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PSA制氧

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    PSA制氮設備
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PSA制氧技術發展的主要因素包括:高性能程控閥門技術、高性能富氧吸附劑技術和流程技術,目前,上述技術均得到有效的解決,采用進口的德國分子篩、進口程控閥門再配以國內自行研制的流程可以方便的制取富氧。
PSA制氧設備是利用變壓吸附技術采用專用吸附劑在常溫下將空氣中的氧氣富集出來的設備。變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,簡稱PSA)是一種先進的氣體分離技術,使用分子篩通過加壓吸附、減壓脫附,循環操作的過程。產品氣中通常含有氧氣、氬氣和少量的氮氣。吸附劑是PSA制氧設備的核心部分。PSA制氧設備選擇的是進口5A分子
篩或自行研制的吸附劑,它吸附空氣中的氮氣、二氧化碳、水分等,而氧氣不能被吸附。如圖:


產品名稱:變壓吸附制氧設備     所屬類別:變壓吸附設備

產量(Nm3/h):50,80,100,120,150
產品氧氣純度:90%-95%
產品氧氣出口壓力:0.4-0.5Mpa
能耗: ≤0.35kwh/m3 O2
變壓吸附制氧設備特性:
(1)分子篩性能先進,用量少,使用壽命長。
(2)產品氧氣產量較高。
(3)與同類產品相比,該設備具有生產單位氮氣其能耗及冷卻水消耗都較低的特點。
(4)整套設備的自動化程度高。

一、變壓吸附制氧基本原理: 

變壓吸附制氧的基本原理是利用空氣中的氮氣和氧氣在沸石分子篩(ZMS)上因壓力不同而吸附性能的差異來進行氧氮分離。根據吸附分離的解吸壓力不同,通常我們將變壓吸附制氧分成兩種不同的工藝流程,用戶可根據不同的工況要求,選擇適合的流程以達到最低單耗的目的。變壓吸附設備單位能耗達到0.4~0.5KWh ,與全低壓大深冷空分相當。無論在設備投資,還是在操作成本方面都具有較強的競爭力。
1、 常壓解吸變壓吸附制氧
壓縮空氣經預處理系統除去油、塵埃等固體雜質及大部分的氣態水,進入裝有氟石分子篩(ZMS)的吸附塔,空氣中的氮氣、二氧化碳、水蒸氣被吸附劑吸附,氧氣則穿過吸附床層被分離。當吸附塔內被吸附的雜質達到一定的程度后,對大氣脫附解吸,使吸附劑再生。由兩塔、三塔組成的吸附分離系統在PLC或DCS系統的控制下循環切換完成連續產氧,即所謂常壓解吸變壓吸附制氧(PSA-O)。
2、 真空解吸變壓吸附制氧(VSA-O)
