1. Einführung in PSA (Druckwechseladsorption) zur Stickstofferzeugung

1. Einführung in PSA (Pressure Swing Adsorption) zur Stickstofferzeugung

1.1 Druckwechseladsorption

Die Druckwechseladsorption (PSA) ist eine Gastrennungstechnologie. 1960 erhielt CW SKARSTROM in den Vereinigten Staaten das erste Patent für die PSA-Molekularsieb-Sauerstofferzeugung. Anschließend führten Länder wie das Vereinigte Königreich, Deutschland und Japan umfangreiche experimentelle Forschungen durch. 1970 erreichte UCC (Union Carbide Corporation) in den Vereinigten Staaten erstmals die Industrialisierung und hat lange Zeit eine führende Position in der Entwicklung und Anwendung der PSA-Technologie inne. Im Wettbewerb mit traditionellen Trennmethoden wurde die PSA-Methode kontinuierlich verbessert und perfektioniert, was zu einer rasanten Entwicklung führte.

1.2 Funktionsprinzip

Das PSA-Stickstofferzeugungssystem verwendet Luft als Rohmaterial und nutzt ein hocheffizientes und selektives festes Adsorptionsmittel (Kohlenstoffmolekularsieb), um Stickstoff und Sauerstoff selektiv zu adsorbieren und sie aus der Luft zu trennen. Die Trennung von Stickstoff und Sauerstoff durch Kohlenstoffmolekularsiebe basiert hauptsächlich auf den unterschiedlichen Diffusionsraten dieser beiden Gasmoleküle innerhalb des Kohlenstoffmolekularsiebs. Kleinere Gasmoleküle mit kleinerem Durchmesser (Sauerstoff) diffundieren schneller und dringen in größerer Menge in die feste Phase des Molekularsiebs ein. Auf diese Weise kann im Gasphasenbereich eine Stickstoffanreicherung erzielt werden. Nach etwa 2 Minuten erreicht die Adsorption von Sauerstoff durch das Molekularsieb das Gleichgewicht. Basierend auf der Eigenschaft, dass die Adsorptionskapazität von Kohlenstoffmolekularsieben unter verschiedenen Drücken variiert, wird der Druck reduziert, um Sauerstoffmoleküle vom Kohlenstoffmolekularsieb zu desorbieren; dieser Prozess wird als Regeneration bezeichnet. Die Druckwechseladsorption (PSA) verwendet typischerweise zwei parallel geschaltete Türme, die abwechselnd unter Druck adsorption und unter Druckentlastung regenerieren, um eine kontinuierliche Stickstoffversorgung zu gewährleisten.

1.3 Prozessübersicht

Ein vollständiges Stickstofferzeugungssystem umfasst: Luftkompressor (Satz) – Druckluftreinigungskomponenten – Luftspeicher – PSA-Stickstoffgenerator – Stickstoffpufferbehälter – Stickstoffspeicher (Niederdruck) – Stickstoff-Booster-System – Stickstoffspeicher (Hochdruck).

2 Ausrüstungsübersicht

2.1 Auswahl des Stickstoffgenerators

Die Auswahl eines Stickstoffgenerators beinhaltet viele Aspekte. Zunächst ist eine gründliche Marktforschung erforderlich, um das spezifische Modell und die Spezifikationen (Stickstoffproduktionskapazität, Stickstoffreinheit, Ausgangsdruck und Taupunkt usw.) zu ermitteln. Eine umfassende vergleichende Analyse der Leistung und Eigenschaften von Stickstoffgeneratoren sollte durchgeführt und die richtige Auswahl basierend auf der lokalen Arbeitsumgebung getroffen werden.

3. Das Produktions- und elektrische Steuerungssystem des Stickstoffgenerators

steuert die Zeitsteuerung nach einem bestimmten Programm, führt abwechselnd Druckadsorption und Druckentlastungsregeneration durch, und der Gasproduktionsprozess läuft automatisch. Die Stickstoffdurchflussrate, der Druck und die Reinheit sind einstellbar und werden kontinuierlich angezeigt.

