واحدهای تولید گاز هیدروژن به روش PSA

با آنکه هیدروژن بلحاظ فراوانی دومین عنصر موجود در طبیعت است اما به شکل عنصر شناخته شده گاز H2 وجود ندارد و همیشه به‌ صورت ترکیب با سایر عناصر یافت می شود. به‌طور مثال ترکیب با اکسیژن به ‌صورت آب (H2O) ویا ترکیب با کربن مانند متان (CH4) .
یکی از روش های متداول تولید گاز هیدروژن در صنایع پالایشگاهی سنتز گاز توسط بخار آب (SMR: Steam Methane Reforming) است. در این روش در دمای بالا (۷۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سلسیوس) و در حضور کاتالیزور با پایه‌ی فلزی، بخار آب با گاز متان وارد واکنش شده و تولید گازهای هیدروژن و منواکسید کربن می کند. ترکیب گاز هیدروژن بدست آمده در این روش نیاز به تصفیه و ایجاد خلوص بالا دارد که توسط واحد پالایش هیدروژن به روش جذبی صورت می گیرد.

دانلود کاتالوگ
فن آوری جذب نوسان فشار (PSA) مبتنی بر اتصال و جذب فیزیکی مولکول های گازی به مواد جاذب است. نیروی مربوطه که بین مولکول های گاز و ماده جاذب عمل می کند بستگی به ساختار مولکولی گاز، نوع ماده جاذب ، فشار جزئی اجزای گاز و دمای کار دارد.
رتبه بندی کیفی نیروهای جذب برای اغلب سیالات مورد نظر این فرایند در شکل زیر نشان داده شده است.
همانگونه که شرح داده شد عمل جداسازی بر اساس تفاوت در نیروهای اتصال به مواد جاذب است. اجزای بسیار فرار با قطبیت پایین مانند هیدروژن، در مقابل مولکول های CO, N2 CO2, ، هیدروکربن ها و بخار آب، عملاً غیر قابل جذب هستند. در نتیجه این ناخالصی ها می توانند از یک جریان حاوی هیدروژن جذب شوند و هیدروژن با خلوص بالا بازیابی می شود.
اصلاح بخار هیدروکربن های سبک مانند گاز طبیعی، فن آوری غالب برای تولید گازهای سنتزی (Synthetic-gas)و در نتیجه هیدروژن است. گاز سنتز مخلوطی از گاز است که در درجه اول از هیدروژن، مونوکسید کربن و اغلب مقداری دی اکسید کربن تشکیل شده است. هیدروژن تولید شده توسط این فرآیند قبل از استفاده در فرآیندهای پایین دست نیاز به تصفیه دارد.
فرایند تصفیه هیدروژن بدون سیستم PSA
برای تصفیه هیدروژن بدون سیستم PSA ، گاز حاصل از واحد اصلاح كننده بخار(Steam Reformer) از چندین مرحله تبدیل عبور می كند تا مقدار مونوكسید كربن (CO) به حداقل برسد. در واحد پاک کننده(CO2 Wash Unit) دی اکسید کربن از بین برده می شود. مونوکسید کربن و دی اکسید کربن باقیمانده برای تولید متان در راکتور متان واکنش نشان می دهند. هیدروژن تولید شده حاوی کمتر از 10 ppmv اکسیدهای کربن است، اما بسته به شدت واکنش اصلاحی صورت گرفته فقط می تواند به غلظت هیدروژن بین 92 تا 97 درصد برسد.
برای درک بهتر این روش به شماتیک فرایند مربوطه در زیر مراجعه کنید.
فرایند تصفیه هیدروژن با سیستم PSA
با استفاده از تکنولوژی پالایش هیدروژن به روش جذبی (Poly-bed PSA System) ، واحدهای حذف دی اکسید کربن و مولد متان از فرایند حذف می شوند. سیستم PSA با استفاده از مونوکسید کربن و دی اکسید کربن ، به عنوان گاز سوخت برای کوره اصلاح بخار ، هر متان بی رویه را حذف می کند.
