Установка короткоцикловой адсорбции (КЦА)

Установка короткоцикловой адсорбции (КЦА) используется для разделения газовых смесей с получением водорода, азота, кислорода, метана, этилена и других компонентов высокой концентрацией (от 95% до 99,9999%).
Данная технология позволяет разделять практически любой газ.



Часто для разделения используют различия в скорости адсорбции разных газов, например, при извлечении азота из воздуха с помощью углеродных молекулярных сит.
Технология КЦА основана на поглощении газа адсорбентом с использованием функции давления.
Технологический процесс адсорбции строится так, что смесь газов подается в адсорбер при повышенном давлении и температуре внешней среды.
При этом легкоадсорбируемые компоненты смеси поглощаются адсорбентом, в то время как слабоадсорбируемые или неадсорбируемые проходят через аппарат, благодаря чему происходит разделение газовой смеси.
Адсорбент поглощает газ до состояния равновесия между адсорбцией и десорбцией, после чего адсорбент необходимо регенерировать, т. е. удалить с поверхности адсорбента поглощённые компоненты.

Это можно сделать либо путем повышения температуры, либо путём сброса давления.

Обычно в короткоцикловой адсорбции используют регенерацию посредством сброса давления.
Можно использовать безнагревную КЦА, как, например, у компании Грасис.
На сегодняшний день получили распространение 3 метода организации циклического безнагревного процесса адсорбционного разделения воздуха:

• напорные - Pressure Swing Adsorbrion (PSA),
• вакуумные - Vacuum Swing Adsorbtion (VSA),
• смешанные - Vacuum Pressure Swing Adsorbtion (VPSA).

Главная отличительная особенность безнагревной КЦА (PSA) в том, что циклы адсорбции и десорбции проводятся при одной и той же температуре, но парциальное давление адсорбирующихся компонентов при адсорбции больше, чем при десорбции.
Главное преимущество процессов PSA перед традиционным методом проведения адсорбционных процессов в циклах адсорбции-десорбции при различных температурах - в устранении стадий нагрева и охлаждения адсорбера, требующих больших затрат времени и энергии.
Следующей отличительной чертой короткоцикловой адсорбции является небольшая длительность циклов адсорбции и регенерации, обычно в пределах нескольких минут, в результате чего указанный процесс получил наименование «короткоцикловая адсорбция».
Свое широкое применение, особенно за рубежом, КЦА получила из-за следующих преимуществ:

• высокая селективность по адсорбируемым компонентам в зависимости от выбора адсорбента;
• быстрый пуск и остановка по сравнению с криогенными блоками;
• большой диапазон работы от 5 до 100% производительности без изменения энергетических затрат;
• большая гибкость установок, т.е. возможность быстрого изменения режима работы, производительности и чистоты в зависимости от потребности;
• автоматическое регулирование режима;
• возможность дистанционного управления;
• низкие энергетические затраты по сравнению с криогенными блоками;
• простое аппаратурное оформление;
• низкие, затраты на обслуживание из-за простоты установок;
• применение первого защитного слоя адсорбента предотвращает чувствительность к агрессивным компонентам по сравнению с мембранами и гарантирует длительные сроки эксплуатации адсорбента без его замены;
• низкая стоимость установок по сравнению с криогенными технологиями.

Из-за вышеперечисленных преимуществ КЦА широко применяется для следующих целей:

• получение водорода из природного и коксового газа, других водородсодержащих газов;
• получение метана из природного газа;
• получение окиси и двуокиси углерода;
• выделение этилена;
• получение азота и технического кислорода из воздуха;
• и др. газовых смесей.