Plieno, chemijos, elektronikos ir naujosios energetikos pramonės šakose kriogeniniai oro atskyrimo įrenginiai tapo pagrindine įranga, gaminančia didelio -grynumo deguonį, azotą ir retąsias dujas. Norint užtikrinti ilgalaikį stabilų -viso ASU veikimą, labai svarbus priekinio- oro valymo etapas. Šio etapo centre yra molekulinio sieto sistema, svarbiausias kontrolinis taškas prieš šaldymo dėžę. Jis nustato, ar į šaltą galą patenkantis oras yra pakankamai „švarus“ ir tiesiogiai veikia energijos sąnaudas, veikimo ciklą bei galutinio produkto grynumą.
Molekulinio sieto sistemos vaidmuo ASU valymui
Be deguonies ir azoto, atmosferos ore taip pat yra drėgmės, anglies dioksido, angliavandenilių pėdsakų ir dulkių dalelių. Aplinkos temperatūroje šie komponentai gali nesukelti tiesioginių gedimų, tačiau kriogeninėmis sąlygomis žemesnėje nei –170 laipsnių temperatūroje jie gali lengvai užšalti arba kristalizuotis šilumokaičio kanaluose, vožtuvuose ir vamzdynuose. Dėl to padidėja slėgio kritimas, užblokuojami srauto kanalai ir netgi priverstinai išjungiami atitirpinimo įrenginiai.
Molekulinio sieto sistemos užduotis yra kuo kruopščiau pašalinti drėgmę ir anglies dioksidą iš oro srauto, kol jis patenka į šaldymo dėžę. Po efektyvaus molekulinio sieto valymo oro rasos taškas labai sumažėja, o apledėjimo rizika šaltame gale žymiai sumažėja, todėl oro atskyrimo įrenginys gali nepertraukiamai veikti metus ar net keletą metų be išjungimo. Tai yra ilgo-ciklo, saugaus ir stabilaus šiuolaikinių didelio- oro atskyrimo įrenginių veikimo pagrindas.
Molekulinių sietų veikimo principas ir įprastos medžiagos
Molekuliniai sietai yra porėtos medžiagos, turinčios taisyklingą mikroporingą struktūrą, kurių porų dydis paprastai yra 3–10 Å. Jie gali pasiekti „sijojimą“ ir selektyvią adsorbciją pagal molekulinį dydį ir poliškumą. Oro atskyrimo valymo sistemose dažniausiai naudojami adsorbentai yra ceolitiniai molekuliniai sietai, tokie kaip 4A ir 5A, dažnai naudojami kartu su aktyvuotu aliuminio oksidu.
Įprastomis darbo sąlygomis molekuliniai sietai daugiausia veikia per fizinį adsorbcijos mechanizmą. Naudodami van der Waals jėgas tarp adsorbento paviršiaus ir dujų molekulių, jie pirmiausia adsorbuoja vandenį, anglies dioksidą ir kitas polines molekules ar rūšis, kurių kritinė temperatūra yra gana aukšta, į savo porų kanalus. Pavyzdžiui, maždaug 25 laipsnių kampu 4A molekuliniai sietai gali efektyviai užfiksuoti vandens molekules, kurių kinetinis skersmuo mažesnis nei 4 Å, o 5A molekuliniai sietai rodo stipresnę molekulių, tokių kaip anglies dioksidas, adsorbcijos gebą. Tinkamai derinant skirtingų tipų adsorbento sluoksnius, lova gali vienu metu atitikti drėgmės šalinimo, CO₂ šalinimo ir dalinio angliavandenilių pašalinimo reikalavimus.
Tipiški molekulinių sietų valymo sistemų veikimo rodikliai
Šiuolaikiniuose oro atskyrimo įrenginiuose molekulinio sieto sistema dažniausiai įrengiama tarp oro kompresoriaus ir šaldymo dėžės. Adsorberiai yra išdėstyti poromis pagal stulpelio -tipo arba indo- tipo konfigūracijas ir pakaitomis valdomi naudojant slėgio svyravimo, temperatūros svyravimo arba srauto -reverso režimus. Tinkamai suprojektavus ir kontroliuojant, likutinės drėgmės kiekis išvalytame ore gali būti maždaug 0,1 ppm (v), o anglies dioksido kiekis gali būti sumažintas iki mažesnio nei 0,5 ppm (v). Gautas rasos taškas paprastai palaikomas nuo –60 laipsnių iki –75 laipsnių.
Šios reikšmės gali atrodyti kaip tik keli skaičiai, tačiau jos tiesiogiai lemia šaltojo galo veikimo sąlygas. Pavyzdžiui, tam tikrame kriogeninio oro atskyrimo projekte, įdiegus atnaujintą molekulinio sieto valymo sistemą, žymiai pagerėjo į šaldymo dėžę patenkančio oro kokybė, tolimesnės distiliavimo kolonėlės veikė sklandžiau, o produkto azoto grynumas padidėjo nuo 99,9% iki 99,99%. Rektifikavimo slėgio svyravimai ir šilumokaičio slėgio kritimo padidėjimo greitis taip pat buvo pastebimai sumažintas, todėl buvo sukurtas tvirtesnis pagrindas elektroninėms dujoms ir specialioms dujoms.
