1Introduzione al PSA (pressure swing adsorption) per la produzione di azoto

1. Introduzione al PSA (Pressure Swing Adsorption) per la produzione di azoto

1.1 Adsorbimento a Pressione Variabile

Il metodo Pressure Swing Adsorption (PSA) è una tecnologia di separazione dei gas. Nel 1960, CW SKARSTROM negli Stati Uniti ottenne per primo un brevetto per la produzione di ossigeno PSA con setacci molecolari. Successivamente, paesi come il Regno Unito, la Germania e il Giappone hanno condotto ricerche sperimentali approfondite. Nel 1970, UCC (Union Carbide Corporation) negli Stati Uniti ha raggiunto per prima l'industrializzazione e ha a lungo mantenuto una posizione di leadership nello sviluppo e nell'applicazione della tecnologia PSA. In competizione con i metodi di separazione tradizionali, il metodo PSA è stato continuamente migliorato e perfezionato, con conseguente rapido sviluppo.

1.2 Principio di funzionamento

Il sistema di produzione di azoto PSA utilizza l'aria come materia prima e impiega un adsorbente solido altamente efficiente e selettivo (setaccio molecolare di carbonio) per adsorbire selettivamente azoto e ossigeno, separandoli dall'aria. La separazione di azoto e ossigeno da parte dei setacci molecolari di carbonio si basa principalmente sulle diverse velocità di diffusione di queste due molecole di gas all'interno del setaccio molecolare di carbonio. Le molecole di gas di diametro minore (ossigeno) diffondono più velocemente ed entrano nella fase solida del setaccio molecolare in quantità maggiori. In questo modo, si può ottenere un arricchimento di azoto nella fase gassosa. Dopo circa 2 minuti, l'adsorbimento dell'ossigeno da parte del setaccio molecolare raggiunge l'equilibrio. Sulla base della caratteristica che la capacità di adsorbimento del setaccio molecolare di carbonio varia a diverse pressioni, la pressione viene ridotta per desorbire le molecole di ossigeno dal setaccio molecolare di carbonio; questo processo è chiamato rigenerazione. L'adsorbimento a pressione variabile (PSA) utilizza tipicamente due torri in parallelo, alternando tra adsorbimento pressurizzato e rigenerazione depressurizzata per ottenere una fornitura continua di azoto.

1.3 Panoramica del processo

Un sistema completo di produzione di azoto comprende: compressore d'aria (set) — componenti di purificazione dell'aria compressa — serbatoio di accumulo dell'aria — generatore di azoto PSA — serbatoio tampone di azoto — serbatoio di accumulo di azoto (bassa pressione) — sistema di potenziamento dell'azoto — serbatoio di accumulo di azoto (alta pressione).

2 Introduzione all'attrezzatura

2.1 Selezione del generatore di azoto

La selezione di un generatore di azoto comporta molte problematiche. Innanzitutto, è necessaria un'approfondita ricerca di mercato per determinare il modello e le specifiche specifiche (capacità di produzione di azoto, purezza dell'azoto, pressione di uscita e punto di rugiada, ecc.). Dovrebbe essere condotta un'analisi comparativa completa delle prestazioni e delle caratteristiche dei generatori di azoto, e la selezione corretta dovrebbe essere effettuata in base all'ambiente di lavoro locale.

3. Il sistema di controllo elettrico di produzione e funzionamento del generatore di azoto

controlla la temporizzazione secondo un programma specifico, eseguendo alternativamente adsorbimento di pressurizzazione e rigenerazione di depressurizzazione, e il processo di produzione del gas viene eseguito automaticamente. La portata, la pressione e la purezza dell'azoto sono regolabili e visualizzate continuamente.

