Az aktívszén-adszorpciós gőzvisszanyerő egységek rendellenes hőmérséklet-emelkedésének elemzése és megelőző intézkedések 1

A kutatási eredmények azt mutatják, hogy az aktív szén abnormális hőmérséklet-emelkedése elsősorban láncreakciós mechanizmuson keresztül bontakozik ki, amely a következő három szakaszra oszlik:

① Adszorpciós hő felhalmozódása: A fizikai adszorpciós hő a kémiai adszorpciós/reakcióhővel kombinálódik, amelyet a nagy-koncentrációjú olaj/gáz adszorpció és szulfidoxidáció hajt.

② Catalytic cracking: Carbon deposits or metallic impurities catalyze hydrocarbon cracking, releasing heat from the cracking reaction; ③ Uncontrolled self-oxidation, where activated carbon undergoes self-oxidation, reaching its autoignition temperature threshold (160–200°C for lignin-based carbon, >300°C a kókuszdióhéj szén esetében).

3.1 Változások az aktív szén tulajdonságaiban

Az aktív szén tulajdonságainak megváltozása kulcsfontosságú tényező, amely hozzájárul a rendellenes hőmérséklet-emelkedéshez. Hosszabb használati idő alatt az aktív szén elöregedhet, ami csökkent fajlagos felületben, megváltozott pórusszerkezetben és a felületi kémiában nyilvánulhat meg. Ezek a változások növelhetik az adszorpciós hőt, ami hőmérséklet-emelkedést válthat ki. Ezenkívül az aktív szén adszorbeálhat nehezen--deszorbeálható anyagokat működés közben; az ilyen anyagok felhalmozódása exoterm reakciókat katalizálhat, tovább súlyosbítva a hőmérséklet-emelkedést. A telített aktív szén azonnali cseréjének elmulasztása csökkentheti az adszorpció hatékonyságát, növelve a rendellenes hőmérséklet-emelkedés kockázatát.

3.2 A szénhidrogén-komponensek hatása

A különböző szénhidrogén-komponensek eltérő adszorpciós entalpiát és reaktivitást mutatnak. Bizonyos magas-forráspont-makromolekuláris szénhidrogének nehezen deszorbeálódhatnak. A kutatások azt mutatják, hogy a C8-nál hosszabb szénláncú szénhidrogének jelentősen megnövekedett deszorpciós energiagátat mutatnak az aktív szén felületén, ami kumulatív adszorpciós entalpiához vezet. Ezenkívül az olajban és gázban jelenlévő reaktív szennyeződések, például szulfidok és olefinek exoterm reakciókon, például oxidáción vagy polimerizáción mennek keresztül az aktív szén felületén, ami hőmérséklet-emelkedést okoz. Ezen tényezők együttes hatása abnormális hőmérséklet-emelkedéshez vezethet az aktívszén ágyban.

3.3 Nem megfelelő működési paraméterek

A nem megfelelő üzemi paraméterek beállítása egy másik jelentős tényező, amely rendellenes hőmérséklet-emelkedést vált ki. A túl magas bemeneti gázkoncentráció koncentrált adszorpciós hő felszabadulását idézheti elő, helyi túlmelegedést idézve elő; a túl nagy bemeneti gázsebesség felgyorsíthatja a hőfelhalmozódást; a túl magas bemeneti gázhőmérséklet közvetlenül megemeli az ágy hőmérsékletét, növelve a rendellenes felmelegedés kockázatát; a deszorpció hőmérsékletének és időtartamának nem megfelelő szabályozása

túlzottan magas{0}}forráspontú-maradványokat eredményez az aktívszén felületén, fokozva az exoterm reakciókat a következő adszorpciós folyamatok során; emellett az ésszerűtlen ciklusbeállítások hőfelhalmozódáshoz vezethetnek, ami végső soron abnormális hőmérséklet-emelkedést válthat ki.

3.4 A berendezés tervezési hibái

A berendezés tervezési hibái rendellenes hőmérséklet-emelkedést is okozhatnak. Az adszorpciós tartályok nem megfelelő belső szerkezeti kialakítása egyenetlen gázeloszlást eredményezhet, ami helyi túlmelegedést okozhat; a nem megfelelő hőelvezetési rendszer nem tudja azonnal eltávolítani az adszorpciós hőt, ami hőmérséklet-emelkedéshez vezet; a hőmérséklet-ellenőrző pontok nem megfelelő elhelyezése pontatlanul tükrözheti az aktívszén ágy aktuális hőmérsékletét, esetleg nem észleli időben a hőmérsékleti anomáliákat, késlelteti a korrekciós intézkedéseket, és hőfelhalmozódást és hőmérsékletemelkedést okozhat.

