Het Pressure Swing Adsorption (PSA) proces is een technologie voor gasafscheiding.

1 Introductie tot PSA (Pressure Swing Adsorption) Stikstofproductie
1.1 Pressure Swing Adsorption
Pressure Swing Adsorption (PSA) is een gastoestscheidingstechnologie. In 1960 verkreeg C. W. Skarstrom uit de Verenigde Staten het eerste patent voor PSA moleculaire zeef zuurstofproductie, gevolgd door uitgebreid experimenteel onderzoek in landen als het Verenigd Koninkrijk, Duitsland en Japan. In 1970 realiseerde UCC (United Carbides Corporation) in de Verenigde Staten de eerste industriële productie en heeft lange tijd een leidende positie behouden in de ontwikkeling en toepassing van PSA-technologie. In concurrentie met traditionele scheidingsmethoden heeft het PSA-proces voortdurende verbeteringen en verfijningen ondergaan, wat heeft geleid tot de snelle ontwikkeling ervan.
1.2 Werkingsprincipe
Een PSA-stikstofgeneratiesysteem gebruikt lucht als grondstof en maakt gebruik van een zeer efficiënt, zeer selectief vast adsorptiemiddel (koolstofmoleculaire zeef) om selectief stikstof en zuurstof te adsorberen, waardoor deze uit de lucht worden gescheiden. De scheiding van stikstof en zuurstof door koolstofmoleculaire zeven is voornamelijk gebaseerd op de verschillende diffusiesnelheden van deze twee gasmoleculen binnen de zeef. Gasmoleculen met kleinere diameters (zuurstof) diffunderen sneller en dringen dieper door in de vaste fase van de moleculaire zeef. Hierdoor wordt stikstof verrijkt in de gasfase. Na ongeveer 2 minuten bereikt de adsorptie van zuurstof door de moleculaire zeef evenwicht. Gebruikmakend van het kenmerk dat de adsorptiecapaciteit van koolstofmoleculaire zeven varieert met de druk, wordt de druk verlaagd om de zuurstofmoleculen uit de moleculaire zeef te desorberen; dit proces wordt regeneratie genoemd. Pressure Swing Adsorption (PSA) maakt doorgaans gebruik van twee parallel geschakelde torens, die afwisselend druk-adsorptie en drukverlagingsregeneratie ondergaan om een continue toevoer van stikstof te produceren.
1.3 Procesoverzicht
Een compleet stikstofgeneratiesysteem omvat: luchtcompressor(en) — persluchtzuiveringseenheid — luchtopslagtank — PSA-stikstofgenerator — stikstofbuffer tank — stikstofopslagtank (lage druk) — stikstofdrukverhogingssysteem — stikstofopslagtank
(hoge druk).
2 Apparatuur Introductie
2.1 Selectie van Stikstofgeneratoren
Het selecteren van een stikstofgenerator omvat talrijke overwegingen. Ten eerste moet grondig vooronderzoek op de markt worden uitgevoerd om specifieke model specificaties (stikstofopbrengst, stikstofzuiverheid, uitlaatdruk, dauwpunt, etc.) te bepalen. Een uitgebreide vergelijkende analyse van de prestaties en functies van de stikstofgenerator moet worden uitgevoerd, en de selectie moet gebaseerd zijn op de lokale operationele omgeving.

3. Productie en Bedrijf van Stikstofgeneratoren
Het elektrische besturingssysteem beheert de volgorde van bewerkingen volgens een specifiek programma, afwisselend tussen druk-adsorptie en decompressie-regeneratie. Het gasproductieproces werkt automatisch, met stikstofstroom, druk en zuiverheid instelbaar en continu weergegeven.