3.1 Personalinspektion und Schwerpunkte

Bei der Inspektion des Stickstoffgenerators sollte der Bediener auf folgende Aspekte achten: (1) Prüfen Sie zuerst, ob die Stickstoffreinheit und der Taupunkt die Anforderungen erfüllen, und prüfen Sie dann, ob er normal adsorbiert und regeneriert werden kann; (2) Prüfen Sie, ob die Stromversorgung, die Gasquelle, die Wasserquelle und die Temperaturbedingungen, die von der Maschine benötigt werden, normal sind; (3) Beobachten Sie den Druck des Luftspeichers und halten Sie den Druck des Luftspeichers zwischen 0,7 und 0,75 MPa. Nicht unter den Nennwert fallen lassen; (4) Überprüfen Sie jedes Mal den automatischen Kondensatableiter, um Verstopfungen oder Beschädigungen zu vermeiden, die dazu führen, dass er seine Entwässerungsfunktion verliert; (5) Überprüfen Sie regelmäßig den Kühlkörper des Kältetrockners, um zu vermeiden, dass die Effizienz und Lebensdauer des Trockners aufgrund schlechter Wärmeableitung beeinträchtigt werden; (6) Regelmäßige Wartung des Präzisionsfilters basiert hauptsächlich auf dem Nutzungszustand des Filters und der Filterelement wird regelmäßig ausgetauscht. Sie können sich auf die vom Filterhersteller empfohlenen regelmäßigen Wartungsmethoden und -maßnahmen beziehen, um den Filter zu warten; (7) Kalibrieren Sie den Sauerstoffanalysator und überprüfen Sie ihn jeden Monat. Wenn der Sauerstoffgehalt höher als der Nennwert ist, sollte geprüft werden, ob die Sauerstoffsonden das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben und die Sauerstoffsonden rechtzeitig ausgetauscht werden sollten. Es wird empfohlen, den Austauschzyklus auf 1 Jahr festzulegen. (8) Überprüfen Sie regelmäßig die Empfindlichkeit des Magnetventils und des pneumatischen Ventils, den Druckbereich des Druckregelventils, die Genauigkeit des Gasanalysators, den Presszustand des Adsorptionsturms, den Abgaszustand des Schalldämpfers, die Sauberkeit des Innenrohrs des Durchflussmessers usw. und beheben Sie alle Probleme, um den normalen Betrieb der Ausrüstung zu gewährleisten.

4. Wartung und Instandhaltung des Stickstoffgenerators

4.1 Luftkompressor (Schraubentyp)

Der Luftkompressor (Satz) liefert die erforderliche Druckluft für den PSA-Druckwechseladsorptions-Stickstoffgenerator. Seine Durchflussrate, sein Druck und andere Anforderungen werden entsprechend dem Luftverbrauch des PSA-Druckwechseladsorptions-Stickstoffgenerators bestimmt. Die Effizienz (Verbrauch) der PSA-Druckwechseladsorptionseinheit wird hauptsächlich durch die Leistung des Molekularsiebs, den Prozessfluss und die Struktur des Adsorbers bestimmt. Der Luftkompressor muss folgende Anforderungen erfüllen: (1) Luftausstoß ≥ 16,5 m³/min; (2) Luftausstoßdruck zwischen 0,8 und 0,98 MPa; (3) Ölgehalt ≤ 3 ppm; (4) Temperatur ≤ 45℃.

Im praktischen Einsatz umfassen tägliche Kontrollen des Luftkompressors: Betriebstemperatur (≤ 105℃), Arbeitsdruck (0,8～1,0 MPa), Wasserdruck (0,3～0,6 MPa) usw. Monatliche Kontrollen umfassen Ölstand, ob Leckagen an Rohrleitungsverbindungen vorhanden sind usw. Vierteljährliche Wartung umfasst die Reinigung des Ansaugfilters, die Reinigung des Luftfilterelements und die Überprüfung der Anschlüsse usw. Die jährliche Wartung wird von professionellen Ingenieuren von INGERSOLL RAND gemäß dem "Wartungshandbuch" des Ingersoll RAND Produkts durchgeführt. Im täglichen Gebrauch sollten die Wartungsempfehlungen und Prioritäten im Handbuch befolgt werden: (1) Wartung gemäß der Anzeige des Controllers durchführen; (2) Wartung einmal jährlich durchführen. Bei allgemeinen Störungen der Ausrüstung sollte der Verantwortliche der Ausrüstung die Fehlerbehebung gemäß der Fehlerbehebungsanleitung im Handbuch durchführen. Wenn die Fehler nicht behoben werden können, wenden Sie sich bitte an die professionellen Ingenieure von INGESOLL RAND, um Unterstützung zu erhalten.

