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Das grundlegende Prinzip der Druckwechseladsorption (PSA) besteht darin, den Unterschied im Adsorptionsverhalten der Gaskomponenten auf festen Materialien und die Veränderung der Adsorptionskapazität mit Druckänderungen zu nutzen, um durch periodische Druckwechselprozesse eine Gastrennung oder -reinigung zu erreichen.
Derzeit wird die Druckwechseladsorptionstechnologie weit verbreitet in der Luftzerlegung zur Herstellung von O2 und N2, in der Trennung und Reinigung anderer Gase wie CO, H2, CO2 (z. B. Ofengase und Industrieabgase), in der Trennung von Erdölcrackgasen wie Ethylen und Ethan sowie in der Konzentration von Gas zu CH4 angewendet. Die Anwendungsgrenzen erweitern sich mit dem technologischen Fortschritt auf diesem Gebiet.
In den 1970er Jahren industrialisierte die Union Carbide Corporation erstmals die Druckwechseladsorption (PSA) zur Sauerstofferzeugung mit Normaldruckdesorption (PSA-Verfahren). Das Adsorptionsmittel war CaA-Adsorbens mit geringer Stickstoffadsorptionskapazität und hohem Sauerstoffenergieverbrauch.
In den 1990er Jahren wurde die Vakuum-Druckwechseladsorptions (VPSA)-Technologie zur Sauerstofferzeugung mit LiX-Adsorbens zum internationalen Standardverfahren, das besser für große Anlagen geeignet ist. Die Forschung zur Sauerstofferzeugung durch Druckwechseladsorption begann in China fast zeitgleich mit der internationalen Entwicklung. Allerdings war die Entwicklung der inländischen PSA-Sauerstofftechnologie aufgrund der geringen inländischen Produktivität effizienter Adsorbensmaterialien und der rückständigen technischen Forschung zu Adsorptionsbehältern und Gesamtprozessen langsam. Gleichzeitig stagnierte die Größe der VPSA-Anlagen in Engpässen, und die Sauerstofferzeugung war von Problemen wie hohem Energieverbrauch, häufigem Austausch von Adsorbensmaterialien usw. begleitet, was zu erheblichen Produktionsauswirkungen führte. In dieser Zeit wurden fast alle großen inländischen VPSA-Sauerstoffanlagen importiert, und aufgrund der hohen Preise wurden große Devisenbeträge ausgegeben.
In den späten 1990er Jahren entwickelte das von Professor Xie Youchang von der Universität Peking geleitete Zentrum für Gastrennung und -reinigung als erstes ein effizientes LiX-Sauerstoffadsorbens mit hoher Stickstoff-/Sauerstoff-Selektivität und Stickstoffadsorptionskapazität. Nach der stabilen Massenproduktion des LiX-Sauerstoffadsorbens begann China erstmals mit der integrierten Prozessauslegung und -herstellung kompletter industrieller PSA-Sauerstofferzeugungsanlagen. Seitdem wurden die in China hergestellten PSA-Sauerstofferzeugungsanlagen mit effizientem LiX-Sauerstoffadsorbens weit verbreitet eingesetzt.
In letzter Zeit, mit der allmählichen Standardisierung, Reifung und dem Wachstums des Gasmarktes, haben inländische führende Hersteller von Druckwechseladsorptionsanlagen den Fokus über den reinen Anlagenverkauf hinaus erweitert und sich mehr auf den professionellen Service-Markt der Vor-Ort-Gaserzeugung und -versorgung konzentriert, entsprechend ihrem spezialisierten Servicekonzept. Die Sauerstofferzeugungsanlage hat einen intelligenten, unbeaufsichtigten Betrieb erreicht, was eine neue Entwicklungsperiode für die inländische Druckwechseladsorptions-Sauerstofferzeugung markiert.
Die sauerstofferzeugenden Adsorptionsmittel beruhen hauptsächlich auf ihrer selektiven Adsorption von Stickstoff und ihrer Sauerstoffdurchlässigkeit. Sie werden hauptsächlich in Calcium-basierte CaA und CaX sowie Lithium-basierte LiX unterteilt. CaA- und CaX-Adsorptionsmittel basieren auf traditionellen Molekularsieben, die in den 1980er Jahren verwendet wurden, daher sind die Kosten niedriger, aber der Energieverbrauch zur Sauerstofferzeugung ist höher, sodass die Gesamtbeladung ein Vielfaches der von LiX beträgt. Sowohl von der Grundfläche des Absorptionsturms als auch von den langfristigen Betriebskosten her haben CaA- und CaX-Adsorptionsmittel deutliche Nachteile, weshalb sie derzeit nur in kleinen Druckwechseladsorptionsanlagen (PSA) mit atmosphärischer Desorption eingesetzt werden.
