Planta de nitrógeno PSA
Los principales factores que impulsaron el desarrollo de la tecnología de producción de oxígeno PSA incluyen la tecnología de válvulas programables de alto rendimiento, la tecnología de adsorbentes enriquecidos con oxígeno de alto rendimiento y la tecnología de procesos. Actualmente, estas tecnologías se han resuelto eficazmente. El tamiz molecular alemán, la válvula controlada por programa importada y el proceso nacional de desarrollo propio permiten preparar oxígeno enriquecido fácilmente.
El equipo de producción de oxígeno PSA utiliza un adsorbente especial para enriquecer el oxígeno del aire a temperatura ambiente mediante la tecnología de adsorción por oscilación de presión (PSA). La adsorción por oscilación de presión (PSA) es una tecnología avanzada de separación de gases. Se utilizan tamices moleculares para la adsorción por presión, la desorción por liberación de presión y la operación cíclica. El gas resultante suele contener oxígeno, argón y una pequeña cantidad de nitrógeno. El adsorbente es el componente principal del equipo de producción de oxígeno PSA. Este equipo utiliza moléculas 5A importadas.
La pantalla o adsorbente de desarrollo propio absorbe nitrógeno, dióxido de carbono, agua, etc., del aire, mientras que el oxígeno no puede ser absorbido. Figura:
Nombre del producto: Equipo de producción de oxígeno por adsorción con cambio de presión
Categoría: Aparatos de adsorción por oscilación de presión
Rendimiento (Nm3/h): 50, 80, 100, 120, 150
Pureza del oxígeno del producto: 90%-95%
Presión de exportación de oxígeno del producto: 0,4-0,5 MPa
Consumo de energía: ≤0,35 kWh/m3 O2
Características de los equipos de producción de oxígeno por adsorción por oscilación de presión:
El tamiz molecular tiene un rendimiento avanzado, menor consumo y larga vida útil.
La producción de oxígeno del producto es mayor que la de otros productos.
En comparación con productos similares, el equipo tiene las características de producir nitrógeno unitario, bajo consumo de energía y bajo consumo de agua de refrigeración.
Todo el conjunto de equipos está altamente automatizado.
Principios básicos de la producción de oxígeno por adsorción por cambio de presión:
El principio básico de la producción de oxígeno mediante adsorción por oscilación de presión consiste en separar el oxígeno y el nitrógeno aprovechando la diferencia en el rendimiento de adsorción del nitrógeno y el oxígeno en el aire mediante un tamiz molecular de zeolita (ZMS) debido a la diferente presión. Según la diferente presión de desorción de la separación por adsorción, generalmente dividimos la presión...
Al combinar la adsorción de oxígeno en dos procesos diferentes, los usuarios pueden elegir el proceso más adecuado según las diferentes condiciones de trabajo para lograr el menor consumo unitario posible. El consumo unitario de energía de los equipos PSA alcanza entre 0,4 y 0,5 kWh, equivalente al de aire frío de alta presión y alta presión.
Es competitivo en inversión en equipos y costos de operación.
1.Desorción a presión atmosférica Producción de oxígeno PSA
El aire comprimido elimina impurezas sólidas como aceite, polvo y la mayor parte del agua gaseosa mediante un sistema de pretratamiento. Después, ingresa a una torre de adsorción con un tamiz molecular de fluorita (ZMS). El nitrógeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua del aire son absorbidos por el adsorbente, y el oxígeno se separa mediante el lecho de adsorción. Cuando las impurezas absorbidas en la torre de adsorción alcanzan un cierto nivel, la adsorción se desorbe a la atmósfera para regenerar el adsorbente. Bajo el control de un sistema PLC o DCS, el sistema de separación por adsorción, compuesto por dos o tres torres, completa la producción continua de oxígeno, es decir, la denominada producción de oxígeno por adsorción a presión variable (PSA-O).
2. Producción de oxígeno por adsorción por oscilación de presión y desorción al vacío (VSA-O)
El aire de la materia prima, tras pasar por el soplador, se purifica y se elimina el polvo, y luego entra en la torre de adsorción con tamiz molecular de zeolita (ZMS). El adsorbente absorbe el nitrógeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua del aire, y el oxígeno se separa a través del lecho adsorbente. Cuando las impurezas absorbidas en la torre de adsorción alcanzan un cierto nivel, primero se lleva a cabo la adsorción y desorción de la atmósfera, y posteriormente el agente de adsorción se regenera completamente mediante bombeo de vacío. Bajo el control de un sistema PLC o DCS, el sistema de separación por adsorción, compuesto por dos o tres torres, completa la producción continua de oxígeno, es decir, la denominada producción de oxígeno por adsorción a presión variable por desorción al vacío (VPSA-O).
