Impianto di azoto PSA
I principali fattori che hanno contribuito allo sviluppo della tecnologia di produzione di ossigeno PSA includono: tecnologia delle valvole programmabili ad alte prestazioni, tecnologia degli adsorbenti arricchiti di ossigeno ad alte prestazioni e tecnologia di processo. Attualmente, le tecnologie sopra menzionate sono state efficacemente implementate. Il setaccio molecolare tedesco importato, la valvola programmabile importata e il processo sviluppato internamente possono essere utilizzati per preparare facilmente l'adsorbente arricchito di ossigeno.
L'apparecchiatura per la produzione di ossigeno PSA è un'apparecchiatura che utilizza uno speciale adsorbente per arricchire l'ossigeno presente nell'aria a temperatura normale mediante la tecnologia di adsorbimento a pressione oscillante. L'adsorbimento a pressione oscillante (PSA) è una tecnologia avanzata di separazione dei gas. I setacci molecolari vengono utilizzati per eseguire l'adsorbimento a pressione, il desorbimento a rilascio di pressione e il funzionamento ciclico. Il gas prodotto contiene solitamente ossigeno, argon e una piccola quantità di azoto. L'adsorbente è la parte principale dell'apparecchiatura per la produzione di ossigeno PSA. L'apparecchiatura per l'ossigeno PSA utilizza molecole 5A importate.
Lo schermo o adsorbente auto-sviluppato assorbe azoto, anidride carbonica, acqua e così via nell'aria, mentre l'ossigeno non può essere assorbito. Figura:
Nome del prodotto: Apparecchiatura per la produzione di ossigeno ad adsorbimento a pressione variabile
Categoria a: Apparecchio di adsorbimento a pressione oscillante
Resa (Nm3/h): 50, 80, 100, 120, 150
Purezza dell'ossigeno del prodotto: 90%-95%
Pressione di esportazione dell'ossigeno del prodotto: 0,4-0,5 MPa
Consumo energetico: ≤0,35 kWh/m3 O2
Caratteristiche delle apparecchiature di produzione di ossigeno mediante adsorbimento a pressione oscillante:
Il setaccio molecolare ha prestazioni avanzate, consumi ridotti e lunga durata
La produzione di ossigeno del prodotto è più elevata rispetto ad altri prodotti.
Rispetto a prodotti simili, l'apparecchiatura presenta le seguenti caratteristiche: produzione di azoto unitario, basso consumo energetico e basso consumo di acqua di raffreddamento.
L'intera serie di apparecchiature è altamente automatizzata.
Principi fondamentali della produzione di ossigeno mediante adsorbimento a pressione oscillante:
Il principio di base della produzione di ossigeno mediante adsorbimento a pressione variabile è la separazione di ossigeno e azoto sfruttando la differenza di capacità di adsorbimento di azoto e ossigeno nell'aria su un setaccio molecolare di zeolite (ZMS) dovuta alla diversa pressione. In base alla diversa pressione di desorbimento della separazione per adsorbimento, solitamente si divide la pressione:
Trasformando l'ossigeno di adsorbimento in due processi diversi, gli utenti possono scegliere il processo più appropriato in base alle diverse esigenze delle condizioni di lavoro per raggiungere l'obiettivo del minor consumo unitario. Il consumo energetico unitario delle apparecchiature PSA raggiunge 0,4~0,5 kWh, equivalente a quello di un sistema ad aria fredda profonda e a bassa pressione.
È competitivo in termini di investimenti in attrezzature e costi operativi.
1. Desorbimento a pressione atmosferica PSA produzione di ossigeno
L'aria compressa rimuove le impurità solide come olio e polvere e la maggior parte dell'acqua gassosa attraverso un sistema di pretrattamento, entra in una torre di adsorbimento riempita con un setaccio molecolare alla fluorite (ZMS), l'azoto, l'anidride carbonica e il vapore acqueo presenti nell'aria vengono assorbiti dall'adsorbente e l'ossigeno viene separato attraverso il letto di adsorbimento. Quando le impurità assorbite nella torre di adsorbimento raggiungono un certo livello, l'adsorbimento viene desorbito in atmosfera per rigenerare l'adsorbente. Sotto il controllo di un sistema PLC o DCS, il sistema di separazione per adsorbimento composto da due o tre torri completa la produzione continua di ossigeno, ovvero la cosiddetta produzione di ossigeno ad adsorbimento a pressione variabile con desorbimento atmosferico (PSA-O).
