Zusammensetzung, Funktionsprinzip und Steuerprozess des PSA-Stickstofferzeugungssystems

1. Systemzusammensetzung

Das PSA-Stickstofferzeugungssystem besteht hauptsächlich aus einem Luftkompressor, einem Luftreinigungssystem, einem Luftspeicher, Schaltventilen, Adsorptionstürmen und einem Stickstoffpuffertank bezeichnet.

Die Rohluft wird vom Luftkompressor verdichtet und durchläuft dann das Reinigungssystem zur Entstaubung, Ölabscheidung und Trocknung. Nach der Reinigung gelangt die Druckluft in den Luftspeicher und fließt dann durch das linke Einlassventil in den linken Adsorptionsturm.

Zu diesem Zeitpunkt steigt der Druck im Adsorptionsturm an. Die Stickstoffmoleküle in der Druckluft passieren das Kohlenstoffmolekularsieb (CMS)-Adsorptionsbett, während Sauerstoffmoleküle bevorzugt vom Molekularsieb adsorbiert werden. Das nicht adsorbierte Stickstoffgas passiert das Adsorptionsbett und gelangt durch das Auslassventil in den Stickstoffpuffertank. Dieser Prozess wird als Adsorption bezeichnet und dauert normalerweise mehrere zehn Sekunden.

Nach Abschluss des Adsorptionsprozesses sind der linke und der rechte Adsorptionsturm über das Ausgleichsventil verbunden, wodurch sich der Druck zwischen den beiden Türmen ausgleicht. Dieser Prozess wird als Druckausgleich bezeichnet und dauert in der Regel etwa 3-5 Sekunden.

Nach dem Druckausgleich gelangt Druckluft durch das rechte Einlassventil in den rechten Adsorptionsturm und wiederholt den obigen Adsorptionsprozess.

Gleichzeitig werden die vom Kohlenstoffmolekularsieb im linken Adsorptionsturm adsorbierten Sauerstoffmoleküle während des Druckabfalls durch das linke Auslassventil in die Atmosphäre abgegeben. Dieser Prozess wird als Desorption bezeichnet. Durch Desorption wird das gesättigte Molekularsieb regeneriert und für den nächsten Adsorptionszyklus vorbereitet.

Wenn der rechte Turm adsorbiert, regeneriert der linke Turm. Nachdem der rechte Turm die Adsorption abgeschlossen hat, durchläuft das System einen weiteren Druckausgleichsprozess und schaltet dann wieder auf die Adsorption im linken Turm um.

Durch diesen abwechselnden Adsorptions- und Regenerationsprozess produziert der PSA-Stickstoffgenerator kontinuierlich Stickstoffgas.

Der gesamte Prozess wird automatisch von einem SPS-Steuerungssystem und automatischen Schaltventilen bezeichnet.

2. Funktionsprinzip des PSA-Stickstoffgenerators

Der PSA-Stickstoffgenerator arbeitet nach dem Prinzip der Druckwechseladsorption (PSA) bezeichnet.

Er verwendet hochwertiges Kohlenstoffmolekularsieb (CMS) als Adsorptionsmittel, um Stickstoff aus Druckluft unter einem bestimmten Druck zu trennen.

Nach der Reinigung und Trocknung gelangt Druckluft in die Adsorptionstürme, wo sie druckbeaufschlagte Adsorption und druckreduzierte Desorption bezeichnet.

Aufgrund der unterschiedlichen Diffusionsraten von Sauerstoff- und Stickstoffmolekülen in den Mikroporen des Kohlenstoffmolekularsiebs diffundieren Sauerstoffmoleküle viel schneller als Stickstoffmoleküle. Daher wird Sauerstoff bevorzugt vom Kohlenstoffmolekularsieb adsorbiert, während Stickstoffmoleküle in der Gasphase verbleiben und angereichert werden, wodurch hochreines Stickstoffgas entsteht.

Nach dem Adsorptionsprozess wird der Druck im Adsorptionsturm auf Atmosphärendruck reduziert. Der adsorbierte Sauerstoff und andere Verunreinigungen werden aus dem Molekularsieb freigesetzt, wodurch der Regenerationsprozess abgeschlossen wird.

Normalerweise ist das System mit zwei Adsorptionstürmen ausgestattet, Turm A und Turm B bezeichnet.

• Ein Turm produziert Stickstoff durch Adsorption.
• Der andere Turm führt Desorption und Regeneration durch.

Durch die automatische Steuerung pneumatischer Ventile arbeiten die beiden Adsorptionstürme abwechselnd und gewährleisten so eine kontinuierliche Produktion von hochwertigem Stickstoffgas.

3. Steuerprozess des PSA-Stickstoffgenerators

Der Prozessablauf des PSA-Stickstofferzeugungssystems umfasst hauptsächlich einen Luftkompressor, Luftreinigungsausrüstung, Adsorptionstürme, ein SPS-Steuerungssystem, automatische Ventile und einen Stickstoffspeicher bezeichnet.

Der Luftkompressor liefert einen ausreichenden Luftstrom und hält einen stabilen Einlassdruck, im Allgemeinen um 0,75-0,8 MPa bezeichnet.

Nachdem die Druckluft den Kältetrockner und das Reinigungssystem durchlaufen hat, werden Feuchtigkeit, Öl und Feststoffpartikel entfernt.

Um eine kontinuierliche und stabile Stickstoffausgabe zu gewährleisten, verwendet das System zwei Adsorptionstürme (Turm A und Turm B), die abwechselnd arbeiten.

Die gereinigte Druckluft gelangt durch elektrisch gesteuerte pneumatische Ventile Y1 und Y2 von unten in Turm A.

