Druckwechseladsorptions-Stickstoffeinheit

Eine Druckwechseladsorptions-Stickstoffeinheit trennt Sauerstoff von Stickstoff basierend auf dem Unterschied in den kinetischen Adsorptionsraten unter Verwendung von Kohlenstoffmolekularsieben. Unter Druck dringen Sauerstoffmoleküle (kinetischer Durchmesser 0,346 nm) bevorzugt in die Mikroporen des Molekularsiebs ein, während Stickstoffmoleküle (kinetischer Durchmesser 0,364 nm) mit einer langsameren Diffusionsrate in der Gasphase verbleiben und als Produktgas gesammelt werden. Bei der Druckentlastung auf atmosphärischen oder unteratmosphärischen Druck desorbieren der adsorbierte Sauerstoff und andere Verunreinigungen und werden ausgetragen, wodurch das Molekularsieb regeneriert wird.

Zwei Adsorberbehälter wechseln zwischen Adsorptions- und Desorptionszyklen, wobei pneumatisch betätigte Ventilsequenzen eine kontinuierliche Stickstoffproduktion ermöglichen. Das System arbeitet nahe der Umgebungstemperatur (normalerweise 5–45 Grad) ohne Phasenwechsel und benötigt etwa 10–30 Minuten für den Start-, ohne dass nach dem Abschalten eine Abkühlung oder Haltezeit erforderlich ist.

Leistungsreferenzbereich

Die Leistungsdaten basieren auf Referenzbedingungen: Drucklufteinlassdruck 0,75–0,85 MPaG, Einlasstemperatur kleiner oder gleich 40 Grad und atmosphärischer Taupunkt kleiner oder gleich -20 Grad.

Durchflussrate und Reinheit korrelieren umgekehrt. Mit jeder Steigerung der Reinheit um 0,5 % verringert sich die effektive Gasleistung eines bestimmten Adsorberbehälters um etwa 8–12 %. Der Ausgangsdruck hängt vom Eingangsdruck und dem Systemdruckabfall ab und liegt typischerweise 0,05–0,1 MPa unter dem Eingangsdruck.

Referenz zum Energieverbrauch

Die Energiewerte stellen den Gesamtstromverbrauch des Systems dar, einschließlich Luftkompressor, Kühltrockner und Stickstofferzeugungsanlage (Ventilbetätigung und Instrumentierung), berechnet unter Volllast-Dauerbetrieb. Bei jedem Anstieg der Einlasslufttemperatur um 5 Grad sinkt die Auslassleistung des Kompressors um etwa 2–3 %, was zu einem entsprechenden Anstieg des tatsächlichen Energieverbrauchs führt.

Technische Spezifikationen (Standardausführungsbereich)

• Stickstoffdurchfluss: 5 – 8.000 Nm³/h (Einzelstrang); Multi-Modul-Parallelkonfiguration ohne Obergrenze
• Einstellbereich der Reinheit: 95 % – 99,999 % (entsprechend Restsauerstoff 5 % – 10 ppm)
• Betriebsdruck: 0,4 – 1,2 MPaG (Eingangsdruckluft)
• Umgebungstemperaturbereich: 5 Grad – 45 Grad; Für Bereiche unter 0 Grad sind Begleitheizung und Isolierung erforderlich
• Steuerungssystem: SPS-Ablaufsteuerung (Siemens S7-1200 / Mitsubishi FX-Serie), 7-Zoll-Touchscreen-HMI, MODBUS RTU/TCP-Kommunikation
• Ventiltyp: Pneumatische Schrägsitzventile / Absperrklappen; Zykluszeit 60–180 Sekunden; Auslegungslebensdauer: Größer oder gleich 2 Millionen Zyklen
• Molekularsieb: Lithium-- oder Calcium-modifizierte Kohlenstoff-Molekularsiebe; Auslegungslebensdauer größer oder gleich 8 Jahre (Abnahme der Adsorptionskapazität kleiner oder gleich 2 %/Jahr unter normalen Bedingungen)
• Geräuschpegel: Weniger als oder gleich 80 dB(A) bei 1 m (hauptsächlich von pneumatischen Ventilschalldämpfern)

Anwendbare Branchen und Betriebsbedingungen

• Chemisch: Stickstoffbedeckung des Reaktors, Tankinertisierung, Spülung von Rohrleitungen, Katalysatorschutz
• Kohlebergbau: Untertägige Stickstoffinjektion zur Brandverhütung, Goaf-Inertisierung
• Elektronikfertigung: Schutzatmosphäre beim Reflow-Löten / Wellenlöten, SMT-Oxidationsschutz
• Lebensmittelverarbeitung: Verpackung unter modifizierter Atmosphäre (MAP), Abdeckung von Lagertanks mit Pflanzenöl
• Wärmebehandlung von Metallen: Blankglühen, Hartlöten, pulvermetallurgische Sinteratmosphäre
• Umwelt: Stickstoffinjektion in Deponien zur Sauerstoffunterdrückung, Spülung des Rauchgasaufbereitungssystems

Verschiedene Branchen haben unterschiedliche Anforderungen an Taupunkt, Ölaerosolübertragung und Partikelreinheit, die durch eine entsprechende Konfiguration des Front-{0}}Reinigungssystems berücksichtigt werden müssen.