گاز حاصل از واکنش اصلاح بخار در راکتور اصلی (Steam Reformer) به راکتور جابجا کننده (Shift Reactor) وارد می شود ، جایی که مونوکسید کربن به دی اکسید کربن و هیدروژن تبدیل می شود. با ترک این واحد، گاز حاوی تقریباً 75٪ هیدروژن ، به همراه دی اکسید کربن، مونوکسید کربن و قسمتی از متان مصرف نشده است. همچنین در صورت وجود ازت در خوراک اصلاح کننده بخار می توان انتظار مقادیری گاز نیتروژن را نیز در این مرحله داشت.
در این روش براساس دوره های تناوبی فرایند، برج های جاذب که تحت فشار کار می کنند دی اکسید کربن، منواکسید کربن و سایر ناخالصی های موجود را به تله انداخته و هیدروژن با خلوص بالا تولید می کنند.
برای درک بهتر این روش به شماتیک فرایند مربوطه در زیر مراجعه کنید.
جدای از محصول هیدروژن (تا خلوص 99.999 %) که محصول فشار بالای سیستم است، سیستم PSA یک جریان گاز کم فشار یعنی گازهای ناخالص (Tail Gas) تولید می کند که شامل همه ناخالصی های موجود در گاز خوراک و قسمتی از هیدروژن فاز احیاء بستر جاذب است. این فراورده جانبی بسته به ترکیبات گاز خوراک، ارزش گرمایی در حدود BTU / SCF212-106 (یا kcal / Nm3 2000 – 1000) دارد که از آن به عنوان سوخت در کوره اصلاح کننده بخار استفاده می شود و می تواند 90 ٪ تا 50 ٪ از انرژی حرارتی این واحد را تأمین کند.
برای کارکرد صحیح کوره، یک درام اختلاط در مسیر خروجی کم فشار (Tail Gas Drum) پیش بینی می شود که سیکل تغییرات فرایند را برای حفظ ارزش گرمایشی گاز خاروجی کنترل می کند.
سیستم های PSA که از سوی سازندگان برتر تامین می شوند و از اطمینان و قابلیت های بالاتری برخوردارند بی شک با صرفه ترین راه برای تولید هیدروژن هستند. افزون بر آن سیستم های کارآمد در مباحث کاهش مصارف انرژی و رعایت قوانین زیست محیطی نیز مورد توجه قرار دارند.
ساختار پکیج تصفیه هیدروژن به روش PSA
یک سیستم تولید گاز هیدروژن به روش جذبی (H2 Purification Plant) بطور معمول از اجزاء اصلی ذیل تشکیل شده است:
1- برج های پروسسی (Adsorber Vessels)
2- مواد جاذب ( Adsorber Materials)
3- یک مخزن گازهای ناخالص فشار پایین (Tail Gas Drum)
4- پکیج شاسی شده سیستم لوله کشی، شیرالات کنترلی و ابزاردقیق (valve skid Unit)
5- سیستم کنترل (PLC)
چند نکته:
• علی رغم اصول ساده در کلیت این فرایند، پیچیدگی و حساسیت های خاصی در فازهای طراحی و ساخت اجزاء سیستم دارد.
• تنظیم و عملیاتی کردن یک چارت زمانبندی دقیق و مناسب برای فازهای فرایند نظیر جذب، احیاء، همفشاری، تخلیه و ….. از اصول و پیچیدگی های سیستم محسوب می شود.
• طرح ریزی و اجرای تمهیداتی برای کنترل نوسانات فشار و جریان در سیستم از اهمیت بالایی برخوردار است.
• در این سیستم فشار ورودی معمولا” بین 6 تا 40 بار است و فشار خروجی در حدود 1 بار کمتر از فشار ورودی خواهد بود.
• فرایند تصفیه هیدروژن در این سیستم شامل 4 مرحله اصلی زیر است:
– فرآیند جذب (Adsorbtion): در این مرحله ناخالصی های گاز ورودی جذب و هیدروژن از برج مولد خارج می شود. در این سیستم با اتمام عملیات تولید هیدروژن در برج عمل کننده نخست برج دوم بلافاصله وارد عمل تولید می شود تا از پیوستگی تولید گاز هیدروژن در سیستم اطمینان حاصل گردد.