2. Produzione di ossigeno mediante desorbimento sotto vuoto e adsorbimento a pressione oscillante (VSA-O)
L'aria della materia prima, dopo la soffiante, viene purificata e depolverata, per poi entrare nella torre di adsorbimento con setaccio molecolare a zeolite (ZMS). Azoto, anidride carbonica e vapore acqueo presenti nell'aria vengono assorbiti dall'adsorbente, mentre l'ossigeno viene separato attraverso il letto adsorbente. Quando le impurità assorbite nella torre di adsorbimento raggiungono un certo livello, vengono prima eseguiti l'adsorbimento e il desorbimento dell'atmosfera, quindi l'agente adsorbente viene completamente rigenerato mediante pompaggio a vuoto. Sotto il controllo di un sistema PLC o DCS, il sistema di separazione ad adsorbimento, composto da due o tre torri, completa la produzione continua di ossigeno, ovvero la cosiddetta produzione di ossigeno ad adsorbimento a pressione variabile con desorbimento sotto vuoto (VPSA-O).
Caratteristiche delle apparecchiature di adsorbimento a pressione oscillante
L'adsorbimento a pressione variabile è una tecnologia avanzata di separazione dei gas, che occupa una posizione insostituibile nel campo dell'approvvigionamento di gas nel mondo odierno. Le principali caratteristiche delle apparecchiature per la produzione di ossigeno ad adsorbimento a pressione variabile
Il dispositivo presenta i vantaggi di un flusso di processo semplice, una struttura compatta e un basso investimento in attrezzature.
Il dispositivo ha una superficie ridotta e può essere utilizzato sia all'interno che all'esterno.
Il dispositivo è altamente automatizzato e risulta comodo da aprire e da arrestare.
I costi di funzionamento e manutenzione del dispositivo sono inferiori rispetto al metodo di raffreddamento profondo.
Il dispositivo è dotato di forte indipendenza, buona stabilità, elevata affidabilità, funzionamento a temperatura normale e bassa pressione e buone prestazioni di sicurezza.
La portata del dispositivo può variare da 0,2 a 5500 Nm3/h e la purezza dell'ossigeno prodotto può raggiungere il 25-95%.
Pressione di uscita del dispositivo: l'apparecchiatura di desorbimento a pressione atmosferica da 0,3 a 0,55 MPa e l'apparecchiatura di desorbimento sotto vuoto da 15 KPa possono essere utilizzate con pressurizzazione di configurazione estesa.
Composizione di base dell'apparecchiatura per la produzione di ossigeno mediante adsorbimento a pressione oscillante
Compressore o ventilatore per materie prime
Sistema di pretrattamento della fonte di gas (inclusa la rimozione dell'olio, della polvere, dell'acqua e le apparecchiature di raffreddamento)
Torre di adsorbimento (contenente essiccante e setaccio molecolare)
Torre tampone per aria di materie prime e ossigeno finito
Valvola di commutazione e tubo di distribuzione del gas
Pompa per vuoto (per processo di desorbimento sotto vuoto)
Booster di ossigeno e dispositivo di riempimento
Sistema di controllo automatico dell'attrezzatura e sistema di rilevamento della purezza
Sistema di regolazione della purezza e distribuzione del gas (configurazioni selezionate in base a diversi processi e requisiti)
Condizioni di installazione e funzionamento dell'apparecchiatura per la produzione di ossigeno ad adsorbimento a pressione oscillante
Condizioni di installazione: il sito di installazione deve essere pulito, liscio e facile da raggiungere e installare la gru o il carrello elevatore
Requisiti dell'ambiente di utilizzo: l'aria attorno al sito di installazione deve essere pulita, priva di nebbia d'olio e gas corrosivi e la ventilazione deve essere buona
Condizioni di supporto: Alimentazione: 380 V/50 Hz/trifase a cinque linee
Acqua di raffreddamento: L'invenzione è in linea con il congelamento e il raffreddamento dell'acqua per uso industriale.
