Usina de nitrogênio PSA

Os principais fatores para o desenvolvimento da tecnologia de produção de oxigênio por PSA incluem: tecnologia de válvula programável de alto desempenho, tecnologia de adsorvente enriquecido com oxigênio de alto desempenho e tecnologia de processo. Atualmente, as tecnologias acima mencionadas estão efetivamente consolidadas. O peneiramento molecular alemão importado, a válvula programável importada e o processo desenvolvido internamente podem ser utilizados para preparar ar enriquecido com oxigênio de forma simples.

O equipamento de produção de oxigênio por PSA utiliza um adsorvente especial para enriquecer o oxigênio do ar em temperatura ambiente por meio da tecnologia de adsorção por oscilação de pressão (PSA). A PSA é uma tecnologia avançada de separação de gases. Peneiras moleculares são utilizadas para realizar a adsorção por pressão, a dessorção por liberação de pressão e a operação cíclica. O gás produzido geralmente contém oxigênio, argônio e uma pequena quantidade de nitrogênio. O adsorvente é o componente principal do equipamento de produção de oxigênio por PSA. Neste equipamento, foram escolhidas moléculas 5A importadas.

A tela ou o adsorvente desenvolvido internamente absorve nitrogênio, dióxido de carbono, água e outras substâncias presentes no ar, mas não absorve oxigênio. Figura:

Nome do produto: Equipamento para produção de oxigênio por adsorção com mudança de pressão

Categoria: Aparelho de adsorção por oscilação de pressão

Rendimento (Nm3/h): 50, 80, 100, 120, 150

Pureza do oxigênio do produto: 90%-95%

Pressão de exportação de oxigênio do produto: 0,4-0,5 MPa

Consumo de energia: ≤0,35 kWh/m³ O₂

Características dos equipamentos de produção de oxigênio por adsorção por oscilação de pressão:

A peneira molecular apresenta desempenho avançado, menor consumo e longa vida útil.

A produção de oxigênio do produto é maior do que a de outros produtos.

Em comparação com produtos similares, o equipamento apresenta características como produção unitária de nitrogênio, baixo consumo de energia e baixo consumo de água de refrigeração.

Todo o conjunto de equipamentos é altamente automatizado.

Princípios básicos da produção de oxigênio por adsorção por oscilação de pressão:

O princípio básico da produção de oxigênio por adsorção por oscilação de pressão consiste em separar o oxigênio e o nitrogênio utilizando a diferença no desempenho de adsorção de nitrogênio e oxigênio no ar em peneiras moleculares de zeólita (ZMS) devido à variação de pressão. De acordo com a pressão de dessorção da separação por adsorção, geralmente dividimos a pressão-

Ao dividir a adsorção de oxigênio em dois processos diferentes, os usuários podem escolher o processo mais adequado às diferentes necessidades das condições de trabalho, visando o menor consumo de energia por unidade. O consumo de energia por unidade do equipamento PSA atinge 0,4~0,5 kWh, o que equivale ao de um sistema de ar frio de baixa pressão e grande volume.

É competitivo em termos de investimento em equipamentos e custo operacional.

1. Produção de oxigênio por dessorção à pressão atmosférica PSA

O ar comprimido, após passar por um sistema de pré-tratamento, remove impurezas sólidas como óleo e poeira, e a maior parte da água gasosa. Em seguida, entra em uma torre de adsorção preenchida com peneira molecular de fluorita (ZMS), onde o nitrogênio, o dióxido de carbono e o vapor de água presentes no ar são absorvidos pelo adsorvente, e o oxigênio é separado através do leito de adsorção. Quando a quantidade de impurezas absorvidas na torre de adsorção atinge um determinado nível, o material adsorvido é liberado para a atmosfera para regenerar o adsorvente. Sob o controle de um sistema PLC ou DCS, o sistema de separação por adsorção, composto por duas ou três torres, realiza a produção contínua de oxigênio, ou seja, o processo de produção de oxigênio por adsorção com pressão variável e dessorção atmosférica (PSA-O).

2. Produção de oxigênio por adsorção com oscilação de pressão por dessorção a vácuo (VSA-O)

O ar bruto, após passar pelo soprador, é purificado e livre de poeira, entrando então na torre de adsorção com peneira molecular de zeólita (ZMS). Nitrogênio, dióxido de carbono e vapor de água presentes no ar são absorvidos pelo adsorvente, e o oxigênio é separado através do leito adsorvente. Quando as impurezas absorvidas na torre de adsorção atingem um determinado nível, ocorre a adsorção e dessorção da atmosfera, e então o agente adsorvente é completamente regenerado por bombeamento a vácuo. Sob o controle de um sistema PLC ou DCS, o sistema de separação por adsorção, composto por duas ou três torres, realiza a produção contínua de oxigênio, ou seja, a chamada produção de oxigênio por adsorção a vácuo com pressão variável (VPSA-O).

