Азотный завод PSA

К основным факторам развития технологии производства кислорода методом адсорбции под давлением относятся: высокоэффективная технология программируемых клапанов, высокоэффективная технология адсорбции обогащенного кислородом адсорбента и технологический процесс. В настоящее время эти технологии эффективно реализованы. Импортные немецкие молекулярные сита, импортные программируемые клапаны и разработанные в стране технологии позволяют легко получать обогащенный кислородом адсорбент.

Оборудование для производства кислорода методом адсорбции под давлением (PSA) использует специальный адсорбент для обогащения воздуха кислородом при нормальной температуре с помощью технологии адсорбции с изменением давления. Адсорбция под давлением (PSA) — это передовая технология разделения газов. Молекулярные сита используются для осуществления адсорбции под давлением, десорбции с сбросом давления и циклической работы. Получаемый газ обычно содержит кислород, аргон и небольшое количество азота. Адсорбент является ключевым элементом оборудования для производства кислорода методом PSA. В оборудовании для производства кислорода методом PSA используются импортные молекулы 5A.

Экран или разработанный нами адсорбент поглощает азот, углекислый газ, воду и другие вещества из воздуха, тогда как кислород поглощается не может. Рисунок:

Название продукта: Оборудование для производства кислорода методом адсорбции с изменением давления

Категория: Аппарат для адсорбции при переменном давлении

Выход (Нм³/ч): 50, 80, 100, 120, 150

Чистота кислорода в продукте: 90–95%.

Давление выхода кислорода из продукта: 0,4-0,5 МПа

Потребляемая мощность: ≤0,35 кВт·ч/м³ O₂

Характеристики оборудования для производства кислорода методом адсорбции с изменением давления:

Молекулярное сито обладает улучшенными характеристиками, меньшим расходом и длительным сроком службы.

Выход кислорода у данного продукта выше, чем у других продуктов.

По сравнению с аналогичными продуктами, данное оборудование отличается высокой производительностью по азоту, низким энергопотреблением и низким расходом охлаждающей воды.

Весь комплекс оборудования в значительной степени автоматизирован.

Основные принципы получения кислорода методом адсорбции с изменением давления:

Основной принцип получения кислорода методом адсорбции с изменением давления заключается в разделении кислорода и азота за счет разницы в адсорбционной способности азота и кислорода в воздухе на цеолитном молекулярном сите (ЦМС) вследствие различного давления. В зависимости от давления десорбции при адсорбционном разделении обычно применяется метод разделения по давлению.

Благодаря возможности преобразования адсорбции кислорода в два различных процесса, пользователи могут выбирать подходящие процессы в зависимости от требований к условиям работы для достижения цели минимального удельного энергопотребления. Удельное энергопотребление оборудования PSA достигает 0,4–0,5 кВт·ч, что эквивалентно энергопотреблению оборудования с полным низким давлением и большим объемом холодного воздуха.

Она конкурентоспособна по инвестициям в оборудование и эксплуатационным расходам.

1. Производство кислорода методом десорбции при атмосферном давлении (PSA).

Сжатый воздух удаляет твердые примеси, такие как масло и пыль, а также большую часть газообразной воды, через систему предварительной обработки, поступает в адсорбционную башню, заполненную флюоритовым молекулярным ситом (ZMS), азот, диоксид углерода и водяной пар из воздуха поглощаются адсорбентом, а кислород отделяется через адсорбционный слой. Когда поглощенные примеси в адсорбционной башне достигают определенной степени, адсорбент десорбируется в атмосферу для регенерации. Под управлением ПЛК или системы DCS адсорбционная система разделения, состоящая из двух или трех башен, обеспечивает непрерывное производство кислорода, то есть так называемое производство кислорода методом адсорбции при переменном давлении с использованием атмосферной десорбции (PSA-O).