Considerazioni per la selezione di apparecchiature per la produzione di ossigeno ad adsorbimento a pressione variabile
Prima della selezione del tipo specifico, vengono innanzitutto confermati i requisiti del gas prodotto finale dell'apparecchiatura di ossigeno richiesta e il processo dell'apparecchiatura richiesta viene determinato in base alle raccomandazioni del produttore.
Esaminare la razionalità della progettazione delle apparecchiature (ogni set di montaggio è ragionevole, necessario e svolge la sua massima efficacia)
Controllo dell'affidabilità del funzionamento delle apparecchiature
Capacità di ricerca e sviluppo, esperienza di produzione e livello dei produttori
Il costo delle apparecchiature per la produzione di ossigeno (prezzo dell'apparecchiatura, acqua necessaria, elettricità, sito e relative spese, costo di manutenzione dell'apparecchiatura, durata di vita dell'apparecchiatura) viene calcolato in modo completo, non viene considerato solo il prezzo dell'apparecchiatura.
Applicazione
produzione di acciaio mediante forni elettrici, fusione di metalli non ferrosi e fusione del ferro mediante arricchemento di ossigeno
Produzione di gas per fertilizzanti chimici, varie ossidazioni, gassificazione del carbone, generazione di ozono
Forno di supporto alla combustione e di colata a cielo aperto per forni di riscaldamento industriali
Evaporazione dell'ossigeno, sbiancamento e ossidazione del bagno di fusione nell'industria cartaria
Trattamento delle acque reflue industriali e urbane mediante fanghi attivi ad aerazione con ossigeno
Decomposizione della nafta e produzione di nerofumo
Allevamento ittico ad alta densità
Produzione di cemento ferro-ossigeno, mattoni refrattari e lavorazione del vetro nell'industria del cemento
Fornitura di ossigeno ospedaliero e ossigeno per l'assistenza sanitaria, camera di ossigeno ad alta pressione e barra dell'ossigeno
Metodo di separazione a membrana:
La separazione dei componenti di ossigeno e azoto nell'aria è chiamata metodo di separazione a membrana, che sfrutta la selettività della permeabilità della pellicola polimerica. Il dispositivo per produrre ossigeno o azoto con questo metodo presenta alcune limitazioni in termini di capacità e purezza, ed è generalmente utilizzato principalmente per produrre prodotti azotati con una purezza inferiore a 800 Nm3/h e inferiore al 99,5%.
Il principio delle apparecchiature di separazione a membrana per la produzione di azoto
Sono trascorsi più di 100 anni da quando è stato calcolato il processo di trasferimento di massa dei gas a membrana. Sono state condotte numerose ricerche sul trasporto di singoli gas in polimeri e membrane. Tuttavia, l'applicazione pratica delle membrane si è verificata solo negli ultimi decenni. L'esempio più importante è la separazione dell'uranio isotopico nelle armi nucleari. Solo alla fine degli anni '70 la permeabilità e la selettività dei gas nelle membrane polimeriche hanno raggiunto un valore economico industriale, tanto che le membrane sono state utilizzate su larga scala come lo sono oggi.
La membrana a fibra cava è un assemblaggio di filamenti di fibre cave polimerizzati da migliaia di materiali polimerici. Quando due o più gas vengono miscelati attraverso il film polimerico, la velocità di penetrazione dei diversi film di gas varia a causa della diversa solubilità e del diverso coefficiente di diffusione dei vari gas nel film. In base a questa caratteristica, il gas può essere suddiviso in "gas veloce" e "gas lento".
La permeazione del gas attraverso la membrana polimerica cava è un processo complesso. Il suo meccanismo di permeazione prevede che le molecole di gas vengano prima adsorbite sulla superficie della membrana per dissolversi, poi diffuse al suo interno e infine desorbite dall'altro lato della membrana. La tecnologia di separazione a membrana si basa sulla differenza dei coefficienti di dissoluzione e diffusione dei diversi gas nella membrana per realizzare la separazione dei gas. Quando il gas miscelato è sottoposto all'azione di una determinata forza motrice (differenza di pressione o rapporto di pressione su entrambi i lati del film), il gas con velocità di permeazione relativamente elevata, come vapore acqueo, ossigeno, idrogeno, elio, acido solfidrico, anidride carbonica, ecc., viene rimosso dal lato di permeazione del film, mentre il gas con velocità di permeazione relativamente bassa, come azoto, argon, metano, monossido di carbonio, ecc., viene trattenuto dal lato di ritenzione del film e arricchito per raggiungere lo scopo di separare il gas miscelato.