Características de los equipos de adsorción por oscilación de presión
La adsorción por oscilación de presión es una tecnología avanzada de separación de gases, que ocupa un lugar insustituible en el sector del suministro de gas en el mundo actual. Características principales de los equipos de generación de oxígeno por adsorción por oscilación de presión.
El dispositivo tiene las ventajas de un flujo de proceso simple, una estructura compacta y una baja inversión en equipos.
El dispositivo tiene una superficie pequeña y se puede utilizar tanto en interiores como en exteriores.
El dispositivo está altamente automatizado y es cómodo de abrir y detener.
El costo de operación y mantenimiento del dispositivo es menor que el método de enfriamiento profundo.
El dispositivo tiene una fuerte independencia, buena estabilidad, alta confiabilidad, funciona a temperatura normal y baja presión y tiene un buen desempeño de seguridad.
La escala del dispositivo puede ser de 0,2 a 5500 Nm3/h, y la pureza del oxígeno del producto puede alcanzar del 25 al 95%.
Presión de salida del dispositivo: El equipo de desorción a presión atmosférica de 0,3 a 0,55 MPa y el equipo de desorción al vacío de 15 KPa se pueden utilizar con presurización de configuración extendida.
Composición básica del equipo para la producción de oxígeno mediante adsorción por oscilación de presión.
Compresor de aire o ventilador de materia prima
Sistema de pretratamiento de fuente de gas (incluye eliminación de aceite, eliminación de polvo, eliminación de agua y equipo de enfriamiento)
Torre de adsorción (que contiene desecante y tamiz molecular)
Torre de amortiguación de aire de materia prima y oxígeno terminado
Válvula de conmutación y tubería de distribución de gas
Bomba de vacío (para proceso de desorción al vacío)
Dispositivo de llenado y refuerzo de oxígeno
Sistema de control automático de equipos y sistema de detección de pureza.
Sistema de regulación de pureza y distribución de gas (configuraciones seleccionadas en función de diferentes procesos y requisitos)
Condiciones de instalación y funcionamiento del equipo de generación de oxígeno por adsorción por oscilación de presión
Condiciones de instalación: El lugar de instalación deberá estar limpio, liso y ser de fácil acceso para instalar la grúa o carretilla elevadora.
Requisitos del entorno de uso: El aire alrededor del lugar de instalación debe estar limpio, sin neblina de aceite ni gases corrosivos, y la ventilación debe ser buena.
Condiciones de soporte: Alimentación: 380 V/50 Hz/trifásica cinco líneas
Agua de refrigeración: La invención está en línea con la congelación y refrigeración de agua para uso industrial.
Consideraciones para la selección de equipos de generación de oxígeno por adsorción a presión variable
Antes de seleccionar el tipo específico, primero se confirman los requisitos del gas de producto final del equipo de oxígeno requerido y se determina el proceso del equipo requerido según la recomendación del fabricante.
Examinar la racionalidad del diseño de los equipos (cada conjunto de accesorios es razonable, necesario y alcanza su máxima eficacia)
Comprobación de la fiabilidad del funcionamiento del equipo
Capacidad de investigación y desarrollo, experiencia en fabricación y nivel de fabricantes.
El costo del equipo para producir oxígeno (precio del equipo, agua necesaria, electricidad, sitio y sus gastos, costo de mantenimiento del equipo, vida útil del equipo) se calcula de manera integral, no solo se considera el precio del equipo.
Solicitud
Fabricación de acero mediante hornos eléctricos, fundición de metales no ferrosos y fundición de hierro mediante enriquecimiento de oxígeno.
Producción de gas fertilizante químico, oxidación diversa, gasificación de carbón, generación de ozono
Horno de combustión-soporte y colada de perforación para hornos de calentamiento industrial
Evaporación de oxígeno, blanqueo y oxidación de licor negro en la industria papelera
Tratamiento de aguas residuales industriales y urbanas mediante lodos activados por aireación con oxígeno
Descomposición de nafta y producción de negro de humo
piscicultura de alta densidad
Fabricación de cemento ferroso-oxigenado, ladrillos refractarios y procesamiento de vidrio en la industria cementera.
Suministro de oxígeno hospitalario y oxígeno para atención médica, cámara de oxígeno de alta presión y barra de oxígeno.
