Оборудование нефтеперерабатывающих предприятий и основы проектирования

испарение поглощенных  компонентов, обладающих относительно высокой летучестью, путем нагрева слоя адсорбента.

В некоторых случаях  для удаления из адсорбента смолообразных  и других продуктов, образующихся в  результате побочных процессов, окончательную очистку адсорбента осуществляют выжиганием этих компонентов (окислительная регенерация адсорбента).

Выбор того или иного  способа десорбции производится на основе технико-экономических соображений, причем часто указанные выше способы применяются в комбинации друг с другом.

На практике процессы десорбции обычно осуществляют путем пропускания пара или газа, не содержащего адсорбтива, через слой адсорбента после завершения прямого процесса (адсорбции). Для повышения скорости извлечения десорбцию проводят наиболее часто при повышенных температурах, например, пропуская через слой адсорбента предварительно нагретый десорбирующий агент.

В качестве десорбирующих  агентов используют острый насыщенный или перегретый водяной пар, пары органических веществ, а также инертные газы. После проведения процесса десорбции слой адсорбента обычно подвергают сушке и охлаждению.

Десорбцию острым водяным  паром наиболее часто применяют  в процессах рекуперации летучих растворителей на активном угле. При этом основная масса поглощенного вещества выделяется из поглотителя в начале десорбции. По мере приближения к концу процесса скорость его значительно снижается, а расход водяного пара на единицу десорбируемого продукта сильно возрастает. Поэтому из технико-экономических соображений адсорбируемое вещество извлекают из поглотителя не полностью, оставляя некоторое количество его в адсорбенте.

Часть водяного пара, называемая греющим паром, расходуется при  десорбции на нагревание всей системы, десорбцию поглощенных веществ  из угля и компенсацию тепловых потерь в окружающую среду. Греющий пар  полностью конденсируется в адсорбере. Некоторая часть пара расходуется на компенсацию отрицательной теплоты смачивания угля водой и также полностью конденсируется в адсорбере.

Десорбированные из угля вещества выдуваются из угольного слоя динамическим паром, который, не конденсируясь, выходит из адсорбера в смеси с парами десорбированных веществ.

Расходы греющего пара и  пара, идущего на компенсацию теплоты  смачивания, находятся расчетом. Расход динамического пара зависит от условий проведения процесса и с достаточной надежностью определяется лишь опытным путем. При ориентировочных расчетах расход динамического пара можно принимать в среднем 3—4 кг на 1 кг десорбируемого вещества.

Регенерацию цеолитов наиболее часто проводят путем продувания сквозь слой адсорбента нагретого сухого газа, причем удаление поглощенных веществ из цеолитов обычно более затруднительно, чем из активных углей.

Процессы десорбции, подобно  процессам собственно адсорбции, осуществляют не только в неподвижном, но также в движущемся и кипящем слоях адсорбента.

6.  Устройство  адсорберов и схемы адсорбционных  установок

Процессы адсорбции  могут проводиться периодически (в аппаратах с неподвижным  слоем адсорбента) и непрерывно —  в аппаратах с движущимся или кипящим слоем адсорбента, а также в аппаратах с неподвижным слоем — в установке из двух или большего числа адсорберов, в которых отдельные стадии процесса протекают не одновременно.

Адсорберы с  неподвижным слоем поглотителя. Наиболее часто применяются цилиндрические адсорберы вертикального (рис.52, а) и горизонтального (рис.52, б) типов. Адсорберы со слоем поглотителя кольцевого сечения (рис. 52, в) используются сравнительно редко.

Периодические процессы адсорбции часто проводятся четырехфазным способом, при котором процесс проходит в четыре стадии.

Первая стадия — собственно адсорбция, т. е. насыщение поглотителя адсорбируемым компонентом. Парогазовая смесь подается в корпус /аппарата (рис. 52) через штуцер 2, проходит через слой поглотителя (на рисунке заштрихован) и выходит через штуцер 3.

Вторая стадия — десорбция поглощенного компонента из поглотителя. Подача парогазовой смеси прекращается, и в аппарат подается водяной пар через барботер 4 (рис.52, а, б) или через штуцер 3 (рис.52, б). Смесь паров десорбированного компонента и воды удаляется через штуцер 5. Конденсат пара отводится из аппарата после десорбции через штуцер 6 (рис. 52, а, б) или 5 (рис. 52, в).

Третья, стадия — сушка  поглотителя. Перекрывается вход и  выход водяного пара, после чего влажный поглотитель сушится горячим воздухом, поступающим в аппарат через штуцер 2 и выходящим из аппарата через штуцер 3.