A causa della limitazione dell'efficienza di separazione del materiale selezionato dal separatore a membrana, il componente industriale del separatore utilizzato per separare l'azoto dall'aria è più prominente con la membrana a fibra cava, e il componente della membrana industriale basato sull'ampia area superficiale specifica di separazione della fibra cava può soddisfare meglio i requisiti di separazione dei clienti e, in generale, per ottenere migliori indicatori economici e raggiungere gli obiettivi di basso investimento e basso consumo unitario, la produzione di azoto a membrana adotta un processo ad alta pressione.
Produzione di azoto tramite membrana a flusso ad alta pressione
L'aria compressa rimuove le impurità solide come olio, polvere e la maggior parte dell'acqua gassosa attraverso il sistema di pretrattamento, entra nel separatore a membrana dopo il preriscaldamento e i gas con velocità di permeazione relativamente elevata come vapore acqueo, ossigeno, idrogeno, elio, acido solfidrico, anidride carbonica e così via penetrano nella membrana e vengono rimossi sul lato di permeazione della membrana, mentre i gas con velocità di permeazione relativamente bassa come azoto, argon, metano e monossido di carbonio vengono trattenuti sul lato di ritenzione della membrana e arricchiti. Sotto il controllo di un sistema PLC o DCS, il sistema può realizzare un'uscita di azoto continua e stabile. Il metodo di separazione ossigeno-azoto basato su questo principio è chiamato produzione di azoto a membrana a flusso ad alta pressione (MKH-N).
Caratteristiche principali delle apparecchiature per la produzione di azoto a membrana:
Il dispositivo presenta i vantaggi di un flusso di processo semplice, una struttura compatta e un basso investimento in attrezzature
Le dimensioni del dispositivo sono ridotte e può essere utilizzato per il funzionamento sia in ambienti interni che esterni
Il dispositivo è altamente automatizzato ed è comodo da aprire e fermare. Purezza in 10 minuti
L'invenzione non ha parti mobili come la commutazione delle valvole, non necessita di sostituire regolarmente le parti fragili e richiede poca manutenzione
Aumentando il separatore a membrana, è facile aumentare la produzione di azoto
I costi di esercizio e manutenzione del dispositivo sono inferiori a quelli del PSA. Nell'intervallo di purezza dell'80-98%, l'invenzione offre un eccellente rapporto prestazioni-prezzo. Presenta l'incomparabile vantaggio di altri metodi di separazione dell'aria e il basso consumo energetico.
Il dispositivo ha una forte indipendenza, buona stabilità, elevata affidabilità, funzionamento a temperatura normale e bassa pressione e buone prestazioni di sicurezza
La scala del dispositivo può variare da 0,2 a 50000 Nm3/h e la purezza dell'azoto prodotto può raggiungere l'80-99,9%.
Componenti principali dell'attrezzatura per la produzione di azoto a membrana ad alta pressione
compressore d'aria
Gruppo di pretrattamento della sorgente d'aria
Serbatoio di accumulo dell'aria
Separatore a membrana
Serbatoio di accumulo di azoto finito
Valvola di commutazione e tubo corrispondente
Sistema di controllo e rilevamento automatico
Sistema di pressurizzazione con configurazione di decompressione scalabile
Condizioni di installazione e funzionamento delle apparecchiature per la produzione di azoto a membrana
Condizioni di installazione: il sito di installazione deve essere pulito, liscio e facile da raggiungere e installare la gru o il carrello elevatore
Requisiti dell'ambiente di utilizzo: l'aria attorno al sito di installazione deve essere pulita, priva di nebbia d'olio e gas corrosivi e la ventilazione deve essere buona
Condizioni di supporto: Potenza: 380 V/50 Hz/3 fasi 5
Acqua di raffreddamento: Refrigerazione e acqua di raffreddamento conformi all'industria
Considerazioni per la selezione delle apparecchiature per l'azoto a membrana
Prima della selezione del tipo specifico, vengono innanzitutto confermati i requisiti per il gas prodotto finale dell'attrezzatura di azoto richiesta e il processo dell'attrezzatura richiesta viene determinato in base alle raccomandazioni del produttore.
