中国: 圧力スイング吸着除去はどのように機能しますか? 

中国でPSA（圧力スイング吸着）というと、すぐに巨大な空気分離プラントを思い浮かべる人が多いでしょう。しかし実際には、このプロセスには多くの微妙な点があり、経験豊富なエンジニアであっても、そのすべてが明らかなわけではありません。不純物の除去効率は圧力自体にはあまり依存せず、圧力のダイナミクス、つまりサイクルが正確にどのように進行するかに依存することが見落とされがちです。以上、実践を踏まえてお話していきたいと思います。

プロセスの本質: プレッシャーではなく、その変化

名前自体は -圧力スイング吸着– はすでにキーです。私たちは常に高い圧力について話しているのではなく、スイングについて話しています。供給ガスは、加圧下でゼオライトや活性炭などの吸着剤の層を通過します。必要な成分は、たとえば CO?もしくは湿気が残ってしまいます。そして、圧力を解放します。ここで、多くの人が、重要なのはもっと体重を減らすことだと考えるという間違いを犯します。実際には、スピードとグラデーションが重要です。急激な放電は吸着剤の粉塵の発生と顆粒の破壊につながります。水素精製プラントでそのような事例を見たことがありますが、その場合は装置の洗浄に何か月もかかります。

中国の製造業者は近年、これらのサイクルの自動化において大きな進歩を遂げてきました。しかし、多くの場合、問題は異なります。配管を節約したいという欲求です。十分なバルブがないか、バルブの品質が悪く、サイクルが設計どおりに進みません。吸着剤はフル能力で機能しません。不純物のブレークスルーが早く発生します。サイクルを短くしなければならず、生産性が低下します。

そしてもう 1 つ、カラム間の圧力を均等にする段階を忘れがちです。これは小さなことのように思えますが、再注入にかかるエネルギーを大幅に節約できます。私たちのプロジェクトには、常に少なくとも 2 つのレベルのレベリングが含まれています。これがないと、設備の効率が 15 ～ 20% 低下します。これは大規模生産にとっては非常に大きな数字です。

吸着剤: 選択と分解

システムの心臓部は吸着剤です。中国は自国のゼオライトを広く使用しており、その品質は現在非常に高くなっています。ただし、微妙な違いがあります。異なるガス混合物には独自の変更が必要です。たとえば、硫黄含有量の高い天然ガスを乾燥させる場合、標準の 13X ゼオライトはすぐに能力を失います。これには、特別な含浸または層の組み合わせ（最初に石炭、次にゼオライト）が必要です。

実際に、メタノール製造プラントの 1 つで、精製合成ガスの露点上昇の理由が長い間理解できていない様子を目にしました。モードを変更して自動化を確認しました。サプライヤーはコストを節約するために、吸着剤の結合剤含有量を減らしたことが判明しました。圧力降下サイクルで分解が始まり、小さな粉塵が発生し、配電網が詰まりました。カラムを完全に停止して再開する必要がありました。損失は​​莫大です。

したがって、設計時には常にサイクルタイムの余裕を考慮し、スタンド上でテストサイクルで吸着剤を試しに装填することに重点を置いています。それはどのように行われるかというと、例えば、成都宜之科技有限公司– 同社のエンジニアは、バルク出荷前に常に顧客の特定の混合物の詳細な分解曲線を提供します。これにより、初期段階での多くの問題が防止されます。

自動化とサイクル制御: 間違いはどこにあるのか

現代のPSAはバルブとプログラマブルコントローラーの物語です。プログラムを設定して動作するようです。しかし現実はもっと複雑です。システムはバルブ タイミングに特に敏感です。ほんの数秒の遅れが圧力サージ、つまり層にウォーターハンマーを引き起こします。 CO 回収プロジェクトの 1 つでしょうか?煙道ガスによるもので、これが空気圧バルブアクチュエーターの絶え間ない故障の原因でした。

