Samenstelling, Werkingsprincipe en Regelproces van PSA-Stikstofgeneratiesysteem

1. Systeemcomponenten

Het PSA-stikstofgeneratiesysteem bestaat voornamelijk uit een luchtcompressor, luchtzuiveringssysteem, luchtopslagtank, schakelkleppen, adsorptietorens en stikstofbuffer tank genoemd.

De ruwe lucht wordt gecomprimeerd door de luchtcompressor en passeert vervolgens het zuiveringssysteem voor stofverwijdering, olieverwijdering en droogbehandeling. Na zuivering komt de gecomprimeerde lucht in de luchtopslagtank en stroomt vervolgens via de linker inlaatklep naar de linker adsorptietoren.

Op dit moment neemt de druk in de adsorptietoren toe. De stikstofmoleculen in de gecomprimeerde lucht passeren het koolstofmoleculaire zeef (CMS) adsorptiebed, terwijl zuurstofmoleculen bij voorkeur door het moleculaire zeef worden geadsorbeerd. Het niet-geadsorbeerde stikstofgas passeert het adsorptiebed en komt via de uitlaatklep in de stikstofbuffer tank. Dit proces wordt adsorptie genoemd en duurt meestal enkele tientallen seconden.

Nadat het adsorptieproces is voltooid, worden de linker en rechter adsorptietorens via de egalisatieklep met elkaar verbonden, waardoor de druk tussen de twee torens in evenwicht komt. Dit proces wordt drukegalisatie genoemd en duurt meestal ongeveer 3–5 seconden.

Na drukegalisatie komt gecomprimeerde lucht via de rechter inlaatklep in de rechter adsorptietoren en herhaalt het bovenstaande adsorptieproces.

Tegelijkertijd worden de zuurstofmoleculen die door de koolstofmoleculaire zeef in de linker adsorptietoren zijn geadsorbeerd, tijdens de drukvermindering via de linker uitlaatklep in de atmosfeer afgegeven. Dit proces wordt desorptie genoemd. Door desorptie wordt de verzadigde moleculaire zeef geregenereerd en voorbereid op de volgende adsorptiecyclus.

Op dezelfde manier, wanneer de rechter toren adsorptie uitvoert, voert de linker toren regeneratie uit. Nadat de rechter toren adsorptie heeft voltooid, gaat het systeem een ander drukegalisatieproces in en schakelt dan terug naar adsorptie van de linker toren.

Door dit afwisselende adsorptie- en regeneratieproces produceert de PSA-stikstofgenerator continu stikstofgas.

Het hele proces wordt automatisch geregeld door een PLC-regelsysteem en automatische schakelkleppen genoemd.

2. Werkingsprincipe van PSA-Stikstofgenerator

De PSA-stikstofgenerator werkt volgens het principe van Pressure Swing Adsorption (PSA) genoemd.

Het gebruikt hoogwaardige koolstofmoleculaire zeef (CMS) als adsorptiemiddel om stikstof uit perslucht te scheiden onder een bepaalde druk.

Na zuivering en droging komt perslucht in de adsorptietorens, waar het wordt onderworpen aan gepressuriseerde adsorptie en drukvermindering desorptie genoemd.

Vanwege de verschillende diffusiesnelheden van zuurstof- en stikstofmoleculen in de microporiën van koolstofmoleculaire zeef, diffunderen zuurstofmoleculen veel sneller dan stikstofmoleculen. Daarom wordt zuurstof bij voorkeur geadsorbeerd door de koolstofmoleculaire zeef, terwijl stikstofmoleculen in de gasfase blijven en verrijkt worden, waardoor hoogzuiver stikstofgas ontstaat.

Na het adsorptieproces wordt de druk van de adsorptietoren verlaagd tot atmosferische druk. De geadsorbeerde zuurstof en andere onzuiverheden worden uit de moleculaire zeef vrijgegeven, waardoor het regeneratieproces wordt voltooid.

Normaal gesproken is het systeem uitgerust met twee adsorptietorens, Toren A en Toren B genoemd.

• Eén toren produceert stikstof door adsorptie.
• De andere toren voert desorptie en regeneratie uit.

Door de automatische regeling van pneumatische kleppen werken de twee adsorptietorens afwisselend, wat zorgt voor continue productie van hoogwaardig stikstofgas.

3. Regelproces van PSA-Stikstofgenerator

Het procesverloop van het PSA-stikstofgeneratiesysteem omvat voornamelijk een luchtcompressor, luchtzuiveringsapparatuur, adsorptietorens, PLC-regelsysteem, automatische kleppen en stikstofopslagtank genoemd.

De luchtcompressor levert voldoende luchtstroom en handhaaft een stabiele inlaatdruk, over het algemeen rond 0,75–0,8 MPa genoemd.

Na het passeren van de koeldroger en het zuiveringssysteem worden vocht, olie en vaste deeltjes uit de perslucht verwijderd.

Om een continue en stabiele stikstofoutput te garanderen, gebruikt het systeem twee adsorptietorens (Toren A en Toren B) die afwisselend werken.