Esaminare la razionalità della progettazione delle apparecchiature (ogni set di montaggio è ragionevole, necessario e svolge la sua massima efficacia)
Indagare l'affidabilità del funzionamento delle apparecchiature (confermare la razionalità delle misure di garanzia nella progettazione delle apparecchiature)
Capacità di ricerca e sviluppo, esperienza di produzione e livello dei produttori
Calcolo completo del costo delle attrezzature per l'azoto (prezzo delle attrezzature, acqua necessaria, elettricità, sito e spese per l'installazione delle attrezzature, costi di utilizzo e manutenzione delle attrezzature, durata di vita delle attrezzature), non solo il prezzo delle attrezzature
Principio di ripartizione della membrana
Lo studio del trasferimento di massa di gas nelle membrane dura da oltre 100 anni. Sono state condotte numerose ricerche sul trasporto di singoli gas in polimeri e membrane, e la ricerca si è sviluppata a livello teorico. Tuttavia, l'applicazione pratica delle membrane si è verificata solo negli ultimi decenni. L'esempio più importante è la separazione dell'uranio isotopico nelle armi nucleari. Solo alla fine degli anni '70 la permeabilità e la selettività dei gas nelle membrane polimeriche hanno raggiunto un valore economico industriale, tanto che le membrane sono state utilizzate su larga scala come lo sono oggi.
In generale, la membrana è permeabile a tutti i gas, ma solo in misura variabile. La permeazione dei gas attraverso la membrana polimerica cava è un processo complesso. Il suo meccanismo di permeazione prevede che le molecole di gas vengano prima adsorbite sulla superficie della membrana per dissolversi, poi diffuse al suo interno e infine desorbite dall'altro lato della membrana. La tecnologia di separazione a membrana si basa sulla differenza dei coefficienti di dissoluzione e diffusione dei diversi gas nella membrana per realizzare la separazione dei gas. Quando il gas miscelato è sottoposto all'azione di una determinata forza motrice (differenza di pressione o rapporto di pressione su entrambi i lati del film), il gas con velocità di permeazione relativamente elevata, come vapore acqueo, ossigeno, idrogeno, elio, acido solfidrico, anidride carbonica, ecc., si arricchisce sul lato di permeazione del film, mentre il gas con velocità di permeazione relativamente bassa, come azoto, argon, metano, monossido di carbonio, ecc., viene intrappolato sul lato di ritenzione del film e si arricchisce in modo da raggiungere lo scopo di separazione del gas miscelato.
Processo per apparecchiature di produzione di ossigeno per separazione a membrana
In base alla diversa pressione nelle condizioni di separazione, solitamente dividiamo la produzione di ossigeno della membrana in due processi diversi; l'utente può scegliere il processo appropriato in base ai requisiti delle diverse condizioni di lavoro per raggiungere lo scopo del consumo unitario minimo.
1. Produzione di ossigeno a membrana ad alta pressione
L'aria compressa rimuove le impurità solide come olio, polvere e la maggior parte dell'acqua gassosa attraverso il sistema di pretrattamento, entra nel separatore a membrana dopo il preriscaldamento e i gas con una velocità di permeazione relativamente rapida come vapore acqueo, ossigeno, idrogeno, elio, acido solfidrico, anidride carbonica e così via vengono arricchiti sul lato di permeazione della membrana, mentre i gas con una velocità di permeazione relativamente lenta come azoto, argon, metano e monossido di carbonio vengono trattenuti sul lato di ritenzione della membrana e arricchiti; sotto il controllo del sistema PLC o DCS, il sistema può realizzare un'uscita continua e stabile di ossigeno.
2. Processo di flusso a pressione negativa per la produzione di ossigeno
L'aria della materia prima, dopo essere stata purificata e priva di polvere dalla soffiante, viene immessa nel separatore a membrana e i gas con velocità di permeazione relativamente bassa, come azoto, argon, metano e monossido di carbonio, vengono accumulati sul lato di ritenzione della membrana e quindi scaricati come gas di scarico, mentre l'aria arricchita di ossigeno sul lato di permeazione viene raccolta come gas prodotto mediante pompaggio a vuoto. Sotto il controllo di un sistema PLC o DCS, è possibile ottenere ossigeno di purezza stabile in modo continuo.