2. Производство кислорода методом вакуумной десорбции с изменением давления и адсорбцией (VSA-O)

После обработки воздухом в воздуходувке происходит очистка от пыли, после чего он поступает в адсорбционную башню с цеолитным молекулярным ситом (ЦМС). Азот, диоксид углерода и водяной пар из воздуха абсорбируются адсорбентом, а кислород отделяется через адсорбционный слой. Когда степень абсорбции примесей в адсорбционной башне достигает определенного уровня, сначала осуществляется адсорбция и десорбция атмосферы, а затем адсорбент полностью регенерируется вакуумным насосом. Под управлением ПЛК или системы DCS адсорбционная система разделения, состоящая из двух или трех башен, обеспечивает непрерывное производство кислорода, то есть так называемое вакуумно-десорбционное производство кислорода с адсорбцией при переменном давлении (VPSA-O).

Характеристики оборудования для адсорбции с изменением давления

Адсорбция с переменным давлением — это передовая технология разделения газов, занимающая сегодня незаменимое место в сфере газоснабжения. Основные характеристики оборудования для производства кислорода методом адсорбции с переменным давлением.

Устройство обладает преимуществами простого технологического процесса, компактной конструкции и низких капитальных вложений в оборудование.

Устройство занимает небольшую площадь и может использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе.

Устройство отличается высокой степенью автоматизации, его удобно открывать и останавливать.

Эксплуатационные и технические затраты на устройство ниже, чем при использовании метода глубокого охлаждения.

Устройство обладает высокой автономностью, хорошей стабильностью, высокой надежностью, работает при нормальной температуре и низком давлении, а также имеет хорошие показатели безопасности.

Производительность устройства может варьироваться от 0,2 до 5500 Нм³/ч, а чистота получаемого кислорода может достигать от 25 до 95%.

Давление на выходе из устройства: оборудование для десорбции при атмосферном давлении 0,3-0,55 МПа и оборудование для вакуумной десорбции 15 кПа могут использоваться с расширенной конфигурацией создания давления.

Базовый состав оборудования для производства кислорода методом адсорбции с изменением давления.

Компрессор или вентилятор для подачи сырья

Система предварительной обработки газа (включая оборудование для удаления масла, пыли, воды и охлаждения).

Адсорбционная башня (содержащая осушитель и молекулярное сито)

Буферная башня для подачи исходного воздуха и готового кислорода.

Переключающий клапан и газораспределительный трубопровод

Вакуумный насос (для процесса вакуумной десорбции)

Устройство для повышения и заправки кислородом

Система автоматического управления оборудованием и система контроля чистоты

Система регулирования чистоты и распределения газа (конфигурации выбираются в зависимости от различных процессов и требований)

Условия монтажа и эксплуатации оборудования для производства кислорода методом адсорбции с переменным давлением

Условия монтажа: Место монтажа должно быть чистым, ровным и легкодоступным для установки крана или вилочного погрузчика.

Требования к условиям эксплуатации: Воздух вокруг места установки должен быть чистым, без масляного тумана и коррозионных газов, а также должна быть обеспечена хорошая вентиляция.

Условия эксплуатации: Электропитание: 380 В/50 Гц/3 фазы, пятипроводная линия

Охлаждающая вода: Данное изобретение относится к категории охлаждающей воды для промышленного применения.

Вопросы выбора оборудования для производства кислорода методом адсорбции при переменном давлении.

Перед выбором конкретного типа оборудования необходимо сначала подтвердить требования к конечному продукту газообразного состояния требуемого кислородного оборудования, а также определить технологический процесс, определяющий характеристики необходимого оборудования, в соответствии с рекомендациями производителя.

Цель исследования – изучить рациональность конструкции оборудования (каждый комплект фитингов является обоснованным, необходимым и обеспечивает максимальную эффективность).

Проверка надежности работы оборудования.

Научно-исследовательские и опытно-конструкторские возможности, производственный опыт и уровень производителей.

Стоимость оборудования для производства кислорода (цена оборудования, необходимое количество воды, электроэнергии, площадь площадки и связанные с ней расходы, стоимость технического обслуживания оборудования, срок службы оборудования) рассчитывается комплексно, при этом учитывается не только цена оборудования.

