Получение азота путем короткоцикловой безнагревной адсорбции (PSA)

При производстве собственного азота важно знать и понимать тот уровень чистоты, которого вы хотите достичь. Для некоторых систем требуются уровни низкой чистоты (от 90 до 99%), в частности, для накачки шин и систем противопожарной защиты, в то время как другие системы, такие как установки в пищевой промышленности или для литья пластмассы, требуют высоких уровней чистоты (от 97 до 99,999%). В этих случаях технология PSA является самым идеальным и простым способом.

По сути генератор азота работает путем отделения молекул азота от молекул кислорода в сжатом воздухе. В случае короткоцикловой безнагревной адсорбции это происходит путем улавливания кислорода из потока сжатого воздуха с использованием адсорбции. Адсорбция происходит в тот момент, когда молекулы связывают себя с адсорбентом, в этом случае молекулы кислорода оседают на углеродном молекулярном сите (CMS). Это происходит в двух отдельных сосудах высокого давления, заполненных CMS, которые переключаются между процессами разделения и регенерации. В настоящее время назовем их колонной A и колонной B.

В начале чистый и сухой сжатый воздух поступает в колонну А, и поскольку молекулы кислорода меньше молекул азота, они попадают в поры углеродного сита. С другой стороны, азотные молекулы не могут попасть в поры, поэтому они будут проходить через углеродное молекулярное сито. В результате вы получаете азот желаемой чистоты. Эта фаза называется фазой адсорбции или разделения.

Однако процесс на этом не останавливается. Большая часть азота, производимого в колонне А, выходит из системы (готовая для непосредственного использования или хранения), в то время как небольшая часть полученного азота подается в колонну В в противоположном направлении (сверху вниз). Этот поток необходим для выталкивания кислорода, который был захвачен на предыдущем этапе адсорбции в колонне B. При сбросе давления в колонне B углеродные молекулярные сита теряют способность удерживать молекулы кислорода. Они будут отсоединяться от сит и выводиться с выхлопными газами вместе с небольшим потоком азота, поступающим из колонны А. Таким образом система создает пространство для попадания новых молекул кислорода на сита на следующем этапе адсорбции. Этот процесс называется «очисткой» для регенерации насыщенной кислородом колонны.

Важно понимать тот уровень чистоты, который необходим для каждой системы, чтобы целенаправленно генерировать свой собственный азот. Тем не менее, существуют некоторые общие требования к всасываемому воздуху. Перед входом в генератор азота сжатый воздух должен быть чистым и сухим, поскольку это положительно влияет на качество азота, а также предотвращает повреждение CMS от влаги. Кроме того, необходимо контролировать температуру и давление на входе в диапазоне от 10 до 25 градусов C, сохраняя при этом давление от 4 до 13 бар. Для надлежащей обработки воздуха между компрессором и генератором должен быть установлен осушитель. Если всасываемый воздух поступает из маслосмазываемого компрессора, необходимо также установить масляный коалесцирующий и угольный фильтр, чтобы исключить любые примеси до того, как сжатый воздух попадет в генератор азота. В большинстве генераторов установлены отказоустойчивые датчики температуры, давления и точки росы под давлением, которые предотвращают попадание загрязненного воздуха в систему PSA и повреждение ее компонентов.