У промисловому виробництві кисню PSA та VPSA є двома основними-технологіями на місці. Обидва використовують цеолітові сита для адсорбції азоту, але вони різко відрізняються за дизайном циклу, споживанням енергії та ідеальним застосуванням. Для середніх--великих рослин, які споживають 50–200 тонн кисню на день, неправильний вибір може коштувати понад 100 000 доларів США щорічно додаткової енергії. Під час нашої проектної роботи в Shenger Gas ми бачили, як багато покупців зосереджуються на початковій ціні та ігнорують експлуатаційні витрати протягом усього терміну експлуатації. Це порівняння охоплює п’ять ключових областей-тип циклу, енергоефективність, вихід кисню, капітальні витрати та технічне обслуговування-, щоб допомогти вам впевнено вибирати.
PSA & VPSA: технологічний процес і ключове обладнання
PSA використовує два шари адсорбера в циклах, що чергуються. У той час як один шар адсорбує при 0,4-0,7 МПа, інший регенерує при атмосферному тиску. Кисень забирається з верхньої частини активного шару. Відпрацьований шар очищається вентиляцією, що дозволяє вивільнити азот. Система проста-в основному адсорбери, пневматичні клапани та повітряний компресор.
VPSA додає вакуумний насос до етапу регенерації, опускаючи шар до -0,05 до -0,07 МПа (калібр). Це забезпечує глибшу десорбцію азоту та дозволяє знизити робочий тиск до 0,3–0,5 МПа, зменшуючи потребу в стисненні живильного повітря. Компроміс: додаткові вакуумні насоси та складніше керування клапанами.
Контрольні показники відновлення кисню та споживання енергії
Швидкість відновлення кисню безпосередньо відображає, наскільки ефективно використовується шар молекулярного сита. Системи PSA, обмежені неповною десорбцією в атмосфері, зазвичай досягають рівня відновлення від 35% до 45%, оскільки залишковий азот займає активні центри адсорбції. VPSA за допомогою вакуум-регенерації відновлює від 55% до 70% вихідного кисню, що також означає, що для того самого виходу потрібно менше ситового матеріалу, і відповідно можна зменшити розміри адсорбера.
Різниця в споживанні енергії чітко відображається на рахунках за комунальні послуги. Блоки PSA зазвичай споживають 0,38–0,45 кВт-год на нм³ еквіваленту чистого кисню, тоді як VPSA може досягати всього 0,28–0,35 кВт-год/Нм³. Розглянемо кисневу установку потужністю 100-тон-на-добу (приблизно 2800 Нм³/год). Система VPSA заощадить приблизно 150–250 кВт-год на годину порівняно з PSA. За промислового тарифу на електроенергію в 0,10 доларів США за кВт-год це становить 120 000–200 000 доларів США на рік (на основі 8 000 робочих годин) – достатній запас, щоб компенсувати вищі початкові інвестиції в обладнання VPSA.
Розгляд капітальних витрат і сліду
З точки зору закупівель, системи PSA мають явну перевагу в ціні: відсутність вакуумних насосів, менші розміри клапанів і простіша логіка керування призводять до того, що загальна ціна обладнання зазвичай на 20–35% нижча, ніж VPSA для еквівалентних специфікацій. Для малих -застосунків, які споживають менше ніж 200 Нм³/год, або для періодичних операцій, що виконуються менше 3000 годин на рік, PSA часто забезпечує кращу загальну економічність.
VPSA вимагає вищих початкових інвестицій, головним чином завдяки вакуумним насосним установкам і адсорберним ємностям більшого-діаметру. Однак покращене відновлення кисню призводить до зменшення на 20–30% стиснення повітря, що подається, частково компенсуючи споживання електроенергії вакуумними насосами. З точки зору площі установки, адсорбери VPSA приблизно на 15–25% менші, ніж аналоги PSA за тієї ж потужності, хоча додані вакуумні насоси та буферні ємності зазвичай роблять загальну площу системи дещо більшою, ніж у еквівалентної установки PSA.
Комплексність і надійність обслуговування
Генератори PSA мають просту конструкцію з меншою кількістю пневматичних клапанів (зазвичай 8–12) і центри планового технічного обслуговування для заміни фільтрів і перевірки ущільнень клапанів. Атмосферна десорбція усуває обертове вакуумне обладнання, зменшуючи проблеми,-пов’язані з вібрацією, і керування змащенням. Це призводить до нижчих вимог до кваліфікації обслуговуючого персоналу та менших запасів запасних частин.
VPSA представляє вакуумні насосні агрегати, які передбачають додаткове обслуговування: підшипники, ущільнення, системи охолодження та більш частий моніторинг стану. Кількість клапанів зазвичай сягає 14–20, а послідовності керування більш складні. Тим не менш, у сучасних конструкціях VPSA дедалі частіше використовуються резервні ротаційні-лопатеві вакуумні насоси з онлайн-моніторингом вібрації, і фактична кількість відмов у роботі значно знизилася. Вирішальним фактором часто є місцева -можливість післяпродажної підтримки постачальника-. Це критерій, який повинен мати вагу під час процесу відбору.
Матриця рішень: від вимог чистоти до економії масштабу
При оцінці проекту ми рекомендуємо переглядати технічні варіанти в такій послідовності:
- Чистота кисню: як PSA, так і VPSA надійно виробляють 90%–95% кисню. Якщо чистота перевищує 95%, слід розглянути до-очистку або кріогенне відділення повітря.
- Шкала продуктивності: нижче 300 Нм³/год, PSA зазвичай є кращим; від 300 до 800 Нм³/год, необхідна детальна економічна оцінка з урахуванням місцевих витрат на електроенергію та річної тривалості роботи; вище 800 Нм³/год, енергетична перевага VPSA зазвичай компенсує дефіцит інвестицій протягом короткого періоду окупності.
- Річний робочий час: менш ніж 4000 годин на рік PSA пропонує нижчу загальну вартість; більше 6000 годин на рік, VPSA майже завжди перемагає.
- Комунальні послуги на майданчику: VPSA вимагає більш стабільного водопостачання (для охолодження вакуумного насоса) і належної ізоляції фундаменту для контролю вібрації.
Галузеві тенденції та вдосконалення процесів
Нові ситові матеріали стирають стару лінію PSA-VPSA. Літієві цеоліти з високим- вмістом тепер адсорбують приблизно на 30% більше азоту, ніж стандартні сорти, завдяки чому PSA досягає 50% відновлення кисню навіть без глибокого вакууму. З боку VPSA вакуумні-приводи зі змінною швидкістю дозволяють агрегатам регулювати силу тяги в режимі реального часу, зменшуючи потужність при частковому навантаженні.
Для існуючих користувачів PSA можливе додавання вакуумного підсилювача-але лише за умови, що судина може це впоратися, а клапани реагують достатньо швидко. Це найкраще працює, коли оригінальний дизайн залишає місце для оновлень. Старіші системи без цього запасу потребують ретельної перевірки-спеціального сайту.
PSA та VPSA не є суперниками-вони підходять для різних діапазонів потужності та робочих циклів. На початку роботи з техніко-економічного обґрунтування наполягайте на перевірених даних про енергоспоживання в результаті незалежних тестів і зробіть вартість енергії ключовим фактором пропозиції. Shenger Gas пропонує два користувацькі звіти моделювання на основі вашої кривої попиту, потужності та обмежень на ділянці-, щоб ви могли порівнювати яблука з яблуками. Зрештою,-кисень на місці — це енергетична гра. Правильний варіант для вашого фактичного профілю навантаження щоразу перевершує низьку ціну покупки.