Приложение

Выплавка стали в электропечах, выплавка цветных металлов и выплавка железа путем обогащения кислорода.

Производство газа из химических удобрений, различные виды окисления, газификация угля, генерация озона.

Печь для поддержания горения и литья, проходящая над промышленными отопительными установками.

Испарение кислорода, отбеливание и окисление черного щелока в бумажной промышленности

Очистка промышленных и городских сточных вод методом кислородной аэрации с использованием активного ила

Разложение нафты и производство технического углерода

Высокоплотное рыбоводство

Производство железокислородного цемента, огнеупорного кирпича и обработка стекла в цементной промышленности.

Подача кислорода в больнице и медицинское обеспечение кислородом, кислородная камера высокого давления и кислородный бар.

Метод мембранного разделения:

Разделение кислородных и азотных компонентов воздуха называется мембранным методом разделения с использованием селективности проницаемости полимерной пленки. Устройство для получения кислорода или азота этим методом имеет определенные ограничения по производительности и чистоте и, как правило, в основном используется для получения азотных продуктов с чистотой менее 800 Нм³/ч и менее 99,5%.

Принцип работы мембранного разделительного оборудования для производства азота.

Прошло более 100 лет с момента расчета процесса массопереноса газов в мембранах. Было проведено множество исследований по переносу отдельных газов в полимерах и мембранах. Однако практическое применение мембран началось лишь в последние десятилетия. Наиболее ярким примером является разделение изотопов урана в ядерном оружии. Лишь в конце 1970-х годов проницаемость и селективность газов в полимерных мембранах достигли уровня, имеющего промышленно-экономическое значение, и мембраны стали использоваться в больших масштабах, как сегодня.

Полая волоконная мембрана представляет собой мембранную сборку из полых волоконных нитей, полимеризованных тысячами полимерных материалов. При смешивании двух или более газов через полимерную пленку скорость проникновения различных газовых пленок различается из-за разницы в растворимости и коэффициентах диффузии различных газов в пленке. В соответствии с этой характеристикой газы можно разделить на «быстропротекающие» и «медленнопротекающие».

Проникновение газа через полую полимерную мембрану — сложный процесс. Механизм проникновения заключается в том, что молекулы газа сначала адсорбируются на поверхности мембраны и растворяются, затем распространяются внутри мембраны и, наконец, десорбируются с другой стороны мембраны. Технология мембранного разделения основана на разнице коэффициентов растворения и диффузии различных газов в мембране для осуществления газоразделения. Когда смешанный газ находится под действием определенной движущей силы (разница давлений или соотношение давлений по обе стороны пленки), газ с относительно высокой скоростью проникновения, такой как водяной пар, кислород, водород, гелий, сероводород, диоксид углерода и т. д., удаляется на стороне проникновения пленки, а газ с относительно низкой скоростью проникновения, такой как азот, аргон, метан, оксид углерода и т. д., задерживается на стороне удержания пленки и обогащается, что и обеспечивает разделение смешанного газа.

Из-за ограничений эффективности разделения материала, выбранного мембранным сепаратором, в промышленном исполнении сепараторов, используемых для отделения азота от воздуха, преобладают половолоконные мембраны. Промышленные мембранные компоненты, основанные на большой удельной поверхности разделения полых волокон, лучше соответствуют требованиям заказчиков. Как правило, для получения лучших экономических показателей и достижения целей низких инвестиций и низкого удельного потребления, при производстве азота с помощью мембран применяется процесс высокого давления.

Производство азота с помощью мембран высокого давления

Сжатый воздух удаляет твердые примеси, такие как масло, пыль и большая часть газообразной воды, через систему предварительной обработки, после предварительного нагрева поступает в мембранный сепаратор, где газы с относительно высокой скоростью проникновения, такие как водяной пар, кислород, водород, гелий, сероводород, диоксид углерода и т. д., проникают через мембрану и удаляются на стороне проникновения, в то время как газы с относительно низкой скоростью проникновения, такие как азот, аргон, метан и оксид углерода, задерживаются на стороне удержания мембраны и обогащаются; под управлением ПЛК или системы DCS система может обеспечить непрерывный и стабильный выход азота. Метод разделения кислорода и азота, основанный на этом принципе, называется мембранным азотообразованием высокого давления (МКН).

