1. Introdução à PSA (Adsorção por Oscilação de Pressão) para Produção de Nitrogênio

1. Introdução à PSA (Adsorção por Oscilação de Pressão) para Produção de Nitrogênio

1.1 Adsorção por Oscilação de Pressão

O Método de Adsorção por Oscilação de Pressão (PSA) é uma tecnologia de separação de gases. Em 1960, CW SKARSTROM nos Estados Unidos obteve a primeira patente para produção de oxigênio por peneira molecular PSA. Subsequentemente, países como Reino Unido, Alemanha e Japão realizaram extensas pesquisas experimentais. Em 1970, a UCC (Union Carbide Corporation) nos Estados Unidos alcançou a industrialização pela primeira vez e manteve uma posição de liderança no desenvolvimento e aplicação da tecnologia PSA por muito tempo. Em comparação com os métodos tradicionais de separação, o método PSA tem sido continuamente aprimorado e aperfeiçoado, resultando em rápido desenvolvimento.

1.2 Princípio de Funcionamento

O sistema de produção de nitrogênio PSA utiliza ar como matéria-prima e emprega um adsorvente sólido altamente eficiente e seletivo (peneira molecular de carbono) para adsorver seletivamente nitrogênio e oxigênio, separando-os do ar. A separação de nitrogênio e oxigênio por peneiras moleculares de carbono baseia-se principalmente nas diferentes taxas de difusão dessas duas moléculas de gás dentro da peneira molecular de carbono. Moléculas de gás de diâmetro menor (oxigênio) difundem-se mais rapidamente e entram na fase sólida da peneira molecular em maior quantidade. Desta forma, pode-se obter enriquecimento de nitrogênio na fase gasosa. Após aproximadamente 2 minutos, a adsorção de oxigênio pela peneira molecular atinge o equilíbrio. Com base na característica de que a capacidade de adsorção da peneira molecular de carbono varia sob diferentes pressões, a pressão é reduzida para dessorver as moléculas de oxigênio da peneira molecular de carbono; este processo é chamado de regeneração. A adsorção por oscilação de pressão (PSA) geralmente utiliza duas torres em paralelo, alternando entre adsorção pressurizada e regeneração despressurizada para obter um suprimento contínuo de nitrogênio.

1.3 Visão Geral do Processo

Um sistema completo de produção de nitrogênio inclui: compressor de ar (conjunto) — componentes de purificação de ar comprimido — tanque de armazenamento de ar — gerador de nitrogênio PSA — tanque de buffer de nitrogênio — tanque de armazenamento de nitrogênio (baixa pressão) — sistema de booster de nitrogênio — tanque de armazenamento de nitrogênio (alta pressão).

2 Introdução ao Equipamento

2.1 Seleção do Gerador de Nitrogênio

A seleção de um gerador de nitrogênio envolve muitas questões. Primeiro, é necessária uma pesquisa de mercado completa para determinar o modelo e as especificações específicas (capacidade de produção de nitrogênio, pureza do nitrogênio, pressão de saída e ponto de orvalho, etc.). Uma análise comparativa abrangente do desempenho e das características dos geradores de nitrogênio deve ser realizada, e a seleção correta deve ser feita com base no ambiente de trabalho local.

3. O sistema de controle elétrico de produção e operação do gerador de nitrogênio

controla o tempo de acordo com um programa específico, realizando alternadamente adsorção de pressurização e regeneração de despressurização, e o processo de produção de gás funciona automaticamente. A vazão, pressão e pureza do nitrogênio são ajustáveis e exibidas continuamente.

3.1 Inspeção de pessoal e pontos-chave

Ao inspecionar o gerador de nitrogênio, o operador deve prestar atenção aos seguintes aspectos: (1) Primeiro, verifique se a pureza e o ponto de orvalho do nitrogênio atendem aos requisitos e, em seguida, verifique se ele pode ser adsorvido e regenerado normalmente; (2) Verifique se a fonte de alimentação, fonte de gás, fonte de água e condições de temperatura exigidas pela máquina estão normais; (3) Observe a pressão do tanque de armazenamento de ar e mantenha a pressão do tanque de armazenamento de ar entre 0,7 e 0,75 MPa. Não abaixo do valor nominal; (4) Verifique o dreno automático a cada vez para evitar bloqueios ou danos que o façam perder sua função de drenagem; (5) Verifique o dissipador de calor do secador refrigerado regularmente para evitar afetar a eficiência e a vida útil do secador devido à má dissipação de calor; (6) A manutenção periódica do filtro de precisão baseia-se principalmente na condição de uso do filtro e o elemento filtrante é substituído regularmente. Você pode consultar os métodos e medidas de manutenção periódica recomendados pelo fabricante do filtro para manter o filtro; (7) Calibre o analisador de oxigênio e verifique-o mensalmente. Se o teor de oxigênio for superior ao valor nominal, deve-se considerar se a sonda de oxigênio atingiu o fim de sua vida útil e a sonda de oxigênio deve ser substituída a tempo. Recomenda-se que o ciclo de substituição seja de 1 ano. (8) Verifique regularmente a sensibilidade da válvula solenoide e da válvula pneumática, a faixa de pressão da válvula reguladora de pressão, a precisão do analisador de gás, a condição de prensagem da torre de adsorção, a condição de exaustão do silenciador, a limpeza do tubo interno do medidor de vazão, etc., e resolva quaisquer problemas para garantir a operação normal do equipamento.

