Анализ технологии VPSA-производства кислорода: сравнение процессов в адсорберах аксиального и радиального типа

Адсорберы являются критически важными компонентами систем генерации кислорода методом короткоцикловой адсорбции, при проектировании их конструкции необходимо обеспечивать как высокую эффективность, так и длительный срок службы — это две основные цели.

В настоящее время в традиционных адсорберах чаще всего используется структура с аксиальным потоком насыпного адсорбционного слоя (также известная как аксиальный поток). Преимущества этой конструкции заключаются в ее простоте и низкой стоимости изготовления. Однако она имеет существенные недостатки, включая сильное воздействие газового потока при впуске и выпуске, большой мертвый объем аппарата, громоздкие размеры оборудования и строгие требования к расчетам газораспределения. Из-за чрезмерно большого диаметра таких адсорберов расчет дроссельной шайбы распределителя представляет сложность: если она слишком тонкая, страдает жесткость; если слишком толстая, это становится экономически невыгодным. Частые циклы впуска под давлением и вакуумного выпуска вызывают вибрации дроссельных шайб большого диаметра, что приводит к ослаблению и разрыву сетки, а затем к измельчению и псевдоожижению цеолита. Следовательно, такая аксиальная конструкция значительно повышает риск преждевременной деградации цеолита. Эта проблема широко распространена в системах генерации кислорода методом короткоцикловой адсорбции (PSA) с аксиальными адсорберами, что способствует их ограниченному сроку службы.

Пионер PKU Вакуумные системы генерации кислорода методом короткоцикловой адсорбции (VPSA) для средних и крупных установок преимущественно используют конструкцию радиального адсорбера, где воздух движется от наружной стороны башни к внутренней по радиальному направлению. Такая конфигурация минимизирует воздействие на цеолит, обеспечивая более равномерное и стабильное газораспределение. Радиальный адсорбер обладает рядом преимуществ, включая компактные размеры, уменьшенный мертвый объем, низкое падение давления и отличное газораспределение как на стадии адсорбции, так и десорбции. Даже при частых циклах впуска и выпуска газа слой остается очень стабильным, что резко снижает вероятность ослабления или разрыва сетки, а также измельчения и псевдоожижения цеолита. Кроме того, конструкция радиального адсорбера обеспечивает полный контакт между цеолитом и поступающим воздухом. При более тонком слое адсорбции радиальная система требует меньше цеолита для той же производительности по кислороду, достигая при этом более высокой эффективности адсорбции, стабильного выхода и постоянной чистоты.

На рисунке показаны аксиальный и радиальный адсорберы.

В 2013 году Пионер PKU была разработана первая установка генерации кислорода методом короткоцикловой адсорбции (PSA) с радиальным адсорбером, которая успешно прошла пусконаладочные работы с первой попытки, обеспечивая подачу кислорода чистотой 93% на ведущее китайское предприятие по производству стекловолокна. Проект стабильно работает уже более 12 лет, демонстрируя, что стабильность и срок службы технологии PSA с радиальным адсорбером от PKU Pioneer достигли мировых стандартов.

С момента успешной индустриализации радиального адсорбера Пионер PKU компания использует исключительно эту конструкцию во всех своих системах генерации кислорода PSA. Было реализовано более 400 крупномасштабных проектов PSA, с единичной мощностью до 100 000 Нм³/ч, обслуживающих такие отрасли, как кислородное обогащение доменных печей, сжигание в электродуговых сталеплавильных печах, сжигание в полнокислородных стекловаренных печах, кислородное делигнификация целлюлозы и кислородное обогащение цементных печей. Системы PKU Pioneer экспортируются в более чем 20 стран, включая Индию, Россию, Бразилию, Италию и Германию, что делает компанию самым опытным и успешным поставщиком крупномасштабных промышленных решений для генерации кислорода методом PSA в Китае.