Nenormalaus temperatūros kilimo aktyvintosios anglies adsorbcijos garų regeneravimo įrenginiuose analizė ir prevencinės priemonės 1

Tyrimų rezultatai rodo, kad nenormalus aktyvintos anglies temperatūros kilimas pirmiausia atsiskleidžia per grandininės reakcijos mechanizmą, suskirstytą į tris etapus:

① Adsorbcijos šilumos kaupimasis: fizinė adsorbcijos šiluma susijungia su chemine adsorbcijos / reakcijos šiluma, kurią skatina didelės{0}}koncentracijos alyvos / dujų adsorbcija ir sulfidų oksidacija;

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 kokoso kevalo anglies).

3.1 Aktyvintos anglies savybių pakeitimai

Aktyvintos anglies savybių pokyčiai yra pagrindinis veiksnys, lemiantis nenormalų temperatūros kilimą. Per ilgą naudojimo laikotarpį aktyvintoji anglis gali senti, o tai gali pasireikšti kaip sumažėjęs specifinis paviršiaus plotas, pakitusi porų struktūra ir paviršiaus cheminės sudėties pokyčiai. Šie pokyčiai gali padidinti adsorbcijos šilumą ir sukelti temperatūros kilimą. Be to, veikimo metu aktyvuota anglis gali adsorbuoti sunkiai -desorbuojamas-medžiagas; tokių medžiagų kaupimasis gali katalizuoti egzotermines reakcijas, dar labiau padidindamas temperatūros kilimą. Nedelsiant nepakeitus prisotintos aktyvintosios anglies, gali sumažėti adsorbcijos efektyvumas, todėl padidėja nenormalaus temperatūros kilimo rizika.

3.2 Angliavandenilių komponentų įtaka

Skirtingi angliavandenilių komponentai turi skirtingą adsorbcijos entalpiją ir reaktyvumą. Gali būti sunku desorbuoti tam tikrus aukštos -virimo{2}} stambiamolekulinius angliavandenilius. Tyrimai rodo, kad angliavandeniliai, kurių anglies grandinės ilgesnės nei C8, turi žymiai padidintą desorbcijos energijos barjerą ant aktyvintos anglies paviršių, todėl susidaro kumuliacinė adsorbcijos entalpija. Be to, reaktyviosios priemaišos, tokios kaip sulfidai ir olefinai, esantys aliejuje ir dujose, gali patirti egzotermines reakcijas, tokias kaip oksidacija arba polimerizacija ant aktyvintos anglies paviršiaus, todėl temperatūra pakyla. Bendras šių veiksnių poveikis gali sukelti nenormalų temperatūros kilimą aktyvintosios anglies sluoksnyje.

3.3 Netinkami veikimo parametrai

Netinkami veikimo parametrų nustatymai yra dar vienas svarbus veiksnys, sukeliantis nenormalų temperatūros padidėjimą. Per didelė įleidžiamų dujų koncentracija gali sukelti koncentruotą adsorbcijos šilumos išsiskyrimą, sukeldama vietinį perkaitimą; per didelis įleidžiamų dujų greitis gali pagreitinti šilumos kaupimąsi; per aukšta įleidžiamų dujų temperatūra tiesiogiai pakelia lovos temperatūrą, padidindama nenormalaus šildymo riziką; netinkamai kontroliuojant desorbcijos temperatūrą ir trukmę gali

ant aktyvintos anglies paviršiaus susidaro per daug aukštos -virimo temperatūros- medžiagų likučių, o tai padidina egzotermines reakcijas tolesnių adsorbcijos procesų metu; be to, dėl nepagrįstų ciklo nustatymų gali kauptis šiluma, o tai galiausiai gali sukelti neįprastą temperatūros kilimą.

3.4 Įrangos konstrukcijos defektai

Įrangos konstrukcijos trūkumai taip pat gali sukelti neįprastą temperatūros kilimą. Neteisingai suprojektavus adsorbcijos bakų vidinę struktūrą, dujos gali pasiskirstyti netolygiai, o tai gali sukelti vietinį perkaitimą; netinkamai suprojektavus šilumos išsklaidymo sistemą, gali nepavykti greitai pašalinti adsorbcijos šilumos, todėl gali padidėti temperatūra; netinkamas temperatūros stebėjimo taškų išdėstymas gali netiksliai atspindėti tikrąją aktyvintos anglies sluoksnio temperatūrą, galimai laiku neaptikti temperatūros anomalijas, uždelsti korekciniai veiksmai ir sukelti šilumos kaupimąsi bei temperatūros kilimą.

