Prozessfluss und Fehlerbehebung bei der Stickstoffproduktion mit PSA-Stickstoffgeneratoren in der Kohleindustrie.

Stickstofferzeugung durch Druckwechseladsorption

Der Stickstoffgenerator verwendet hochwertige Kohlenstoffmolekularsiebe als Adsorptionsmittel und nutzt das Druckwechseladsorptionsprinzip bei Raumtemperatur, um Luft zu trennen und hochreinen Stickstoff zu erzeugen.

Typischerweise sind zwei Adsorptionstürme parallel geschaltet, wobei die Einlass-Pneumatikventile von einer SPS gesteuert werden, um automatisch zu arbeiten und zwischen Druckadsorption und Druckentspannungsregeneration zu wechseln, um die Stickstoff-Sauerstoff-Trennung abzuschließen und den erforderlichen hochreinen Stickstoff zu erhalten.

(PSA) für die Stickstofferzeugung: Kohlenstoffmoleküle können gleichzeitig Sauerstoff und Stickstoff aus der Luft adsorbieren, und die Adsorptionsmenge nimmt mit zunehmendem Druck zu. Darüber hinaus adsorbieren Kohlenstoffmolekularsiebe Sauerstoff sehr schnell und erreichen über 90 % in etwa 1 Minute; während die adsorbierte Stickstoffmenge zu diesem Zeitpunkt nur etwa 5 % beträgt. Daher ist die Adsorption zu diesem Zeitpunkt hauptsächlich Sauerstoff, und der Rest ist hauptsächlich Stickstoff.

Der Arbeitsablauf des Stickstoffgenerators wird durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) gesteuert, die drei 2-Wege-5-Wege-Pilot-Magnetventile steuert, welche wiederum das Öffnen und Schließen von acht pneumatischen Rohrleitungsventilen steuern. Die drei 2-Wege-5-Wege-Pilot-Magnetventile steuern die Zustände Links-Ansaugen, Druckausgleich und Rechts-Ansaugen. Die Zeitabläufe für diese Zustände sind in der SPS gespeichert. Im stromlosen Zustand ist das Pilotgas aller drei 2-Wege-5-Wege-Pilot-Magnetventile mit den geschlossenen Anschlüssen der pneumatischen Rohrleitungsventile verbunden. Wenn der Prozess im Links-Ansaugzustand ist, wird das den Links-Ansaugvorgang steuernde Magnetventil mit Strom versorgt, und das Pilotgas verbindet die Öffnungsanschlüsse des Links-Ansaug-Einlassventils, des Links-Ansaug-Gasgeneratorventils und des Rechts-Abgasventils, wodurch diese drei Ventile geöffnet werden und der Links-Ansaugvorgang abgeschlossen wird. Gleichzeitig findet im rechten Adsorptionsturm die Desorption statt. Wenn der Prozess im Druckausgleichszustand ist, wird das den Druckausgleich steuernde Magnetventil mit Strom versorgt, und die anderen Ventile sind geschlossen. Das Pilotgas verbindet die Öffnungsanschlüsse der oberen und unteren Druckausgleichsventile, wodurch diese beiden Ventile geöffnet werden und der Druckausgleichsvorgang abgeschlossen wird. Wenn der Prozess im Rechts-Ansaugzustand ist, wird das den Rechts-Ansaugvorgang steuernde Magnetventil mit Strom versorgt, und das Pilotgas verbindet die Öffnungsanschlüsse des Rechts-Ansaug-Einlassventils, des Rechts-Ansaug-Gasgeneratorventils und des Links-Abgasventils, wodurch diese drei Ventile geöffnet werden und der Rechts-Ansaugvorgang abgeschlossen wird. Gleichzeitig desorbiert der linke Adsorptionsturm. In jedem Prozesssegment müssen alle Ventile, außer denen, die geöffnet sein sollten, geschlossen sein. Um sicherzustellen, dass der durch Druckabsenkung aus dem Molekularsieb freigesetzte Sauerstoff vollständig in die Atmosphäre abgeleitet wird, wird Stickstoffgas verwendet, um den desorbierenden Adsorptionsturm durch ein normalerweise offenes Rückspülventil zu spülen und den Sauerstoff aus dem Turm zu blasen. Dieser Vorgang wird als Rückspülung bezeichnet und findet gleichzeitig mit der Desorption statt.

Der Arbeitsablauf unseres Stickstoffgenerators wird von einer Siemens S7-200 speicherprogrammierbaren Steuerung gesteuert, die zuerst die Magnetventile steuert und dann die Magnetventile das Öffnen und Schließen von acht pneumatischen Rohrleitungsventilen in den Türmen A und B steuern. Die Zeitabfolge der Magnetventile ist in der speicherprogrammierbaren Steuerung gespeichert. Während der jahrelangen Betriebsdauer unseres Stickstoffgenerators waren die Hauptprobleme ein niedriger Gasförderdruck und ein hoher Sauerstoffgehalt.

Die Hauptgründe für niedrigen Druck sind:

1. Wenn der Eingangsdruck des Gases niedrig ist, ist auch der Erdgasförderdruck unzureichend.
2. Hoher Gasverbrauch vor Ort, unzureichende Gasförderung, was natürlich zu einem erhöhten Druck führt.
3. Verstopfte oder defekte Filter und Ventile in der Gasversorgungsleitung reduzieren den Gasfluss, was zu einer Stickstoffförderung führt, die weit unter dem Gasverbrauch liegt, und folglich zu einem niedrigen Systemdruck.
4. Ein Leck in der Gasleitung verursachte einen Druckabfall.
5. Abnormale Ventilkreislaufsteuerung oder mechanisches Klemmen im Stickstoffgenerator.

Die Reinheit von Stickstoffgeneratoren wird im Allgemeinen auf über 99,9 % gefordert. Ein hoher Sauerstoffgehalt beeinträchtigt die Produktion. Die Hauptgründe dafür sind, basierend auf dem Betriebsprinzip:

1. Der ursprüngliche Druck der Druckluft war niedrig, was zu einer schlechten Druckwechseladsorption und einer ineffektiven Deoxygenierung führte.
2. Magnetventile oder Pneumatikventile, die die linken und rechten Türme steuern, wie z. B. verzögerte Öffnungs- und Schließzeiten oder klemmende und nicht funktionierende Ventile, verursachen Gaslecks. Dies führt zu einem unregelmäßigen Betrieb der beiden Türme, einer schlechten Stickstoffförderung und einem hohen Sauerstoffgehalt.
3. Kontrollieren Sie die Menge des verwendeten Gases angemessen. Die Verwendung von mehr Gas als die empfohlene Durchflussrate führt ebenfalls zu einer schlechten Stickstoffförderung.
4. Das Versäumnis, das Kohlenstoffmolekularsieb und das Filterelement über einen längeren Zeitraum zu ersetzen, kann ebenfalls zu einem hohen Sauerstoffgehalt führen.
5. Eine Fehlfunktion des Steuerkreises verursacht eine Fehlfunktion eines Magnetventils, wodurch es sich nicht richtig öffnen und schließen kann, was zu einer Fehlfunktion des Sauerstoffgehalts führt.