تصفیه(پاکسازی) و تخلیه
تصفیه در فشار کم انتقال فشار از کم بـه زیـاد ، برگشـت بـه فشـار جـذب
: تنظیم دوباره فشار فراینــد جداســازی بوســیله جــذب، بــا منبــع پیوســته
محصول، ساخته شـده اسـت از دو مجـرای فشـار پـر شـده بـا مـواد جــاذب، بــا لولــه هــای متصــل و بــا کنتــرل ولــو هــای مربوطــه. در طــول عملیــات ، یــک جــاذب در جریــان در فشــار بــالا اســت کــه ناخالصــی هــا را از جریــان ورودی هنگــامی کــه دیگــر جــاذب هــای احیـا میشـوند جــدا میکنـد. کنترلــر بایـد فراینــد پیوسـته وزنجیــره ای و دگرگــونی کامــل جــاذب هــای "درجریــان" را تضــمین کنــد. در یــک مسیرناخالصــی هــا از جــاذب هــای در جریــان بــه محصــول هرگز پدیـدار نمـی شـوند . جـاذب بایـد قبـل از جـایگزینی جـاذب در جریان به میزان کافی احیا شده و تحت فشار بوده باشد .
در روال اصــلی، برنامــه صــنعتی PSA طراحــی شــده بــا کمتــرین حالــت 4 تــا 12 جــاذب. شــرح فراینــد PSA، دارای اتــلاف قطعــی هیــدروژن بــه علــت اتــلاف بوســیله کــاهش دوبــاره فشــار، تصــفیه و تنظــیم دوبــاره فشــار اســت. اســتفاده هیــدروژن انبــار شــده در فضــاهای خــالی جــاذب بــرای تنظــیم دوبــاره فشــار جاذب دیگـر، باعـث کـاهش ایـن اتـلاف هاسـت. راه آن در سیسـتم هــای چنــد بســتری مختلــف کــه مشــغول عملیــات انــد، کــاملا بستگی دارد بـه تعـداد جـاذب هـای عملیـاتی، بـا تعـداد بـزرگ تـر زنجیــره ی معادلــه در ســیکل PSA هیــدروژن کمتــری هــدر مــی رود. بــدین گونــه یــک فراینــد PSA بــا تعــداد بیشــتر جــاذب در نتیجه ی هیدروژن بازیابی شده ی زیاد بوده.
-2مراحل جذب و احیا
-1-2 جذب
جداســازی ناخالصــی هــا از گــاز مخلــوط در فشــار جــذب کــه داده شــده توســط فشــار گــاز ورودی انجــام مــی شــود. جریــان گــاز مخلــوط ورودی در طــول جــاذب بــه طــرف بــالا ( از پایین به بالا) عبور مـی کنـد. و ناخالصـی هـا مثـل هیـدروکربن هـا ، به صـورت انتخـاب شـده روی سـطح مـواد جـذاب جـذب شـده ، کــه هیــدروژن بــدون هــیچ واکنشــی عبــور میکنــد. هیــدروژن خـالص شـده گــاز محصـول ، در بـالای جــاذب خـارج و بـه ســمت هــدر محصــول مــی رود. خلــوص هیــدروژن محصــول در طــول ســیکل جــذب ثابــت اســت. در نهایــت ســیکل جــذب ناخالصــی هــا شــروع بــه نمایــان شــدن میکننــد در اثــر تمرکــز ناخالصــی هــا بــه تــدریج زیــاد شــده. ایــن کــه ناخالصــی هــا در جــاذب جــذب مــی
شوند اشاره میکند که باید احیا شود.