Design-Codes und Compliance-Dokumentation

Die Konstruktion und Herstellung der Ausrüstung kann gemäß den folgenden Standards erfolgen. Anwendbare Codes werden basierend auf dem Projektstandort und den Benutzeranforderungen bestimmt:

• Druckbehälterdesign: ASME Abschnitt VIII Div. 1 / GB 150 / PD 5500
• Druckprüfung: Hydrostatisch bei 1,5-fachem Auslegungsdruck; pneumatischer Dichtheitstest bei 1,0-fachem Auslegungsdruck
• Elektrischer Explosionsschutz: ATEX / IECEx / GB 3836 (Ex d / Ex e-Optionen)
• Gasqualität: ISO 8573-1 (Feststoffe / Wasser / Öl, drei Parameter)
• Exportkonformität: CE/PED, GOST, ASME-Code-Stempel (vorbehaltlich Bestätigung)

Randbedingungen der Systemintegration

Eine Druckwechseladsorptions-Stickstoffanlage als Kernabschnitt eines Stickstofferzeugungssystems erfordert für den Normalbetrieb die folgenden Spezifikationen für die Luftqualität am vorderen -Ende:

• Druckluftölgehalt: Kleiner oder gleich 0,01 mg/m³ (Klasse 1)
• Feste Partikel: Kleiner oder gleich 0,01 μm, Konzentration Kleiner oder gleich 0,1 mg/m³ (Klasse 1)
• Einlasstemperatur: Weniger als oder gleich 40 Grad (am Auslass des Kühltrockners)
• Druckschwankung: Sollwert ±0,03 MPa

Wenn die oben genannten Vorbehandlungsbedingungen nicht eingehalten werden, kann es zu einem irreversiblen Verlust der Adsorptionskapazität aufgrund einer Kontamination mit Ölaerosolen oder einer Partikelpulverisierung durch eindringendes flüssiges Wasser kommen, was wiederum die Reinheit des Produkts und die Fließstabilität beeinträchtigt.

Überlegungen zur Größe

Reinheit, Durchflussrate und Druck hängen voneinander ab. Die Dimensionierung sollte auf den Randbedingungen „minimal erforderliche Reinheit + maximaler Momentandurchfluss“ und nicht auf Durchschnittswerten basieren. Für Downstream-Anwendungen mit zyklischen Bedarfsschwankungen wird ein Stickstoffpuffertank (typischerweise das 0,5- bis 2-fache der Minutendurchflusskapazität) empfohlen, um Reinheitsdrift durch häufige Lastschwankungen an den Adsorbern zu verhindern.

Wenn ein vorhandenes Druckluftverteilungssystem verfügbar ist, sollte die verbleibende Luftkapazität anhand der PSA-Luftverbrauchsanforderung überprüft werden. Falls nicht vorgesehen, muss die Auswahl des Luftkompressors in den Gesamtsystemplan einbezogen werden.

Gerätekonfiguration

Die Standardkonfiguration ist eine auf einem Rahmen montierte Baugruppe mit Adsorberbehältern, Puffertank, Ventilverteiler und elektrischem Schaltschrank, die für den Transport und die Installation vor Ort auf einem einzigen Stahlgrundrahmen integriert sind. Für Projekte mit hohem -Durchfluss oder beengten Platzverhältnissen- kann eine geteilte Anordnung (Adsorberbehälter und Puffertank separat installiert) oder eine zweireihige parallele Konfiguration verwendet werden, um die Höhe der einzelnen Behälter zu reduzieren.

Die Druckwechseladsorptions-Stickstoffeinheit kann mit einem Online-Stickstoffreinheitsanalysator (paramagnetisch oder Zirkonoxidtyp) und einem Taupunkttransmitter zur kontinuierlichen Überwachung der Produktgasqualität ausgestattet werden, mit Verriegelungssteuerung für Ventilzyklen oder Reinheitsalarmauslösung.

Shenger Gas Equipment bietet technische Dokumentation, die auf bewährten Projekterfolgsaufzeichnungen basiert und das gesamte Durchfluss- und Reinheitsspektrum abdeckt. Interne-Simulationstools und algorithmische Routinen unterstützen nicht-standardmäßige Designkonfigurationen. Jedes System wird vor dem Versand kontinuierlichen Betriebstests unterzogen, wobei vollständige Inspektionsprotokolle aufbewahrt werden. Für spezifische Standortbedingungen können technische Datenblätter, Schätzungen des Energieverbrauchs und P&ID-Zeichnungen nach Bereitstellung der Projektbasisparameter bereitgestellt werden.

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