Das LiLSX-Molekularsieb (LiLSX) -Adsorbens zur Sauerstofferzeugung mit hohem Lithiumionenaustauschgrad ist das beste unter den LiX-Adsorptionsmitteln. Seine "Stickstoffadsorptionskapazität" und "Stickstoff- und Sauerstoffselektivität" sind denen von CaA- und CaX-Sauerstofferzeugungsadsorptionsmitteln weit überlegen. Je höher die Sauerstoffausbeute des LiX-Adsorbens ist, desto geringer ist seine Beladung, und schließlich sinkt auch die Betriebslast der unterstützenden Energieausrüstung entsprechend. Dadurch können direkte Investitionen und Betriebsenergieverbrauch reduziert und die wirtschaftlichen Kennzahlen der Sauerstoffanlage verbessert werden. Das erste PU-8 hocheffiziente Lithium-basierte Sauerstoffadsorbens, das in China am frühesten industriell stabil in Massenproduktion hergestellt wurde, hat den ersten Preis des Nationalen Wissenschafts- und Technologiefortschrittspreises des Bildungsministeriums erhalten.
VPSA (Vakuum-Druckwechseladsorption) trennt Sauerstoff aus Luft durch Vakuum-Druckentlastung zur Desorption.
Die Druckwechseladsorptions-Sauerstofferzeugung verwendet Luft als Einsatzgas, die von einem Gebläse unter Druck durch das Adsorptionsmittelbett geleitet wird. Der Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser in der Luft werden vom Adsorptionsmittel adsorbiert, und die verbleibenden Komponenten passieren das Adsorptionsmittel für eine höhere Sauerstoffkonzentration. Wenn der Druck gesenkt wird, werden der auf dem Adsorptionsmittel adsorbierte Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser freigesetzt, und das Adsorptionsmittel kann so regeneriert werden. Dieser zyklische Prozess bildet das Grundprinzip der Vakuum-Druckwechseladsorptions-Sauerstofferzeugung.
VPSA-Sauerstofferzeugungsanlagen verwenden in der Regel die oben gezeigten Betriebsschritte, um Sauerstoff abzutrennen und anzureichern. In einem Zyklus durchläuft jeder Adsorptionsbehälter fünf Schritte: "Adsorption", "Druckreduzierung", "Vakuumdesorption", "Spülen" und "Druckerhöhung".
(1) Adsorption
Nachdem die mechanischen Verunreinigungen in der Luft durch den Filter entfernt wurden, gelangt sie durch das Roots-Gebläse in den Adsorptionsturm. Das in der Luft enthaltene H2O, CO2 und N2 verbleiben im Adsorptionsmittelbett. Da das Adsorptionsmittel nur wenig O2 absorbiert, ist das O2, das aus dem Behälter austritt, reicher als das andere eintretende Gemisch und wird am Ausgang des Turms abgeleitet. Ein Teil des in diesem Schritt erzeugten Sauerstoffs wird in den Puffertank geleitet, und der verbleibende Teil ist für den nächsten Schritt zur Regeneration und Druckerhöhung im Adsorptionsturm reserviert.
(2) Druckreduzierung
Im Schritt "Druckreduzierung" gelangt sauerstoffreiches Gas über den Behälterauslass in einen anderen Behälter im Schritt "Druckerhöhung", und der Druck steigt an.
(3) Vakuumdesorption
Am Ende des Schritts "Druckreduzierung" muss der Turm evakuiert und druckentlastet werden, um die Verunreinigungen so weit wie möglich zu desorbieren. Der größte Unterschied zwischen VPSA und PSA liegt in diesem Schritt, d.h., es wird eine Vakuumpumpe verwendet, um den Adsorptionsturm weiter zu evakuieren, wodurch der Druck im Turm sinkt, während die Verunreinigungen freigesetzt und über die Vakuumpumpe nach außen abgeführt werden.
(4) Spülen
Um die Verunreinigungen des Adsorptionsturms gründlicher zu desorbieren, wird am Ende der Phase "Vakuumdesorption" eine kleine Menge Sauerstoff aus einem anderen Hochdruckturm eingeleitet, um das Adsorptionsmittel im Turm zu regenerieren. Dabei steigt der Sauerstoffpartialdruck im Turm an, während der der Verunreinigungen weiter sinkt, sodass das Adsorptionsmittel vollständiger regeneriert wird, was für die Adsorption im nächsten Zyklus förderlicher ist.
(5) Druckerhöhung
Nach der "Vakuumdesorption" und dem "Spülen" ist das Adsorptionsmittel im Adsorptionsbehälter regeneriert. Zu diesem Zeitpunkt ist der Druck im Behälter gesunken. Um den Druck für die Adsorption schnell wiederherzustellen und sicherzustellen, dass die Adsorptionsfront nicht zu schnell nach oben wandert, muss angereicherter Sauerstoff aus dem anderen Adsorptionsbehälter im Schritt "Druckreduzierung" eingeleitet werden, um den Druck zu erhöhen. Der Druck des Behälters erreicht die Anforderungen und ist bereit für den nächsten Adsorptionszyklus, wenn der Schritt "Druckerhöhung" abgeschlossen ist.