Четвертая стадия — охлаждение поглотителя. Прекращается подача горячего воздуха, после чего поглотитель  охлаждается холодным воздухом, поступающим  в аппарат также через штуцер 2 отработанный воздух удаляется через штуцер

По окончании  четвертой стадии цикл работы аппарата начинается снова. Загрузку и выгрузку поглотителя производят периодически через люки 7 и 8.

В случае отсутствия одной из последних двух стадий (охлаждение угля или его осушка) метод проведения процесса будет называться трехфазным.

 

 

 

Рис. 52.   Адсорберы   периодического  действия с неподвижным слоем поглотителя: а — вертикальный: б — горизонтальный; в — кольцевой; / — корпус; 2 — штуцер для подачи паро-газовой смеси (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 3 — штуцер для отвода отработанного газа (при адсорбции) и воздуха (при сушке и охлаждении); 4 — барбо-тер для подачи острого пара при десорбции; 5 — штуцер для отвода паров при десорбции; 6—штуцер для отвода конденсата; 7 — люки для загрузки поглотителя; 8 — люки для выгрузки поглотителя; 9 и 10 — внутренняя и внешняя цилиндрические решетки.

 

 

Существует  также двухфазный метод, при котором в прошедший регенерацию водяным паром горячий и влажный уголь подаются последовательно горячая и холодная паро-воздушная смесь (первая стадия). При этом процессы сушки и охлаждения угля идут одновременно с процессом поглощения. По окончании первой стадии осуществляется десорбция поглощенных веществ водяным паром (вторая стадия).

Выбор метода работы производится на основании технико-экономических показателей.

Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду (при десорбции и сушке поглотителя) адсорберы покрывают тепловой изоляцией.

Установки для  периодической адсорбции, помимо основного аппарат адсорбера, включают вспомогательное оборудование. На рис. 53 приведена схема установки для улавливания паров органических веществ из их смеси с воздухом. Перед поступлением в адсорбер паро-воздушная смесь проходит через фильтр, где очищается от пыли. Это предотвращает засорение трубопроводов и быстрое снижение активности поглотителя.

Смеси паров органических веществ с воздухом часто взрывоопасны (при определенных соотношениях паров  и воздуха). Поэтому после фильтра  смесь проходит огнепреградитель 2 — емкость, заполненную материалом с высокой теплоемкостью (обычно гравием). В случае загорания смеси в этом аппарате поток охлаждается до температуры, значительно меньшей температуры ее воспламенения, и этим предотвращается распространение пламени внутри установки. Далее смесь проходит через предохранительное устройство 3, основной частью которого является обычно, мембрана, разрывающаяся при увеличении давления в трубопроводе сверх допустимого.

Выходящая из предохранительного устройства паровоздушная смесь при адсорбции (первая стадия) вентилятором или газодувкой 4 подается смесь в адсорбер 5. При десорбции (вторая стадия) выходящие из адсорбера пары конденсируются в конденсаторе 6. Получаемый конденсат (называемый рекуператом) разделяется ректификацией или путем расслаивания в сепараторе, если десорбируемый компонент не смешивается с водой. При сушке адсорбента (третья стадия) в адсорбер вентилятором 7 подается воздух, предварительно нагретый в калорифере 8. При охлаждении адсорбента (четвертая стадия) подаваемый в адсорбер вентилятором 7 воздух проходит по обводной линии 9, минуя калорифер.

 

 

Рис. 53. Схема промышленной углеадсорбцнонной установки для улавливания (рекуперации)   паров органических  веществ  из их смеси с воздухом:

1— фильтр;    2 — гравийный    огнепреградитель;    3 — предохранительное    устройство    с    разрывными мембранами;    4,    7 — вентиляторы;    5 — адсорбер;    6 — конденсатор;    8 — калорифер;    9 — обводная линия.

Несмотря на то, что  адсорбер в описанной установке работает периодически, вся установка в целом может работать непрерывно при наличии нескольких (минимально — двух) адсорберов, включаемых поочередно и работающих со сдвигом стадий (например, при адсорбции в одном аппарате в другом может происходить десорбция).