De gezuiverde perslucht komt via elektrisch gestuurde pneumatische kleppen Y1 en Y2 vanaf de onderkant van de adsorptietoren in Toren A.

Terwijl de lucht door het koolstofmoleculaire zeefbed stroomt, worden zuurstofmoleculen in de lucht geadsorbeerd door de CMS-microporiën, terwijl stikstofmoleculen zich concentreren in de gasfase.

Het stikstofproductgas stroomt uit de bovenkant van de adsorptietoren en komt via de kleppen Y6 en Y8 genoemd.

Dit proces is het stikstofproductieproces van Toren A genoemd.

Tegelijkertijd worden zuurstofmoleculen die in Toren B zijn geadsorbeerd, via klep Y5 afgegeven, waardoor de druk van Toren B wordt verlaagd tot atmosferische druk. Dit proces wordt desorptie regeneratie genoemd.

Wanneer de adsorptiecapaciteit van de koolstofmoleculaire zeef in Toren A verzadiging bereikt, stopt Toren A met adsorptie.

Op dit moment:

• Kleppen Y1, Y4, Y5 en Y8 zijn gesloten.
• Kleppen Y2, Y3, Y6 en Y7 zijn geopend.

De twee torens voeren drukegalisatie uit.

Na drukegalisatie schakelt het systeem over naar:

• Adsorptie van Toren B
• Regeneratie van Toren A

Perslucht komt via kleppen Y1 en Y3 de onderkant van Toren B binnen.

De koolstofmoleculaire zeef in Toren B adsorbeert zuurstofmoleculen, terwijl stikstofgas via kleppen Y7 en Y8 in de stikstofopslagtank stroomt.

Dit voltooit het stikstofproductieproces van Toren B.

Door continu te schakelen tussen adsorptie en regeneratie van Toren A en Toren B, levert het systeem continu stikstofgas.

4. PLC Automatisch Regelproces

De openings- en sluitingsvolgorde van kleppen Y1–Y8, schakeltijden en bedrijfscycli worden volledig geregeld door het PLC-systeem.

Tijdens normale werking is het automatische cyclusproces als volgt:

1. Druk op de startknop.
2. Koeldroger start.
3. Na een vooraf ingestelde vertragingstijd start de luchtcompressor.
4. Na nog een vertragingstijd gaat het systeem naar adsorptie van Toren A.
5. Na de adsorptieperiode begint de drukegalisatie tussen Toren A en Toren B.
6. Het systeem schakelt over naar adsorptie van Toren B.
7. Toren B voltooit adsorptie en drukegalisatie wordt uitgevoerd.
8. Het systeem schakelt terug naar adsorptie van Toren A.

Deze cyclus herhaalt zich automatisch om continu stikstof te produceren.

Wanneer op de stopknop wordt gedrukt, stopt het hele systeem met werken.

5. Klepbesturingsstatus

Tijdens verschillende werkfasen van de PSA-stikstofgenerator wordt de bedrijfsstatus van kleppen Y1–Y8 volgens de volgende processen geregeld:

Adsorptie van Toren A

De corresponderende kleppen openen om perslucht naar Toren A te laten stromen en stikstofproductgas naar de stikstofopslagtank.

Drukegalisatie A → B

De druk tussen Toren A en Toren B wordt gebalanceerd via de egalisatiekleppen.

Adsorptie van Toren B

Toren B produceert stikstof terwijl Toren A regeneratie uitvoert.

Drukegalisatie B → A

De druk tussen de twee torens wordt gebalanceerd voordat wordt teruggeschakeld naar adsorptie van Toren A.

Opmerking:

• "+ " geeft aan dat de klep geopend is.
• Tijdens drukegalisatie openen gerelateerde kleppen na een vooraf ingestelde vertragingstijd.
• Vertragingstijden kunnen worden aangepast binnen het bereik van 0–999 seconden volgens operationele vereisten.

6. Regelvereisten

Het regelingssysteem van de PSA-stikstofgenerator biedt twee bedrijfsmodi:

Handmatige Bedrijfsmodus

In handmatige modus kunnen operators:

• De bedrijfsstatus van kleppen Y1–Y8 controleren.
• De luchtcompressor en koeldroger onafhankelijk starten en stoppen.
• De openingsstatus van kleppen weergeven tijdens:
  • Adsorptie van Toren A
  • Drukegalisatie A=B
  • Adsorptie van Toren B
  • Drukegalisatie B=A
• Alle bedrijfsomstandigheden weergeven via indicatielampjes.

Automatische Bedrijfsmodus

In automatische modus werkt het systeem volgens de vooraf ingestelde PSA-procesreeks.

Het gesimuleerde processtroomdiagram toont de huidige bedrijfsstatus in realtime.

Alle vertragingstijden tijdens automatische werking kunnen worden aangepast aan de productievereisten, en het systeem kan de huidige vertragingsinstellingen in realtime weergeven en opvragen.

PSA-stikstofgeneratortechnologie maakt gebruik van automatische PLC-regeling, dubbele toren adsorptie-regeneratiecycli en koolstofmoleculaire zeefscheidingstechnologie om continue productie van hoogzuiver stikstof met stabiele prestaties en betrouwbare werking te realiseren.