Caratteristiche delle apparecchiature per la produzione di ossigeno con separazione a membrana
Caratteristiche principali delle apparecchiature di separazione ossigeno-azoto a membrana
Il dispositivo presenta i vantaggi di un flusso di processo semplice, una struttura compatta e un basso investimento in attrezzature
Il dispositivo ha dimensioni ridotte e può essere utilizzato per operazioni interne ed esterne
Il dispositivo è altamente automatizzato e comodo da aprire e arrestare. Concentrazione di ossigeno in 10 minuti
L'invenzione non ha parti mobili come la commutazione delle valvole, non necessita di sostituire regolarmente le parti fragili e richiede poca manutenzione
Aumentando il separatore a membrana, la produzione di aria arricchita di ossigeno può essere facilmente ampliata
I costi di esercizio e manutenzione del dispositivo sono inferiori a quelli del PSA. Nell'intervallo di purezza 25-35%, l'invenzione offre un eccellente rapporto prestazioni-prezzo. Nelle applicazioni di supporto alla combustione, offre gli incomparabili vantaggi di altri metodi di separazione dell'aria e il suo consumo energetico di esercizio è basso.
Il dispositivo ha una forte indipendenza, buona stabilità, elevata affidabilità, funzionamento a temperatura normale e bassa pressione e buone prestazioni di sicurezza
La scala del dispositivo può variare da 0,2 a 50000 Nm3/h e la purezza dell'ossigeno prodotto può raggiungere il 25-45%.
Componenti di base dell'apparecchiatura per la produzione di ossigeno con separazione a membrana
Componenti principali delle apparecchiature di processo ad alta pressione/apparecchiature di processo a bassa pressione
Compressore d'aria/1, unità soffiante
Gruppo di pretrattamento della fonte d'aria / 2, rimozione della polvere, refrigeratore
Serbatoio di accumulo aria/3, separatore a membrana
Separatore a membrana/4. Serbatoio tampone di ossigeno finito
Serbatoio di accumulo di ossigeno finito/5, valvola di commutazione e tubo corrispondente
Valvola di commutazione e tubo corrispondente/6, unità pompa per vuoto
Controllo automatico, sistema di rilevamento/7, compressore di ossigeno
Sistema di pressurizzazione scalabile/8, controllo automatico, sistema di rilevamento
Condizioni di installazione e funzionamento delle apparecchiature per la produzione di ossigeno a membrana
Condizioni di installazione: il sito di installazione deve essere pulito, liscio e facile da raggiungere e installare la gru o il carrello elevatore
Requisiti dell'ambiente di utilizzo: l'aria attorno al sito di installazione deve essere pulita, priva di nebbia d'olio e gas corrosivi e la ventilazione deve essere buona
Condizioni di supporto: Potenza: 380 V/50 Hz/3 fasi 5
Acqua di raffreddamento: Refrigerazione e acqua di raffreddamento conformi all'industria
Considerazioni per la selezione delle apparecchiature per la produzione di ossigeno a membrana
Prima della selezione del tipo specifico, vengono innanzitutto confermati i requisiti del gas prodotto finale dell'apparecchiatura di ossigeno richiesta e il processo dell'apparecchiatura richiesta viene determinato in base alle raccomandazioni del produttore.
Esaminare la razionalità della progettazione delle apparecchiature (ogni set di montaggio è ragionevole, necessario e svolge la sua massima efficacia)
Indagare l'affidabilità del funzionamento delle apparecchiature (confermare la razionalità delle misure di garanzia nella progettazione delle apparecchiature)
Capacità di ricerca e sviluppo, esperienza di produzione e livello dei produttori
Calcolo completo del costo delle apparecchiature per l'ossigeno (prezzo delle apparecchiature, acqua necessaria, elettricità, sito e relative spese, costi di manutenzione delle apparecchiature, durata di vita delle apparecchiature), non solo il prezzo delle apparecchiature