3.1 Personeelsinspecties en Belangrijke Focusgebieden
Bij het uitvoeren van inspecties moeten operators van stikstofgeneratoren aandacht besteden aan de volgende aspecten: (1) Verifieer eerst of de stikstofzuiverheid en het dauwpunt aan de vereisten voldoen; bevestig vervolgens dat adsorptie en regeneratie normaal verlopen; (2) Controleer of de stroomtoevoer, gastoevoer, watertoevoer en temperatuuromstandigheden die door de unit vereist zijn, normaal zijn; (3) Bewaak de druk van de luchtopslagtank en houd deze tussen 0,7 en 0,75 MPa, zorg ervoor dat deze niet onder de nominale waarde daalt; (4) Inspecteer het automatische afvoerventiel bij elke controle om verstoppingen of schade te voorkomen die de afvoerfunctie zou kunnen belemmeren; (5) Controleer periodiek of de warmtewisselaar vinnen van de koeldroger schoon zijn om te voorkomen dat slechte warmteafvoer de prestaties en levensduur van de droger beïnvloedt; (6) Periodiek onderhoud van het precisiefilter omvat voornamelijk het vervangen van de filtercartridge op basis van de gebruiksomstandigheden van het filter; raadpleeg het aanbevolen onderhoudsschema en de procedures van de filterfabrikant voor filteronderhoud; (7) Kalibreer de zuurstofanalysator eenmaal per maand; als het zuurstofgehalte de nominale waarde overschrijdt, overweeg dan of de zuurstofsonde het einde van zijn levensduur heeft bereikt en vervang deze onmiddellijk; de aanbevolen vervangingscyclus is één jaar; (8) Inspecteer regelmatig de gevoeligheid van solenoïde- en pneumatische kleppen, het drukbereik van drukregelaars, de nauwkeurigheid van gasanalysatoren, de dichtheid van adsorptietorens, de uitlaatconditie van geluiddempers en de reinheid van de binnenbuizen van de flowmeter, en pak eventuele problemen onmiddellijk aan om een normale werking van de apparatuur te garanderen.
4 Onderhoud en Service van Stikstofgeneratoren
4.1 Luchtcompressor (Schroef Type)
De luchtcompressor (of compressor set) levert de perslucht die nodig is voor het PSA (Pressure Swing Adsorption) stikstofgeneratiesysteem. De stroom, druk en andere specificaties worden bepaald door het luchtverbruik van het PSA-stikstofgeneratiesysteem. De efficiëntie (verbruik) van het PSA-systeem wordt voornamelijk bepaald door de prestaties van de moleculaire zeven, de processtroom en de structuur van de adsorbers. De luchtcompressor moet voldoen aan de volgende specificaties: (1) luchtleveringssnelheid ≥ 16,5 m³/min; (2) afvoer druk tussen 0,8 en 0,98 MPa; (3) oliegehalte ≤ 3 ppm; (4) temperatuur ≤ 45°C.
In de praktijk omvatten routinematige inspecties van de luchtcompressor: bedrijfstemperatuur (≤ 105°C), bedrijfsdruk (0,8–1,0 MPa) en waterdruk (0,3–0,6 MPa). Maandelijkse inspecties omvatten het controleren van het oliepeil en het controleren op lekkages bij leidingaansluitingen. Kwartaalonderhoud omvat het reinigen van het inlaatluchtfilter en het luchtfilterelement, evenals het inspecteren van fittingen. Jaarlijks onderhoud wordt uitgevoerd volgens de *Onderhoudshandleiding* van Ingersoll Rand (INGERSOLL RAND) producten en wordt uitgevoerd door professionele ingenieurs van Ingersoll Rand. Tijdens dagelijkse operaties, volg de onderhoudsaanbevelingen en prioriteitsvolgorde zoals uiteengezet in de handleiding: (1) Voer onderhoud uit op basis van de weergave van de controller; (2) Voer onderhoud eenmaal per jaar uit. In geval van algemene storingen, moet de verantwoordelijke voor de apparatuur het probleem oplossen met behulp van de reparatiemethoden die zijn uiteengezet in de probleemoplossingsgids van de handleiding. Als het probleem niet kan worden opgelost, neem dan contact op met een professionele Ingersoll Rand ingenieur voor hulp.
De belangrijkste factor die de prestaties van de luchtcompressor dagelijks beïnvloedt, is de temperatuur, en de belangrijkste factoren die de temperatuur beïnvloeden (onder omstandigheden van constante druk en stroom) zijn: seizoen, watertemperatuur en waterkwaliteit. De koelwaterleidingen van de apparatuur zijn ontworpen voor leidingwater met inlaat- en uitlaatdiameters van 40 mm. Het waterverbruik is ongeveer 9 metrische ton per uur en wordt direct afgevoerd. Het niet recyclen van dit water zou aanzienlijk verspilling veroorzaken; echter, het implementeren van een systeem om het koelwater te recyclen voor hergebruik vereist een aanzienlijke financiële investering (lokale waterhardheid varieert van 380 tot 410 milligram per liter). De zomer is het meest veeleisende seizoen voor luchtcompressoren wat betreft de prestaties van de apparatuur, en het dient ook als een test of de initiële selectie van het type koeler geschikt was. In PSA (Pressure Swing Adsorption) stikstofgeneratiesystemen vertegenwoordigen luchtcompressoren het grootste deel van de kosten voor onderhoud en service van apparatuur. Bij het selecteren van dit type stikstofgeneratiemethode is het essentieel om grondig vooronderzoek en planning uit te voeren om toekomstige onderhoudskosten te dekken.