Der Hauptfaktor, der die Leistung eines Luftkompressors beeinflusst, ist die Temperatur, und die Hauptfaktoren, die die Temperatur beeinflussen (bei konstantem Druck und konstanter Durchflussrate), sind Jahreszeit, Wassertemperatur und Wasserqualität. Die Kühlwasserrohre dieser Ausrüstung sind für die Verwendung von Leitungswasser mit einem Einlass- und Auslassdurchmesser von 40 mm ausgelegt, mit einem Wasserverbrauch von ca. 9 t/h, der direkt abgeleitet wird. Ohne Wasserkreislauf wäre dies eine erhebliche Verschwendung. Die Rückgewinnung des Kühlwassers zur sekundären Nutzung würde ebenfalls erhebliche finanzielle Investitionen erfordern (die lokale Wasserhärte liegt zwischen 380 und 410 mg/L). Der Sommer ist die schwierigste Zeit für Luftkompressoren und dient auch als Test für die Eignung der ursprünglichen Wahl des Kühlertyps. Bei PSA (Pressure Swing Adsorption) Stickstoffgeneratoren erfordert der Luftkompressor die größten Investitionen in die Wartung und Instandhaltung der Ausrüstung. Eine gründliche Marktforschung und Planung sind unerlässlich, bevor diese Art der Stickstofferzeugungsmethode gewählt wird.

4.2 Kältetrockner

(Modell/Spezifikation: IDS -150AC; 20Nm³/h) Tägliche Inspektionen umfassen: Sicherstellen, dass das Kondensat und das Abwasser, die vom Kältetrockner abgeführt werden, ungehindert sind; Überprüfen, ob der Kühlmitteldruck (0,3～0,6 MPa) und der Druck der Druckluft (<1,0 MPa) normal sind; Die Wartung umfasst das regelmäßige Ausblasen des Radiators (insbesondere im Frühling und Sommer, um Probleme mit der Wärmeableitung zu vermeiden), die Reinigung des Ablassauslasses und den regelmäßigen (im Allgemeinen alle 12 Monate) Austausch der drei Filter (Modelle: 3-Stufen-Filter XF3-44, 7-Stufen-Filter XF7-44, 9-Stufen-Filter XF9-44); Die Auswahl, Installationsmethode, Installationsort und Jahreszeit des Kältetrockners haben alle einen gewissen Einfluss auf seine Ölentfernungs- und Dehydrierungsleistung.

4.3 Aktivkohleadsorber

Die Aktivität der Aktivkohle und des Aluminiums im Adsorber hängt direkt von der Luftqualität des Kompressors und der Ölentfernungs- und Dehydrierungsleistung des Kältetrockners ab. Im Allgemeinen sollte die Aktivkohle und das Aluminium je nach Nutzung der Ausrüstung alle 3-5 Jahre ausgetauscht werden.

4.4 Sauerstoff- und Stickstofftrenneinheit – Molekularsieb-Adsorptionsturm:

Kohlenstoffmolekularsieb ist das Herzstück des PSA-Stickstoffgenerators. Seine Leistungskennzahlen umfassen: Härte, Stickstoffproduktion (Nm³/h), Rückgewinnungsrate (N2/Luft) % und Packungsdichte. Während des Gebrauchs Überhitzung vermeiden, um den Adsorptionseffekt zu beeinträchtigen, und starke Luftströme, um die Pulverisierung des Molekularsiebs zu verursachen.

4.5 Gasdetektoren

: (1) Stickstoffreinheitsanalysator (allgemeiner Stickstoff): 0～1000 ppm P860 4N Changai; (2) Sauerstoffreinheitsanalysator (hohe Reinheit): 0～100 ppm O2 GNL-9100 Changai. Senden Sie die Geräte jährlich zur Prüfung und Kalibrierung der Sensor-Sonden gemäß der Bedienungsanleitung an den Hersteller zurück. Überprüfen und untersuchen Sie alle Auffälligkeiten, die während der routinemäßigen Wartung festgestellt werden.

4.6 Gastanks :

Als Lagerausrüstung für das Produkt führen Sie monatliche Selbstinspektionen und jährliche Selbstinspektionen durch. Nicht-zerstörende Prüfungen durch das technische Überwachungsamt werden alle 3 Jahre extern durchgeführt. Nach 6 Jahren, wenn die ausgelegte Lebensdauer erreicht ist, entscheiden Sie anhand der Inspektionsergebnisse, ob der Tank weiter verwendet oder verschrottet werden soll.

5. Schlussfolgerung

Wartung und Instandhaltung sind unerlässlich, um den normalen Betrieb eines PSA-Stickstoffgenerators zu gewährleisten. Als öffentliche Versorgungsanlage ist der stabile Betrieb eines PSA-Stickstoffgenerators eine Voraussetzung und Garantie für die industriellen Experimente der Einheit. Rechtzeitige Wartung und Instandhaltung jeder Einheit der Ausrüstung können Fehlfunktionen verhindern, die Lebensdauer der Ausrüstung verlängern und die Energieeffizienz verbessern.