Während die Luft das Kohlenstoffmolekularsiebbett durchströmt, werden die Sauerstoffmoleküle in der Luft von den CMS-Mikroporen adsorbiert, während sich Stickstoffmoleküle in der Gasphase konzentrieren.

Das Stickstoffproduktgas strömt aus dem oberen Teil des Adsorptionsturms aus und gelangt durch die Ventile Y6 und Y8 bezeichnet.

Dieser Prozess ist der Stickstofferzeugungsprozess von Turm A bezeichnet.

Gleichzeitig werden die in Turm B adsorbierten Sauerstoffmoleküle durch Ventil Y5 freigesetzt, wodurch der Druck von Turm B auf Atmosphärendruck reduziert wird. Dieser Prozess wird als Desorptionsregeneration bezeichnet.

Wenn die Adsorptionskapazität des Kohlenstoffmolekularsiebs in Turm A gesättigt ist, stoppt Turm A die Adsorption.

Zu diesem Zeitpunkt:

• Ventile Y1, Y4, Y5 und Y8 sind geschlossen.
• Ventile Y2, Y3, Y6 und Y7 sind geöffnet.

Die beiden Türme führen einen Druckausgleich durch.

Nach dem Druckausgleich schaltet das System um auf:

• Adsorption in Turm B
• Regeneration in Turm A

Druckluft gelangt durch die Ventile Y1 und Y3 in den unteren Teil von Turm B.

Das Kohlenstoffmolekularsieb in Turm B adsorbiert Sauerstoffmoleküle, während Stickstoffgas durch die Ventile Y7 und Y8 in den Stickstoffspeicher strömt.

Dies schließt den Stickstofferzeugungsprozess von Turm B ab.

Durch kontinuierliches Umschalten zwischen Adsorption und Regeneration von Turm A und Turm B liefert das System kontinuierlich Stickstoffgas.

4. SPS-Automatisierungssteuerungsprozess

Die Öffnungs- und Schließsequenz der Ventile Y1-Y8, die Schaltzeiten und die Betriebszyklen werden vollständig vom SPS-System gesteuert.

Im Normalbetrieb sieht der automatische Zyklusprozess wie folgt aus:

1. Drücken Sie die Starttaste.
2. Der Kältetrockner startet.
3. Nach einer voreingestellten Verzögerungszeit startet der Luftkompressor.
4. Nach einer weiteren Verzögerungszeit beginnt das System mit der Adsorption in Turm A.
5. Nach der Adsorptionszeit beginnt der Druckausgleich zwischen Turm A und Turm B.
6. Das System schaltet auf Adsorption in Turm B um.
7. Turm B schließt die Adsorption ab und ein Druckausgleich wird durchgeführt.
8. Das System schaltet wieder auf Adsorption in Turm A um.

Dieser Zyklus wiederholt sich automatisch, um kontinuierlich Stickstoff zu produzieren.

Wenn die Stopptaste gedrückt wird, stoppt das gesamte System den Betrieb.

5. Ventilsteuerungsstatus

Während verschiedener Arbeitsphasen des PSA-Stickstoffgenerators wird der Betriebszustand der Ventile Y1-Y8 gemäß den folgenden Prozessen gesteuert:

Adsorption in Turm A

Die entsprechenden Ventile öffnen, um Druckluft in Turm A einzulassen und Stickstoffproduktgas in den Stickstoffspeicher fließen zu lassen.

Druckausgleich A → B

Der Druck zwischen Turm A und Turm B wird über die Ausgleichsventile ausgeglichen.

Adsorption in Turm B

Turm B produziert Stickstoff, während Turm A regeneriert.

Druckausgleich B → A

Der Druck zwischen den beiden Türmen wird ausgeglichen, bevor wieder auf Adsorption in Turm A umgeschaltet wird.

Hinweis:

• "+ " bedeutet, dass das Ventil geöffnet ist.
• Während des Druckausgleichs öffnen sich die entsprechenden Ventile nach einer voreingestellten Verzögerungszeit.
• Verzögerungszeiten können je nach Betriebsanforderungen im Bereich von 0-999 Sekunden eingestellt werden.

6. Steuerungsanforderungen

Das Steuerungssystem des PSA-Stickstoffgenerators bietet zwei Betriebsmodi:

Manueller Betriebsmodus

Im manuellen Modus können die Bediener:

• Den Betriebszustand der Ventile Y1-Y8 überprüfen.
• Den Luftkompressor und den Kältetrockner unabhängig voneinander starten und stoppen.
• Den Öffnungsstatus der Ventile anzeigen während:
  • Adsorption in Turm A
  • Druckausgleich A=B
  • Adsorption in Turm B
  • Druckausgleich B=A
• Alle Betriebsbedingungen über Anzeigelampen anzeigen.

Automatischer Betriebsmodus

Im automatischen Modus arbeitet das System gemäß der voreingestellten PSA-Prozesssequenz.

Das simulierte Prozessflussdiagramm zeigt den aktuellen Betriebszustand in Echtzeit an.

Alle Verzögerungszeiten im automatischen Betrieb können je nach Produktionsanforderungen eingestellt werden, und das System kann die aktuellen Verzögerungseinstellungen in Echtzeit anzeigen und abfragen.

Die PSA-Stickstoffgenerator-Technologie nutzt automatische SPS-Steuerung, Dual-Tower-Adsorptions-Regenerationszyklen und Kohlenstoffmolekularsieb-Trennungstechnologie, um eine kontinuierliche Produktion von hochreinem Stickstoff mit stabiler Leistung und zuverlässigem Betrieb zu erreichen.