Typpi: Mitä se on ja missä sitä käytetään?
21 huhtikuuta, 2022
Typpi on kaikkialla ympärillämme. Se on suurin osa hengittämäämme ilmaa, mutta emme käytä sitä. Tässä artikkelissa tarkastelemme joitakin sen monista käyttötarkoituksista.
Typen tuottaminen paineenvaihtodsorptiotekniikalla (PSA)
Gas generation Membraanitekniikalla toimiva typpigeneraattori Technologies Paineilma-wiki Typpi Paineenvaihteluadsorptio PSA-typpi Perusteoria
Kun pystyt luomaan omaa typpeä, hallitset täysin N2-syöttöäsi. Tästä voi olla hyötyä monille yrityksille, jotka tarvitsevat typpeä päivittäin. Mitä tämä tarkoittaa yrityksellesi? Kun typpi tuotetaan itse, et joudu luottamaan kolmansiin osapuoliin, joten käsittely-, täyttö- ja toimituskustannuksia ei tarvita. Yksi tapa tuottaa typpeä on paineenvaihtoadsorptio.
Miten Pressure Swing Adsorption (PSA) -tekniikka toimii?
Oman typen tuotannossa on tärkeää tietää ja ymmärtää tavoiteltu puhtaustaso. Jotkin käyttökohteet edellyttävät alhaisia puhtaustasoja (90-99 %), kuten renkaan täyttö ja palontorjunta, kun taas toiset, kuten elintarvike- ja juomateollisuuden käyttökohteet tai muovivalu, edellyttävät korkeita pitoisuuksia (97-99,999 %). Näissä tapauksissa PSA-tekniikka on ihanteellinen ja helpoin tapa toimia. Typpigeneraattori toimii pohjimmiltaan erottamalla typpimolekyylit paineilman sisältämistä happimolekyyleistä. Paineenvaihtoadsorptio tekee tämän keräämällä happea paineilmavirrasta adsorption avulla. Adsorptio tapahtuu, kun molekyylit sitoutuvat adsorptioaineeseen, tässä tapauksessa happimolekyylit kiinnittyvät hiilimolekyyliseulaan (CMS). Tämä tapahtuu kahdessa erillisessä paineastiassa, joista kumpikin on täytetty CMS:llä, jotka vaihtavat erotusprosessin ja regenerointiprosessin välillä. Kutsutaan niitä toistaiseksi torneiksi A ja B. Aluksi torniin A tulee puhdasta ja kuivaa paineilmaa, ja koska happimolekyylit ovat typpimolekyylejä pienempiä, ne pääsevät hiilisihdin huokosiin. Typpimolekyylit puolestaan eivät mahdu huokosiin, joten ne ohittavat hiilimolekyylisihdin. Lopputuloksena on typen haluttu puhtausaste. Tätä vaihetta kutsutaan adsorptio- tai erotusvaiheeksi. Eikä siinä vielä kaikki. Suurin osa tornissa A tuotetusta typestä poistuu järjestelmästä (valmiina suoraan käyttöön tai varastointiin), kun taas pieni osa tuotetusta typestä virtaa torniin B vastakkaiseen suuntaan (ylhäältä alas).
Tätä virtausta tarvitaan poistamaan tornin B edellisessä adsorptiovaiheessa talteen otettu happi. Kun tornin B paine vapautetaan, hiilimolekyylisiivilät menettävät kykynsä pitää happimolekyylejä. Ne irtoavat siivilöistä ja kulkeutuvat poistoputken läpi tornista A tulevan pienen typpivirtauksen mukana. Näin järjestelmä tekee tilaa uusille happimolekyyleille, jotka kiinnittyvät siivilöihin seuraavassa adsorptiovaiheessa. Tätä prosessia kutsutaan happikyllästeiseksi tornin regeneroinniksi.
Mikä on paineenvaihtoadsorptiokaasun tuotanto
PSA on lyhenne sanoista pressure swing adsorption. Kyseessä on tekniikka, jolla voidaan tuottaa typpeä tai happea ammattikäyttöön.
Ensiksi säiliö A on adsorptiovaiheessa, kun säiliö B regeneroituu. Toisessa vaiheessa molemmat säiliöt tasaavat paineen valmistautuakseen vaihtoon. Vaihtokytkennän jälkeen säiliö A alkaa regeneroida ja säiliö B tuottaa typpeä.
