У сфері промислового газорозділення обладнання для виробництва кисню з коливанням тиску (PSA) поступово стає основним рішенням для виробничих компаній, які прагнуть виробляти власний кисень на місці. Порівняно з традиційними резервуарами для зберігання рідкого кисню або методами подачі циліндрів, технологія PSA пропонує кілька практичних переваг: виробництво кисню за потреби, менші експлуатаційні витрати та відносно просте обслуговування. Для компаній, що спеціалізуються на обладнанні для розділення газу, Shenger Gas протягом багатьох років працює над технічним напрямком PSA, надаючи адаптовані кисневі системи для різних галузей промисловості. У цій статті пояснюються основні принципи PSA та розглядаються його практичні застосування та основні міркування вибору в сучасному виробництві.
Як працює генерація кисню PSA
Генерація кисню PSA базується на цеолітовому молекулярному ситі, яке адсорбує азот під високим тиском і десорбує (регенерує) його під низьким тиском. Навколишнє повітря стискається і направляється в адсорбційну вежу. Азот захоплюється ситом, а кисень проходить у вигляді газоподібного продукту. Коли сито стає насиченим, система перемикається на другу вежу для регенерації, тоді як перша вежа вивільняє захоплений азот. Дві вежі чергуються для забезпечення безперервної подачі кисню.
Під час цього процесу не відбувається жодних хімічних реакцій або фазових змін. Основне споживання енергії відбувається від повітряного компресора. Для малих і середніх -генерацій кисню PSA пропонує очевидні переваги ефективності.
Типове застосування PSA у виробництві
1. Обробка та термічна обробка металів
Під час лазерного різання, зварювання та вирівнювання полум’ям промисловий-кисень (90–95% чистоти) можна використовувати як допоміжний газ для підвищення ефективності обробки. Система PSA може виробляти кисень з чистотою 93% ± 3% і підключатися безпосередньо до газових труб майстерні. Порівняно з резервуарами для рідкого кисню, -виробництво на місці дозволяє уникнути втрат на випаровування через низько-температурне зберігання та логістичні витрати на регулярні доставки танкерами. Це особливо підходить для виробників, які споживають від 30 до 300 тонн кисню на місяць.
2. Скляне та керамічне виробництво
Склоплавильні печі, які використовують -збагачене киснем спалювання, зазвичай підвищують концентрацію кисню в повітрі для горіння до 24–30%. Обладнання PSA може стабільно подавати це збагачене повітря, зменшуючи втрати тепла через вихлопні гази та знижуючи викиди оксиду азоту. Це застосування не вимагає високої чистоти (зазвичай достатньо 28%–35%). Системи PSA працюють із максимальною ефективністю за цих умов із періодом окупності, як правило, від 12 до 18 місяців.
3. Очищення стічних вод і охорона навколишнього середовища
Генераторам озону потрібен -кисень високої чистоти (понад 90%) як живильний газ, щоб максимізувати виробництво озону. Коли муніципальна або промислова станція очищення стічних вод встановлює кисневу систему PSA, це дозволяє уникнути процесу схвалення безпеки, необхідного для резервуарів для зберігання рідкого кисню, і усуває перебої в постачанні, спричинені обмеженнями автомобільного транспорту. Для об’єктів у віддалених місцях або регіонах із ненадійною логістикою доставки-виробництво кисню на місці забезпечує значні переваги щодо надійності.
4. Відбілювання целюлози та хімічне окислення
Такі процеси, як відбілювання перекисом водню у виробництві целюлози та окислення киснем хімічних проміжних продуктів, мають певні вимоги до тиску кисню та стабільності потоку. Система PSA може бути розроблена як стандартна схема «генерація – буферний резервуар – набір клапанів регулювання тиску», яка подає кисень під регульованим тиском 0,1–0,6 МПа. Система також запускається швидко – зазвичай досягаючи прийнятної чистоти кисню протягом 5-10 хвилин після холодного запуску, що робить її придатною для переривчастих графіків виробництва.