Die Umschaltung der obigen Schritte erfolgt hauptsächlich durch das Steuerungssystem und Schaltklappen. Gemäß der zeitlichen Abfolge der einzelnen Schritte schaltet das Steuerungssystem die Klappen, um die Länge der Zeit während der Prozesse "Adsorption", "Druckreduzierung", "Desorption", "Spülen" oder "Druckerhöhung" im Adsorptionsbehälter zu steuern, wodurch die Trennung von Sauerstoff und Stickstoff erreicht und schließlich der erforderliche Sauerstoff gewonnen wird.
Das grundlegende Prinzip der PSA-CO-Technologie besteht darin, die Adsorptionsselektivität des Adsorptionsmittels zu nutzen, um CO im Gasgemisch zu adsorbieren, und dann CO durch Druckentlastung oder Evakuieren zu desorbieren, um die CO-Trennung zu erreichen.
Aus dem Vergleich mit der Adsorptionskurve von 5A-Molekularsieben ist ersichtlich, dass die Adsorptionsleistung des kupferbeladenen Molekularsiebs hervorragender ist. Einerseits hat es aufgrund der Komplexadsorption des aktiven Cu+ an CO eine höhere Adsorptionskapazität für CO. Andererseits können aufgrund der Bedeckung der ursprünglichen aktiven Zentren des Molekularsiebs an der Oberfläche durch CuCl fast keine anderen Gase adsorbiert werden, und die Adsorption von CO2, das zuvor stark adsorbiert wurde, wird ebenfalls reduziert. Daher ist es bei der Verarbeitung von Einsatzgas mit niedrigem CO2-Gehalt möglich, CO direkt zu adsorbieren und abzutrennen, ohne CO2 zu entfernen, was als einstufige PSA bezeichnet wird. Die überlegene Leistung von Cu-basierten Molekularsieben liegt darin, dass ihr Adsorptionsprinzip physikalische und chemische Methoden kombiniert, wobei die große spezifische Oberfläche des Molekularsiebträgers und die Komplexbildung zwischen Cu+ und CO genutzt werden. Wir haben eine einzelne Schicht CuCl auf der inneren Oberfläche des Molekularsiebs dispergiert und schließlich ein hocheffizientes kupferbeladenes Molekularsieb hergestellt.
Im Vergleich zur Kryotrenntechnologie bietet die PSA-CO-Anlage einige Vorteile: einfache Bedienung, kurze An- und Abfahrzeiten, flexible Lastanpassung und hohe Automatisierung. Das Anfahren dauert nur wenige Minuten. Gleichzeitig können je nach den Anforderungen nachgelagerter Prozesse durch einfache Anpassungen in kurzer Zeit Laständerungen im Bereich von 30% bis 100% realisiert werden, was die Kosten während der Inbetriebnahme und des Probebetriebs der Anlage erheblich senken und damit indirekt die Investitionen reduzieren kann.
Die Druckwechseladsorptionsanlage besteht aus Adsorptionsbehältern, Vakuumpumpen, Kompressoren, programmgesteuerten Ventilen usw. Die Anlage ist einfach und leicht zu bedienen, und normale Mitarbeiter können die Bedienung durch einfaches Training erlernen. Die zugehörigen Geräte können im Inland gekauft und hergestellt werden, was die Sicherheit der Anlage gewährleistet. Auch die Installation ist nicht schwierig, und der Bau kann in kurzer Zeit abgeschlossen werden.
Aufgrund der oben genannten Vorteile wird die PSA-CO-Technologie häufig bei der Behandlung von kohlechemischen Synthesegasen und verschiedenen komplexen Abgasen eingesetzt. Sie wird zur Behandlung von Flugstromvergaser-Gas, Wassergas, Halbwassergas, Erdgasreformierungsgas, Calciumcarbid-Ofenabgas, Essigsäureabgas und Hochofenabgas für die Herstellung von nachgelagerten chemischen und industriellen Produkten wie Essigsäure, Butanol, TDI, Ethylenglykol usw. verwendet.