Основные характеристики оборудования для производства мембранного азота:

Устройство обладает преимуществами простоты технологического процесса, компактной конструкции и низких капитальных вложений в оборудование.

Устройство имеет небольшие размеры и может использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе.

Устройство отличается высокой степенью автоматизации, его удобно включать и выключать. Чистота достигается за 10 минут.

Изобретение не имеет движущихся частей, таких как переключатели клапанов, не требует регулярной замены хрупких деталей и требует минимального технического обслуживания.

Увеличение диаметра мембранного сепаратора позволяет легко повысить производство азота.

Стоимость эксплуатации и обслуживания устройства ниже, чем у метода адсорбции под давлением (PSA). В диапазоне чистоты 80-98% изобретение обладает превосходным соотношением производительности и цены. Оно имеет несравнимое преимущество перед другими методами разделения воздуха, а также низкое энергопотребление.

Устройство обладает высокой автономностью, хорошей стабильностью, высокой надежностью, способностью работать при нормальной температуре и низком давлении, а также хорошими показателями безопасности.

Производительность устройства может составлять от 0,2 до 50000 Нм³/ч, а чистота получаемого азота может достигать 80-99,9%.

Основные компоненты оборудования для производства азота с мембранным потоком высокого давления

Воздушный компрессор

Сборочный узел предварительной обработки воздуха

Буферный резервуар воздуха

Мембранный сепаратор

Завершена работа над буферным резервуаром для азота.

Переключающий клапан и соответствующая трубка

Автоматическая система управления и обнаружения

Масштабируемая система герметизации с возможностью снижения давления

Условия монтажа и эксплуатации мембранного оборудования для производства азота

Условия эксплуатации: Питание: 380 В/50 Гц/3 фазы, 5

Охлаждающая вода: Холодильные системы и системы охлаждения, соответствующие отраслевым стандартам.

При выборе оборудования для подачи азота через мембрану следует учитывать ряд факторов.

Перед выбором конкретного типа оборудования необходимо сначала подтвердить требования к конечному продукту газообразного состояния требуемого азотного оборудования, а также определить технологический процесс, описываемый производителем.

Исследовать надежность работы оборудования (подтвердить обоснованность гарантийных мер в конструкции оборудования).

Комплексный расчет стоимости азотного оборудования (цена оборудования, необходимое количество воды, электроэнергии, площадка и расходы на установку оборудования, эксплуатационные и технические расходы, срок службы оборудования), а не только цена оборудования.

Принцип разделения мембран

Изучение массопереноса газов в мембранах ведется уже более 100 лет. Было проведено множество исследований по переносу отдельных газов в полимерах и мембранах, и эти исследования развивались в теоретическом плане. Однако практическое применение мембран началось лишь в последние десятилетия. Ярким примером является разделение изотопов урана в ядерном оружии. Лишь в конце 1970-х годов проницаемость и селективность газов в полимерных мембранах достигли уровня, имеющего промышленно-экономическое значение, и мембраны стали использоваться в больших масштабах, как сегодня.

В целом, мембрана проницаема для всех газов, но лишь в различной степени. Проникновение газа через полую полимерную мембрану — сложный процесс. Механизм проникновения заключается в том, что молекулы газа сначала адсорбируются на поверхности мембраны и растворяются, затем распространяются внутри мембраны и, наконец, десорбируются с другой стороны мембраны. Технология мембранного разделения основана на разнице коэффициентов растворения и диффузии различных газов в мембране для осуществления газоразделения. Когда смешанный газ находится под действием определенной движущей силы (разница давлений или соотношение давлений по обе стороны пленки), газ с относительно высокой скоростью проникновения, такой как водяной пар, кислород, водород, гелий, сероводород, диоксид углерода и т. д., концентрируется на стороне проникновения пленки, а газ с относительно низкой скоростью проникновения, такой как азот, аргон, метан, оксид углерода и т. д., задерживается на стороне удержания пленки и концентрируется, что и обеспечивает разделение смешанного газа.