Características do equipamento de adsorção por oscilação de pressão

A adsorção por oscilação de pressão (PSA) é uma tecnologia avançada de separação de gases, que ocupa uma posição insubstituível no setor de fornecimento de gases no mundo atual. As principais características do equipamento de produção de oxigênio por PSA são:

O dispositivo apresenta as vantagens de um fluxo de processo simples, estrutura compacta e baixo investimento em equipamentos.

O dispositivo ocupa pouco espaço e pode ser usado tanto em ambientes internos quanto externos.

O dispositivo é altamente automatizado e é fácil de abrir e fechar.

O custo de operação e manutenção do dispositivo é menor do que o do método de resfriamento profundo.

O dispositivo possui forte independência, boa estabilidade, alta confiabilidade, funciona em temperatura normal e baixa pressão, além de apresentar bom desempenho de segurança.

A escala do dispositivo pode variar de 0,2 a 5500 Nm³/h, e a pureza do oxigênio produzido pode atingir de 25 a 95%.

Pressão de saída do dispositivo: O equipamento de dessorção à pressão atmosférica (0,3-0,55 MPa) e o equipamento de dessorção a vácuo (15 kPa) podem ser utilizados com pressurização em configuração estendida.

Composição básica do equipamento de produção de oxigênio por adsorção por oscilação de pressão

Compressor de ar ou ventilador para matéria-prima

Sistema de pré-tratamento de gás natural (incluindo remoção de óleo, poeira, água e equipamentos de refrigeração).

Torre de adsorção (contendo dessecante e peneira molecular)

torre de armazenamento de ar de matéria-prima e oxigênio acabado

Válvula de comutação e tubo de distribuição de gás

Bomba de vácuo (para processo de dessorção a vácuo)

Aparelho para aumentar e encher oxigênio

Sistema de controle automático de equipamentos e sistema de detecção de pureza

Sistema de Regulação de Pureza e Distribuição de Gás (Configurações selecionadas com base em diferentes processos e requisitos)

Condições de instalação e operação do equipamento de produção de oxigênio por adsorção por oscilação de pressão

Condições de instalação: O local de instalação deve ser limpo, plano e de fácil acesso para a instalação do guindaste ou empilhadeira.

Requisitos do ambiente de utilização: O ar ao redor do local de instalação deve ser limpo, livre de névoa de óleo e gases corrosivos, e a ventilação deve ser adequada.

Condições de funcionamento: Alimentação: 380V/50Hz/trifásico com cinco fios

Água de resfriamento: A invenção está relacionada ao congelamento e resfriamento de água para uso industrial.

Considerações para a seleção de equipamentos de produção de oxigênio por adsorção a pressão variável

Antes de selecionar o tipo específico, os requisitos do gás produto final do equipamento de oxigênio necessário são confirmados e o processo do equipamento requerido é determinado de acordo com a recomendação do fabricante.

Analisar a racionalidade do projeto do equipamento (cada conjunto de acessórios é razoável, necessário e desempenha sua função com máxima eficácia).

Verificação da confiabilidade do funcionamento do equipamento

Capacidade de pesquisa e desenvolvimento, experiência em fabricação e nível dos fabricantes

O custo do equipamento de produção de oxigênio (preço do equipamento, água necessária, eletricidade, local e despesas relacionadas, custo de manutenção do equipamento, vida útil do equipamento) é calculado de forma abrangente, não se considerando apenas o preço do equipamento.

Aplicativo

fabricação de aço por fornos elétricos, fundição de metais não ferrosos e fundição de ferro por enriquecimento de oxigênio.

Produção de gás para fertilizantes químicos, várias oxidações, gaseificação de carvão, geração de ozônio.

Forno de combustão com perfuração vertical para aquecimento industrial.

Evaporação de oxigênio, branqueamento e oxidação do licor negro na indústria de fabricação de papel

Tratamento de águas residuais industriais e urbanas por lodo ativado com aeração de oxigênio

Decomposição da nafta e produção de negro de fumo

Criação de peixes em alta densidade

Fabricação de cimento ferro-oxigênio, tijolo refratário e processamento de vidro na indústria cimenteira.

Administração de oxigênio hospitalar e oxigênio para cuidados de saúde, câmara hiperbárica de oxigênio e barra de oxigênio.