Derzeit umfassen industrielle Sauerstofferzeugungsmethoden hauptsächlich die Kryo-Luftzerlegung zur Sauerstofferzeugung, die Druckwechseladsorptions-Sauerstofferzeugung und die Membrantrennungs-Sauerstofferzeugung. Die Druckwechseladsorption ist eine fortschrittliche Gastrennungstechnologie, die im Bereich der Vor-Ort-Gasversorgung weltweit eine unersetzliche Position einnimmt. Die Hauptmerkmale der Druckwechseladsorptions-Sauerstofferzeugungsanlage sind wie folgt:
- einfacher Prozess, kompakte Bauweise und geringe Investition
- hoher Automatisierungsgrad – 24-Stunden-Vollautomatikbetrieb und Fernüberwachung über Kommunikationsschnittstellen
- kurze An- und Abfahrzeiten (normalerweise kann innerhalb von 0,5 h qualitativ hochwertiger Sauerstoff erzeugt werden)
- niedrigere Kosten als bei der Kryo-Sauerstofferzeugungstechnologie (spezifischer Stromverbrauch von 0,33-0,35 kWh/m3 für 100% reinen Sauerstoff)
- Betrieb bei Normaltemperatur und Niederdruck mit hoher Sicherheit
- flexible Lastanpassung (Die Druckwechseladsorptions-Sauerstoffanlage kann die Last je nach Produktionsmengenänderungen anpassen. Eine einzelne Anlage kann eine Lastregelung von 50 % bis 100 % erreichen)
Basierend auf den oben genannten Merkmalen der PSA-Sauerstofferzeugungstechnologie wird allgemein angenommen, dass die Kryo-Sauerstofferzeugungstechnologie bei großflächigen und hochreinen Sauerstoffbedingungen gewisse Vorteile bietet, während die Druckwechseladsorptions-Sauerstofferzeugungstechnologie mit ihren herausragenden Merkmalen wie niedrigen Kosten, einfacher Bedienung, flexibler Lastanpassung und anderen Vorteilen bei wechselnden und niedrigreinen Sauerstoffanwendungen vorteilhafter ist.
(1) Energieeinsparung
Der vertikale Adsorptionsbehälter ist ein radialer zylindrischer Gitterstrukturbehälter. Im Vergleich zum axialen Adsorptionsbehälter ist das Adsorptionsmittelbett dünner und der Widerstand geringer, was den
(2) Strukturelle Vorteile
Die VPSA-Sauerstofferzeugungsanlage verwendet einen radialen Adsorptionsbehälter, bei dem die Gasströmungsrichtung für Adsorption und Desorption günstig ist. Da die Luftströmungsgeschwindigkeit einen direkten Einfluss auf Adsorption und Desorption hat, ist eine langsamere Luftströmung vorteilhafter. In der Adsorptionsphase strömt das Einsatzgas von außen nach innen, wobei Stickstoff allmählich adsorbiert wird und das Gasvolumen schrittweise abnimmt. Der Strömungsquerschnitt des radialen Adsorbers verengt sich von außen nach innen allmählich. Diese Struktur erhöht die Gesamtnutzungseffizienz des Adsorptionsmittels und verbessert gleichzeitig die Stabilität der Adsorptionsmittelschicht. Die Strömungsrichtung der Luft ist senkrecht zur Schwerkraftrichtung, was das Auswaschen des Adsorptionsmittels effektiv reduziert und dessen Lebensdauer verlängert.
(3) Geringe Grundfläche
Der radiale Adsorptionsbehälter verwendet eine zylindrische Adsorptionsmittelbettstruktur, um den Raum optimal zu nutzen. Die Grundfläche beträgt nur die Hälfte der eines axialen Adsorbers gleicher Größe.
(4) Bessere Anpassungsfähigkeit der Produktionskapazität
Der radiale Adsorptionsbehälter unterliegt keinen Einschränkungen des Luftvolumens. Mit zunehmender Sauerstoffproduktionskapazität ist es notwendig, die Menge an Einsatzgas und Adsorptionsmittel zu erhöhen, was durch Erhöhung der Höhe des radialen Adsorbers gelöst werden kann, wenn der Gerätedurchmesser durch Transport oder Fertigung begrenzt ist.
Aufgrund ihrer geringen Kosten, flexiblen Lastanpassung und einfachen Inbetriebnahme und Abschaltung wird die VPSA-Sauerstofferzeugungstechnologie häufig in der industriellen Produktion eingesetzt. Zum Beispiel in der Stahlindustrie, deren Markt sich in den letzten zwei Jahren verbessert hat, wird zur Erhöhung der Sauerstoffanreicherungsrate im Hochofen, zur Reduzierung des Koksverbrauchs und zur Steigerung der Hochofenproduktionskapazität in der Regel eine VPSA-Sauerstoffanlage als ergänzende Sauerstoffquelle gewählt, um Kosten zu senken und die Produktion zu steigern.
Die Druckwechseladsorptions-Sauerstofferzeugungsanlage wird häufig in der Nichteisenmetallurgie (Kupfer, Zink, Blei, Gold, Nickelschmelze, Titandioxid usw.), der Eisenmetallurgie (Hochofen-Sauerstoffanreicherung zur Kohleeinblasung, Elektroofen-Stahlerzeugung usw.), der sauerstoffangereicherten Brennstoffverbrennung (Industriekessel, Glas/Glasfaseröfen, Aluminiumelektrolyse), der chemischen Gasherstellung (Synthesegas für Ammoniak, Methanol, Ethylenglykol usw.), im Gesundheitswesen, in der Abwasserbehandlung, Zellstoffbleiche, Wasserstoffperoxidproduktion, Ozongenerierung, Aquakultur, Rußherstellung und anderen Bereichen eingesetzt.