Método de separación por membrana:
La separación de los componentes de oxígeno y nitrógeno en el aire se denomina método de separación de membrana mediante el uso de la selectividad de permeabilidad de la película de polímero. El dispositivo para producir oxígeno o nitrógeno mediante este método tiene ciertas limitaciones en capacidad y pureza, y generalmente se utiliza principalmente para producir productos de nitrógeno con una pureza de menos de 800 Nm3/h y menos del 99,5%.
El principio del equipo de separación por membrana para la producción de nitrógeno.
Han pasado más de 100 años desde que se calculó el proceso de transferencia de masa del gas de membrana. Se han realizado numerosas investigaciones sobre el transporte de un solo gas en polímeros y membranas. Sin embargo, la aplicación práctica de las membranas se ha producido en las últimas décadas. El ejemplo más destacado es la separación del isótopo uranio en armas nucleares. No fue hasta finales de la década de 1970 que la permeabilidad y la selectividad de los gases en las membranas poliméricas alcanzaron un valor económico industrial, lo que permitió que las membranas se utilizaran a gran escala como lo hacen hoy en día.
La membrana de fibra hueca es un conjunto de filamentos de fibra hueca polimerizados por miles de materiales poliméricos. Cuando se mezclan dos o más gases a través de la película de polímero, la velocidad de penetración de las diferentes películas de gas varía debido a la diferencia en la solubilidad y el coeficiente de difusión de los distintos gases presentes en la película. Según esta característica, el gas se puede clasificar en "gas rápido" y "gas lento".
La permeación de gases a través de la membrana hueca de polímero es un proceso complejo. Su mecanismo de permeación consiste en que las moléculas de gas se adsorben primero en la superficie de la membrana para disolverse, luego se extienden por ella y finalmente se desorben del otro lado. La tecnología de separación por membrana se basa en la diferencia de los coeficientes de disolución y difusión de los diferentes gases en la membrana para lograr la separación. Cuando el gas mezclado se encuentra bajo la acción de cierta fuerza impulsora (diferencia de presión o relación de presiones a ambos lados de la película), los gases con una velocidad de permeación relativamente rápida, como el vapor de agua, el oxígeno, el hidrógeno, el helio, el sulfuro de hidrógeno, el dióxido de carbono, etc., se eliminan en el lado de permeación de la película, y los gases con una velocidad de permeación relativamente lenta, como el nitrógeno, el argón, el metano, el monóxido de carbono, etc., se retienen en el lado de retención de la película y se enriquecen para lograr el propósito de separar el gas mezclado.
Debido a la limitación de la eficiencia de separación del material seleccionado por el separador de membrana, el componente industrial del separador utilizado para separar el nitrógeno del aire es más prominente con la membrana de fibra hueca, y el componente de membrana industrial basado en la gran área de superficie específica de separación de la fibra hueca puede satisfacer mejor los requisitos de separación de los clientes y, en general, para obtener mejores indicadores económicos y lograr los propósitos de baja inversión y bajo consumo unitario, la fabricación de nitrógeno por membrana adopta un proceso de alta presión.
Producción de nitrógeno por membrana de flujo de alta presión
El aire comprimido elimina impurezas sólidas como aceite, polvo y la mayoría del agua gaseosa a través del sistema de pretratamiento, ingresa al separador de membrana después del precalentamiento, y los gases con una tasa de permeación relativamente alta, como vapor de agua, oxígeno, hidrógeno, helio, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, etc., penetran la membrana y se eliminan en el lado de permeación de la membrana, mientras que los gases con una tasa de permeación relativamente baja, como nitrógeno, argón, metano y monóxido de carbono, se retienen en el lado de retención de la membrana y se enriquecen. Bajo el control del sistema PLC o DCS, el sistema puede lograr una salida de nitrógeno continua y estable. El método de separación de oxígeno-nitrógeno basado en este principio se denomina generación de nitrógeno por membrana de flujo de alta presión (MKH-N).
Características principales de los equipos de fabricación de nitrógeno por membrana:
El dispositivo tiene las ventajas de un flujo de proceso simple, una estructura compacta y una baja inversión en equipos.
El tamaño del dispositivo es pequeño y se puede utilizar para operar en interiores y exteriores.
El dispositivo está altamente automatizado y es fácil de abrir y cerrar. Pureza en 10 minutos.
La invención no tiene partes móviles como conmutación de válvulas, no necesita reemplazar las partes frágiles regularmente y tiene poco mantenimiento.
Al aumentar el separador de membrana, es fácil aumentar la producción de nitrógeno.
El costo de operación y mantenimiento del dispositivo es menor que el del PSA. Con una pureza del 80-98%, este dispositivo ofrece una excelente relación calidad-precio. Posee la ventaja incomparable de otros métodos de separación de aire y un bajo consumo de energía.