經鼓風機后的原料空氣,凈化除去粉塵再進入裝有沸石分子篩(ZMS)的吸附塔。空氣中的氮氣、二氧化碳、水蒸氣被吸附劑吸附,氧氣則穿過吸附床層被分離。當吸附塔內被吸附的雜質達到一定的程度后,先對大氣脫附解吸,再利用真空泵抽真空使吸附劑得以徹底再生。由兩塔、三塔組成的吸附分離系統在PLC或DCS系統的控制下循環切換完成連續產氧,即所謂真空解吸變壓吸附制氧(VPSA-O)。
二、變壓吸附設備的特點:
變壓吸附是一種先進的氣體分離技術,它在當今世界的現場供氣方面具有不可替代的地位 變壓吸附制氧設備主要特點
1、 裝置工藝流程簡單、結構緊湊、設備投資省
2、 裝置占地面積小,可用于室內、外操作
3、 裝置自動化程度高,開停車方便快捷;
4、 裝置運行和維護費用較深冷法制氧低;
5、 裝置運行獨立性強,穩定性好,可靠性高,常溫低壓下工作,安全性能好
6、 裝置規模可從0.2-5500 Nm3/h,產品氧氣純度可達25-95%;
7、 裝置出口壓力:常壓解吸設備0.3-0.55MPa,真空解吸設備15KPa.均可采用擴展配置增壓使用。
三、變壓吸附制氧設備的基本組成 
1、原料空氣壓縮機或風機
2、氣源預處理系統。(含除油、除塵、除水和冷卻設備) 
3、吸附塔(內裝干燥劑和分子篩)
4、原料空氣和成品氧氣緩沖塔
5、切換閥門及配氣管
6、真空泵(用于真空解吸流程)
7、氧氣增壓機及灌充裝置
8、設備自動控制系統、純度檢測系統
9、純度調節及配氣系統 (根據不同的流程和不同的要求選擇配置)
四、變壓吸附制氧設備安裝運行條件
1、安裝條件:安裝現場應清潔、平整,吊車或叉車容易到達并進行安裝;
2、使用環境要求:安裝現場周圍空氣應干凈、無油霧、無腐蝕氣體,通風良好;
3、配套條件:電源:380V/50Hz/3相五線;
冷卻水:符合工業用冷凍、冷卻水。 
五、變壓吸附制氧設備選型注意事項:
1、在具體選型前首先確認對所需氧氣設備最終產品氣的要求,在制造廠商的建議下確定所需設備的流程;
2、考察設備設計的合理性(每一個配件的設置是否合理,必需,并發揮其最大功效);
3、考察設備運行的可靠性(考證設備設計中保證措施的合理性);
4、制造廠商研究開發能力、制造經驗及水平;
5、 全面計算制氧設備的成本(設備價格、投入設備所必備的水、電、場地及其費用,設備的使用維護成本,設備的使用壽命),而不僅僅只考慮設備的價格。
六、應用范圍
電爐煉鋼、有色金屬冶煉、富氧煉鐵 
化肥造氣、化學工業中各種氧化、煤的氣化、臭氧發生 
工業加熱爐助燃、鑄造沖天爐 
造紙工業氧氣蒸解、漂白、黑液氧化 
氧氣曝氣活性污泥法處理工業廢水、城市下水 
石腦油分解、碳黑生產 
高密度養魚 
水泥工業中鐵氧水泥、耐火磚制造、玻璃加工 
醫院輸氧及保健用氧、高壓氧倉及氧吧