Die VPSA-Sauerstoffanlage besteht aus dem Antriebssystem, Adsorptionssystem, Ventilsystem, Instrumentensteuerungssystem, elektronischem Steuerungssystem und unterstützenden Ver- und Entsorgungssystemen, die wie folgt beschrieben werden:
Das Antriebssystem, bestehend aus Roots-Gebläse, Roots-Vakuumpumpe, Elektromotor, Luftfilter, Schalldämpfer, elastischer Verbindung und anderen Zubehörteilen, arbeitet, um den erforderlichen Überdruck und Unterdruck für die Adsorption und Desorption des Adsorptionsmittels bereitzustellen.
Das Adsorptionssystem besteht aus Füllmaterial, Adsorptionsbehälter und einem dazu passenden Puffertank und Wärmetauscher.
Das Ventilsystem besteht aus speziellen Regelventilen, Schaltventilen und Handventilen. Die Regel- und Schaltventile sind alle pneumatische Klappenventile, die von der SPS gesteuert werden. Sowohl die Trennung als auch die Verbindung zwischen Adsorber und Adsorber sowie zwischen Adsorber und Antriebsausrüstung können durch Schaltventile realisiert werden.
Das Instrumentensteuerungssystem umfasst das Steuerungssystem und die Feldinstrumente. Letztere bestehen aus Messumformer, Sauerstoffanalysator, Blenden-Durchflussmesser, Vibrationssensor usw.
Das elektronische Steuerungssystem besteht aus dem Einspeiseschrank, PT-Schrank, Abgangsschrank, Sanftanlaufschrank, unterbrechungsfreier Stromversorgung usw.
Das öffentliche Hilfssystem, das größtenteils vom Benutzer bereitgestellt wird, bietet das notwendige Kühlwasser, Weichwasser, Strom und Instrumentengas für die VPSA-Anlage.
Es gibt zwei Möglichkeiten, dem Hochofen mit VPSA angereicherten Sauerstoff zuzuführen:
Der erste Ansatz ist die Sauerstoffanreicherung nach dem Gebläse, d.h., der Niederdrucksauerstoff am Ausgang der VPSA-Sauerstoffanlage wird durch einen Sauerstoffverdichter auf 6 bar (Überdruck) verdichtet und dann in der Kaltluftleitung am Auslass des Hochofengebläses mit Umgebungsluft gemischt, um eine Sauerstoffanreicherung zu erreichen.
Die zweite Methode ist die Sauerstoffeinblasung vor dem Gebläse. Sauerstoff wird direkt in das Hochofengebläse und dann in den Hochofen eingespeist, wobei die Druckdifferenz zwischen dem Ausgang der VPSA-Anlage und dem Gebläseeinlass genutzt wird. Um Sauerstoff und Luft vollständig zu mischen, ist vor dem Gebläseeinlass ein Sauerstoffverteiler erforderlich.
Die Vorteile der Sauerstoffeinblasung vor dem Gebläse sind:
1. Energieeinsparung
Die Sauerstoffeinblasung vor dem Gebläse spart die für die Sauerstoffverdichtung benötigte Energie. Obwohl es immer noch umstritten ist, ob die Sauerstoffeinblasung vor dem Gebläse die Gebläsekapazität beeinträchtigt, ist die Energieeinsparung dieser Technologie dennoch sicher, auch wenn die Einsparungsmenge von Unternehmen zu Unternehmen leicht variiert.
2. Investitionseinsparung
Bei der Sauerstoffeinblasung vor dem Gebläse wird der Sauerstoffverdichter eingespart, was die einmalige Investition reduziert. Gleichzeitig senkt der Niederdrucksauerstoff als Fördermedium die Fertigungs- und Baukosten bei der Umsetzung der Niederdruckstandards.
3. Sicherheitsgewährleistung
Es müssen keine Druckminderungs- und Explosionsschutzeinrichtungen installiert werden. Dadurch wird die Sicherheit des Systems gestärkt.
Die VPSA-Sauerstofferzeugungsanlage zeichnet sich durch ihren kurzen Betriebszyklus (in der Regel nur wenige Sekunden) aus, daher ändert sich der Auslassdruck des Gebläses während des Betriebs schnell mit großen Schwankungsbereichen. Basierend auf dem Prinzip der Vakuum-Druckwechseladsorption wird vom Gebläse gefordert, dass es unter diesen Umständen die Stabilität des Gasvolumens gewährleistet, was die wesentliche Bedingung zur Stabilisierung der Gasströmungsgeschwindigkeit im Adsorptionsbehälter und zur Sicherstellung der Lebensdauer des Adsorptionsmittels und der Leistung der VPSA-Sauerstofferzeugungsanlage ist.
