Получение азота путем короткоцикловой безнагревной адсорбции (PSA)

Чем технология PSA лучше мембранных генераторов азота

Существует два типа генераторных установок для получения азота:

• Генераторы азота с технологией PSA - оборудование, использующее метод адсорбции при переменном давлении. Получаемый азот имеет очень высокую степень чистоты до 99,999%
• Генераторы мембранного типа – степень очистки менее 99%.

Зачем нужен собственный генератор азота на предприятии:

Выработка промышленных газов на собственном предприятии позволяет контролировать объемы их производства и степень чистоты. Такая возможность полезна компаниям, производство которых нуждается в ежедневном использовании азота. Если получение газа осуществляется внутри предприятия, то отпадает необходимость в заправке и доставке баллонов, аренде газов у сторонних поставщиков, полностью исключает расходы, связанные с потерями от испарения при дозаправках. Другими словами, генератор азота – это постоянный источник инертного газа за небольшую долю годовых производственных затрат. Одним из экономных способов получить азот чистотой до 99,995% является метод короткоцикловой безнагревной адсорбции.

Что такое метод PSA - короткоцикловой безнагревной адсорбции?

Основным источником получения азота является атмосферный воздух, в котором данный инертный газ занимает около 75-78% всего объема. При выработке азота в промышленных целях важно понимать, какая степень чистоты инертного газа требуется для проведения технологических процессов.

Например, для тушения пожаров или закачки азота в шины на СТО используют азот низкого уровня чистоты – от 90 до 99%, тогда как в медицинских целях или в пищевой промышленности потребуется газ чистотой не менее 97%. В этом случае метод короткоцикловой безнагревной адсорбции – это самый приемлемый вариант получения инертного газа с высоким уровнем чистоты.

Схема получения азота методом короткоцикловой безнагревной адсорбции:

Технология короткоцикловой безнагревной адсорбции основана на очистке и разделении газов за счет последовательного чередования этапов адсорбции и десорбции, в результате которых на выходе обеспечивается непрерывный поток продукционного газа. Основоположником метода стал американский ученый Чарльз Скарстром, который в 1960 году предложил схему процесса циклической осушки водорода от паров воды и запатентовал свое изобретение.

Рис. Схема работы генератора азота

Принцип работы генератора азота:

Фаза адсорбции (разделения)

При поступлении подготовленного воздуха в Адсорбер 1 молекулы кислорода (меньшие по размеру от молекул азота) с высокой скоростью улавливаются адсорбентами и задерживаются на углеродном молекулярном сите (CMS). Крупные молекулы азота не могут попасть в поры сита, поэтому проходят сквозь него и выводятся в специальный резервуар. В результате получается инертный газ высокой степени чистоты, который можно сразу использовать или хранить.

Фаза регенерации

В процессе адсорбции небольшой объем азота перемещается в Адсорбер 2 (направление: сверху – вниз), где происходит сброс давления. Поток поступающего воздуха вытесняет кислород, который попал в предыдущей фазе разделения, и выводит его вместе с выхлопными газами.

Фазы адсорбции и регенерации происходят в двух разных резервуарах с молекулярными ситами, которые переключатся между фазами разделения воздуха и регенерации. В процессе работы в генераторе создается пространство для попадания новых молекул кислорода на сита уже на следующем этапе адсорбции. Данная технология называется «очисткой» для регенерации насыщенной кислородом колонны.

Рис. Иллюстрация рабочего процесса подготовки воздуха и генерации азота

Оборудование рабочего процесса:

• Воздушный компрессор
• Осушитель воздуха
• Фильтры
• Емкость для подготовленного воздуха
• Адсорбционный генератор азота
• Емкость для хранения азота

Чистота азота и требования к всасываемому воздуху

Выбор модели генератора азота зависит от производительности оборудования и уровня чистоты, который необходим для проведения технологических процессов на конкретном предприятии. Также существуют определенные требования, которые выдвигаются к качеству всасываемой рабочей среде. А именно:

1. Чистота и сухость Воздушная струя, поступающая в генератор азота, должна быть сухой и чистой. Обычный атмосферный воздух в большом количестве содержит частицы пыли, масел, влаги и микроорганизмы. Их попадание в систему негативно сказывается на качестве получаемого газа. Влага вызывает коррозию внутренних поверхностей, порчу мембранных сетей, а налипание грязи на стенках емкостей неизменно приводит к дополнительным расходам на устранение неисправностей.
2. Температура и давление Чтобы фазы адсорбции и регенерации проходили без сбоев необходимо контролировать температуру воздушной струи на входе (диапазон +10С…+25С) при постоянном давлении в пределах 4-13 бар. Современные генераторы азота оснащены датчиками температуры, давления, точки росы под давлением. Установка таких моделей исключит попадание загрязненного воздуха в систему PSA и повреждение ее компонентов.
3. Осушители и фильтры Перед попаданием в генератор азот должен пройти через осушитель и масляный фильтр с определенными параметрами, чтобы исключить наличие любых примесей в поступающем потоке. Последовательность установки технологического оборудования подготовки воздуха и выработки азота показана в Иллюстрации. Выбор моделей осушителей и фильтров осуществляется в соответствии с их производительностью и технических параметров генератора азота.
4. Воздушный коэффициент Важным параметром генераторов азота является «воздушный коэффициент». Данная характеристика указывает на эффективность установки: чем ниже числовое значение коэффициента, тем качественнее азот получается на выходе.

   Сравнение технических особенностей технологий короткоцикловой безнагревной адсорбции и мембранных азотных генераторов:

   Показатели:	Метод адсорбции	Мембранный генератор
   Уровень чистоты газа на выходе	до 99,995%	до 99,9%
   Эффективность способа	высокая	высокая
   Производительность оборудования в зависимости от температуры воздуха	пониженная при высоких значениях	повышенная при высоких значениях
   Сложность технологического процесса	средняя	низкая
   Интенсивность сервисного обслуживания	низкая	очень низкая
   Устойчивость давления в системе	колебания на входе/выходе	стабильные показатели
   Стабильность рабочей среды	колебания на входе/выходе	стабильные показатели
   Скорость запуска технологического процесса	минуты/часы	секунды
   Чувствительность воды	PDP, max  +8 °C	вода не в жидком состоянии
   Чувствительность масла	не допускается(< 0,01мг/м³)	не допускается (< 0,01мг/м³)
   Уровень шума системы	высокий (пиковые показатели в процессе продувки)	низкий
   Вес установки	средний	не высокий

   Как заказать азотную станцию под ключ

   Наша компания является официальным представителем компании Атлас Копко, мы можем спроектировать и реализовать станцию по производству азота на вашем предприятии. Чтобы получить консультацию, свяжитесь с нами одним из способов:

   • По телефону: 8-800-555-95-28 (звонок бесплатный)
   • По электронной почте: to@novatecs.ru
   • Заполнив заявку в нашем онлайн-чате.