4) 膜分離法:

利用高分子聚合薄膜的滲透選擇性,將空氣中的氧、氮組分分離的方法稱為膜分離法.用該法生產氧或氮的裝置,容量和純度也都有一定的局限,一般主要用來生產800Nm3/h以下,,純度低于99.5%的氮氣產品。

一,膜分離制氮設備原理

膜氣體在膜中傳質過程的研究推算起來實際已有100多年歷史了,人們對單一的氣體在聚合物及其膜中傳送進行了大量的研究, 從而在理論上得到了較好的發展. 然而, 膜在實際中的應用卻是近幾十年間的事, 較突出的例子是核武器中同位素鈾的分離. 直到20世紀70年代末期,氣體在聚合物膜中的滲透性和選擇性已發展到具有工業化經濟價值時, 膜才象今天這樣得到大規模應用。
中空纖維膜是用數以萬計的高分子材料制成的中空纖維絲聚合的膜組件。當兩種或兩種以上的氣體混合通過高分子膜時,由于各種氣體在膜中的溶解度和擴散系數的差異,導致不同氣體天膜中的滲透速率有所不同,根據這一特性,可將氣體分為"快氣""慢氣"。
氣體透過 中空聚合物膜是一個復雜的過程,其透過機制一般是氣體分子首先被吸附到膜的表面 溶解,然后在膜中擴散,最后從膜的另一側解吸出來,膜分離技術依靠不同氣體在膜 中溶解和擴散系數的差異來實現氣體的分離。當混合氣體在一定的驅動力(膜兩側的壓力差或壓力比)作用下,滲透速率相當快的氣體如水汽、氧氣、氫氣、氦氣、硫化 氫、二氧化碳等透過膜后,在膜的滲透側被排除,而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、 氬氣、甲烷和一氧化碳等被滯留在膜的滯留側被富集從而達到混合氣體分離的目的。 
因為膜分離器所選擇材質其分離效率的限制,一般用于自空氣中分離氮氣的分離器其工業化組件以中空纖維膜較為突出,以中空纖維巨大的分離比表面積為基礎載體的工業化膜組件能較好的滿足客戶的分離要求,通常地,為了取得較好的經濟性指標,達到低投入、低單耗的目的,膜制氮采用高壓流程 。
二、高壓流程膜制氮
壓縮空氣經預處理系統除去油、塵埃等固體雜質及大部分的氣態水,預熱后進入膜分離器,滲透速率相當快的氣體如水汽、氧氣、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后,在膜的滲透側被排除,而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等被滯留在膜的滯留側被富集;系統在PLC或DCS系統的控制下可實現連續穩定的輸出氮氣。以這種原理來實現氧氮分離的方法我們稱之為高壓流程膜制氮(MKH-N)。
膜制氮設備主要特點-
1、 裝置工藝流程簡單、結構緊湊、設備投資省
2、 裝置占地面積小,可用于室內、外操作
3、 裝置自動化程度高,開停車方便快捷;10分鐘內達到純度指標。
4、 無閥門切換等運動部件,不需定期更換易損件,維修量少。
5、 通過增加膜分離器,很容易擴大氮氣產量。
6、 裝置運行和維護費用較PSA法制氮低;在純度80~98%的范圍內,具有優越的性能價格比。它具有其它空氣分離方法所不可比擬的優勢,運行能耗較低。
7、 裝置運行獨立性強,穩定性好,可靠性高,常溫低壓下工作,安全性能好
8、 裝置規模可從0.2-50000 Nm3/h,產品氮氣純度可滿足80-99.9%。
三、高壓流程膜制氮設備主要組成 
1、空氣壓縮機 
2、空氣源預處理組件 
3、空氣緩沖罐 
4、膜分離器 
5、成品氮氣緩沖罐 
6、切換閥門及相應的管件 
7、自動控制、檢測系統 
8、可擴展的減壓配置增壓系統 
四、膜制氮設備安裝運行條件
1、安裝條件:安裝現場應清潔、平整,吊車或叉車容易到達并進行安裝;
2、使用環境要求:安裝現場周圍空氣應干凈、無油霧、無腐蝕氣體,通風良好;
3、配套條件:電源:380V/50Hz/3相五線;
冷卻水:符合工業用冷凍、冷卻水。
五、膜制氮設備選型注意事項
1、在具體選型前首先確認對所需氮氣設備最終產品氣的要求,在制造廠商的建議下確定所需設備的流程;
2、考察設備設計的合理性(每一個配件的設置是否合理、必需,并發揮其最大功效);
3、考察設備運行的可靠性(考證設備設計中保證措施的合理性);
4、制造廠商研究開發能力、制造經驗及水平;
5、 全面計算制氮設備的成本(設備價格、投入設備所必備的水、電、場地及其費用,設備的使用維護成本,設備的使用壽命),而不僅僅只考慮設備的價格。