Das Roots-Gebläse ist ein volumetrisches Rotationsgebläse, das die beiden Rotoren durch Synchronisationszahnräder an den Wellenenden im Eingriff hält. Die konkave gekrümmte Oberfläche des Rotors und die Innenwand des Zylinders bilden ein Arbeitsvolumen. Das Gas wird während der Drehung des Rotors aus der Ansaugöffnung angesaugt. Wenn es sich der Auslassöffnung nähert und mit ihr verbindet, steigt der Druck im Arbeitsvolumen plötzlich an, und das Gas wird aufgrund der Rückführung des höherdruckigen Gases in den Auslasskanal gefördert. Die beiden Rotoren berühren sich nicht, und die Spalte zwischen ihnen sind streng kontrolliert, um eine Abdichtung zu erreichen, so dass das abgegebene Gas frei von Schmieröl ist.
Das hervorstechendste Merkmal ist, dass die Durchflussmenge sich bei Druckeinstellung im zulässigen Bereich nur geringfügig ändert. Die Druckauswahl ist flexibel, sodass Gase zwangsweise gefördert werden können. Es hat die Vorteile einer einfachen Konstruktion, einfacher Wartung und langer Lebensdauer.
Darüber hinaus ist es für Gasförderung und Druckerhöhung unter Niederdruckbedingungen geeignet und kann auch als Vakuumpumpe verwendet werden. Daher ist das Roots-Gebläse für VPSA-Sauerstofferzeugungsanlagen geeignet, was ein allgemeiner Konsens in der Entwicklung der VPSA-Sauerstofferzeugungstechnologie im Laufe der Jahre ist.
Anbieter von VPSA-Sauerstoffanlagen liefern in der Regel Gesamtmaterialien, einschließlich Gebrauchsanweisungen, Wartungshandbücher und Handbücher zur Fehlerbehebung. Der Aufbau der VPSA-Anlage ist einfach – die rotierende Ausrüstung besteht nur aus einem Gebläse und einer Vakuumpumpe, die Standardausrüstungen mit einfacher Wartung sind. Daher besteht die Wartung der VPSA-Sauerstoffanlage im Allgemeinen aus zwei Teilen: Inspektion (einschließlich Fehlerbehandlung) und Austausch von Verschleißteilen.
Laut Online-Informationen hat die VPSA-Sauerstoffanlage den Vorteil einer einfachen und leichten Wartung. Gleichzeitig werden alle Teile von einer SPS mit hohem Automatisierungsgrad gesteuert. Theoretisch kann ein unbeaufsichtigter Betrieb erreicht werden.
Die Wartung der VPSA-Sauerstoffanlage ist relativ einfach, und es ist einfach, die Fehler zu beheben. Es wird jedoch empfohlen, die Verschleißteile wie Ventildichtungen rechtzeitig gemäß den Anforderungen auszutauschen. Basierend auf den Untersuchungen des Verbandes führen fast alle in- und ausländischen Vor-Ort-Gasproduktionsunternehmen regelmäßige Wartungsarbeiten an der VPSA-Anlage durch und tauschen den Dichtring regelmäßig aus, unabhängig davon, ob er abgenutzt ist oder nicht.
Statistiken haben gezeigt, dass eine regelmäßige Wartung dazu beiträgt, die langfristigen Betriebskosten zu senken und die Lebensdauer der VPSA-Sauerstoffanlage zu verlängern.
Der Betriebszyklus des VPSA-Sauerstofferzeugungsprozesses ist sehr kurz, in der Regel weniger als 1 Minute. In einem Zyklus muss jeder Adsorptionsbehälter die Schritte der Adsorption, Druckabsenkung, Desorption, Spülung, Druckausgleich usw. durchlaufen.
Wichtige Ventile schalten in jedem Zyklus einmal ein und aus, was ziemlich häufig ist, daher müssen sie recht schnell schalten, um die Arbeitseffizienz und die effektive Nutzung der Sauerstoffanlage zu verbessern.
Daher müssen die in der VPSA-Sauerstoffanlage verwendeten Ventile die folgenden Eigenschaften aufweisen:
- hohe Schaltgeschwindigkeit
- gute Dichtleistung
- lange Lebensdauer bei häufigem und schnellem Schalten
- ölfreier Betrieb
Derzeit verwenden inländische VPSA-Anlagen im Allgemeinen spezielle Doppelexzenter-Pneumatikklappenventile, deren Stellantriebe und pneumatische Komponenten von namhaften Marken wie Metso und SMC hergestellt werden, um die Zuverlässigkeit der Ventile zu verbessern. Das Ventil hat die folgenden Eigenschaften:
- Großer Kaliberbereich: DN100 bis DN900 Durchmesserbereich
- Hohe Schaltgeschwindigkeit: 0,3 bis 0,8 Sekunden/Mal
- Dichtungsstruktur: Lippendichtungsstruktur mit bidirektionaler Nullleckage und Selbstreparatur nach Verschleiß
- Dichtungsmaterialien: Verstärktes PTFE-Material mit hoher Verschleißfestigkeit
- Kraftantrieb: Angetrieben durch niederdruckreines, ölfreies Instrumentengas, das relativ einfach zu beschaffen ist.