Tässä vaiheessa molempien tornien paineet tasaantuvat ja ne vaihtavat vaiheita adsorboinnista regenerointiin ja päinvastoin. Tornin A HMS kyllästyy, kun taas torni B voi aloittaa adsorptioprosessin uudelleen paineenpoiston vuoksi. Tätä prosessia kutsutaan myös paineen vaihteluksi , mikä tarkoittaa, että se mahdollistaa tiettyjen kaasujen keräämisen korkeammalla paineella ja vapauttamisen alhaisemmalla paineella. Kaksitorninen PSA-järjestelmä mahdollistaa typen jatkuvan tuotannon halutulla puhtaustasolla.
Typen puhtaus ja imuilman vaatimukset
On tärkeää ymmärtää kunkin käyttökohteen vaatima puhtaustaso, jotta voidaan tarkoituksella tuottaa omaa typpeä. Imuilmalle on kuitenkin joitakin yleisiä vaatimuksia. Paineilman on oltava puhdasta ja kuivaa ennen typpigeneraattoriin menemistä, sillä se vaikuttaa myönteisesti typen laatuun ja estää myös HMS:n vaurioitumisen kosteuden vaikutuksesta. Lisäksi tulolämpötilaa ja painetta on säädettävä välillä 10-25 astetta C ja painetta on pidettävä välillä 4-13 baaria. Ilman käsittelyä varten kompressorin ja generaattorin väliin on asennettava kuivain. Jos tuloilman tuottaa öljyvoideltu kompressori, on asennettava myös öljykoalesenssi- ja hiilisuodatin, jotta epäpuhtaudet poistetaan ennen kuin paineilma saavuttaa typpigeneraattorin. Useimpiin generaattoreihin on asennettu paine-, lämpötila- ja painekastepisteanturit vikaturvallisuutena, mikä estää saastuneen ilman pääsyn PSA-järjestelmään ja sen komponenttien vaurioitumisen.
Tyypillinen asennus: ilmakompressori, kuivain, suodattimet, ilmasäiliö, typpigeneraattori, typpisäiliö. Typpi voidaan käyttää suoraan generaattorista tai ylimääräisen puskurisäiliön kautta (ei kuvassa).
Toinen tärkeä tekijä PSA-typen tuotannossa on ilmakerroin. Se on yksi typen generaattorijärjestelmän tärkeimmistä parametreista, sillä se määrittää tietyn typpivirtauksen saavuttamiseen tarvittavan paineilman. Ilmakerroin kertoo siis generaattorin tehokkuudesta, mikä tarkoittaa, että pienempi ilmakerroin tarkoittaa suurempaa tehokkuutta ja tietysti pienempiä kokonaiskäyttökustannuksia.
Valinta PSA- ja membraanigeneraattorin välillä
|
PSA |
KALVO |
SAAVUTETTAVA PUHTAUS |
TEHOKKAASTI JOPA 99,999 % |
TEHOKAS JOPA 99,9 % |
TEHOKKUUTTA |
KORKEAMPI |
KORKEA |
SUORITUSKYKY LÄMPÖTILAAN VERRATTUNA |
ALEMPI KORKEASSA LÄMPÖTILASSA |
KORKEAMPI KORKEASSA LÄMPÖTILASSA |
JÄRJESTELMÄN MONIMUTKAISUUS |
KESKIMÄÄRÄINEN |
MATALA |
PALVELUN INTENSITEETTI |
MATALA |
ERITTÄIN ALHAINEN |
PAINEVAKAUS |
VAIHTELEVAT TULO/POISTO |
VAKAA |
VIRTAUSVAKAUS |
VAIHTELEVAT TULO/POISTO |
VAKAA |
KÄYNNISTYSNOPEUS |
MINUUTIT/TUNTI |
SEKUNNIT |
VEDEN (HÖYRYN) HERKKYYS |
PDP MAX 8°C |
EI NESTEMÄISTÄ VETTÄ |
ÖLJYHERKKYYS |
EI SALLITTU (< 0,01 mg/m³) |
EI SALLITTU (< 0,01 mg/m³) |
MELUTASO |
KORKEA (poistohuiput) |
ERITTÄIN ALHAINEN |
PAINO |
KESKIMÄÄRÄINEN |
MATALA |
Aiheeseen liittyvät artikkelit
Typen tuottaminen membraanitekniikalla
21 huhtikuuta, 2022
Typpeä voidaan tuottaa paikan päällä membraanigeneraattoreilla. Nämä laitteet perustuvat hyvin yksinkertaiseen toimintaperiaatteeseen. Lue lisää.