حزمة هيدروجين PSA
إحدى الطرق الشائعة لإزالة المركبات الكبريتية غير المرغوب فيها وأيضًا لتشبع المركبات الهيدروكربونية غير المشبعة هي استخدام الهيدروجين. تكمن أهمية هذه الطريقة في إدراكنا أن وجود المركبات الكبريتية يعطل بشكل كبير المحفزات في الوحدات المختلفة ويجعلها غير فعالة. تتحسن كفاءة الوحدات السفلية مثل وحدات إزالة الكبريت، والإيزومرة، وما إلى ذلك، عندما يمكن الحصول على نقاوة مقبولة للهيدروجين المستخدم باستخدام حزمة هيدروجين PSA. هذا يؤثر على كل من جودة المنتجات وظروف الوحدة التشغيلية المثلى.
Hydrogen is the most abundant element in nature with various applications in industry. Hydrogen can be found in most substances such as water, fat, oil, hydrocarbons, acids, ammonia, disinfectants, etc. This material is widely used in oil and gas, food, pharmaceutical, metal, chemical, ammonia production, glass making, electronics, analysis devices, etc. industries. Also, hydrogen is used as a clean fuel of the future.
إحدى الطرق الشائعة لإزالة المركبات الكبريتية غير المرغوب فيها وأيضًا لتشبع المركبات الهيدروكربونية غير المشبعة هي استخدام الهيدروجين. تكمن أهمية هذه الطريقة في إدراكنا أن وجود المركبات الكبريتية يعطل بشكل كبير المحفزات في الوحدات المختلفة ويجعلها غير فعالة. تتحسن كفاءة الوحدات السفلية مثل وحدات إزالة الكبريت، والإيزومرة، وما إلى ذلك، عندما يمكن الحصول على نقاوة مقبولة للهيدروجين المستخدم باستخدام حزمة هيدروجين PSA. هذا يؤثر على كل من جودة المنتجات وظروف الوحدة التشغيلية المثلى.
نظرًا لأنه في عمليات إنتاج الهيدروجين، خاصة في عمليات الإصلاح (Reforming)، تكون دائمًا هناك مركبات غير تفاعلية في نهاية العملية، فإن استخدام وحدة تنقية للوصول إلى النقاوة المطلوبة أمر لا مفر منه. إحدى طرق التنقية التي يمكن من خلالها الحصول على نقاوة تصل إلى 99.9999% من الهيدروجين هي طريقة الامتزاز بتغير الضغط (PSA). الشكل 1 يوضح بشكل مختصر مخطط عملية إصلاح البخار (Steam Reforming) مع PSA. كما أن الشكل 2 يظهر بشكل خاص مخطط تدفق لوحدة عملية PSA.
الشكل 1 – مخطط عام لعملية إنتاج الهيدروجين باستخدام طريقة إصلاح البخار (Steam Reforming) مع PSA
الشكل 2 – مخطط تدفق وحدة عملية PSA
كما هو واضح من اسم العملية، يعتمد أساس عملية PSA على ظواهر الامتزاز والإفراج الفيزيائي بناءً على تغيير الضغط. نظرًا لأن ظروف التشغيل التي تتطلب درجة حرارة منخفضة وضغط مرتفع هي الأكثر ملاءمة لعملية الامتزاز، فإن درجة حرارة المنتجات الناتجة عن عملية إصلاح البخار يتم تقليصها قبل عملية PSA حتى يمكن فصل السوائل المتكثفة منها، وتوفير ظروف التشغيل المناسبة لعملية PSA.
المواد الماصة المستخدمة في PSA عادة ما تكون من نوع “المناخل الجزيئية” (Molecular Sieve) ذات المساحة السطحية العالية، وتُحمل في خزانات على شكل طبقات متعددة كما هو موضح في الشكل 3. تتمتع هذه المواد الماصة بقدرة انتقائية عالية على امتصاص المركبات المختلفة بناءً على طبيعة المركبات المدخلة إليها وخصائصها الفيزيائية. بما أن الامتزاز والتنقية تتم في ضغط مرتفع، ولأن العمليات المصفاة تتطلب تدفقًا مستمرًا للهيدروجين، فإن عملية PSA تحتاج على الأقل إلى خزّانين: أحدهما في عملية الامتزاز والآخر في عملية الإفراج. نظرًا لأن السعة الإنتاجية لوحدات الإصلاح (Steam Reformer) عادة ما تكون عالية، فإن عدد الأسرة المتبعة في تنقية الهيدروجين بعد الوحدة المذكورة يتراوح عادة بين 8 إلى 10. مع زيادة عدد الأسرة في العمليات ذات السعات الكبيرة، يصبح توقيت الامتزاز والإفراج لتحقيق النقاوة المطلوبة والتدفق الثابت أمرًا بالغ الأهمية.
الشكل 4 – مخطط تغيرات الضغط حسب الزمن في عملية PSA مع 8 أسرة امتزاز في دورة امتصاص/إفراج
نظرًا لأن الغاز الناتج عن وحدة PSA والذي يحتوي على الشوائب يُعرف بغاز التطهير (Purge Gas) أو الغاز الفائض (Off Gas) وله قيمة حرارية عالية، فإن هذا الغاز يستخدم في العديد من وحدات إنتاج الهيدروجين كوقود لفرن الإصلاح (Reformer Furnace)، مما يساهم في تقليل استهلاك الغاز الطبيعي كوقود للفرن.
مجموعة هوائيار الصناعية، وبالاعتماد على معرفتها الهندسية المتطورة، قادرة على تصميم وبناء وتشغيل وحدات إنتاج الإصلاح بالبخار (Steam Reforming) بقدرة تتراوح من 100 إلى 200,000 متر مكعب عادي في الساعة (Nm³/hr) وبضغوط تصل إلى 300 بار. كما أن هذه الشركة، بفضل قدرتها على توفير أنواع مختلفة من المواد الماصة المطلوبة للصناعات، قادرة على تصميم وبناء وتشغيل وحدات PSA للوصول إلى نقاوات عالية من الهيدروجين تصل إلى 99.9999%.
الأسئلة المتكررة
إحدى الطرق الشائعة لإزالة المركبات الكبريتية غير المرغوب فيها وأيضًا لتشبع المركبات الهيدروكربونية غير المشبعة هي استخدام الهيدروجين. تكمن أهمية هذه الطريقة في إدراكنا أن وجود المركبات الكبريتية يعطل بشكل كبير المحفزات في الوحدات المختلفة ويجعلها غير فعالة. تتحسن كفاءة الوحدات السفلية مثل وحدات إزالة الكبريت، والإيزومرة، وما إلى ذلك، عندما يمكن الحصول على نقاوة مقبولة للهيدروجين المستخدم.
نظرًا لأنه في عمليات إنتاج الهيدروجين، خاصة في عمليات الإصلاح، توجد دائمًا مركبات غير تفاعلية في نهاية العملية، فإن استخدام وحدة تنقية للوصول إلى النقاوة المطلوبة أمر لا مفر منه. إحدى طرق التنقية التي يمكن من خلالها الحصول على نقاوة تصل إلى 99.9999% من الهيدروجين هي طريقة الامتزاز بتغير الضغط (PSA).