4.2 Koeldroger
Koeldrogers (Model/Specificaties: IDS-150AC; 20 Nm³/min) vereisen dagelijkse inspecties, waaronder: controleren of de condensaatafvoer van de koeldroger en de afvoer van afvalwater van het driefasenfilter onbelemmerd zijn; verifiëren dat de koelmiddel druk (0,3–0,6 MPa) en perslucht druk (<1,0 MPa) binnen normale bereiken liggen; Onderhoud en service omvatten periodiek spoelen van de warmtewisselaar (vooral tijdens lente en zomer, wanneer frequent spoelen noodzakelijk is om verminderde warmteafvoer te voorkomen), reinigen van de afvoerpoorten, en periodiek (meestal elke 12 maanden) vervangen van de drie filters (Model: Stage 3 Filter XF3-44, Stage 7 Filter XF7-44, Grade 9 filter XF9–44); factoren zoals de selectie, installatiemethode, installatielocatie en seizoen van de koeldroger hebben allemaal een zekere invloed op de olie- en vochtafvoer capaciteiten.
4.3 Actieve Koolstof Adsorber
De activiteit van de actieve koolstof en aluminiumoxide in de adsorber is direct gerelateerd aan de kwaliteit van de compressorlucht en de effectiviteit van de olie- en vochtafvoer door de koeldroger. Over het algemeen, op basis van het gebruik van de apparatuur, moeten de actieve koolstof en aluminiumoxide elke 3 tot 5 jaar worden vervangen.
4.4 Zuurstof-Stikstof Scheidingseenheid — Moleculaire Zeef Adsorptietoren
De koolstofmoleculaire zeef is het kernelement van een druk-swing adsorptie (PSA) stikstofgenerator. De prestatie-indicatoren omvatten: hardheid, stikstofproductie snelheid (Nm³/T-h), herstelpercentage (N₂/Air) % en verpakte dichtheid. Tijdens bedrijf moeten voorzorgsmaatregelen worden genomen om oververhitting te voorkomen die de adsorptie-efficiëntie beïnvloedt en om pulverisatie van de moleculaire zeef te voorkomen veroorzaakt door intense gasstroomimpacts.
4.5 Gasdetectoren
(1) Stikstofzuiverheidsanalysator (Standaard Stikstof): Model P860 4N, Changai; (2) Zuurstofzuiverheidsanalysator (Hoge Zuiverheid): Model GNL-9100, Changai; In overeenstemming met de gebruikershandleiding, stuur het instrument jaarlijks terug naar de fabrikant voor inspectie en kalibratie van de sensor probes. Als er tijdens routinematige operatie afwijkingen worden gedetecteerd, verifieer de metingen en onderzoek de oorzaak.
4.6 Gastanks
Als opslagapparatuur voor het product, voer een zelfinspectie eenmaal per maand en een zelfbeoordeling eenmaal per jaar uit; laat het Technisch Toezicht Bureau eens per drie jaar niet-destructief onderzoek uitvoeren. Na zes jaar, wanneer de ontworpen levensduur is bereikt, bepaal dan of de apparatuur moet worden blijven gebruikt of buiten gebruik moet worden gesteld op basis van de inspectieresultaten.
5 Conclusie
Onderhoud en service zijn essentieel voor het waarborgen van de normale werking van PSA-stikstofgeneratoren. Als hulpprogramma-apparatuur biedt de stabiele werking van PSA-stikstofgeneratoren de noodzakelijke voorwaarden en waarborgen voor de industriële operaties van de organisatie. Het tijdig uitvoeren van onderhoud en service aan alle componenten van de apparatuur kan storingen voorkomen, de levensduur van de apparatuur verlengen, het energieverbruik verminderen en de efficiëntie verbeteren.

Vertaald met DeepL.com (gratis versie)