4 Nenormalaus temperatūros kilimo aktyvintosios anglies adsorbcijos rezervuaruose prevencijos ir kontrolės strategijos

Naftos saugyklose, kuriose pietiniuose regionuose vyrauja aukšta vasaros temperatūra, tiesioginis naftos ir (arba) dujų tiekimas iš naftos perdirbimo gamyklų, aukštesnė absorberio temperatūra ir beveik-prisotintas naftos ir (arba) dujų apdorojimo pajėgumas, turėtų būti įgyvendintos priemonės, skirtos sumažinti absorberio temperatūrą ir į adsorbcijos bakus bei absorberius patenkančios naftos / dujų temperatūrą. Taip siekiama slopinti nenormalų aktyvintosios anglies temperatūros kilimą. Taikant šį metodą dėmesys sutelkiamas į nedidelius esamo aktyvintos anglies adsorbcijos proceso pakeitimus, laikinai neįtraukiant kombinuotų procesų, tokių kaip kondensacija. Konkrečios modifikacijos apima: purškimo sistemų, vandens-aušinimo įrangos arba atspindinčių / izoliacinių medžiagų montavimą ant išankstinės-adsorbcijos bako įleidimo linijos, vakuuminio siurblio išleidimo / išankstinio-absorbcijos bokšto įleidimo linijos ir išankstinio-purškimo bokšto linijos iš absorbentų laikymo bako. Tai sumažina alyvos ir dujų, patenkančių į adsorbcijos baką, temperatūrą ir sumažina šilumos kaupimąsi. Tuo pačiu metu sumažinus absorberio temperatūrą, padidėja absorbcijos efektyvumas ir neleidžiama didelės{10}}koncentracijos alyvos garams-patekti į adsorbcijos baką, kad būtų re-adsorbuota ir išleista šiluma, taip kontroliuojant aktyvintosios anglies temperatūros kilimą.

4.2 Adsorbcijos agento pasirinkimas ir optimizavimas

Pasirinkite aktyvintą anglį su atitinkamu porų dydžio pasiskirstymu ir paviršiaus chemija, atsižvelgdami į faktinę apdorojamų alyvos garų sudėtį. Reguliariai keiskite arba regeneruokite aktyvuotą anglį, kad išvengtumėte nenormalaus temperatūros kilimo dėl senėjimo. Apsvarstykite galimybę naudoti paviršiaus -modifikuotą arba katalizatoriaus- legiruotą aktyvuotą anglį, kad padidintumėte jos atsparumą aukštai -temperatūrai. Sutelkti dėmesį į kelių adsorbentų kombinuotą taikymą adsorbcijos šilumai valdyti. Pavyzdžiui, eksperimentai patvirtina, kad silikagelio -aktyvintos anglies kompozicinis sluoksnis sumažina adsorbcijos šilumą 35 % ir pailgina C6–C12 angliavandenilių prasiskverbimo laiką 20 %. Silikagelį sudaro standžios, amorfinės grandinės tipo ir tinklinės struktūros silicio dioksido polimero dalelės. Jo porų dydžio pasiskirstymas apima platų diapazoną be vienodumo, panašiai kaip aktyvintosios anglies. Šis panašumas lemia, kad silikagelio veikimas yra panašus į aktyvuotos anglies organinių dujų adsorbciją. Subrendęs hidrofobinis silikagelis pasižymi hidrofobiškumu, nedegumu ir antistatinėmis savybėmis. Kai naudojamas kaip adsorbentas, jis neabsorbuoja vandens garų, patekusių į naftos ir dujų srautus, ir negeneruoja šilumos adsorbcijos proceso metu. Tiksliau, apatinis silikagelio sluoksnis gali būti užpildytas viršutiniu aktyvintos anglies sluoksniu. Viena vertus, silikagelis pasižymi puikiomis adsorbcijos savybėmis didelės-koncentracijos naftos ir dujų srautuose, o adsorbcijos metu išsiskiria žymiai mažiau šilumos, palyginti su aktyvintosios anglies. Kita vertus, aktyvintoji anglis pasižymi geru adsorbcijos našumu mažos{25}}koncentracijos alyvoje ir dujose, o adsorbcijos metu generuoja minimalią šilumą. Naudojant silikagelį apatiniame sluoksnyje didelės-koncentracijos alyvai ir dujoms adsorbuoti, o po to viršutiniame sluoksnyje aktyvuota anglis, skirta mažos-koncentracijos alyvai ir dujoms, optimaliai išnaudojamos abiejų adsorbentų [1] adsorbcijos savybės ir sumažėja adsorbcinės šilumos susidarymas proceso požiūriu.