Método de separação por membrana:

A separação dos componentes de oxigênio e nitrogênio no ar é chamada de método de separação por membrana, utilizando a seletividade de permeabilidade de um filme polimérico. O dispositivo para produção de oxigênio ou nitrogênio por esse método apresenta certas limitações de capacidade e pureza, sendo geralmente utilizado principalmente para a produção de nitrogênio com pureza inferior a 800 Nm³/h e inferior a 99,5%.

Princípio do equipamento de separação por membrana para produção de nitrogênio

Já se passaram mais de 100 anos desde que o processo de transferência de massa de gases em membranas foi calculado. Muitas pesquisas foram realizadas sobre o transporte de gases individuais em polímeros e membranas. No entanto, a aplicação prática de membranas ocorreu apenas nas últimas décadas. O exemplo mais notável é a separação do isótopo urânio em armas nucleares. Foi somente no final da década de 1970 que a permeabilidade e a seletividade de gases em membranas poliméricas atingiram um nível economicamente viável para a indústria, permitindo que as membranas fossem utilizadas em larga escala como são hoje.

A membrana de fibra oca é um conjunto de filamentos de fibra oca polimerizados por milhares de materiais poliméricos. Quando dois ou mais gases são misturados através da película polimérica, a taxa de penetração de cada gás varia devido à diferença na solubilidade e no coeficiente de difusão dos gases na película. De acordo com essa característica, os gases podem ser classificados em "gases de rápida penetração" e "gases de lenta penetração".

A permeação de gases através de membranas poliméricas ocas é um processo complexo. Seu mecanismo de permeação consiste na adsorção das moléculas de gás na superfície da membrana, onde se dissolvem, espalham-se pelo interior da membrana e, finalmente, são dessorvidas do outro lado. A tecnologia de separação por membrana baseia-se na diferença entre os coeficientes de dissolução e difusão de diferentes gases na membrana para realizar a separação gasosa. Quando a mistura gasosa é submetida a uma determinada força motriz (diferença ou razão de pressão entre os dois lados da membrana), os gases com taxa de permeação relativamente rápida, como vapor de água, oxigênio, hidrogênio, hélio, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, etc., são removidos pelo lado de permeação, enquanto os gases com taxa de permeação relativamente lenta, como nitrogênio, argônio, metano, monóxido de carbono, etc., são retidos pelo lado de retenção, concentrando-se assim na separação da mistura gasosa.

Devido à limitação da eficiência de separação do material selecionado pelo separador de membrana, o componente industrial do separador utilizado para separar nitrogênio do ar é mais proeminente com a membrana de fibra oca. O componente de membrana industrial, baseado na grande área de superfície específica de separação da fibra oca, pode atender melhor aos requisitos de separação dos clientes. Geralmente, para obter melhores indicadores econômicos e atingir os objetivos de baixo investimento e baixo consumo unitário, a produção de nitrogênio por membrana adota um processo de alta pressão.

Produção de nitrogênio por membrana de fluxo de alta pressão

O ar comprimido remove impurezas sólidas, como óleo, poeira e a maior parte da água gasosa, através do sistema de pré-tratamento. Após o pré-aquecimento, o ar entra no separador de membrana, onde os gases com taxa de permeação relativamente rápida, como vapor de água, oxigênio, hidrogênio, hélio, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, etc., penetram na membrana e são removidos no lado de permeação. Já os gases com taxa de permeação relativamente lenta, como nitrogênio, argônio, metano e monóxido de carbono, são retidos no lado de retenção da membrana e enriquecidos. Sob o controle de um sistema PLC ou DCS, o sistema permite a produção contínua e estável de nitrogênio. O método de separação de oxigênio e nitrogênio baseado nesse princípio é denominado produção de nitrogênio por membrana de fluxo de alta pressão (MKH-N).

Principais características dos equipamentos de produção de nitrogênio por membrana:

O dispositivo apresenta as vantagens de um fluxo de processo simples, estrutura compacta e baixo investimento em equipamentos.

O dispositivo é pequeno e pode ser usado tanto em ambientes internos quanto externos.

O aparelho é altamente automatizado e fácil de ligar e desligar. Purificação em 10 minutos.

A invenção não possui partes móveis, como válvulas de comutação, não necessita de substituição regular de peças frágeis e requer pouca manutenção.

Aumentando o número de separadores de membrana, é fácil aumentar a produção de nitrogênio.

O custo de operação e manutenção do dispositivo é inferior ao do PSA. Na faixa de pureza de 80 a 98%, a invenção apresenta uma excelente relação custo-benefício. Possui a vantagem incomparável, em relação a outros métodos de separação de ar, de apresentar baixo consumo de energia.

