Низкотемпературная адсорбция (НТ-адсорбция) основана на различной способности компонентов газа адсорбироваться на твердых поглотителях. Этот процесс осуществляют в аппаратах со стационарным слоем адсорбента. Используют метод низкотемпературной адсорбции в тех случаях, когда концентрация извлекаемых компонентов в газе очень мала, вследствие чего извлечение их из газового потока другими методами весьма затруднительно, но требуется получить продукты высокой степени чистоты. В этом главное достоинство процесса. Процесс адсорбции всегда сопровождается выделением тепла – при физической адсорбции количество выдеделяющегося тепла составляет 10-100 кДж/моль, т.е. соизмеримо с количеством тепла конденсации поглощаемого компонента.
Адсорбция компонентов, имеющих очень низкие парциальные давления, возможна только в области низких температур. Поэтому одним из важным факторов, влияющих на эффективность процесса низкотемпературной адсорбции, является организация теплосъема в адсорбционных аппаратах.
Процессы НТ-адсорбции используются в процессах газопереработки в основном для очистки инертных газов (гелий, неон, аргон и др.) от микропримесей кислорода и азота или для очистки воздуха от СО2. Для обеспечения хорошего теплосъема применяются адсорберы кольцевого типа или в виде кожухо-трубчатого теплообменника.
Адсорберы кольцевого типа представляют собой вертикальные аппараты, внутри которых располагается кольцевой адсорбер типа "труба в трубе", где пространство между трубами заполнено адсорбентом. Адсорбционный аппарат на внешней поверхности имеет штуцера для ввода и вывода хладагента, который циркулирует по периферии и внутри кольцевого пространства.
Адсорберы в виде кожухотрубчатого теплообменника еще более эффективны в организации съема тепла адсорбции. В этих адсорберах, представляющих собой пучок труб малого диаметра, трубное пространство заполнено твердым поглотителем - адсорбентом, а по межтрубному пространству циркулирует хладагент.
Чередование стадий адсорбции и десорбции сопровождается значительным перепадом температур. Такие конструкции позволяют быстро охлаждать и нагревать значительное количество адсорбента и исключить температурный градиент по сечению адсорбера.
Эти процессы отличаются от всех низкотемпературных процессов разделения газов высокой избирательностью. В то же время они весьма дорогостоящие и требуют обеспечения хорошего теплосъема и четкого контроля. В связи с этим они применяются только для получения продуктов с высокой степенью чистоты, например, для тонкой очистки гелия от микропримесей и т.п. Вследствие высоких эксплуатационных затрат процессы низкотемпературной адсорбции используются при переработке газа ограниченно.
Таким образом, все перечисленные низкотемпературные процессы благодаря своим особенностям могут комплексно использоваться на различных стадиях переработки газа, особенно в тех случаях, когда она осуществляется с получением широкого ассортимента продуктов.
Рис.39.Схема НТР с двухпоточным вводом сырья:
1 - теплообменник; 2 - пропановый испаритель; 3 - трехфазный сепаратор; 4 - насос; 5 - ректификационная колонна; 6 - испаритель-подогреватель.