Composición del sistema de generación de nitrógeno PSA, principio de funcionamiento y proceso de control

1. Composición del sistema

El sistema de generación de nitrógeno PSA consta principalmente de un compresor de aire, sistema de purificación de aire, tanque de almacenamiento de aire, válvulas de conmutación, torres de adsorción y tanque de almacenamiento de nitrógeno.

El aire crudo es comprimido por el compresor de aire y luego pasa a través del sistema de purificación para eliminación de polvo, aceite y secado. Después de la purificación, el aire comprimido entra en el tanque de almacenamiento de aire y luego fluye hacia la torre de adsorción izquierda a través de la válvula de entrada izquierda.

En este momento, la presión dentro de la torre de adsorción aumenta. Las moléculas de nitrógeno en el aire comprimido pasan a través del lecho de adsorción de tamiz molecular de carbono (CMS), mientras que las moléculas de oxígeno son adsorbidas preferentemente por el tamiz molecular. El gas nitrógeno no adsorbido pasa a través del lecho de adsorción y entra en el tanque de almacenamiento de nitrógeno a través de la válvula de salida. Este proceso se llama adsorción, y generalmente dura varias decenas de segundos.

Después de completar el proceso de adsorción, las torres de adsorción izquierda y derecha se conectan a través de la válvula de ecualización, permitiendo que la presión entre las dos torres alcance el equilibrio. Este proceso se llama ecualización de presión, que generalmente dura entre 3 y 5 segundos.

Después de la ecualización de presión, el aire comprimido entra en la torre de adsorción derecha a través de la válvula de entrada derecha y repite el proceso de adsorción anterior.

Al mismo tiempo, las moléculas de oxígeno adsorbidas por el tamiz molecular de carbono en la torre de adsorción izquierda se liberan a la atmósfera a través de la válvula de escape izquierda durante la reducción de presión. Este proceso se llama desorción. A través de la desorción, el tamiz molecular saturado se regenera y se prepara para el próximo ciclo de adsorción.

De manera similar, cuando la torre derecha realiza la adsorción, la torre izquierda realiza la regeneración. Después de que la torre derecha completa la adsorción, el sistema entra en otro proceso de ecualización de presión y luego vuelve a la adsorción de la torre izquierda.

A través de este proceso alterno de adsorción y regeneración, el generador de nitrógeno PSA produce continuamente gas nitrógeno.

Todo el proceso es controlado automáticamente por un sistema de control PLC y válvulas de conmutación automáticas.

2. Principio de funcionamiento del generador de nitrógeno PSA

El generador de nitrógeno PSA funciona según el principio de Adsorción por Oscilación de Presión (PSA).

Utiliza tamiz molecular de carbono (CMS) de alta calidad como adsorbente para separar el nitrógeno del aire comprimido bajo una cierta presión.

Después de la purificación y el secado, el aire comprimido entra en las torres de adsorción, donde se somete a adsorción presurizada y desorción por reducción de presión.

Debido a las diferentes tasas de difusión de las moléculas de oxígeno y nitrógeno en los microporos del tamiz molecular de carbono, las moléculas de oxígeno se difunden mucho más rápido que las moléculas de nitrógeno. Por lo tanto, el oxígeno es adsorbido preferentemente por el tamiz molecular de carbono, mientras que las moléculas de nitrógeno permanecen en fase gaseosa y se enriquecen, formando gas nitrógeno de alta pureza.

Después del proceso de adsorción, la presión de la torre de adsorción se reduce a la presión atmosférica. El oxígeno adsorbido y otras impurezas se liberan del tamiz molecular, completando el proceso de regeneración.

Normalmente, el sistema está equipado con dos torres de adsorción, Torre A y Torre B.

• Una torre realiza la producción de nitrógeno a través de la adsorción.
• La otra torre realiza la desorción y regeneración.

A través del control automático de válvulas neumáticas, las dos torres de adsorción operan alternativamente, asegurando la producción continua de gas nitrógeno de alta calidad.

3. Proceso de control del generador de nitrógeno PSA

El flujo del proceso del sistema de generación de nitrógeno PSA incluye principalmente un compresor de aire, equipo de purificación de aire, torres de adsorción, sistema de control PLC, válvulas automáticas y tanque de almacenamiento de nitrógeno.

El compresor de aire proporciona un flujo de aire suficiente y mantiene una presión de entrada estable, generalmente alrededor de 0.75-0.8 MPa.

Después de pasar por el secador de refrigeración y el sistema de purificación, se eliminan la humedad, el aceite y las partículas sólidas del aire comprimido.

Para garantizar una salida de nitrógeno continua y estable, el sistema utiliza dos torres de adsorción (Torre A y Torre B) que trabajan alternativamente.

El aire comprimido purificado entra en la Torre A a través de válvulas neumáticas controladas eléctricamente Y1 e Y2 desde la parte inferior de la torre de adsorción.

