Получение азота путем короткоцикловой безнагревной адсорбции (PSA)

Industrial Gases Compressed Air Wiki Nitrogen

Возможность получения своего собственного азота позволяет полностью управлять подачей N2. Это может быть полезно для многих компаний, которые ежедневно нуждаются в азоте. Что это значит для вашей компании? Если азот получают внутри компании, то вам не нужно полагаться на третью сторону в части поставки, устраняя потребность в обработке, заправке и доставке. Одним из способов получения азота является короткоцикловая безнагревная адсорбция.

Как работает короткоцикловая безнагревная адсорбция?

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.

Изображение процесса производства азота. Сначала резервуар А находится в фазе адсорбции, а в резервуаре В выполняется регенерация. На втором этапе давление в обоих резервуарах выравнивается, после чего в резервуаре А начинается регенерация, в то время как в резервуаре В генерируется азот.

Сначала резервуар А находится в фазе адсорбции, а в резервуаре В выполняется регенерация. На втором этапе давление в обоих резервуарах выравнивается, чтобы подготовиться к переключению. После переключения в резервуаре А начинается регенерация, а в резервуаре В генерируется азот.

На этом этапе давление в обеих колоннах будет выравниваться, и они изменят фазы от адсорбирования до регенерации и наоборот. CMS в колонне A будет насыщен, а колонна B, благодаря сбросу давления, сможет перезапустить процесс адсорбции. Данный процесс также называют «изменением давления», это означает, что он позволяет захватывать определенные газы при более высоком давлении и выпускать при более низком давлении. Система PSA с двумя колоннами позволяет обеспечить непрерывное производство азота с желаемым уровнем чистоты.

Чистота азота и требования к всасываемому воздуху

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.


Типичная установка: воздушный компрессор, осушитель, фильтры, воздушный ресивер, генератор азота, приемник азота. Азот может поступать потребителю непосредственно из генератора или через дополнительный буферный резервуар.

Типичная установка: воздушный компрессор, осушитель, фильтры, воздушный ресивер, генератор азота, приемник азота. Азот может поступать потребителю непосредственно из генератора или через дополнительный буферный резервуар (не показан).

Другим важным аспектом генерации азота PSA является воздушный коэффициент. Это один из самых важных параметров в системе генератора азота, поскольку он определяет сжатый воздух, необходимый для получения определенного расхода азота. Таким образом, воздушный коэффициент указывает на эффективность генератора, т. е. более низкий воздушный коэффициент соответствует повышенной эффективности и, конечно, сниженным общим эксплуатационным расходам.

Выбор между PSA и мембранным генератором

 

PSA

МЕМБРАНА

ДОСТИГАЕМЫЙ УРОВЕНЬ ЧИСТОТЫ

ЧИСТОТА АЗОТА ДО 99,999%

ЧИСТОТА АЗОТА ДО 99,9%

ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ВЫШЕ

ВЫСОКАЯ

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ В ЗАВИСИМ. ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ

ПОНИЖЕННАЯ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМП.

ПОВЫШЕННАЯ ПРИ ВЫСОКОЙ ТЕМП.

СЛОЖНОСТЬ СИСТЕМЫ

СРЕДНЯЯ

НИЗКАЯ

ИНТЕНСИВНОСТЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ

НИЗКАЯ

ОЧЕНЬ НИЗКИЙ

УСТОЙЧИВОСТЬ ДАВЛЕНИЯ

КОЛЕБАНИЯ НА ВХОДЕ/ВЫХОДЕ

СТАБИЛЬНЫЕ

СТАБИЛЬНОСТЬ ПОТОКА

КОЛЕБАНИЯ НА ВХОДЕ/ВЫХОДЕ

СТАБИЛЬНЫЕ

СКОРОСТЬ ЗАПУСКА

МИНУТЫ/ЧАСЫ

СЕКУНДЫ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ВОДЫ (ПАРА)

PDP, МАКС. 8 °C

ВОДА НЕ В ЖИДКОМ СОСТОЯНИИ

ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ МАСЛА

НЕ ДОПУСКАЕТСЯ (< 0,01мг/м³)

НЕ ДОПУСКАЕТСЯ (< 0,01мг/м³)

УРОВЕНЬ ШУМА

ВЫСОКИЙ (пики продувки)

ОЧЕНЬ НИЗКИЙ

МАССА

СРЕДНЯЯ

НИЗКАЯ

Другие статьи по этой теме

Азот: что это такое и где он используется?

Азот постоянно находится рядом с нами. Это основной компонент воздуха, которым мы дышим, но мы его не используем. В этой статье мы рассмотрим некоторые из множества вариантов применения азота.