4.3 Adsorbcijos bako konstrukcijos optimizavimas

Adsorbcijos bako konstrukcijos tobulinimas yra labai svarbus siekiant išvengti nenormalaus temperatūros kilimo. Pagrindinės priemonės apima: modulinės konstrukcijos pritaikymą, kad būtų lengviau prižiūrėti ir pakeisti; vidinės rezervuaro struktūros tobulinimas, siekiant užtikrinti vienodą dujų paskirstymą; šilumos išsklaidymo sistemų gerinimas, siekiant padidinti šilumos šalinimo efektyvumą; ir strategiškai išdėstyti temperatūros stebėjimo taškus, kad būtų galima visapusiškai stebėti visą aktyvintosios anglies sluoksnį. Rekomenduojama naudoti segmentuotą adsorbcijos bako dizainą. Šis metodas paskirsto adsorbcijos šilumą keliais etapais, sumažindamas vienos talpos šiluminę apkrovą.

Remiantis eksploatavimo patirtimi su aktyvuotos anglies adsorbcijos alyvos ir dujų regeneravimo įrenginiais autoriaus įmonėje, nenormalus aktyvintos anglies agregatų temperatūros padidėjimas nuolat kyla dėl padidėjusių perdirbimo apimčių. Išplečiant bako tūrį, siekiant padidinti aktyvintosios anglies naudojimą, padidėja įrenginio talpa, ši konstrukcija padidina adsorbcijos bako šiluminę apkrovą, o tai kelia pavojų stabiliam veikimui. Vietoj to rekomenduojame padidinti adsorbcijos bakų skaičių, kad padidėtų talpa. Šis metodas sumažina šiluminę apkrovą vienam bakui ir įgalina bako sukimąsi, o tai leidžia atlikti išsamesnę desorbciją ir skatina ilgalaikį stabilų veikimą.

4.4 Darbinių parametrų optimizavimas

(1) Optimizuokite įleidžiamų dujų koncentraciją ir temperatūrą, atsižvelgdami į faktines darbo sąlygas, kad išvengtumėte perkaitimo, kurį sukelia pernelyg didelė koncentracija arba temperatūra.

(2) Padidinkite absorbento (benzino) apykaitos greitį, kad išvengtumėte ilgalaikio sąstingio. Dėl užsitęsusio sąstingio padidėja lengvųjų komponentų proporcijos ir pakyla temperatūra absorbente, todėl sumažėja absorbcijos efektyvumas. Tai leidžia nesugertiems aukštos-temperatūros, didelės-koncentracijos alyvos garams vėl-patekti į adsorbcijos baką, todėl padidėja įrenginio apkrovos slėgis ir nuolat kaupiasi šiluma.

(3) Racionaliai valdykite desorbcijos temperatūrą ir trukmę, kad užtikrintumėte visišką desorbciją.

(4) Optimizuokite ciklo periodus, kad subalansuotumėte adsorbcijos ir desorbcijos procesus ir išvengtumėte šilumos kaupimosi.

(5) Sukurti visapusiškas stebėjimo ir išankstinio įspėjimo sistemas, kad būtų galima greitai aptikti ir pašalinti anomalijas.

4.5 Naujų adsorbcinių medžiagų kūrimas

Naujų adsorbcinių medžiagų kūrimas yra ilgalaikis -nenormalaus temperatūros kilimo problemų sprendimas. Tyrimai turėtų būti sutelkti į adsorbentų, pasižyminčių padidintu terminiu stabilumu ir selektyvumu, kūrimą, pvz., metalo{2}organinių karkasų (MOF) ir kovalentinių organinių karkasų (COF). Išbandykite fazių keitimo medžiagų (PCM) integravimą į adsorbcijos sluoksnius, kad padidintumėte jų šilumą{4}}sugeriančias savybes reguliuojant temperatūrą. Kurkite savaime{6}}aušstančias kompozicines medžiagas, kad pagerintumėte sistemos šilumos valdymo galimybes.

Nenormalus aktyvintos anglies temperatūros kilimas naftos ir dujų regeneravimo įrenginiuose pirmiausia atsiranda dėl anglies savybių pasikeitimų, angliavandenilių komponentų įtakos, netinkamų eksploatacinių parametrų ir įrangos projektavimo trūkumų. Siekiant pašalinti šias priežastis, prevencinės strategijos turėtų apimti aktyvintosios anglies parinkimo optimizavimą, įrangos konstrukcijos tobulinimą, veikimo parametrų gerinimą ir naujų adsorbentų kūrimą. Šio tyrimo išvados turi reikšmingų pasekmių didinant naftos ir dujų regeneravimo sistemų saugą ir efektyvumą. Jie gali veiksmingai sumažinti nenormalaus temperatūros kilimo riziką, pailginti įrangos tarnavimo laiką ir pagerinti naftos bei dujų regeneravimo efektyvumą. Būsimuose tyrimuose daugiausia dėmesio turėtų būti skiriama naujų adsorbuojančių medžiagų kūrimui ir taikymui, taip pat pažangių stebėjimo ir išankstinio įspėjimo sistemų kūrimui, siekiant dar labiau pagerinti naftos ir dujų regeneravimo sistemų veikimą ir patikimumą.