Углубленное применение технологии адсорбционной очистки водорода под переменным давлением в металлургической промышленности

В металлургии железа и стали, являющейся основной отраслью национальной тяжелой промышленности, особенно важны технологии разделения и очистки газов, участвующих в производственном процессе. Среди них очистка водорода является неотъемлемой частью процесса металлургии железа и стали. В последние годы, благодаря непрерывному развитию науки и техники, технология адсорбции под давлением (PSA) широко используется в области очистки водорода благодаря таким преимуществам, как высокая эффективность, энергосбережение и защита окружающей среды.

Обзор технологии качающейся адсорбции под давлением

В металлургической промышленности водород в основном используется для восстановления оксида железа в железной руде с целью получения железа. Однако в процессе подготовки водород часто содержит примесные газы, такие как азот, монооксид углерода и т.д., и присутствие этих примесных газов влияет на чистоту и эффективность использования водорода. Поэтому для получения водорода высокой чистоты необходимо очищать его с помощью технологии адсорбции под переменным давлением.

Технология адсорбции при переменном давлении - это метод разделения и очистки газов, основанный на различиях в адсорбционной способности адсорбентов к молекулам газов при разных давлениях и различиях в адсорбционной способности молекул разных типов газов. Основной принцип этой технологии заключается в том, что при определенной температуре, используя свойство, что адсорбционная способность адсорбента для определенных компонентов газа изменяется с изменением давления, и свойство, что адсорбционная способность для различных видов определенных компонентов газа различна, процессы адсорбции и десорбции осуществляются попеременно путем периодического изменения давления в системе, таким образом, достигается цель разделения и очистки газов.

В обычном процессе PSA для регенерации адсорбента могут использоваться два метода:

1. "Промывка" слоя продуктовым газом для снижения парциального давления адсорбированных примесей и вытеснения более труднодесорбируемых примесей. Преимуществом является то, что это можно сделать при атмосферном давлении. Недостатком является потеря некоторого количества продуктового газа.

2. регенерация с помощью вакуумной откачки, так что более труднодесорбируемые примеси в отрицательном давлении принудительно десорбируются вниз, что обычно называют вакуумной качающейся адсорбцией (Vacuum Pressure Swing Adsorption, сокращенно VPSA или VSA). Преимуществами процесса VPSA являются хороший эффект регенерации, высокий выход продукта. Недостатком является необходимость увеличения вакуумного насоса, энергопотребление устройства относительно высокое.

В реальном процессе применения, использование какого процесса в основном зависит от состава исходного газа, условий, скорости потока, чистоты продукта, требований к выходу, а также капитала завода и пространства и других обстоятельств для принятия решения.

Адсорбционные процессы очистки водорода с переменным давлением (VPA)

Процесс адсорбционной очистки водорода с переменным давлением в основном включает адсорбцию, выравнивание перепада давления, нисходящий сброс, обратный сброс, промывку, выравнивание давления, конечный подъем давления и другие этапы. Конкретно это выглядит следующим образом:

1. адсорбция: сырой водород поступает в адсорбционную башню под определенным давлением, в которой примесный газ адсорбируется адсорбентом, а водород высокой чистоты поступает в последующий процесс через адсорбционную башню.

2. выравнивание давления: после адсорбции давление в адсорбционной башне снижается до промежуточного давления с помощью этапа выравнивания давления, создавая условия для последующих этапов понижения и обратного сброса.

3. выделение шунта и обратное выделение: после выравнивания давления примесные газы в адсорбционной башне частично высвобождаются в процессе выделения шунта, а затем примесные газы дополнительно высвобождаются путем выделения десорбированных газов в обратном направлении в процессе обратного выделения.

4. промывка: после окончания обратного сброса адсорбционная башня промывается более чистым водородным газом для дальнейшего удаления остаточных примесных газов.

5. выравнивание давления и окончательное повышение давления: после промывки давление в адсорбционной башне повышается до рабочего давления через этапы выравнивания давления и окончательного повышения давления, чтобы подготовиться к следующему циклу процесса адсорбции.

Преимущества технологии адсорбции под переменным давлением (VPA) в металлургической промышленности

1. высокая эффективность: технология адсорбции под переменным давлением обладает высокой эффективностью разделения и очистки, передовым и надежным процессом, широкой применимостью к сырью, позволяет получить водород высокой чистоты за короткое время, чистота может достигать 90-99,9999%, и повысить эффективность производства.

2. энергосбережение: по сравнению с традиционной технологией разделения с глубоким охлаждением, технология адсорбции с переменным давлением имеет значительное преимущество в потреблении энергии. Рабочая температура близка к нормальной, что позволяет избежать большого потребления энергии в процессе разделения с глубоким охлаждением. Широкий диапазон давления: 0,2-6,0MPaG, низкое энергопотребление, гибкость работы до 20-120%, время непрерывной работы устройства более 3 лет.

3. экологичность: технология адсорбции под переменным давлением не производит опасных отходов в процессе очистки, а степень извлечения водорода высока. В зависимости от источника газа и условий производства степень извлечения водорода составляет 60-99%. Она отвечает требованиям "зеленого" производства.

4. гибкость: технология адсорбции под переменным давлением позволяет регулировать адсорбент и параметры процесса в соответствии с различными производственными требованиями, обладая высокой адаптивностью и гибкостью. Устройство имеет высокую степень автоматизации, с самоадаптивной настройкой, автоматической диагностикой неисправностей и другими функциями, удобно запускать и останавливать установку, и уже реализовано беспилотное автоматическое управление.

Промышленная ценность и перспективы рынка

В настоящее время технология VRS широко используется в конверсионном газе, газе крекинга метанола, газе выпуска метанола, хвостовом газе синтетического аммиака и газе низких фракций гидрогенизации нефтепереработки,