O dispositivo apresenta forte independência, boa estabilidade, alta confiabilidade, funcionamento em temperatura normal e baixa pressão, além de bom desempenho em segurança.

A escala do dispositivo pode variar de 0,2 a 50.000 Nm³/h, e a pureza do nitrogênio produzido pode atingir 80-99,9%.

Componentes principais do equipamento de produção de nitrogênio por membrana de fluxo de alta pressão

Compressor de ar

conjunto de pré-tratamento da fonte de ar

Tanque de armazenamento de ar

Separador de membrana

Tanque de armazenamento de nitrogênio finalizado

Válvula de comutação e tubo correspondente

Sistema automático de controle e detecção

Sistema de pressurização com configuração de descompressão escalável

Condições de instalação e operação de equipamentos de produção de nitrogênio por membrana

Condições de instalação: O local de instalação deve ser limpo, plano e de fácil acesso para a instalação do guindaste ou empilhadeira.

Requisitos do ambiente de utilização: O ar ao redor do local de instalação deve ser limpo, livre de névoa de óleo e gases corrosivos, e a ventilação deve ser adequada.

Condições de suporte: Alimentação: 380V/50Hz/Trifásico 5

Água de refrigeração: Refrigeração e água de resfriamento em conformidade com as normas da indústria.

Considerações para a seleção de equipamentos de nitrogênio por membrana

Antes da seleção do tipo específico, os requisitos para o gás de produto final do equipamento de nitrogênio necessário são confirmados e o processo do equipamento requerido é determinado de acordo com a recomendação do fabricante.

Analisar a racionalidade do projeto do equipamento (cada conjunto de acessórios é razoável, necessário e desempenha sua função com máxima eficácia).

Investigar a confiabilidade do funcionamento do equipamento (confirmar a racionalidade das medidas de garantia no projeto do equipamento).

Capacidade de Pesquisa e Desenvolvimento, Experiência em Fabricação e Nível dos Fabricantes

Cálculo abrangente do custo do equipamento de nitrogênio (preço do equipamento, água e eletricidade necessárias, custo do local e despesas de instalação, custos de uso e manutenção, vida útil do equipamento), e não apenas o preço do equipamento.

Princípio de partição por membrana

O estudo da transferência de massa de gases em membranas já dura mais de 100 anos. Muitas pesquisas foram realizadas sobre o transporte de gases isolados em polímeros e membranas, e o conhecimento teórico foi amplamente desenvolvido. No entanto, a aplicação prática de membranas ocorreu apenas nas últimas décadas. O exemplo mais notável é a separação de isótopos de urânio em armas nucleares. Foi somente no final da década de 1970 que a permeabilidade e a seletividade de gases em membranas poliméricas atingiram um nível economicamente viável para a indústria, permitindo que as membranas fossem utilizadas em larga escala como são hoje.

Em geral, a membrana é permeável a todos os gases, mas apenas em graus variáveis. A permeação de gases através da membrana polimérica oca é um processo complexo. Seu mecanismo de permeação consiste na adsorção das moléculas de gás na superfície da membrana, onde se dissolvem, espalham-se pelo interior da membrana e, finalmente, são dessorvidas do outro lado. A tecnologia de separação por membrana baseia-se na diferença entre os coeficientes de dissolução e difusão dos diferentes gases na membrana para realizar a separação gasosa. Quando a mistura gasosa é submetida a uma determinada força motriz (diferença ou razão de pressão entre os dois lados da membrana), os gases com taxa de permeação relativamente rápida, como vapor de água, oxigênio, hidrogênio, hélio, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, etc., concentram-se no lado de permeação da membrana, enquanto os gases com taxa de permeação relativamente lenta, como nitrogênio, argônio, metano, monóxido de carbono, etc., ficam retidos no lado de retenção e concentram-se, atingindo assim o objetivo de separar a mistura gasosa.

Processo para equipamento de separação por membrana para produção de oxigênio

De acordo com as diferentes pressões nas condições de separação, geralmente dividimos a produção de oxigênio por membrana em dois processos distintos. O usuário pode escolher o processo mais adequado às necessidades de cada condição de trabalho, visando o consumo mínimo por unidade.