Bylos duomenys: veikimo patikimumas ir ekonominė nauda
Žvelgiant iš ekonominės perspektyvos, molekulinio sieto sistema yra ne tik „ar gamykla gali veikti stabiliai“, bet ir „ar veiklos sąnaudos yra pateisinamos“. Prieš atnaujinant priekinę{1}}valymo sistemą, vienoje gamykloje dėl nepakankamo valymo šaltajame šilumokaičio gale dažnai nukrito slėgis. Dėl to atitirpinimo ir priežiūros darbams jį kelis kartus per metus tekdavo išjungti. Vien gamybos prastovos ir priežiūros išlaidos viršijo 2 mln. RMB per metus.
Pakeitus seną įrenginį naujos kartos didelio našumo{0}}molekulinio sieto sistema ir optimizavus perjungimo ciklą, apledėjimo gedimai šaldymo dėžėje buvo beveik visiškai pašalinti, o neplanuotų išjungimų žymiai sumažėjo. Tai ne tik sumažino priežiūros išlaidas, bet ir padidino bendrą efektyvių darbo valandų skaičių per metus. Kartu su pajamomis iš priemokų, gautų dėl didesnio produkto grynumo, gamyklos metinė visapusė nauda priartėjo prie 5 mln. RMB. Tokie atvejai rodo, kad investicijos į molekulinio sieto valymo sistemą dažnai gali būti „atsipirktos“ dėl stabilaus ilgalaikio veikimo ir geresnės produkto vertės.
Remiantis kelių įmonių lyginamaisiais statistiniais duomenimis, pritaikius aukštos-kokybės molekulinio sieto valymo tirpalą, drėgmės kiekis ore, patenkančiame į šaldymo dėžę, vidutiniškai sumažėja daugiau nei 90 %, o anglies dvideginio kiekis – maždaug 80 %, palyginti su lygiu prieš -atnaujinimą. Šaldymo dėžės slėgio kritimo padidėjimo greitis žymiai sulėtėja, o kiekvieno ciklo nepertraukiamo veikimo laikas paprastai pailgėja.
Molekulinių sietų technologijos plėtros tendencijos ir pagrindiniai aspektai
Kadangi oro atskyrimo įrenginiai ir toliau plečiasi, o galutinių{0}}vartotojų pramonės šakos kelia aukštesnius dujų kokybės reikalavimus, molekulinių sietų sistemos taip pat vystosi. Viena vertus, naujos molekulinio sieto medžiagos kuriamos siekiant didesnio selektyvumo, didesnio adsorbcijos pajėgumo ir stipresnio atsparumo užteršimui. Kita vertus, kuriant procesą didesnis dėmesys skiriamas bendram sistemos energijos efektyvumui-pavyzdžiui, optimizuojant regeneracinių dujų srautą, mažinant regeneravimo temperatūrą ir tobulinant perjungimo sekas, siekiant sumažinti energijos suvartojimą regeneravimo fazės metu.
Atliekant praktinę inžinerinę atranką, neužtenka sutelkti dėmesį tik į tai, „kiek galima sumažinti likutinę drėgmę ir CO₂ kiekį“. Inžinieriai taip pat turi atsižvelgti į ASU dydį, paleidimo-sustabdymo dažnį, vietines elektros kainas ir turimus priežiūros išteklius. Pavyzdžiui, dideli kriogeninio oro atskyrimo įrenginiai yra linkę teikti pirmenybę molekulinėms sietoms, turinčioms didelę adsorbcijos gebą, ilgą tarnavimo laiką ir švelnias regeneravimo sąlygas. Svetainėse, kuriose darbo aplinkoje daug dulkių, prieš srovę reikia įrengti aukštesnio-filtravimo ir alyvos-pašalinimo įrenginius, kad būtų išvengta molekulinio sieto užteršimo ir našumo praradimo.
Apskritai, molekulinio sieto sistema tapo nepakeičiamu pagrindiniu komponentu oro atskyrimo įrenginių valymo skyriuje. Dėl savo stabilios ir patikimos drėgmės ir CO₂ šalinimo galimybės, jis sukuria saugią šaldymo dėžės ir distiliavimo kolonėlių veikimo aplinką ir sudaro pagrindą nuolatiniam didelio -grynumo deguonies, azoto ir retųjų dujų tiekimui.
Realiuose{0}}projektuose „Shenger Gas“ kuria molekulinio sieto valymo sprendimus, kurie geriau suderinami su skirtingo masto kriogeniniais ASU, atsižvelgiant į savininko dujų specifikacijas, veiklos strategiją ir vietines energijos sąnaudas. Nuo priekinio-valymo ir sistemos integravimo iki -paleidimo vietoje ir eksploatavimo bei priežiūros optimizavimo, padedame naudotojams pagerinti bendrą oro atskyrimo įrenginių efektyvumą ir ekonomiškumą, kartu užtikrinant saugumą ir stabilų veikimą.