3.1 Ispezione del personale e punti chiave

Durante l'ispezione del generatore di azoto, l'operatore deve prestare attenzione ai seguenti aspetti: (1) Innanzitutto, verificare se la purezza e il punto di rugiada dell'azoto soddisfano i requisiti, e quindi verificare se può essere adsorbito e rigenerato normalmente; (2) Verificare se l'alimentazione, la fonte di gas, la fonte d'acqua e le condizioni di temperatura richieste dalla macchina sono normali; (3) Osservare la pressione del serbatoio di accumulo dell'aria e mantenere la pressione del serbatoio di accumulo dell'aria tra 0,7 e 0,75 MPa. Non scendere al di sotto del valore nominale; (4) Controllare ogni volta lo scaricatore automatico per evitare ostruzioni o danni che causerebbero la perdita della sua funzione di drenaggio; (5) Controllare regolarmente il dissipatore di calore dell'essiccatore refrigerato per evitare di compromettere l'efficienza e la durata dell'essiccatore a causa di una scarsa dissipazione del calore; (6) Manutenzione periodica del filtro di precisione si basa principalmente sulle condizioni di utilizzo del filtro e l'elemento filtrante viene sostituito regolarmente. È possibile fare riferimento ai metodi e alle misure di manutenzione periodica raccomandati dal produttore del filtro per mantenere il filtro; (7) Calibrare l'analizzatore di ossigeno e controllarlo ogni mese. Se si riscontra che il contenuto di ossigeno è superiore al valore nominale, si dovrebbe considerare se la sonda di ossigeno ha raggiunto la fine della sua vita utile e la sonda di ossigeno dovrebbe essere sostituita in tempo. Si raccomanda che il ciclo di sostituzione sia di 1 anno. (8) Controllare regolarmente la sensibilità della valvola a solenoide e della valvola pneumatica, l'intervallo di pressione della valvola di regolazione della pressione, l'accuratezza dell'analizzatore di gas, la condizione di pressatura della torre di adsorbimento, la condizione di scarico del silenziatore, la pulizia del tubo interno del flussometro, ecc., e affrontare eventuali problemi per garantire il normale funzionamento dell'attrezzatura.

4. Manutenzione e cura del generatore di azoto

4.1 Compressore d'aria (a vite)

Il compressore d'aria (set) fornisce l'aria compressa necessaria per il generatore di azoto a adsorbimento a pressione variabile PSA. La sua portata, pressione e altri requisiti sono determinati in base al consumo d'aria del generatore di azoto a adsorbimento a pressione variabile PSA. L'efficienza (consumo) dell'unità a adsorbimento a pressione variabile PSA sarà determinata principalmente dalle prestazioni del setaccio molecolare, dal flusso di processo e dalla struttura dell'adsorbitore. Il compressore d'aria deve soddisfare i seguenti requisiti: (1) uscita aria ≥ 16,5 m3/min; (2) pressione di uscita aria tra 0,8 e 0,98 MPa; (3) contenuto di olio ≤ 3 ppm; (4) temperatura ≤ 45℃.

Nell'uso pratico, i controlli giornalieri del compressore d'aria includono: temperatura operativa (≤ 105℃), pressione di lavoro (0,8～1,0 MPa), pressione dell'acqua (0,3～0,6 MPa), ecc. I controlli mensili includono il livello dell'olio, la presenza di perdite nei collegamenti delle tubazioni, ecc. La manutenzione trimestrale include la pulizia del filtro di aspirazione, la pulizia dell'elemento filtrante dell'aria e il controllo dei connettori, ecc. La manutenzione annuale viene eseguita da ingegneri professionisti INGERSOLL RAND in conformità con il "Manuale di manutenzione" del prodotto Ingersoll RAND. Nell'uso quotidiano, è necessario seguire le raccomandazioni e le priorità di manutenzione nel manuale: (1) eseguire la manutenzione secondo la visualizzazione del controller; (2) eseguire la manutenzione una volta all'anno. Quando l'attrezzatura presenta un guasto generale, il responsabile dell'attrezzatura deve risolverlo secondo la guida alla risoluzione dei problemi nel manuale. Se il guasto non può essere risolto, si prega di contattare gli ingegneri professionisti INGESOLL RAND per assistenza.