1. Produção de oxigênio por membrana de fluxo de alta pressão

O ar comprimido remove impurezas sólidas como óleo, poeira e a maior parte da água gasosa através do sistema de pré-tratamento, entrando no separador de membrana após pré-aquecimento. Os gases com taxa de permeação relativamente rápida, como vapor de água, oxigênio, hidrogênio, hélio, sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono, etc., são concentrados no lado de permeação da membrana, enquanto os gases com taxa de permeação relativamente lenta, como nitrogênio, argônio, metano e monóxido de carbono, são retidos no lado de retenção da membrana e concentrados. Sob o controle de um sistema PLC ou DCS, o sistema pode realizar uma produção contínua e estável de oxigênio.

2. Processo de fluxo de pressão negativa para produção de oxigênio

O ar bruto, após ser purificado e ter a poeira removida pelo soprador, entra no separador de membrana. Os gases com taxa de permeação relativamente lenta, como nitrogênio, argônio, metano e monóxido de carbono, se acumulam no lado de retenção da membrana e são liberados como gás de exaustão. O ar enriquecido com oxigênio, no lado de permeação, é coletado como gás de produto por bombeamento a vácuo. Sob o controle de um sistema PLC ou DCS, é possível obter oxigênio com pureza estável de forma contínua.

Características dos equipamentos de separação por membrana para produção de oxigênio

Principais características dos equipamentos de separação de oxigênio e nitrogênio por membrana

O dispositivo apresenta as vantagens de um fluxo de processo simples, estrutura compacta e baixo investimento em equipamentos.

O dispositivo possui tamanho reduzido e pode ser utilizado tanto em ambientes internos quanto externos.

O dispositivo é altamente automatizado e é fácil de ligar e desligar. Concentração de oxigênio em 10 minutos.

A invenção não possui partes móveis, como válvulas de comutação, não necessita de substituição regular de peças frágeis e requer pouca manutenção.

Ao aumentar o separador de membrana, a produção de ar enriquecido com oxigênio pode ser facilmente expandida.

O custo de operação e manutenção do dispositivo é inferior ao do PSA. Na faixa de pureza de 25 a 35%, a invenção apresenta excelente relação custo-benefício. Em aplicações de apoio à combustão, possui vantagens incomparáveis ​​em relação a outros métodos de separação de ar, além de baixo consumo de energia operacional.

O dispositivo apresenta forte independência, boa estabilidade, alta confiabilidade, funcionamento em temperatura normal e baixa pressão, além de bom desempenho em segurança.

A escala do dispositivo pode variar de 0,2 a 50.000 Nm³/h, e a pureza do oxigênio produzido pode atingir de 25 a 45%.

Componentes básicos do equipamento de separação por membrana para produção de oxigênio

Componentes principais de equipamentos de processo de alta pressão/equipamentos de processo de baixa pressão

Compressor de ar/1, unidade de ventilador

Conjunto de pré-tratamento da fonte de ar / 2, remoção de poeira, resfriador

Tanque de armazenamento de ar/3, separador de membrana

Separador de membrana/4. Tanque de armazenamento de oxigênio acabado

Tanque de armazenamento de oxigênio finalizado/5, válvula de comutação e tubo correspondente

Válvula de comutação e tubulação correspondente/6, unidade de bomba de vácuo

Controle automático, sistema de detecção/7, superalimentador de oxigênio

Sistema de pressurização escalável/8, Controle automático, Sistema de detecção

Condições de instalação e operação de equipamentos de produção de oxigênio por membrana

Condições de instalação: O local de instalação deve ser limpo, plano e de fácil acesso para a instalação do guindaste ou empilhadeira.

Requisitos do ambiente de utilização: O ar ao redor do local de instalação deve ser limpo, livre de névoa de óleo e gases corrosivos, e a ventilação deve ser adequada.

Condições de suporte: Alimentação: 380V/50Hz/Trifásico 5

Água de resfriamento: Refrigeração e água de resfriamento em conformidade com as normas da indústria.

Considerações para a seleção de equipamentos de produção de oxigênio por membrana

Antes de selecionar o tipo específico, os requisitos do gás produto final do equipamento de oxigênio necessário são confirmados e o processo do equipamento requerido é determinado de acordo com a recomendação do fabricante.

Analisar a racionalidade do projeto do equipamento (cada conjunto de acessórios é razoável, necessário e desempenha sua função com máxima eficácia).

Investigar a confiabilidade do funcionamento do equipamento (confirmar a racionalidade das medidas de garantia no projeto do equipamento).

Capacidade de Pesquisa e Desenvolvimento, Experiência em Fabricação e Nível dos Fabricantes

Cálculo abrangente do custo do equipamento de oxigênio (preço do equipamento, água e eletricidade necessárias, local e despesas relacionadas, custos de manutenção do equipamento, vida útil do equipamento), e não apenas o preço do equipamento.