Технология мембранного разделения и производства кислорода.

В зависимости от различного давления в условиях разделения, мы обычно разделяем мембранное производство кислорода на два различных процесса, и пользователь может выбрать подходящий процесс в соответствии с требованиями различных рабочих условий для достижения цели минимизации удельного потребления.

1. Производство кислорода с помощью мембранных технологий высокого давления.

Сжатый воздух удаляет твердые примеси, такие как масло, пыль и большая часть газообразной воды, через систему предварительной обработки, после предварительного нагрева поступает в мембранный сепаратор, где газы с относительно высокой скоростью проникновения, такие как водяной пар, кислород, водород, гелий, сероводород, диоксид углерода и т. д., концентрируются на стороне проникновения мембраны, в то время как газы с относительно низкой скоростью проникновения, такие как азот, аргон, метан и оксид углерода, задерживаются на стороне удержания мембраны и концентрируются там; под управлением ПЛК или системы DCS система может обеспечить непрерывную и стабильную подачу кислорода.

2. Процесс производства кислорода с использованием отрицательного давления потока.

После очистки и удаления пыли с помощью воздуходувки исходный материал поступает в мембранный сепаратор, где газы с относительно низкой скоростью проникновения, такие как азот, аргон, метан и оксид углерода, накапливаются на стороне удержания мембраны и затем отводятся в качестве отработанного газа, а обогащенный кислородом воздух на стороне проникновения собирается вакуумным насосом в качестве продуктового газа. Под управлением ПЛК или системы DCS можно непрерывно получать кислород стабильной чистоты.

Характеристики оборудования для производства кислорода методом мембранной сепарации

Основные характеристики мембранного оборудования для разделения кислорода и азота

Устройство имеет небольшие размеры и может использоваться как в помещении, так и на открытом воздухе.

Устройство отличается высокой степенью автоматизации, его удобно включать и выключать. Концентрация кислорода за 10 минут.

Увеличение диаметра мембранного сепаратора позволяет легко расширить производство обогащенного кислородом воздуха.

Эксплуатационные и технические затраты устройства ниже, чем у PSA. В диапазоне чистоты 25-35% изобретение обладает превосходным соотношением цены и качества. В приложениях, поддерживающих горение, оно имеет несравнимые преимущества по сравнению с другими методами разделения воздуха, а его энергопотребление при работе низкое.

Производительность устройства может варьироваться от 0,2 до 50000 Нм³/ч, а чистота получаемого кислорода может достигать 25–45%.

Основные компоненты оборудования для производства кислорода методом мембранного разделения

Основные компоненты оборудования для технологических процессов высокого давления/оборудования для технологических процессов низкого давления

Воздушный компрессор/1, воздуходувка

Сборочный узел предварительной обработки воздуха / 2, пылеудаление, охладитель

Буферный резервуар для воздуха/3, мембранный сепаратор

Мембранный сепаратор/4. Готовый буферный резервуар для кислорода

Готовый кислородный буферный бак/5, переключающий клапан и соответствующая труба

Переключающий клапан и соответствующая труба/6, вакуумный насосный агрегат

Автоматическое управление, система обнаружения/7, кислородный нагнетатель

Масштабируемая система создания давления/8, автоматическое управление, система обнаружения

Условия монтажа и эксплуатации мембранного оборудования для производства кислорода

Условия эксплуатации: Питание: 380 В/50 Гц/3 фазы, 5

Охлаждающая вода: Холодильные системы и системы охлаждения, соответствующие отраслевым стандартам.

Вопросы выбора мембранного оборудования для производства кислорода.

Комплексный расчет стоимости кислородного оборудования (цена оборудования, необходимое количество воды, электроэнергии, площадка и связанные с ней расходы, затраты на техническое обслуживание оборудования, срок службы оборудования), а не только цена оборудования.