Siemens のソリューションや Supcon などの地元ブランドなどの中国のコントローラー メーカーは、良い仕事をしています。しかし、ソフトウェア、つまりサイクル制御アルゴリズムは、多くの場合、エンジニアリング会社のノウハウです。すべての一時停止、ダイヤル、リセット速度がそこに書き込まれます。不適切なアルゴリズムは、優れた吸着剤の可能性を最大限に「消費」します。昔ながらの方法で手動で各列の圧力オシログラムを調べて「弱いリンク」を見つけると便利な場合があります。 PLCロジックで。

もう 1 つのよくある間違いは、監視が不十分であることです。圧力センサーは入口と出口にのみ設置されており、カラムの内部には設置されていません。しかし、吸着フロントがどのように進行しているか、またチャネルが形成されているかどうかを示すのは、層の高さに沿った圧力プロファイルです。現在、彼がリソースで公開しているような高度なプロジェクトに取り組んでいますyzkjhx.ru、定期的なモニタリングのために高さにいくつかのサンプリング ポイントを設定します。これはより高価ですが、試運転または問題の診断の段階では非常に貴重です。

エネルギーバランス：忘れられがちなこと

効率といえば吸着除去、みんな浄化の度合いを見ます。しかし、2 番目の重要なパラメータはエネルギー消費です。主な消費者はコンプレッサーであり、同じ圧力を生成します。そしてここには、圧力が解放されたときのエネルギー回収に大きな蓄えがあります。ガスを単に大気中やフレアに放出するのではなく、ターボエキスパンダーに通すか、少なくとも別のカラムとの位置合わせに使用します。

このようなソリューションの実装は、機器のコストと管理の複雑さによって制限されます。小規模な設置の場合、これはコスト効率が悪い可能性があります。しかし、江蘇省や山東省の石油化学コンビナートなどの大規模な石油化学プラントの場合、これは 2 ～ 3 年で回収できます。回収システムを導入して近代化した後、製品 1 トンあたりのエネルギー消費量がほぼ 3 分の 1 に減少したのを目にしました。

重要な点はパージガスの純度です。精製された製品の一部が吸着剤の再生に使用される場合、これは直接的な損失になります。場合によっては、多少暖める必要がある場合でも、外部パージ ガスを使用する方が効果的です。ここでの計算は常に個別であり、テンプレートに従って実行することはできません。

実践から得た事例と教訓

あまり成功していませんが、有益なプロジェクトの例を示したいと思います。お客様は、埋め立て地のバイオガス (主に CH? と CO?) を天然ガス品質に精製したいと考えていました。ゼオライトには標準的な 2 カラム PSA を使用しました。しかし、彼らは微量のシロキサンと硫化水素の存在を考慮していませんでした。ゼオライトはすぐに有毒になり、容器が落下しました。活性炭を使用した予備洗浄段階をその場で追加する必要がありました。結論:圧力スイング吸着微量の不純物を含む原材料の完全な分析が重要です。標準プロジェクトを適応せずに採用することはできません。

しかし、良い例としては、製油所の水素製造ユニットの近代化が挙げられます。そこには経験的に計算されたサイクルタイムを備えた古い PSA がありました。私たちはプロセスのデジタル シミュレーションを作成し、より急峻な等温線を持つ新しい吸着剤を選択し、各段階の順序と期間を最適化しました。その結果、同じ原料消費量で水素生産性が12%向上しました。これは、可能性はハードウェアではなく、作品自体のロジックにあることが多いという疑問に対するものです。

全体として、市場を見ると、PSAに対する中国のアプローチは非常に現実的になっています。単純なコピーから離れました。のような企業成都宜之科技有限公司華西科技が設立した設計研究所で、登録資本金は1億2,000万元で、まさにエンジニアリングインテグレーターとして運営されています。彼らは単にインストールを販売するだけではなく、あらゆる落とし穴を考慮に入れて、特定のタスクのプロセスをモデル化します。原材料と必要な製品。これが主な進歩であり、機器の販売から技術成果の販売への移行です。

要約すると、PSA の中国での仕事は単なる「ボタンを押す」ものではありません。これは複雑な物語であり、成功は詳細によって決まります。吸着剤の正しい選択とテスト、スマートなサイクルの自動化、エネルギーへの配慮、そして最も重要なことに、それを実装する人による技術の深い理解です。間違いは高くつきますが、テンプレートの決定を繰り返さないように教えてくれます。