El dispositivo tiene una fuerte independencia, buena estabilidad, alta confiabilidad, funciona a temperatura normal y baja presión, y tiene un buen desempeño de seguridad.
La escala del dispositivo puede ser de 0,2 a 50000 Nm3/h, y la pureza del nitrógeno del producto puede alcanzar el 80-99,9%.
Componentes principales del equipo de producción de nitrógeno por membrana de flujo de alta presión
Compresor de aire
Conjunto de pretratamiento de fuente de aire
Tanque de almacenamiento de aire
Separador de membrana
Tanque de almacenamiento de nitrógeno terminado
Válvula de conmutación y tubo correspondiente
Sistema automático de control y detección
Sistema de presurización con configuración de descompresión escalable
Condiciones de instalación y funcionamiento de equipos de producción de nitrógeno por membrana
Condiciones de instalación: El lugar de instalación deberá estar limpio, liso y ser de fácil acceso para instalar la grúa o carretilla elevadora.
Requisitos del entorno de uso: El aire alrededor del lugar de instalación debe estar limpio, sin neblina de aceite ni gases corrosivos, y la ventilación debe ser buena.
Condiciones de soporte: Alimentación: 380 V/50 Hz/trifásica 5
Agua de refrigeración: Agua de refrigeración y enfriamiento conforme a la industria
Consideraciones para la selección de equipos de nitrógeno por membrana
Antes de seleccionar el tipo específico, primero se confirman los requisitos para el gas de producto final del equipo de nitrógeno requerido y se determina el proceso del equipo requerido según la recomendación del fabricante.
Examinar la racionalidad del diseño de los equipos (cada conjunto de accesorios es razonable, necesario y alcanza su máxima eficacia)
Investigar la confiabilidad del funcionamiento del equipo (confirmar la racionalidad de las medidas de garantía en el diseño del equipo)
Capacidad de investigación y desarrollo, experiencia en fabricación y nivel de fabricantes
Cálculo completo del coste de los equipos de nitrógeno (precio del equipo, agua y electricidad necesarias, sitio y gastos de instalación del equipo, costos de uso y mantenimiento del equipo, vida útil del equipo), no solo el precio del equipo.
Principio de partición de membrana
El estudio de la transferencia de masa de gases en membranas se ha extendido por más de 100 años. Se han realizado numerosas investigaciones sobre el transporte de gases individuales en polímeros y membranas, y la investigación se ha desarrollado teóricamente. Sin embargo, la aplicación práctica de las membranas se ha dado en las últimas décadas. El ejemplo más destacado es la separación del isótopo uranio en armas nucleares. No fue hasta finales de la década de 1970 que la permeabilidad y la selectividad de los gases en las membranas poliméricas alcanzaron un valor económico industrial, lo que permitió que las membranas se utilizaran a gran escala como lo hacen hoy en día.
En general, la membrana es permeable a todos los gases, pero solo en grados variables. La permeación de gases a través de la membrana hueca de polímero es un proceso complejo. Su mecanismo de permeación consiste en que las moléculas de gas primero se adsorben en la superficie de la membrana para disolverse, luego se extienden por ella y finalmente se desorben desde el otro lado. La tecnología de separación por membrana se basa en la diferencia de los coeficientes de disolución y difusión de los diferentes gases en la membrana para lograr la separación de gases. Cuando el gas mezclado se encuentra bajo la acción de cierta fuerza impulsora (diferencia de presión o relación de presiones en ambos lados de la película), el gas con una velocidad de permeación relativamente rápida, como vapor de agua, oxígeno, hidrógeno, helio, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, etc., se enriquece en el lado de permeación de la película, y el gas con una velocidad de permeación relativamente lenta, como nitrógeno, argón, metano, monóxido de carbono, etc., queda atrapado en el lado de retención de la película y se enriquece para lograr el propósito de separar el gas mezclado.
Proceso para equipos de producción de oxígeno por separación por membrana
De acuerdo con la diferente presión en la condición de separación, generalmente dividimos la producción de oxígeno de membrana en dos procesos diferentes, el usuario puede elegir el proceso apropiado de acuerdo con los requisitos de las diferentes condiciones de trabajo para lograr el propósito de consumo mínimo de unidad.
