سیستم مولد نیتروژن PSA با جذب نوسان فشار

ژنراتور نیتروژن مدولار OSL مورد استفاده برای لیزر فیبر و میدان برش مواد غذایی با گواهینامه های ASME 30 cfm خلوص 99.99%

تولید نیتروژن که با استفاده از فناوری جذب نوسان فشار (PSA) روی یک غربال مولکولی کربن (CMS) انجام می‌شود، به عنوان یک روش بالغ، مقرون‌به‌صرفه و بسیار کارآمد برای تولید نیتروژن برای برآوردن طیف وسیعی از خلوص و نیازهای جریان در نظر گرفته می‌شود.افزایش مداوم کارایی در تاسیسات تولید نیتروژن مبتنی بر PSA توسط مواد پیشرفته CMS (شکل 1) و بهبود فرآیند انجام می شود.این مقاله مروری بر اصول تولید نیتروژن مبتنی بر PSA ارائه می‌کند، در حالی که به طور خاص بر روی شیوه‌های نوآورانه و مواد CMS بهبود یافته تمرکز می‌کند.این پیشرفت‌ها با هم به بهبود مستمر عملکرد سیستم PSA کمک می‌کنند و به اپراتورهای کارخانه‌های صنایع فرآیند شیمیایی (CPI) راهی اثبات‌شده برای تولید یک منبع مطمئن و کم هزینه از نیتروژن خشک با خلوص بالا در محل می‌دهند.

شکل 1. گلوله های غربال مولکولی کربن (CMS) که معمولاً از پوسته نارگیل تولید می شوند، سطح و ساختار منافذ مورد نیاز برای جداسازی اکسیژن و نیتروژن از جریان ورودی هوای فشرده را فراهم می کنند.

نایتروژن - در حالت گازی و مایع - در طیف گسترده ای از کاربردها در بسیاری از بخش های صنعتی استفاده می شود.اینها شامل تولید غذاها و نوشیدنی ها، مواد شیمیایی و دارویی است.فرآوری نفت؛عملیات حرارتی فلزات؛ساخت شیشه های تخت، نیمه هادی ها و الکترونیک؛و خیلی بیشتر.تاسیسات صنعتی که به حجم زیادی از نیتروژن نیاز دارند، همیشه به دنبال روش‌های کارآمد تولید نیتروژن در محل هستند تا تمام مشخصات مربوط به خلوص، جریان مورد نیاز، مصرف برق، ردپا و قابلیت حمل را برآورده کنند.

گاز نیتروژن با جداسازی هوا به مولکول‌های جزء اصلی آن (نیتروژن و اکسیژن)، با استفاده از یکی از این دو روش تولید می‌شود: 1. تقسیم برودتی سنتی هوا که مایع شده است.یا 2. جداسازی هوای گازی با استفاده از جذب نوسان فشار (PSA) یا سیستم های جداسازی مبتنی بر غشاء.اگر حجم زیادی از نیتروژن با خلوص بسیار بالا (99.998٪) مورد نیاز باشد، تقسیم برودتی هوا کارآمدترین و اقتصادی ترین گزینه فناوری باقی می ماند [2].این قدیمی ترین روش تولید نیتروژن است و توانایی تولید نیتروژن گازی و مایع (برای استفاده روزانه و به عنوان منبع پشتیبان) را دارد.تقسیم برودتی هوا معمولاً در کارخانه های تجاری در مقیاس بزرگ انجام می شود که سپس نیتروژن تولید شده را به کاربران تحویل می دهند.

با این حال، در بسیاری از تأسیسات CPI، نیتروژن غنی شده در محل با استفاده از جداسازی PSA در مقیاس کوچکتر یا سیستم های جداسازی مبتنی بر غشاء تولید می شود.سیستم‌های PSA بر اساس اصل جذب فیزیکی اکسیژن موجود در هوا توسط مواد غربال مولکولی کربن (مانند مواردی که در شکل 1 نشان داده شده‌اند) عمل می‌کنند و یک جریان نیتروژن غنی شده را به عنوان محصول باقی می‌گذارند.این فرآیند در شکل 2 نشان داده شده است. سیستم های PSA امروزی می توانند نیتروژن را از هوای فشرده در حجم های مختلف تولید کنند.به عنوان مثال، سیستم های امروزی می توانند جریان هوای ورودی کمتر از 5000 تا بیش از 60000 std را تحمل کنند.ft3/h، به طور قابل اعتماد N2 تولید می کند که نیازهای خلوص را از 95 تا 99.9995٪ برآورده می کند.