– کاهش فشار (Depressurization): شامل کاهش فشار چند مرحله ایی در برج عمل کننده می شود. آخرین مرحله این قسمت براورنده هیدروژن خلوص بالا برای احیای مواد جاذب در برج عمل کننده قبلی است.
– احیا (Regeneration): طی دو مرحله مقدماتی (Dump) و تخلیه اصلی (Purging) گازهای ناخالص از سیستم خارج می شود.
– فشار گیری مجدد (Repressurization): قبل از شروع مجدد جذب، برج احیا شده باید دوباره تحت فشار قرار گیرد. این کار در پی مرحله همفشاری و با استفاده از هیدروژن خالص از جاذب های در حال کاهش فشار انجام می شود. از آنجا که فشار مورد نیاز در سیستم با این مقدار هیدروژن خالص قابل دستیابی نیست ، اعمال فشار لازم با یک جریان منشعب از خط تولید هیدروژن انجام می شود. با جذب دوباره فشار به مقدار لازم ،برج احیا شده وظیفه جذب برج دیگری را که تازه فاز جذب آن تمام شده است را بر عهده می گیرد.
سیستم PSA تولید گاز هیدروژن در هتکو
هتکو مفتخر است تا به عنوان اولین شرکت داخلی برای بومی سازی تکنولوژی این محصول راهبردی و کاهش وابستگی های کشور پیش قدم شود و با پشتوانه تجارب بسیار ارزنده خود توانستیم تا به عنوان نخستین شرکت ایرانی همکار استراتژیک داخلی کمپانی های تراز اولی چون Linde و Air Liquide معرفی شویم.
بر این اساس شرکت هتکو آمادگی دارد تا برای پروژه های احداث واحدهای تصفیه هیدروژن (H2 Purification Plant) در سطح کشور مطابق با بالاترین استانداردهای روز دنیا و رقابت با سازندگان مطرح جهانی کلیه فازهای مهندسی، طراحی، ساخت، نصب و راه اندازی، آموزش های اپراتوری و خدمات پس از فروش لازم را ارائه نماید.
مزایا و ویژگی ها
1- ارائه خدمات مشاوره ایی برتر برای بهترین راهکارهای لازم در کاهش هزینه
2- بهره گیری از بالاترین تکنولوژی طراحی و ساخت با قابلیت اعتماد بالا
3- برخورداری کامل از ظرفیت و پشتیبانی تیم های مهندسی و پروژه
4- انطباق کلیه فرایندهای تحقق محصول با استاندارد ISO 9001;2015
5- انطباق کامل با استانداردهای ایمنی سیستم نظیرISO/TS 19883;2017
6- محدوده ظرفیت های بالا تا 60000 مترمکعب بر ساعت
7- محدوده خلوص هیدروژن تا 99.999 %
8- استفاده از برترین نمونه مواد جاذب با عمر مفید حداقل ۱۰ سال
9- ساخت مخازن و برج های تحت فشار بر طبق استاندارد ASME Sec. VIII. Dev. 1
10- مجهز به سیستم کنترل پیشرفته (PLC) ساخت Siemens
11- قابلیت تنظیم جریان و خلوص سیستم بر اساس مصارف
12- عملکرد اتوماتیک دستگاه بدون نیاز به اپراتور
13- تنظیمات خودکار سیستم برای جلوگیری از تلفات انرژی و بهم خوردن خلوص سیستم
14- حداقل فضای مورد نیاز برای نصب
15- نصب و راه اندازی سریع و آسان
16- پشتیبانی و خدمات برتر به مدت ۱۵ سال
کاتالوگ وپورایزر

واحدهای تولید گاز هیدروژن به روش PSA

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “واحدهای تولید گاز هیدروژن به روش PSA”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

واحدهای تولید گاز هیدروژن به روش PSA
تماس با ما