Principio de la tecnología de producción de nitrógeno por adsorción por cambio de presión (PSA)
La producción de nitrógeno PSA utiliza aire como materia prima y tamiz molecular de carbono como adsorbente. Utiliza el principio de adsorción por cambio de presión para hacer que el tamiz molecular de carbono lleno de microporos adsorba selectivamente moléculas de gas y obtiene una nueva tecnología de producción de nitrógeno con 98,00% a 99,99% de nitrógeno.
El tamiz molecular de carbono se obtiene triturando hulla, formándolo y sinterizándolo después de una serie de procesamientos. El tamiz molecular de carbón activado tiene innumerables agujeros microporosos distribuidos en sus granos. El tamiz molecular de carbono es un adsorbente de separación rápida. Dado que las moléculas de oxígeno con diámetros moleculares pequeños se difunden 10 veces más rápido que las moléculas de nitrógeno con diámetros moleculares ligeramente mayores en movimiento, cuando el aire ingresa al lecho del tamiz molecular de carbono, el oxígeno con diámetros moleculares pequeños ingresa a los microporos de los cristales moleculares de carbono. a una velocidad más rápida, y el oxígeno se enriquece en la fase sólida de las moléculas de carbono, mientras que el nitrógeno se enriquece en la fase gaseosa, separando así el oxígeno y el nitrógeno del aire. La cantidad de equilibrio de adsorción de oxígeno por el tamiz molecular de carbono aumenta con el aumento de la presión de adsorción y disminuye con la disminución de la presión, lo que se denomina adsorción por cambio de presión. Durante la adsorción, la presión del aire debe controlarse dentro de un rango de presión apropiado para obtener un mejor efecto de adsorción. Cuando la presión del aire que ingresa al lecho del tamiz molecular de carbono se reduce a la presión atmosférica (0,1 MPa), las moléculas de oxígeno adsorbidas en los microporos del tamiz molecular de carbono se liberan, lo que se denomina análisis de presión atmosférica.
2 Puntos clave para el funcionamiento del equipo principal del sistema de producción de nitrógeno por adsorción por oscilación de presión
(1) El compresor de aire es generalmente un compresor de aire de tornillo, que es el equipo clave del sistema de producción de nitrógeno. Proporcionar suficiente volumen de gas y una presión de entrada relativamente constante (0.70-0.80 MPa) de gas bruto es una condición necesaria para el funcionamiento normal del sistema. Por lo tanto, el contenido de aceite, agua y polvo del gas crudo debe cumplir con las normas. De lo contrario, afectará la eficiencia del tamiz molecular de carbono y provocará que el tamiz molecular se envenene y falle.
(2) El secador en frío es un equipo clave para eliminar agua y aceite en el proceso de purificación de la fuente de aire. Debe monitorearse y mantenerse estrictamente de acuerdo con los requisitos de uso para garantizar que el contenido de agua y aceite del aire comprimido después del secado con el secador en frío cumpla con los estándares.
(3) Los filtros en todos los niveles son equipos de apoyo necesarios para lograr la eliminación de agua, aceite y partículas sólidas durante el proceso de purificación de la fuente de aire, de modo que la calidad de la fuente de aire que ingresa al sistema de adsorción cumpla con los estándares. Cuando el equipo funciona normalmente, se deben verificar periódicamente las condiciones de funcionamiento del drenaje automático y la caída de presión en ambos extremos de la entrada y salida del filtro, y los elementos filtrantes se deben reemplazar periódicamente para garantizar que los filtros en todos los niveles funcionen normalmente. .
(4) El sistema de separación por adsorción por cambio de presión es el cuerpo principal del sistema de producción de nitrógeno. Cuando el sistema está funcionando, el operador de la fábrica observa si la adsorción, la presión de ecualización, la presión de la fuente de gas y la presión de salida de nitrógeno de las torres de adsorción A y B son normales durante la inspección.
(5) El sistema de control eléctrico es el centro de mando del sistema de producción de nitrógeno. Durante la producción normal, el sistema está en estado automático. El operador puede observar el estado de funcionamiento de cada programa en el equipo en ejecución y puede consultar el tiempo de ejecución de cada programa según sea necesario.
Efecto de la aplicación de la tecnología de producción de nitrógeno por adsorción por cambio de presión (PSA)
La empresa cuenta con un total de 6 generadores de nitrógeno por adsorción por oscilación de presión, con capacidades de producción de 600 m3/h y 300 m3/h respectivamente, y la pureza del nitrógeno puede alcanzar más del 98 %. Después de mejoras técnicas, cuando la presión del nitrógeno es superior a 0,60 MPa, la pureza puede alcanzar más del 99 %, lo que cumple con la presión y la pureza del nitrógeno requeridas para la producción normal, así como el consumo de nitrógeno durante los picos de revisión y parada. Debido al fortalecimiento del mantenimiento y mantenimiento del generador de nitrógeno y al funcionamiento científico y razonable del equipo, el ciclo promedio de reemplazo del tamiz molecular es de 6 a 7 años. El coste operativo es de 0,45 yuanes/m3. En comparación con el método tradicional de enfriamiento profundo, tiene las ventajas de bajos costos operativos, bajo consumo de energía, tamaño reducido del equipo, alto factor de seguridad operativa y alto grado de automatización.
Dirección de desarrollo de la tecnología de producción de nitrógeno por adsorción por oscilación de presión.
La tecnología de producción de nitrógeno por adsorción por cambio de presión sigue siendo un buen método para que las empresas químicas cloro-álcalis produzcan nitrógeno. Aunque está relativamente maduro, todavía existen algunos problemas. Por ejemplo, el uso inadecuado en las operaciones de producción puede provocar fácilmente el envenenamiento del tamiz molecular en la torre de adsorción. Además, los tamices moleculares son caros y el tamaño de los poros de los tamices moleculares no puede controlarse eficazmente. Por tanto, las principales líneas de investigación a futuro son:
(1) Desarrollo de nuevos adsorbentes. Se llevarán a cabo investigaciones en profundidad sobre adsorbentes como los tamices moleculares de carbono y los tamices moleculares de zeolita para mejorar aún más el rendimiento de separación y la resistencia de los adsorbentes;
(2) Desarrollo de tecnología integrada para múltiples procesos de separación. Algunas empresas nacionales han comenzado a desarrollar tecnologías de separación integradas, como el método de membrana de fibra hueca ultrafina, el proceso combinado de adsorción por oscilación de presión en frío profundo, etc.; (3) Mejorar el nivel de control, desarrollar un sistema de control inteligente y finalmente realizar una operación totalmente automatizada;
(4) Llevar a cabo investigaciones teóricas básicas y hacer pleno uso de la tecnología informática para llevar a cabo investigaciones teóricas básicas, como el modelo matemático del lecho de adsorción y la simulación por computadora, así como la investigación sobre las leyes de transferencia de masa y transferencia de calor en los procesos de adsorción y desorción. ;
(5) Al tiempo que se garantiza la pureza del nitrógeno, reducir la cantidad de adsorbente, mejorar la capacidad de producción de los equipos, aumentar la tasa de recuperación de nitrógeno y reducir el consumo de energía.
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