4 megelőzési és szabályozási stratégia az aktívszén-adszorpciós tartályok rendellenes hőmérséklet-emelkedésére

A déli régiókban magas nyári hőmérsékletű olajraktárak esetében, közvetlen olaj-/gázellátással a finomítókból, megemelt abszorber-hőmérsékletekkel és közel{0}}telített olaj-/gázfeldolgozó kapacitással, intézkedéseket kell bevezetni az abszorber hőmérsékletének, valamint az adszorpciós tartályokba és abszorberekbe belépő olaj/gáz hőmérsékletének csökkentésére. Ennek célja az aktív szén abnormális hőmérséklet-emelkedésének visszaszorítása. Ez a megközelítés a meglévő aktívszén-adszorpciós folyamat kisebb módosításaira összpontosít, ideiglenesen kizárva a kombinált folyamatokat, például a kondenzációt. A konkrét módosítások közé tartozik: permetezőrendszerek, víz-hűtőberendezések vagy fényvisszaverő/szigetelő anyagok felszerelése az elő-adszorpciós tartály bemeneti vezetékére, a vákuumszivattyú kimenetére/elő-abszorpciós torony bemeneti vezetékére és az elő-permetezőtorony vezetékére az abszorbens tárolótartályból. Ez csökkenti az adszorpciós tartályba belépő olaj és gáz hőmérsékletét, minimálisra csökkentve a hőfelhalmozódást. Ezzel egyidejűleg az abszorber hőmérsékletének csökkentése javítja az abszorpciós hatékonyságot, és megakadályozza, hogy a nagy{10}}koncentrációjú olajgőzök{11}}újból bejussanak az adszorpciós tartályba az újra adszorpció és a hőleadás céljából, ezáltal szabályozva az aktív szén hőmérsékletének emelkedését.

4.2 Adszorpciós szer kiválasztása és optimalizálása

Válassza ki az aktív szenet megfelelő pórusméret-eloszlással és felületi kémiával a ténylegesen kezelt olajgőz-összetétel alapján. Rendszeresen cserélje ki vagy regenerálja az aktív szenet, hogy elkerülje az öregedés okozta rendellenes hőmérséklet-emelkedés kockázatát. Fontolja meg a felületen -módosított vagy katalizátoros-adalékolt aktív szén használatát, hogy növelje a magas-hőmérsékletállóságot. Összpontosítsa a kutatást több adszorbens kombinált alkalmazásaira az adszorpciós hő szabályozására. Kísérletek például megerősítik, hogy a szilikagél -aktív szén kompozit ágy 35%-kal csökkenti az adszorpciós hőt, és 20%-kal meghosszabbítja a C6–C12 szénhidrogének áttörési idejét. A szilikagél merev, amorf láncszerű és hálózatos szerkezetű szilícium-dioxid polimer részecskékből áll. Pórusméret-eloszlása ​​széles tartományt ölel fel egyenletesség nélkül, ami hasonló az aktív szénhez. Ez a hasonlóság határozza meg, hogy a szilikagél a szerves gázadszorpciós alkalmazásokban az aktív szénhez hasonló teljesítményt mutat. Az érett hidrofób szilikagél hidrofób, nem-gyúlékony és an-sztatikus tulajdonságokkal rendelkezik. Adszorbensként használva nem adszorbeálja az olaj- és gázáramokba felvitt vízgőzt, és nem termel hőt az adszorpciós folyamat során. Pontosabban, a szilikagél alsó rétege megtölthető aktív szén felső rétegével. Egyrészt a szilikagél kiváló adszorpciós teljesítményt mutat nagy-koncentrációjú olaj- és gázáramok esetén, az adszorpció során az aktív szénhez képest lényegesen kisebb hőleadás mellett. Másrészt az aktív szén jó adszorpciós teljesítményt mutat alacsony{25}}koncentrációjú olaj és gáz esetén, miközben minimális hőt termel az adszorpció során. Ha az alsó rétegben szilikagélt használunk a nagy-koncentrációjú olaj és gáz adszorbeálására, majd a felső rétegben az aktív szenet használjuk az alacsony-koncentrációjú olajhoz és gázhoz, optimálisan kihasználja mindkét adszorbens adszorpciós tulajdonságait [1], és a folyamat szempontjából csökkenti az adszorpciós hőképződést.