شکل 2. در گلوله‌های CMS، اکسیژن ترجیحاً جذب می‌شود و اجازه می‌دهد تا یک جریان محصول غنی از نیتروژن برای استفاده در محل جذب شود.

با این حال، سرمایه و هزینه های عملیاتی یک سیستم PSA به طور مستقیم با خلوص نیتروژن تولید شده در ارتباط است و زمانی که نیتروژن با خلوص بیشتر از 99.5٪ مورد نیاز است، این هزینه ها به سرعت افزایش می یابد.در برخی موارد، تولید نیتروژن با خلوص بالاتر ابتدا با تولید نیتروژن با خلوص 99.5% با استفاده از سیستم PSA و سپس استفاده از واحد پالادیوم یا مس برای حذف سطوح باقیمانده اکسیژن در محصول نیتروژن مقرون به صرفه است.چنین سیستم هایی می توانند اکسیژن باقیمانده را به 1-3 پی پی ام کاهش دهند.

انتخاب سیستم مناسب

هنگام انتخاب مناسب ترین فرآیند تولید نیتروژن، چندین پارامتر باید در نظر گرفته شود.خلوص و ظرفیت مهم ترین عواملی هستند که می توانند بر انتخاب روش تولید تأثیر بگذارند و از این رو تأثیر مستقیمی بر هزینه واحد نیتروژن تولیدی دارند.استفاده از یک سیستم تولید نیتروژن PSA، که می تواند برای پاسخگویی به انواع و الگوهای جریان نیتروژن طراحی شود - ثابت، دوره ای و نامنظم - به لطف سادگی، عملکرد، انعطاف پذیری، قابلیت اطمینان، در چند دهه اخیر محبوبیت زیادی پیدا کرده است. و هزینه های سرمایه ای و عملیاتی نسبتا پایین این مسیر تولید.

با این حال، نرخ بهینه تولید نیتروژن با استفاده از یک سیستم PSA مبتنی بر گلوله‌های CMS حدود 3000 نیوتن متر مکعب در ساعت N2 تولید شده است (خلوص بیش از 95 درصد).در این محدوده، PSA یک گزینه مقرون به صرفه تر از جداسازی O2/N2 با مایع سازی هوا و جداسازی برودتی یا جداسازی مبتنی بر غشاء است.اصول فناوری تولید نیتروژن مبتنی بر PSA با استفاده از CMS و چندین جنبه مهم دانش مهندسی فرآیند در زیر مورد بحث قرار گرفته است.

غربال های مولکولی کربن

CMS بخشی از یک کلاس ویژه از کربن‌های فعال است که ساختار غیر بلوری (آمورف) با توزیع اندازه منافذ نسبتاً باریک دارند.این ماده جداسازی مولکولی را بر اساس سرعت جذب نیتروژن، به جای تفاوت در ظرفیت جذب بین اکسیژن و نیتروژن، فراهم می کند.شکل 2 ساختار داخلی یک ماده CMS را نشان می دهد که برای جداسازی (حذف) مولکول های O2 از مولکول های N2 در ورودی هوای فشرده مناسب است تا جریان نیتروژن غنی شده تولید کند (توجه: غربال های مولکولی کربن برای اکسیژن انتخابی هستند، در حالی که غربال های مولکولی زئولیت برای نیتروژن انتخابی هستند).

امکانات عبارتند از:

طراحی دو تخته و تک تخت

پکیج کامل با پیش فیلتراسیون و مخزن بافر

ایمن و قابل اعتماد

95-99.999% نیتروژن خالص را به طور مداوم تولید کنید

نقطه شبنم تا -58 درجه فارنهایت (-50 درجه سانتیگراد)

فیلتر هوای استریل مرحله نهایی USDA / FSIS برای استفاده در کارخانه های گوشت و مرغ بازرسی شده توسط فدرال پذیرفته شده است.در انطباق کامل با الزامات FDA و GFSI

برج های PSA نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند