oxígeno PSAutilizado en la fabricación de vidrio normalmente se especifica por la concentración de oxígeno, el flujo, la presión de salida, el contenido de humedad y los límites de contaminantes en lugar de solo por la pureza. En la combustión en hornos de vidrio enriquecido con oxígeno, comúnmente se considera una concentración de oxígeno de alrededor del 90% al 95%, pero el valor requerido depende de la disposición del quemador, el combustible, la temperatura del horno, la tasa de inyección de oxígeno y si el oxígeno se mezcla con el aire de combustión o se suministra como oxidante principal. Por lo tanto, las especificaciones de adquisición deberían relacionar la pureza del oxígeno con las condiciones reales de funcionamiento del horno en lugar de seleccionar la concentración más alta disponible.
¿Por qué la fabricación de vidrio utiliza oxígeno PSA?
Un horno de vidrio quema combustible dentro de una cámara de combustión para transferir calor al lote de vidrio y al vidrio fundido. Cuando se suministra aire de combustión, el nitrógeno entra al horno junto con el oxígeno, porque el aire atmosférico contiene una gran fracción de nitrógeno. Este nitrógeno no participa en la combustión sino que se calienta dentro del horno y sale por el sistema de escape.
A oxígeno PSAEl generador separa el oxígeno del aire comprimido mediante lechos adsorbentes de tamiz molecular. Durante la etapa de adsorción, el tamiz molecular retiene preferentemente nitrógeno mientras el gas enriquecido en oxígeno pasa hacia la salida del producto. Luego, el generador cambia de lecho y regenera el adsorbente saturado reduciendo la presión. La corriente de oxígeno resultante se puede inyectar en los quemadores o mezclar con aire de combustión antes de ingresar al horno.
Por tanto, el objetivo práctico no es simplemente producir oxígeno en una concentración específica. El sistema debe entregar un flujo de oxígeno controlado al horno manteniendo al mismo tiempo la presión y la composición del gas requeridas por el quemador.
¿Qué pureza de oxígeno se considera normalmente para los hornos de vidrio?
Para una combustión enriquecida con oxígeno,oxígeno PSAcomúnmente se suministra en el rango aproximado de90–95% O₂, dependiendo de la configuración del PSA y la aplicación del horno. Este rango no debe tratarse como un estándar universal de la industria del vidrio porque los diferentes diseños de hornos utilizan diferentes composiciones de oxidante.
Por ejemplo, un horno que utiliza oxígeno sólo para enriquecer el aire de combustión puede aceptar una temperatura diferente.oxígeno PSAconcentración de un horno de oxicombustible en el que el oxígeno forma el oxidante primario. La misma pureza del producto PSA también puede producir diferentes condiciones de combustión cuando se cambian el caudal de oxígeno y el flujo de combustible.
| Parámetro de oxígeno PSA | Consideración de ingeniería |
|---|---|
| Concentración de oxígeno | Define la fracción de O₂ que ingresa al sistema de combustión. |
| Flujo de oxígeno | Determina cuánto oxígeno se puede suministrar a los quemadores. |
| Presión de salida | Debe coincidir con los requisitos de las tuberías de oxígeno, las válvulas de control y la entrada del quemador. |
| Humedad | Afecta la calidad del gas producto y las condiciones del equipo aguas abajo. |
| Contaminación por petróleo | Debe ser controlado por el compresor y el diseño de filtración. |
| Contaminación por partículas | Requiere filtración adecuada de entrada y aguas abajo |
| Variación de carga | Determina la capacidad del generador y los requisitos de reserva. |
| Monitoreo de oxígeno | Detecta desviaciones de concentración durante el funcionamiento. |
Por lo tanto, para la adquisición, la especificación requerida debe indicar tantoConcentración de oxígeno y capacidad de suministro de oxígeno.. Una cifra de pureza sin requisito de flujo no define el suministro de oxígeno utilizable.
¿Cómo cambia la pureza del oxígeno la combustión del horno?
La concentración de oxígeno cambia la cantidad de nitrógeno que ingresa a la zona de combustión. Cuando el oxígeno PSA reemplaza parte del aire de combustión, el oxidante contiene más oxígeno y menos nitrógeno que el aire normal.
El quemador del horno recibe entonces con la misma entrada de combustible una composición de gas diferente. Esto puede cambiar la temperatura de la llama, el volumen de la llama, la cantidad de gases de escape y las condiciones de transferencia de calor. El efecto real depende de la geometría del quemador, el tipo de combustible, la posición de inyección de oxígeno y la temperatura de funcionamiento del horno.
Por ejemplo, si se inyecta oxígeno PSA aguas arriba de un quemador de aire-combustible, el oxígeno se mezcla con el aire de combustión antes de llegar a la zona de la llama. Si el oxígeno se introduce a través de una lanza de oxígeno dedicada o un quemador de oxígeno, la velocidad del gas, el patrón de mezcla y la geometría de la llama están determinados por los conductos separados de oxígeno y combustible.
Esta distinción es importante porqueEl 90% de oxígeno suministrado a través de una configuración de quemador no produce la misma condición del horno que el 90% de oxígeno suministrado a través de otra configuración..
¿Qué impurezas deben controlarse en el oxígeno PSA?
El oxígeno PSA se genera a partir del aire atmosférico, por lo que el sistema de tratamiento de aire de alimentación afecta directamente la condición del producto de oxígeno. La unidad PSA normalmente recibe aire comprimido después de la filtración, el enfriamiento y la eliminación de la humedad.
El nitrógeno es el principal componente eliminado por el tamiz molecular. El nitrógeno y el argón residuales permanecen en la corriente del producto y reducen la concentración de oxígeno medida.
El nivel residual requerido depende de la concentración de oxígeno objetivo y del proceso de combustión. El analizador de oxígeno debe monitorear continuamente la concentración del producto en lugar de depender únicamente de las mediciones de puesta en servicio.
El aire comprimido contiene humedad. Si el agua llega a los lechos de adsorción en cantidades excesivas, puede ocupar los sitios de adsorción e interferir con la separación de nitrógeno.
Por lo tanto, la sección de tratamiento de aire normalmente incluye un posenfriador, eliminación de condensado, filtros y una etapa de secado adecuada. El requisito exacto del punto de rocío depende del adsorbente PSA y del diseño del equipo.
El aceite de un compresor lubricado puede entrar en la línea de aire comprimido si la separación y filtración son inadecuadas. La contaminación por aceite puede afectar el tamiz molecular y el equipo de oxígeno posterior.
Por lo tanto, el tipo de compresor, los filtros coalescentes, la filtración con carbón activado y el intervalo de mantenimiento deben especificarse junto con el sistema PSA.
Las partículas de polvo y medios filtrantes pueden ingresar a las válvulas y los recipientes de adsorción si no se mantiene la filtración de entrada. El monitoreo de presión diferencial entre filtros se puede utilizar para identificar la carga del filtro antes de que restrinja el suministro de aire.
¿Cuáles son los componentes principales de un sistema de oxígeno PSA para la producción de vidrio?
Un sistema de oxígeno PSA no es un único recipiente de separación. Consta de varios componentes que controlan el tratamiento del aire de alimentación, la adsorción, la regeneración, el almacenamiento de oxígeno y la entrega del producto.
El compresor suministra aire atmosférico al sistema PSA a la presión requerida por el ciclo de adsorción. La capacidad del compresor debe cubrir la demanda de aire de alimentación del PSA a la presión de operación requerida.
Los filtros, enfriadores, separadores de condensado y secadores eliminan el aceite, el agua líquida y las partículas antes de que el aire comprimido entre en los recipientes de adsorción.
Los recipientes de adsorción contienen material de tamiz molecular que adsorbe preferentemente nitrógeno del aire comprimido. El gas enriquecido con oxígeno pasa a través del lecho hacia el lado del producto.
Las válvulas automáticas alternan las etapas de adsorción y regeneración entre vasos. La sincronización de las válvulas determina el ciclo del PSA y, por lo tanto, afecta la recuperación de oxígeno y la concentración del producto.
El tanque intermedio almacena el oxígeno del producto y reduce la presión a corto plazo y las fluctuaciones de flujo entre el generador de PSA y el horno.
Un analizador de oxígeno mide la concentración del gas producto. El sistema de control puede generar una alarma o cambiar las condiciones de funcionamiento cuando la concentración de oxígeno cae fuera del rango especificado.
Los reguladores, válvulas de control, transmisores de presión y medidores de flujo controlan el suministro de oxígeno desde el generador al sistema de distribución del horno.
¿Cómo se conecta el suministro de oxígeno del PSA a un horno de vidrio?
La ruta de suministro de oxígeno normalmente sigue una secuencia similar a:
Aire atmosférico → compresor → filtración y secado → lechos de adsorción de PSA → tampón de oxígeno → analizador de oxígeno → regulación de presión → control de flujo → sistema de inyección de oxígeno/quemador → horno de vidrio
Cada sección realiza una función de ingeniería diferente.
El compresor establece la presión del aire de alimentación. El pretratamiento elimina los contaminantes. Los lechos de PSA separan el nitrógeno del oxígeno. El tanque de compensación estabiliza los cambios de demanda a corto plazo. El analizador verifica la concentración de oxígeno. Luego, los controles de presión y flujo entregan el gas al horno en las condiciones operativas requeridas.