Порівняння вартості з постачанням рідкого кисню
Враховуючи загальну вартість життєвого циклу, виробництво кисню PSA має вищі початкові інвестиції, ніж система резервуарів для рідкого кисню (головним чином через повітряний компресор, адсорбційні вежі, систему керування та модифікації трубопроводів). Однак після двох років експлуатації загальна вартість PSA зазвичай нижча, ніж придбаного рідкого кисню. Кілька ключових факторів впливають на рішення:
- Шкала потреби в кисні: для малих потреб нижче 50 Нм³/год рідкий кисень може бути більш економічним. Для великих потоків понад 200 Нм³/год PSA є однозначною перевагою.
- Ціна на електроенергію порівняно з ціною на рідкий кисень: PSA стає привабливішим, коли ціна рідкого кисню, що постачається, перевищує 0,8 юаня/Нм³, а ціна промислової електроенергії нижче 0,7 юаня/кВт-год.
- Вимоги до стабільності подачі: Доповнення рідким киснем залежить від погодних умов, дорожнього руху та інших зовнішніх факторів. PSA працює незалежно, не ризикуючи ланцюгом поставок.
Практична рекомендація: надайте дані про споживання кисню за 6-12 місяців (включно з погодинними коливаннями, загальними показниками за день і сукупними показниками за місяць) і попросіть технічного постачальника підготувати економічний аналіз, перш ніж приймати рішення.
Практичні моменти щодо вибору обладнання
1. Уникайте надмірного-вказування чистоти
У виробництві сліпо прагнути до чистоти вище 99,5% часто витрачається енергія. Лазерне різання добре працює з чистотою 90–93%. Спалювання, збагачене-киснем, потребує щонайбільше 30%. Лише медичне застосування або вихідний газ для генераторів озону вимагає чистоти 90%+. Коли ви визначите мінімальну чистоту, яка фактично потрібна вашому процесу, ви зможете зменшити запаси проектування, щоб контролювати капітальні витрати.
2. Зверніть увагу на контроль точки роси
Кисень, вироблений системою PSA, зазвичай має точку роси від -40 градусів до -60 градусів. Однак, якщо обладнання для сушіння після обробки малогабаритне або погано сконфігуроване, у вологому середовищі може утворюватися конденсат і викликати корозію трубопроводу з вуглецевої сталі, що йде далі. Ми рекомендуємо встановити прецизійний фільтр і монітор точки роси після буферної ємності – особливо для установок у регіонах з високою вологістю або сезонами дощів.
3. Керуйте терміном служби адсорбенту
Цеолітові молекулярні сита мають теоретичний термін служби від 8 до 10 років. Однак, якщо вхідне повітря містить надмірну кількість масла (необхідний фільтр для видалення масла, вміст якого повинен бути нижче 0,01 мг/м³), або якщо система зазнає частих великих коливань тиску, фактичний термін служби може скоротитися до 3-5 років. Під час щоденної роботи записуйте робочий тиск, чистоту кисню продукту та перепад тиску на фільтрі. Відображення цих тенденцій у часі допомагає передбачити, коли знадобиться заміна.
Сьогодні виробництво стикається з подвійним тиском: зростанням вартості енергії та суворішими екологічними нормами. Технологія виробництва кисню PSA добре поєднується з декількома напрямками вдосконалення – виробництво за потребою, скорочення транспортної логістики та зниження викидів від згоряння. Саме обладнання також розвивається. Інтелектуальні системи керування тепер дозволяють дистанційно контролювати чистоту та потік. Модульні конструкції дозволяють додавати адсорбційні вежі в міру розширення виробничих потужностей. Для середнього діапазону потреби в кисні від 200 до 2000 Нм³/год PSA, ймовірно, стане основним вибором порівняно з традиційними методами подачі кисню.
Shenger Gas продовжує працювати над фундаментальними вдосконаленнями процесів у цій галузі, надаючи підтримку, яка варіюється від оцінки стану об’єкта до повної системної інтеграції для клієнтів у машинобудуванні, екологічній інженерії, виробництві скла та інших галузях. Оскільки умови процесу значно відрізняються від однієї програми до іншої, ми рекомендуємо проводити вимірювання фактичного навантаження принаймні за один тиждень до проекту. На основі виміряного споживання, місцевої ціни на електроенергію та витрат на оплату праці технічна команда може підготувати відповідне індивідуальне рішення для постачання кисню.
