ПРИНЦИП РАБОТЫ PSA (Pressure Swing Adsorption – адсорбция при колебаниях давления) ГЕНЕРАТОРА АЗОТА с технологией корткоцикловой безнагревной адсорбции.
Адсорбция – это процесс поглощения = концентрирование молекул газов или паров на поверхности и в объеме пор твердого тела.
Адсорбенты – промышленные адсорбенты – твердые тела, способные поглотить большое количество газов за счет развитой внутренней поверхности пор.
Аппараты, в которых осуществляются адсорбционные процессы называются адсорберами или адсорбционными колоннами.
Сочетание адсорбции с десорбцией позволяет многократно применять адсорбент и использовать его в промышленности для извлечения ценных компонентов из газовых смесей.
Регенерация адсорбентов может происходить как нагревом, так и без нагрева.
Среди нескольких типов адсорбционных установок по производству азота из воздуха наибольшее распространение в мире получили установки короткоцикловой безнагревной адсорбции (PSA-установки).
PSA установки характеризуются малыми (секунды-минуты) временами для стадий адсорбции-десорбции и процесс десорбции происходит без подвода тепла от внешних источников.
Эффективность процесса разделения на установках PSA , кроме малых времен, разных давлений адсорбции и десорбции, обеспечивает противоточная продувка слоя адсорбента некоторой частью продуктового газа, который направляют на регенерацию.
В PSA установках для получения азота из воздуха используют адсорбенты в виде гранул размером 0,5 ÷ 5мм. с множеством пор очень малого диаметра, а именно:
– синтетические углеродные молекулярные сита – для обогащения по азоту из воздуха ( остаточное содержание кислорода 5-0.001%) ;
– активная окись алюминия ( или силикагель ) – для осушки воздуха.
(размер молекул кислорода и азота соответственно равны 0.34 и 0.39 нм.)
В PSA установках стадия адсорбции, при которой происходит разделение воздуха, проходит при более высоком давлении (6-10 атм.), чем стадия регенерации (десорбция) адсорбента (0.5-1атм.).
Температура же процесса на обеих стадиях равна температуре окружающей среды (5-40С).
Классическая функциональная схема технологического процесса газоразделения на КЦА представлена на рис.1.
Весь газоразделительный адсорбционный комплекс включает следующее оборудование:
1. Источник сжатого воздуха – воздушный компрессор.
2. Блок подготовки воздуха (БПВ):
– осушитель рефрижераторного типа;
– система фильтрации;
– воздушный ресивер.
3. Адсорбционный PSA генератор
4. Ресиверы:
– сжатого воздуха;
– ресивер азота.
5. Дополнительное оборудование (опционально):
– дожимной (бустер) компрессор)
– рампа для наполнения баллонов
Сжатый компрессором атмосферный воздух поступает в блок подготовки воздуха БПВ, в котором происходит его охлаждение, очистка пыли и удаление сконденсированной влаги и паров масла и осушка.
Из БПВ сжатый воздух поступает на вход одного адсорбера . При прохождении воздуха через слои адсорбента одни газы селективно с легкостью им поглощается, а другие проскакивают в верхние слои колонны и поступают в ресивер.
В то время как одна колонна работает, другая колонна находится в режиме регенерации, для чего используется часть произведенного продуктового газа.
На стадии регенерации поглощённый компонент выделяется из адсорбента и отводится через глушитель в атмосферу – процесс повторяется многократно.
- Цикл процесса состоит не менее чем из двух стадий с временем цикла от 5..30 сек. до 3..5 минут.
- колебания давления в обоих адсорберах течение циклов происходят с амплитудой с 3 – 10 атм.
Сорбенты используемые в PSA установках для разделения воздуха полностью регенеративны и при строгом соблюдении требований предъявляемых к качеству, подаваемого сжатого воздуха в PSA генератор, и своевременном проведении ТО срок службы молекулярного сита в генераторах азота составит от 5 до 10 лет.
Установки PSA полностью автоматизированы – для управления PSA генератором и контроля используется контроллер с ЖК дисплеем, что позволяет получать чистые газы на месте их непосредственного потребления.