La tubería de oxígeno también debe diseñarse teniendo en cuenta el caudal real y la caída de presión. El diámetro de la tubería, el tamaño de la válvula, los accesorios y la capacidad del regulador no deben seleccionarse únicamente según la conexión de salida del PSA.
¿Cómo deberían los fabricantes de vidrio determinar la capacidad de oxígeno del PSA requerida?
La capacidad debe calcularse a partir de la demanda de oxígeno normal y máxima del horno.
Un cálculo práctico debería considerar:
número de quemadores × demanda de oxígeno por quemador × carga operativa × factor de demanda máxima
El cálculo también debe tener en cuenta los cambios en la producción. Un horno puede funcionar con una demanda de oxígeno durante la fusión normal y requerir un flujo diferente durante el arranque, los cambios en la tasa de producción, el ajuste del quemador o la operación de enriquecimiento de oxígeno.
Si el generador PSA se dimensiona sólo de acuerdo con el consumo promedio, la concentración de oxígeno del producto o la presión de salida pueden caer cuando el horno alcanza la demanda máxima.
Un tanque de compensación puede reducir las fluctuaciones de corta duración, pero no puede compensar indefinidamente un generador de PSA de tamaño insuficiente. Por lo tanto, la capacidad del generador debe corresponder al requerimiento continuo de oxígeno, mientras que el volumen de almacenamiento soporta cambios a corto plazo.
¿Qué deben comprobar los compradores antes de pedir un generador de oxígeno PSA para vidrio?
Una especificación técnica de adquisición debe incluir la siguiente información:
| Artículo de adquisición | Información para confirmar |
|---|---|
| tipo de horno | Configuración regenerativa, recuperativa, oxicombustible u otra |
| Tasa de producción de vidrio | Producción normal y pico |
| Pureza del oxígeno | Concentración y tolerancia de O₂ requeridas |
| Capacidad de oxígeno | Normal y máximo Nm³/h |
| Presión de oxígeno | Requisitos de salida del generador y entrada del horno |
| Combustible | Gas natural, GLP, petróleo u otro combustible. |
| Configuración del quemador | Disposición aire-combustible, enriquecida con oxígeno, oxígeno-combustible o mixta |
| Inyección de oxígeno | Oxidante principal, línea de enriquecimiento, lanza o puerto del quemador |
| Calidad del aire de alimentación | Límites de aceite, agua, partículas y punto de rocío |
| Volumen de búfer | Requerido para absorber cambios de demanda a corto plazo. |
| Escucha | Concentración, presión, flujo y alarmas de oxígeno. |
| Condiciones de instalación | Temperatura ambiente, ventilación, área de piso disponible y conexiones de servicios públicos. |
| Mantenimiento | Reemplazo de filtros, inspección de válvulas, calibración de analizadores y servicio de adsorbentes |
El operador del horno debe proporcionar estas condiciones antes de dimensionar el generador de oxígeno PSA. De lo contrario, el proveedor sólo puede seleccionar equipos basándose en una pureza de oxígeno nominal y un flujo estimado, que puede no representar la carga real del horno.
¿Por qué elegir NEWTEK para la fabricación de generadores de oxígeno PSA?
NEWTEKdesarrolla y suministra equipos de generación de gas in situ, incluidosGeneradores de oxígeno PSA, Generadores de nitrógeno PSA, Plantas Modulares de Oxígeno. Esta gama de productos permite seleccionar la configuración de generación de gas según la capacidad requerida, el espacio de instalación, la presión del gas y las condiciones de funcionamiento.
NEWTEKEl proceso del proyecto cubre investigación tecnológica, diseño de ingeniería, fabricación de dispositivos, pruebas de instalación y servicio posventa. Durante la configuración del equipo, se pueden considerar la capacidad de oxígeno, la pureza, la presión de descarga, la temperatura del sitio, la humedad y las condiciones eléctricas junto con el diseño del sistema PSA. El rango de generador de oxígeno publicado es de 1 a 300 Nm³/h, con una pureza de oxígeno de 93 % ± 3 %, una presión de oxígeno ajustable de 0,01 a 0,5 MPa y un punto de rocío de oxígeno de -40 grados a -75 grados de punto de rocío atmosférico.
Para la fabricación y entrega, NEWTEK combina equipos de adsorción de PSA con tratamiento de aire, cambio automático de válvulas, monitoreo de oxígeno, control de presión y funciones de comunicación del sistema. Se encuentran disponibles opciones de comunicación Modbus, Profibus Fieldbus y Ethernet para conectar el equipo de generación de gas con los sistemas de monitoreo y control de la planta.