一,膜分離制氧基本原理

氣體在膜中傳質過程的研究推算起來實際已有100多年歷史了,人們對單一的氣體在聚合物及其膜中傳送進行了大量的研究, 從而在理論上得到了較好的發展。然而, 膜在實際中的應用卻是近幾十年間的事, 較突出的例子是核武器中同位素鈾的分離。直到20世紀70年代末期,氣體在聚合物膜中的滲透性和選擇性已發展到具有工業化經濟價值時,膜才像今天這樣得到大規模應用。
一般說來,膜對所有氣體都是可以滲透的,只不過滲透的程度不同而已。氣體透過 中空聚合物膜是一個復雜的過程,其透過機制一般是氣體分子首先被吸附到膜的表面溶 解,然后在膜中擴散,最后從膜的另一側解吸出來,膜分離技術依靠不同氣體在膜中溶 解和擴散系數的差異來實現氣體的分離。當混合氣體在一定的驅動力(膜兩側的壓力差或壓力比)作用下,滲透速率相當快的氣體如水汽、氧氣、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧 化碳等透過膜后,在膜的滲透側被富集,而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷 和一氧化碳等被滯留在膜的滯留側被富集從而達到混合氣體分離的目的。
二、膜分離制氧設備的流程
根據分離條件中壓力 不同,通常我們將膜制氧分成兩種不同的工藝流程,用戶可根據不同的工況要求,選擇適合的流程以達到最低單耗的目的。 
1、 高壓流程膜制氧
壓縮空氣經預處理系統除去油、塵埃等固體雜質及大部分的氣態水,預熱后進入膜分離器,滲透速率相當快的氣體如水汽、氧氣、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后,在膜的滲透側被富集,而滲透速率相對慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等被滯留在膜的滯留側被富集;系統在PLC或DCS系統的控制下可實現連續穩定的輸出氧氣。
2、 負壓流程制氧
經鼓風機后的原料空氣,凈化除去粉塵再進入膜分離器,滲透速率相對慢的氣體,如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等被滯留在膜的滯留側富集后作為廢氣排出,以真空泵抽真空將滲透側的富氧空氣收集作為產品氣。系統在PLC或DCS系統的控制下可連續獲得穩定純度的氧氣。
三、膜分離制氧設備的特點
膜法氧氮分離設備主要特點
1、 裝置工藝流程簡單、結構緊湊、設備投資省
2、 裝置占地面積小,可用于室內、外操作
3、 裝置自動化程度高,開停車方便快捷;10分鐘內達到氧濃度。
4、 無閥門切換等運動部件,不需定期更換易損件,維修量少。
5、 通過增加膜分離器,很容易擴大富氧空氣產量。
6、 裝置運行和維護費用較PSA法制氧低;在純度25~35%的范圍內,具有優越的性能 價格比。在助燃應用方面,它具有其它空氣分離方法所不可比擬的優勢,運行能耗較低。
7、 裝置運行獨立性強,穩定性好,可靠性高,常溫低壓下工作,安全性能好。
8、 裝置規模可從0.2-50000 Nm3/h,產品氧氣純度可達25-45%;
四、膜分離制氧設備的基本組成 
高壓流程設備主要組成 /低壓流程設備組成 
1、空氣壓縮機 / 1、鼓風機組 
2、空氣源預處理組件/ 2、除塵、冷卻器 
3、空氣緩沖罐/ 3、膜分離器 
4、膜分離器/ 4、成品氧氣緩沖罐 
5、成品氧氣緩沖罐/ 5、切換閥門及相應的管件 
6、切換閥門及相應的管件/ 6、真空泵機組 
7、自動控制、檢測系統/ 7、氧氣增壓機 
8、可擴展的增壓系統/ 8、自動控制、檢測系統 
五、膜制氧設備安裝運行條件
1、安裝條件:安裝現場應清潔、平整,吊車或叉車容易到達并進行安裝;
2、使用環境要求:安裝現場周圍空氣應干凈、無油霧、無腐蝕氣體,通風良好;
3、配套條件:電源:380V/50Hz/3相五線;
4、冷卻水:符合工業用冷凍、冷卻水。
六、膜制氧設備選型注意事項
1、在具體選型前首先確認對所需氧氣設備最終產品氣的要求,在制造廠商的建議下確定所需設備的流程;
2、考察設備設計的合理性(每一個配件的設置是否合理,必需,并發揮其最大功效);
3、考察設備運行的可靠性(考證設備設計中保證措施的合理性);
4、制造廠商研究開發能力、制造經驗及水平;
5、 全面計算制氧設備的成本(設備價格、投入設備所必備的水、電、場地及其費用,設備的使用維護成本,設備的使用壽命),而不僅僅只考慮設備的價格。

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