- Wartung: Das Ventil ist klein, leicht und einfach zu warten. Die Wartungskosten sind niedriger als bei anderen Ventiltypen.
Die VPSA-Anlage ist ein komplettes System. Unter der Voraussetzung, dass das Verfahrensdesign angemessen ist, die unterstützende Ausrüstung richtig ausgewählt wurde und der Betrieb reibungslos verläuft, wird der Stromverbrauch der gesamten Einheit auf dem niedrigsten Niveau gehalten. Im Einzelnen sind die relevanten Faktoren wie folgt:
1. Ob das Adsorptionsmittel effizient ist.
Das derzeit effizienteste Adsorptionsmittel auf dem Markt ist das PU-8-lithiumbasierte Adsorptionsmittel, dessen Sauerstoffproduktion pro Tonne die höchste in der Branche ist. Für die gleiche Sauerstoffproduktion ist die Beladung geringer, so dass der Widerstand für das Gas beim Durchströmen des Adsorptionsbetts geringer ist, was schließlich zu einem niedrigeren Energieverbrauch führt.
2. Ob das Verfahren angemessen ist.
Das Adsorptionsmittel ist der Kern einer Anlage, und die maximale Leistung des Adsorptionsmittels kann durch ein angemessenes Verfahrensdesign sichergestellt werden, das die Einstellung von Adsorptionstemperatur, -druck und -zyklus, Desorptionsdruck und anderen Indikatoren umfasst.
3. Ob die Leistungsausrüstung zur gesamten VPSA-Anlage passt.
Die Hauptleistung der gesamten Anlage wird durch die Leistungsausrüstung verbraucht. Ist die Leistungsausrüstung zu klein, wird die Sauerstoffproduktion nicht den Konstruktionsspezifikationen entsprechen; ist sie zu groß, wird der spezifische Energieverbrauch höher sein. Darüber hinaus ist auch ein reibungsloser Lauf der unterstützenden Ausrüstung wichtig. Wenn das Ventil undicht ist, die Signalübertragung des Instruments instabil ist usw., wird der Betrieb des gesamten Systems beeinträchtigt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Stromverbrauch der VPSA-Sauerstoffproduktionsanlage vom kooperativen Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten des Systems abhängt.
Die Zuverlässigkeit einer VPSA-Sauerstoffproduktionsanlage zeigt sich hauptsächlich in Faktoren wie der Ausfallrate der Komponenten, der Angemessenheit des Verfahrensdesigns und der Wartung während des nachgelagerten Einsatzes.
Zunächst einmal ein hocheffizientes und langlebiges Adsorptionsmittel sowie ein angemessenes Verfahrensdesign. Der Kern der VPSA-Technologie liegt in der Adsorptionseffizienz und -leistung des Adsorptionsmittels. Überlegene Adsorptionsmittel haben einen hohen Trennungskoeffizienten und ermöglichen so leicht eine effektive Gastrennung. Gleichzeitig ist auch eine hervorragende Arbeitsbeständigkeit unerlässlich. Im Allgemeinen gilt eine Lebensdauer von mehr als 10 Jahren als lang. Darüber hinaus hängen ein angemessenes Verfahrensdesign und eine vollständige Anlage eng mit der Anpassung an die nachgelagerte Sauerstoffanwendung zusammen. Ein angemessenes internes Verfahrensdesign des Systems gewährleistet einen niedrigen Energieverbrauch und einen stabilen Betrieb. Die Anpassung des Systems an die nachgelagerte Ausrüstung wirkt sich auch auf die Betriebszeit und Leistung aus.
Zweitens, ob die unterstützenden Komponenten wie programmgesteuerte Ventile und Leistungsausrüstung von zuverlässigen Herstellern stammen. Wenn die rotierenden Geräte oder Ventile zur Kostensenkung von leistungsschwächeren Herstellern produziert werden, treten häufige Störungen auf und die Stabilität der gesamten Anlage wird beeinträchtigt.
Schließlich kann umfangreiche ingenieurtechnische Erfahrung gute Betriebsbedingungen und hohe Betriebsraten in verschiedenen Branchen sowie unter verschiedenen atmosphärischen und klimatischen Bedingungen gewährleisten.
Zusammenfassend erfordert die Zuverlässigkeit einer VPSA-Sauerstoffproduktionsanlage eine Reihe von Faktoren wie hervorragende unterstützende Komponenten, angemessene Verfahren und umfangreiche ingenieurtechnische Erfahrung.