Il fattore principale che influisce sulle prestazioni di un compressore d'aria è la temperatura, e i fattori principali che influiscono sulla temperatura (a pressione e portata costanti) includono la stagione, la temperatura dell'acqua e la qualità dell'acqua. Le tubazioni dell'acqua di raffreddamento di questa apparecchiatura sono progettate per utilizzare acqua di rubinetto con un diametro di ingresso e uscita di 40 mm, con un consumo d'acqua di circa 9 t/h scaricato direttamente. Senza riciclo dell'acqua, questo sarebbe uno spreco significativo. Il riciclo dell'acqua di raffreddamento per un uso secondario richiederebbe anche un notevole investimento finanziario (la durezza dell'acqua locale è compresa tra 380 e 410 mg/L). L'estate è il periodo più impegnativo per i compressori d'aria, e serve anche come test per l'idoneità della scelta iniziale del tipo di refrigeratore. Nei generatori di azoto PSA (Pressure Swing Adsorption), il compressore d'aria richiede il maggiore investimento in manutenzione e cura dell'attrezzatura. Un'approfondita ricerca di mercato e pianificazione sono essenziali prima di scegliere questo tipo di metodo di generazione di azoto.

4.2 Essiccatore refrigerato

(Modello/Specifiche: IDS -150AC; 20Nm3/min) Le ispezioni giornaliere includono: assicurarsi che la condensa e le acque reflue scaricate dall'essiccatore refrigerato siano libere da ostruzioni; controllare che la pressione del refrigerante (0,3～0,6 MPa) e la pressione dell'aria compressa (＜1,0 MPa) siano normali; la manutenzione include il soffiaggio regolare del radiatore (soprattutto in primavera e in estate per prevenire problemi di dissipazione del calore), la pulizia dell'uscita di scarico e la sostituzione regolare (generalmente ogni 12 mesi) dei tre filtri (modelli: filtro a 3 stadi XF3-44, filtro a 7 stadi XF7-44, filtro a 9 stadi XF9-44); la selezione, il metodo di installazione, la posizione di installazione e la stagione dell'essiccatore refrigerato hanno tutti un certo impatto sulle sue prestazioni di rimozione dell'olio e di disidratazione.

4.3 Adsorbitore a carbone attivo

L'attività del carbone attivo e dell'allumina nell'adsorbitore è direttamente correlata alla qualità dell'aria del compressore e alle prestazioni di rimozione dell'olio e di disidratazione dell'essiccatore refrigerato. Generalmente, a seconda dell'uso dell'attrezzatura, il carbone attivo e l'allumina dovrebbero essere sostituiti ogni 3-5 anni.

4.4 Unità di separazione ossigeno e azoto — Torre di adsorbimento con setaccio molecolare:

Il setaccio molecolare di carbonio è il nucleo del generatore di azoto a adsorbimento a pressione variabile. I suoi indicatori di prestazione includono: durezza, produzione di azoto (Nm3/Th), tasso di recupero (N2/Aria)%, e densità di imballaggio. Durante l'uso, evitare il surriscaldamento che influisce sull'effetto di adsorbimento e un flusso d'aria forte che causa la polverizzazione del setaccio molecolare.

4.5 Rilevatori di gas

: (1) Analizzatore di purezza dell'azoto (azoto generale): 0～1000 ppm P860 4N Changai; (2) Analizzatore di purezza dell'ossigeno (alta purezza): 0～100 ppm O2 GNL-9100 Changai. Restituire gli strumenti al produttore annualmente per il test e la calibrazione delle sonde del sensore secondo il manuale di istruzioni. Controllare e indagare su eventuali anomalie riscontrate durante la manutenzione ordinaria.

4.6 Serbatoi di accumulo gas :

Come attrezzatura di stoccaggio del prodotto, condurre autocontrolli mensili e autocontrolli annuali. Esternalizzare test non distruttivi dall'ufficio di supervisione tecnica ogni 3 anni. Dopo 6 anni, al raggiungimento della vita utile di progetto, determinare se continuare l'uso o rottamare il serbatoio in base ai risultati dell'ispezione.

5. Conclusione

La manutenzione e la cura sono essenziali per garantire il normale funzionamento di un generatore di azoto PSA. Essendo un'attrezzatura di pubblica utilità, il funzionamento stabile di un generatore di azoto PSA è un prerequisito e una garanzia per gli esperimenti industriali dell'unità. La manutenzione e la cura tempestive di ogni unità dell'attrezzatura possono prevenire malfunzionamenti, prolungare la vita utile dell'attrezzatura e migliorare l'efficienza energetica.