Адсорберы с движущимся слоем поглотителя. Принцип работы адсорберов этого типа был указан в главе 11 (см. стр. 109). Исходная газовая смесь поступает в колонну под распределительную тарелку (рис. 54), представляющую собой трубную решетку с направленными вниз патрубками. Через патрубки газовая смесь поднимается в адсорбционную зону, где взаимодействует с движущимся слоем активного угля, охлажденного в трубах холодильника 2. В зоне 1 поглощаемые компоненты извлекаются углем, а непоглощенная часть смеси (легкая фракция) от водится   через   штуцер,   расположенный   под   распределительной   тарелкой.

Из зоны 1 уголь проходит в нижерасположенную ректификационную зону 11, ограниченную распределительными тарелками 1 и 4. В зоне 11 поднимающиеся из нижней части колонны пары вытесняют из угля менее сортируемые компоненты, образуя при этом смеси

различных составов (промежуточные фракции). На схеме показан отбор одной промежуточной фракции из-под третьей (сверху) тарелки (4а). Состав промежуточной фракции зависит от места ее отбора (по высоте ректификационной зоны). В некоторых случаях по высоте зоны // отбирают несколько промежуточных фракций. Из зоны // уголь поступает через распределительную тарелку 4 в десорбционную (или отпарную) зону ///, где он проходит по трубам, обогреваемым снаружи чаще всего парами высокотемпературных теплоносителей. Одновременно уголь в трубах продувают острым перегретым водяным паром. Острый пар, не конденсируясь, выдувает из угля десорбируемые вещества.

Эти вещества в смеси с водяным паром (тяжелая фракция) отводятся под распределительной тарелкой 4. Часть тяжелой фракции направляется в зону // для выделения из угля менее сорбируемых компонентов и образования промежуточных фракций. Распределительные тарелки обеспечивают более равномерное распределение газа и угля по сечению колонны и уменьшение уноса частиц угля выходящими газами.

Нагретый уголь выводится  из аппарата через разгрузочное устройство 5. Далее уголь проходит гидрозатвор 6, который предотвращает выход пара из аппарата и попадание его с углем в газовый подъемник 7. В последний уголь поступает через регулирующий клапан 8 и промежуточный сборник Р. В токе воздуха (или другого газа), нагнетаемого вентилятором (или газодувкой) 10, уголь подается в бункер //, из которого ссыпается в водяной холодильник 2 и затем в зону / адсорбционной колонны. Описанный цикл работы адсорбера повторяется снова. Для компенсации потерь угля вследствие его истирания, а также для поддержания постоянного уровня загрузки в бункере // в него добавляют свежий уголь.

Разделяемый газ может содержать труднодесорбируемые  вещества, не выделяющиеся в десорбционной зоне из угля и, следовательно, снижающие его активность. В этих случаях часть угля из бункера направляют в реактиватор 12 — аппарат, нагреваемый до температуры более высокой, чем десорбер колонны. В реактиваторе, так же как и в десорбционной зоне колонны, обрабатывают уголь острым водяным паром. Продукты реактивации и водяной пар отводят из верхней части реактиватора. При дополнительной обработке в реактиваторе активность угля не снижается даже при длительной работе установки.

Адсорберы с кипящим  слоем поглотителя. В кипящем слое размеры частиц адсорбента меньше, чем размеры его частиц в неподвижном слое, что способствует уменьшению внутридиф-фузионного сопротивления твердой фазы и приводит к существенному увеличению поверхности контакта фаз. В кипящем слое при прочих равных условиях интенсивность внешнего массопереноса также выше, чем в неподвижном слое, вследствие больших скоростей газа, движущегося через слой.

Вместе с тем проведение процессов адсорбции в кипящем  слое связано с трудностями выбора механически прочного адсорбента, способного выдержать достаточное число циклов работы в условиях повышенной исти-раемости при интенсивном механическом перемешивании частиц в самом аппарате и пневмотранспортных трубах.

В промышленности обычно применяются непрерывно действующие  многокамерные адсорберы с кипящим  слоем.

На рис. 55 показан однокамерный адсорбер с кипящим слоем, в котором газ непрерывно движется через корпус снизу вверх, поддерживая находящийся на газораспределительной решетке слой адсорбента в псевдоожиженном состоянии. Газ удаляется из аппарата через циклонное устройство 2, служащее для выделения из газа захваченных им мелких частиц адсорбента.

В однокамерных аппаратах  такого типа интенсивное перемешивание  твердых частиц приводит к значительной неравномерности времени пребывания в слое и соответственно различию степени их насыщения поглощаемым компонентом. В этих аппаратах, работающих по принципу прямотока фаз, не удается достичь концентрации адсорбтива в газовой фазе меньшей, чем равновесная, которая соответствует средней концентрации адсорбента в слое.