4.3 Az adszorpciós tartály kialakításának optimalizálása

Az adszorpciós tartály kialakításának finomítása kulcsfontosságú a rendellenes hőmérséklet-emelkedések megelőzésében. A legfontosabb intézkedések a következők: moduláris felépítés alkalmazása a könnyebb karbantartás és csere érdekében; a belső tartály szerkezetének javítása az egyenletes gázelosztás biztosítása érdekében; a hőelvezető rendszerek javítása a hőelvonás hatékonyságának növelése érdekében; és a hőmérséklet-ellenőrző pontok stratégiai elhelyezése a teljes aktívszén-ágy átfogó monitorozása érdekében. Szegmentált adszorpciós tartály kialakítása javasolt. Ez a megközelítés több lépcsőben osztja el az adszorpciós hőt, csökkentve a tartályonkénti hőterhelést.

A szerző cégénél az aktívszén adszorpciós olaj- és gázvisszanyerő egységekkel kapcsolatos üzemeltetési tapasztalatok alapján az aktívszén egységeknél a rendellenes hőmérséklet-emelkedés következetesen a megnövekedett feldolgozási mennyiségekből adódik. Míg a tartály térfogatának bővítése az aktív szén felhasználásának növelése érdekében növeli az egység kapacitását, ez a kialakítás növeli az adszorpciós tartályonkénti hőterhelést, ami veszélyezteti a stabil működést. Ehelyett javasoljuk az adszorpciós tartályok számának növelését a kapacitás növelése érdekében. Ez a megközelítés csökkenti a tartályonkénti hőterhelést, és lehetővé teszi a tartály forgását, lehetővé téve az alaposabb deszorpciót és elősegítve a hosszú távú stabil működést.

4.4 A működési paraméterek optimalizálása

(1) Optimalizálja a belépő gáz koncentrációját és hőmérsékletét a tényleges működési feltételek alapján, hogy elkerülje a túl magas koncentrációk vagy hőmérsékletek által okozott túlmelegedést.

(2) Növelje az abszorbens (benzin) forgási sebességét, hogy megakadályozza a hosszan tartó stagnálást. A hosszan tartó stagnálás a könnyű komponensek arányának növekedéséhez és az abszorbens hőmérsékletének emelkedéséhez vezet, ami csökkenti az abszorpciós hatékonyságot. Ez lehetővé teszi, hogy a fel nem szívódott, magas-hőmérsékletű, nagy-koncentrációjú olajgőzök újra-bejussanak az adszorpciós tartályba, növelve az egység terhelési nyomását és folyamatos hőfelhalmozódást okozva.

(3) Racionálisan szabályozza a deszorpció hőmérsékletét és időtartamát a teljes deszorpció biztosítása érdekében.

(4) Optimalizálja a ciklusidőszakokat az adszorpciós és deszorpciós folyamatok kiegyensúlyozása érdekében, megelőzve a hőfelhalmozódást.

(5) Átfogó megfigyelési és korai figyelmeztető rendszerek létrehozása az anomáliák azonnali észlelése és kezelése érdekében.

4.5 Új adszorpciós anyagok fejlesztése

Az új adszorpciós anyagok kifejlesztése hosszú távú{0}}megoldást jelent a rendellenes hőmérséklet-emelkedéssel kapcsolatos problémákra. A kutatásnak a fokozott termikus stabilitással és szelektivitással rendelkező adszorbensek, például fém{2}szerves vázak (MOF) és kovalens szerves vázak (COF) kifejlesztésére kell összpontosítania. Fedezze fel a fázisváltó anyagok (PCM) adszorpciós ágyakba való integrálását, hogy kiaknázhassa hőelnyelő tulajdonságaikat a hőmérséklet szabályozásához. A rendszer hőkezelési képességeinek javítása érdekében önhűtő kompozit anyagokat{6}}fejleszthet.

Az olaj- és gázvisszanyerő egységekben az aktív szén abnormális hőmérséklet-emelkedése elsősorban a széntulajdonságok változásából, a szénhidrogén-komponensek befolyásából, a nem megfelelő működési paraméterekből és a berendezés tervezési hibáiból adódik. Ezen okok kezelése érdekében a megelőző stratégiáknak tartalmazniuk kell az aktív szén kiválasztásának optimalizálását, a berendezés tervezésének finomítását, a működési paraméterek javítását és új adszorbensek kifejlesztését. A tanulmány megállapításai jelentős hatással bírnak az olaj- és gázvisszanyerő rendszerek biztonságának és hatékonyságának növelésére. Hatékonyan csökkenthetik a rendellenes hőmérséklet-emelkedés kockázatát, meghosszabbíthatják a berendezések élettartamát, és javíthatják az olaj- és gázvisszanyerés hatékonyságát. A jövőbeli kutatásnak az új adszorbens anyagok kifejlesztésére és alkalmazására, valamint intelligens megfigyelő és korai figyelmeztető rendszerek létrehozására kell összpontosítania az olaj- és gázvisszanyerő rendszerek teljesítményének és megbízhatóságának további javítása érdekében.