A medida que el aire pasa a través del lecho de tamiz molecular de carbono, las moléculas de oxígeno en el aire son adsorbidas por los microporos del CMS, mientras que las moléculas de nitrógeno se concentran en la fase gaseosa.

El gas producto de nitrógeno fluye desde la parte superior de la torre de adsorción y entra en el tanque de almacenamiento de nitrógeno a través de las válvulas Y6 e Y8.

Este proceso es el proceso de producción de nitrógeno de la Torre A.

Al mismo tiempo, las moléculas de oxígeno adsorbidas en la Torre B se liberan a través de la válvula Y5, reduciendo la presión de la Torre B a la presión atmosférica. Este proceso se llama regeneración por desorción.

Cuando la capacidad de adsorción del tamiz molecular de carbono en la Torre A alcanza la saturación, la Torre A deja de adsorber.

En este momento:

• Las válvulas Y1, Y4, Y5 e Y8 se cierran.
• Las válvulas Y2, Y3, Y6 e Y7 se abren.

Las dos torres realizan la ecualización de presión.

Después de la ecualización de presión, el sistema cambia a:

• Adsorción de la Torre B
• Regeneración de la Torre A

El aire comprimido entra en la parte inferior de la Torre B a través de las válvulas Y1 e Y3.

El tamiz molecular de carbono dentro de la Torre B adsorbe las moléculas de oxígeno, mientras que el gas nitrógeno fluye a través de las válvulas Y7 e Y8 hacia el tanque de almacenamiento de nitrógeno.

Esto completa el proceso de producción de nitrógeno de la Torre B.

Al cambiar continuamente entre la adsorción y la regeneración de la Torre A y la Torre B, el sistema suministra continuamente gas nitrógeno.

4. Proceso de control automático PLC

La secuencia de apertura y cierre de las válvulas Y1-Y8, los tiempos de conmutación y los ciclos de operación son controlados completamente por el sistema PLC.

En operación normal, el proceso de ciclo automático es el siguiente:

1. Presione el botón de inicio.
2. El secador de refrigeración se inicia.
3. Después de un tiempo de retardo preestablecido, el compresor de aire se inicia.
4. Después de otro tiempo de retardo, el sistema entra en la adsorción de la Torre A.
5. Después del período de adsorción, comienza la ecualización de presión entre la Torre A y la Torre B.
6. El sistema cambia a la adsorción de la Torre B.
7. La Torre B completa la adsorción y se realiza la ecualización de presión.
8. El sistema vuelve a la adsorción de la Torre A.

Este ciclo se repite automáticamente para producir nitrógeno continuamente.

Cuando se presiona el botón de parada, todo el sistema deja de funcionar.

5. Estado de control de la válvula

Durante las diferentes etapas de trabajo del generador de nitrógeno PSA, el estado de operación de las válvulas Y1-Y8 se controla de acuerdo con los siguientes procesos:

Adsorción de la Torre A

Las válvulas correspondientes se abren para permitir que el aire comprimido entre en la Torre A y que el gas producto de nitrógeno fluya hacia el tanque de almacenamiento de nitrógeno.

Ecualización de presión A → B

La presión entre la Torre A y la Torre B se equilibra a través de las válvulas de ecualización.

Adsorción de la Torre B

La Torre B produce nitrógeno mientras la Torre A realiza la regeneración.

Ecualización de presión B → A

La presión entre las dos torres se equilibra antes de volver a la adsorción de la Torre A.

Nota:

• '+' indica que la válvula está abierta.
• Durante la ecualización de presión, las válvulas relacionadas se abren después de un tiempo de retardo preestablecido.
• Los tiempos de retardo se pueden ajustar dentro del rango de 0 a 999 segundos según los requisitos de operación.

6. Requisitos de control

El sistema de control del generador de nitrógeno PSA proporciona dos modos de operación:

Modo de Operación Manual

En modo manual, los operadores pueden:

• Verificar el estado de operación de las válvulas Y1-Y8.
• Iniciar y detener independientemente el compresor de aire y el secador de refrigeración.
• Mostrar el estado de apertura de las válvulas durante:
  • Adsorción de la Torre A
  • Ecualización de presión A=B
  • Adsorción de la Torre B
  • Ecualización de presión B=A
• Mostrar todas las condiciones de operación a través de luces indicadoras.

Modo de Operación Automática

En modo automático, el sistema opera de acuerdo con la secuencia de proceso PSA preestablecida.

El diagrama de flujo de proceso simulado muestra el estado de operación actual en tiempo real.

Todos los tiempos de retardo durante la operación automática se pueden ajustar según los requisitos de producción, y el sistema puede mostrar y consultar la configuración de retardo actual en tiempo real.

La tecnología de generador de nitrógeno PSA utiliza control automático PLC, ciclos de regeneración de adsorción de doble torre y tecnología de separación de tamiz molecular de carbono para lograr la producción continua de nitrógeno de alta pureza con rendimiento estable y operación confiable.