1. Producción de oxígeno por membrana de flujo de alta presión
El aire comprimido elimina impurezas sólidas como aceite, polvo y la mayoría del agua gaseosa a través del sistema de pretratamiento, ingresa al separador de membrana después del precalentamiento y los gases con una tasa de permeación relativamente rápida, como vapor de agua, oxígeno, hidrógeno, helio, sulfuro de hidrógeno, dióxido de carbono, etc., se enriquecen en el lado de permeación de la membrana, mientras que los gases con una tasa de permeación relativamente lenta, como nitrógeno, argón, metano y monóxido de carbono, se retienen en el lado de retención de la membrana y se enriquecen; Bajo el control del sistema PLC o DCS, el sistema puede realizar una salida continua y estable de oxígeno.
2. Proceso de flujo de presión negativa para la producción de oxígeno.
Tras la purificación y eliminación del polvo del soplador, el aire de la materia prima se introduce en el separador de membrana. Los gases con una tasa de permeación relativamente baja, como nitrógeno, argón, metano y monóxido de carbono, se acumulan en el lado de retención de la membrana y se descargan como gas de escape. El aire enriquecido con oxígeno del lado de permeación se recoge como gas producto mediante bombeo de vacío. Bajo el control de un sistema PLC o DCS, se puede obtener oxígeno de pureza estable de forma continua.
Características de los equipos de producción de oxígeno por separación por membrana
Características principales de los equipos de separación de oxígeno-nitrógeno por membrana
El dispositivo tiene las ventajas de un flujo de proceso simple, una estructura compacta y una baja inversión en equipos.
El dispositivo tiene un tamaño pequeño y se puede utilizar para operar en interiores y exteriores.
El dispositivo está altamente automatizado y es fácil de abrir y cerrar. Concentración de oxígeno en 10 minutos.
La invención no tiene partes móviles como conmutación de válvulas, no necesita reemplazar las partes frágiles regularmente y tiene poco mantenimiento.
Al aumentar el separador de membrana, se puede ampliar fácilmente la producción de aire enriquecido con oxígeno.
El costo de operación y mantenimiento del dispositivo es menor que el del PSA. Con una pureza del 25-35%, este dispositivo ofrece una excelente relación calidad-precio. En aplicaciones de apoyo a la combustión, ofrece las ventajas incomparables de otros métodos de separación de aire y su consumo energético es bajo.
El dispositivo tiene una fuerte independencia, buena estabilidad, alta confiabilidad, funciona a temperatura normal y baja presión, y tiene un buen desempeño de seguridad.
La escala del dispositivo puede ser de 0,2 a 50000 Nm3/h, y la pureza del oxígeno del producto puede alcanzar del 25 al 45%.
Componentes básicos del equipo de producción de oxígeno por separación por membrana
Componentes principales de equipos de proceso de alta presión/equipos de proceso de baja presión
Compresor de aire/1, unidad de soplador
Conjunto de pretratamiento de fuente de aire / 2, eliminación de polvo, enfriador
Tanque de almacenamiento de aire/3, separador de membrana
Separador de membrana/4. Tanque de reserva de oxígeno terminado
Tanque de almacenamiento de oxígeno terminado/5, válvula de conmutación y tubería correspondiente
Válvula de conmutación y tubería correspondiente/6, unidad de bomba de vacío
Control automático, sistema de detección/7, supercargador de oxígeno
Sistema de presurización escalable/8, control automático, sistema de detección
Condiciones de instalación y funcionamiento de equipos de producción de oxígeno por membrana
Condiciones de instalación: El lugar de instalación deberá estar limpio, liso y ser de fácil acceso para instalar la grúa o carretilla elevadora.
Requisitos del entorno de uso: El aire alrededor del lugar de instalación debe estar limpio, sin neblina de aceite ni gases corrosivos, y la ventilación debe ser buena.
Condiciones de soporte: Alimentación: 380 V/50 Hz/trifásica 5
Agua de refrigeración: Agua de refrigeración y enfriamiento conforme a la industria
Consideraciones para la selección de equipos para la producción de oxígeno por membrana
Antes de seleccionar el tipo específico, primero se confirman los requisitos del gas de producto final del equipo de oxígeno requerido y se determina el proceso del equipo requerido según la recomendación del fabricante.
Examinar la racionalidad del diseño de los equipos (cada conjunto de accesorios es razonable, necesario y alcanza su máxima eficacia)
Investigar la confiabilidad del funcionamiento del equipo (confirmar la racionalidad de las medidas de garantía en el diseño del equipo)
Capacidad de investigación y desarrollo, experiencia en fabricación y nivel de fabricantes
Cálculo completo del costo del equipo de oxígeno (precio del equipo, agua necesaria, electricidad, sitio y sus gastos, costos de mantenimiento del equipo, vida útil del equipo), no solo el precio del equipo