4. Manutenção e conservação do gerador de nitrogênio

4.1 Compressor de ar (tipo parafuso)

O compressor de ar (conjunto) fornece o ar comprimido necessário para o gerador de nitrogênio PSA por adsorção por oscilação de pressão. Sua vazão, pressão e outros requisitos são determinados de acordo com o consumo de ar do gerador de nitrogênio PSA por adsorção por oscilação de pressão. A eficiência (consumo) da unidade de adsorção por oscilação de pressão PSA será determinada principalmente pelo desempenho da peneira molecular, fluxo do processo e estrutura do adsorvedor. O compressor de ar deve atender aos seguintes requisitos: (1) saída de ar ≥ 16,5 m3/min; (2) pressão de saída de ar entre 0,8 e 0,98 MPa; (3) teor de óleo ≤ 3 ppm; (4) temperatura ≤ 45℃.

No uso prático, as verificações diárias do compressor de ar incluem: temperatura operacional (≤ 105℃), pressão de trabalho (0,8~1,0MPa), pressão da água (0,3~0,6MPa), etc. As verificações mensais incluem nível de óleo, se há vazamento nas conexões da tubulação, etc. A manutenção trimestral inclui limpeza do filtro de admissão, limpeza do elemento do filtro de ar e verificação dos conectores, etc. A manutenção anual é realizada por engenheiros profissionais da INGERSOLL RAND de acordo com o "Manual de Manutenção" do produto Ingersoll RAND. No uso diário, as recomendações e prioridades de manutenção no manual devem ser seguidas: (1) realizar a manutenção de acordo com a exibição do controlador; (2) realizar a manutenção uma vez por ano. Quando o equipamento apresentar uma falha geral, o responsável pelo equipamento deve solucionar o problema de acordo com as orientações de solução de problemas no manual. Se a falha não puder ser solucionada, entre em contato com os engenheiros profissionais da INGESOLL RAND para obter assistência.

O principal fator que afeta o desempenho de um compressor de ar é a temperatura, e os principais fatores que afetam a temperatura (sob pressão e vazão constantes) incluem estação, temperatura da água e qualidade da água. As tubulações de água de resfriamento deste equipamento são projetadas para usar água da torneira com diâmetro de entrada e saída de 40 mm, com consumo de água de aproximadamente 9 t/h descarregado diretamente. Sem reciclagem de água, isso seria um desperdício significativo. A reciclagem da água de resfriamento para uso secundário também exigiria um investimento financeiro substancial (a dureza da água local está entre 380 e 410 mg/L). O verão é a época mais desafiadora para compressores de ar, e também serve como um teste da adequação da escolha inicial do tipo de resfriador. Em geradores de nitrogênio PSA (Adsorção por Oscilação de Pressão), o compressor de ar requer o maior investimento em manutenção e conservação de equipamentos. Pesquisa de mercado e planejamento completos são essenciais antes de escolher este tipo de método de geração de nitrogênio.

4.2 Secador Refrigerado

(Modelo/Especificação: IDS -150AC; 20Nm3/min) As inspeções diárias incluem: garantir que o condensado e a água residual descarregados do secador refrigerado estejam desobstruídos; verificar se a pressão do refrigerante (0,3~0,6 MPa) e a pressão do ar comprimido (<1,0MPa) estão normais; a manutenção inclui soprar regularmente o radiador (especialmente na primavera e no verão para evitar problemas de dissipação de calor), limpar a saída de drenagem e substituir regularmente (geralmente a cada 12 meses) os três filtros (modelos: filtro de 3 estágios XF3-44, filtro de 7 estágios XF7-44, filtro de 9 estágios XF9-44); a seleção, método de instalação, local de instalação e estação do secador refrigerado têm um certo impacto em seu desempenho de remoção de óleo e desidratação.

4.3 Adsorvedor de Carvão Ativado

A atividade do carvão ativado e da alumina no adsorvedor está diretamente relacionada à qualidade do ar do compressor e ao desempenho de remoção de óleo e desidratação do secador refrigerado. Geralmente, dependendo do uso do equipamento, o carvão ativado e a alumina devem ser substituídos a cada 3-5 anos.

4.4 Unidade de Separação de Oxigênio e Nitrogênio — Torre de Adsorção de Peneira Molecular:

A peneira molecular de carbono é o núcleo do gerador de nitrogênio por adsorção por oscilação de pressão. Seus indicadores de desempenho incluem: dureza, produção de nitrogênio (Nm3/h), taxa de recuperação (N2/Ar)% e densidade de empacotamento. Durante o uso, evite o superaquecimento que afeta o efeito de adsorção e o fluxo de ar forte que causa a pulverização da peneira molecular.

4.5 Detectores de Gás

: (1) Analisador de pureza de nitrogênio (nitrogênio geral): 0~1000 ppm P860 4N Changai; (2) Analisador de pureza de oxigênio (alta pureza): 0~100ppm O2 GNL-9100 Changai. Devolva os instrumentos ao fabricante anualmente para teste e calibração das sondas sensoras de acordo com o manual de instruções. Verifique e investigue quaisquer anormalidades encontradas durante a manutenção de rotina.

4.6 Tanques de Armazenamento de Gás :

Como equipamentos de armazenamento do produto, realize autoinspeções mensais e autoinspeções anuais. Terceirize testes não destrutivos pelo bureau de supervisão técnica a cada 3 anos. Após 6 anos, ao atingir a vida útil de projeto, determine se deve continuar o uso ou sucatear o tanque com base nos resultados da inspeção.

5. Conclusão

Manutenção e conservação são essenciais para garantir a operação normal de um gerador de nitrogênio PSA. Como equipamento de utilidade pública, a operação estável de um gerador de nitrogênio PSA é um pré-requisito e garantia para os experimentos industriais da unidade. A manutenção e conservação oportunas de cada unidade do equipamento podem prevenir mau funcionamento, estender a vida útil do equipamento e melhorar a eficiência energética.