1. Sauerstoffangereicherte Kohleeinblasung im Hochofen. Es gibt zwei konventionelle Verfahren für die Eisen- und Stahlverhüttung. Das erste ist die Verwendung von Eisenerz im Hochofen zur Verhüttung des in der Natur vorkommenden Verbindungseisens zu nullwertigem Eisen, dem sogenannten Roheisen. Das Roheisen wird dann in einem Konverter raffiniert, um zu verschiedenen Legierungsstählen oder Edelstählen zu werden, die wir im täglichen Leben oft sehen. Im Stadium der Roheisenverhüttung im Hochofen setzen wir in der Regel die Druckwechsel-Adsorptionstechnologie ein, um durch Zugabe von Sauerstoff zum Hochofen angereicherten Sauerstoff bereitzustellen, die Schmelzbedingungen zu optimieren und die Kosten zu senken. Schließlich erhalten wir hochwertiges Roheisen.
2. Die Elektroofen-Verhüttung ist das zweite Verfahren. Das in unserem Leben verwendete Schrotteisen wird sortiert und nach der Rückgewinnung durch die Recyclingstation in den Elektroofen gegeben. Im Elektroofen verwenden wir hochreinen, angereicherten Sauerstoff zur Hochtemperatur-Verhüttung, um fertigen Stahl zu erhalten.
3. Darüber hinaus wird die Druckwechsel-Adsorptionstechnologie auch bei der Abgasbehandlung von Schmelzöfen wie den oben genannten Hochöfen und Konvertern eingesetzt, wo sie hauptsächlich dazu dient, das nützliche CO durch Druckwechsel-Adsorption zu adsorbieren, es dann zu reinigen und für Synthesereaktionen in der Chemie und anderen Bereichen aufzubereiten.
Die Druckwechsel-Adsorptionstechnologie wird in der chemischen Industrie hauptsächlich in der C1-Chemie eingesetzt. Weiß jemand, woher Gegenstände wie alltägliche Getränkeflaschen, Sofas, schnell trocknende T-Shirts kommen? Sie wurden alle durch Erdöl-Cracken und dann durch weitere Syntheseschritte nach und nach hergestellt. Wie wir wissen, ist China reich an Kohle und arm an Öl. In den letzten 20 Jahren zielt die sich entwickelnde "Kohlechemie" darauf ab, Kohle anstelle von Öl zur Herstellung unserer täglichen Bedarfsgüter zu verwenden.
Wie macht die Kohlechemie Kohle nun zu der Kleidung, die wir tragen, den Sitzen, auf denen wir sitzen, und den Wasserbechern, die wir benutzen? Das Prinzip: Die Kohle wird in einem Gaserzeuger vergast, wobei die nützlichsten Gase wie CO und H2 mit Hilfe der Druckwechsel-Adsorptionstechnologie abgetrennt und dann für die chemische Synthese verwendet werden, welche schließlich diese täglichen Bedarfsgüter produziert. In diesem Prozess muss die Druckwechsel-Adsorptionstechnologie eingesetzt werden, um einige technische Schwierigkeiten zu lösen. Zur effizienten Abtrennung von CO von N2 oder CH4 ist beispielsweise die Druckwechsel-Adsorptionstechnologie mit kupferbasiertem Adsorptionsmittel unverzichtbar. China besitzt für diese Technologie eigene Schutzrechte und liegt international an der Spitze.
Die Druckwechsel-Adsorptionstechnologie wird hauptsächlich zur Rückgewinnung von CO-reichem Industrieabgas eingesetzt. Viele wissen vielleicht nicht, dass China der weltweit größte Hersteller von Stahl, Calciumcarbid und gelbem Phosphor ist, was mehr als die Hälfte der Weltproduktion ausmacht. Bei der Herstellung dieser grundlegenden Industrieprodukte wird eine große Menge an Industrieabgasen freigesetzt. In der Vergangenheit wurden diese Industrieabgase direkt oder nach Verbrennung in die Luft abgeleitet. Mit zunehmender Belastung und den emittierten Gasen kommt es zu einer allmählichen Verschlechterung der Atmosphärenumgebung, wie Smog und saure Gase, die sogar das Pflanzenwachstum beeinträchtigen können.
Die erwähnten Abgase wie CO sind in der Industrie Abfallgase. Die meisten Unternehmen behandeln sie in der Regel durch Verbrennung, was jedoch nicht nur dazu führt, dass große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen und den Treibhauseffekt verstärken, sondern auch eine ineffiziente Energienutzung darstellt. Wenn diese Abgase durch Druckwechsel-Adsorptionstechnologie gereinigt werden, bis die Reinheit von CO auf 99% oder mehr erhöht ist, haben sie einen hohen Nutzwert und können anschließend für chemische Synthesen verwendet werden. Nach einer Reihe chemischer Reaktionen werden sie schließlich zu den Plastikflaschen, schnell trocknenden T-Shirts und anderen Waren in unserem täglichen Leben. Dies ist gut für die Energieeinsparung und Emissionsreduzierung und fördert somit den Umweltschutz.