Principes en kenmerken van stikstofgeneratoren

A stikstof generatoris een apparaat dat lucht als grondstof gebruikt en zuurstof en stikstof scheidt via fysieke methoden om stikstofgas te verkrijgen. Volgens verschillende scheidingsmethoden kunnen industriële stikstofgeneratoren worden ingedeeld in drie typen: cryogene luchtscheiding, moleculaire zeefluchtscheiding (PSA) en membraanluchtscheiding.

De stikstofgenerator is ontworpen en vervaardigd op basis van Pressure Swing Adsorption (PSA)-technologie. Het maakt gebruik van hoogwaardige geïmporteerde Carbon Molecular Sieve (CMS) als adsorbens en gebruikt het principe van drukwisseladsorptie bij normale temperatuur om stikstof van zuurstof in de lucht te scheiden, waardoor zeer zuivere stikstof wordt geproduceerd. Meestal worden twee adsorptietorens parallel geschakeld. De pneumatische kleppen worden bestuurd door een geïmporteerd PLC-systeem en werken automatisch om afwisselend onder druk staande adsorptie en drukverlagingsregeneratie uit te voeren, waardoor de zuurstof-stikstofscheiding wordt voltooid en stikstof met de vereiste zuiverheid wordt verkregen.

Werkingsprincipe van stikstofgenerator

PSA Pressure Swing Adsorptie Stikstofgeneratieprincipe

Koolstof moleculaire zeef kan zowel zuurstof als stikstof in de lucht adsorberen. De adsorptiecapaciteit neemt toe bij toenemende druk. Onder dezelfde druk is er geen duidelijk verschil tussen het evenwichtsadsorptievermogen van zuurstof en stikstof. Daarom is het moeilijk om een ​​effectieve zuurstof-stikstofscheiding alleen door drukveranderingen te bereiken.

Door rekening te houden met het verschil in adsorptiesnelheid kunnen de adsorptie-eigenschappen van zuurstof en stikstof effectief worden onderscheiden. De moleculaire diameter van zuurstof is kleiner dan die van stikstof, dus de diffusiesnelheid is honderden keren sneller dan die van stikstof. Daarom absorbeert de koolstofmoleculaire zeef zuurstof veel sneller. Na ongeveer één minuut adsorptie kan meer dan 90% van de zuurstof worden geadsorbeerd, terwijl de adsorptiehoeveelheid van stikstof slechts ongeveer 5% bedraagt.

In dit stadium bestaat het geadsorbeerde gas voornamelijk uit zuurstof, terwijl het resterende gas voornamelijk uit stikstof bestaat. Door de adsorptietijd binnen één minuut te regelen, kunnen zuurstof en stikstof in eerste instantie worden gescheiden. Met andere woorden, adsorptie en desorptie worden bereikt door drukverschillen: adsorptie vindt plaats wanneer de druk toeneemt, en desorptie vindt plaats wanneer de druk afneemt.

De scheiding van zuurstof en stikstof hangt af van het verschil in adsorptiesnelheid tussen de twee gassen. Door de adsorptietijd te regelen, kan zuurstof voldoende worden geadsorbeerd terwijl stikstof onvoldoende tijd heeft om te worden geadsorbeerd, en vervolgens wordt het adsorptieproces gestopt om een ​​efficiënte stikstofproductie te bereiken.

Cryogene luchtscheiding Stikstofgeneratieprincipe

Cryogene stikstofproductie kan niet alleen stikstofgas produceren, maar ook vloeibare stikstof, waarmee wordt voldaan aan procesvereisten waarbij vloeibare stikstof vereist is. Vloeibare stikstof kan worden opgeslagen in een opslagtank voor vloeibare stikstof. Wanneer de stikstoftoevoer wordt onderbroken of de luchtscheidingseenheid onderhoud nodig heeft, komt de opgeslagen vloeibare stikstof de verdamper binnen, wordt verwarmd en vervolgens in de stikstofpijpleiding gevoerd om aan de stikstofbehoeften van de procesapparatuur te voldoen.

De bedrijfscyclus van het genereren van cryogene stikstof (het interval tussen twee grote opwarmingsoperaties) bedraagt ​​doorgaans meer dan een jaar. Daarom wordt back-upapparatuur meestal niet overwogen voor systemen voor het genereren van cryogene stikstof. PSA-stikstofgeneratoren kunnen echter alleen stikstofgas produceren zonder back-upopslagcapaciteit, en een enkele eenheid kan een continue werking op de lange termijn niet garanderen.

Membraan Luchtscheiding Stikstofgeneratieprincipe

Na te zijn gecomprimeerd en gefilterd door een luchtcompressor, komt de lucht in een membraanafscheider met een hoog polymeergehalte. Vanwege verschillen in oplosbaarheid en diffusiecoëfficiënten van verschillende gassen in het membraan, hebben verschillende gassen verschillende permeatiesnelheden.

Op basis van dit kenmerk kunnen gassen worden onderverdeeld in "snelle gassen" en "langzame gassen".

Onder het drukverschil tussen beide zijden van het membraan passeren gassen met snellere permeatiesnelheden, zoals waterdamp, waterstof, helium, waterstofsulfide en kooldioxide, het membraan en worden verrijkt aan de permeaatzijde.

Ondertussen worden gassen met lagere permeatiesnelheden, zoals methaan, stikstof, koolmonoxide en argon, vastgehouden en verrijkt aan de voedingszijde, waardoor scheiding van gemengde gassen wordt bereikt.

Kenmerken van stikstofgeneratorapparatuur

Handig en snel

Met geavanceerde technologie en een uniek luchtstroomdistributiesysteem is de gasstroomverdeling uniformer, waardoor een efficiënt gebruik van de koolstofmoleculaire zeef mogelijk is. Gekwalificeerde stikstof kan binnen ongeveer 20 minuten worden geproduceerd.

Eenvoudige bediening

De apparatuur heeft een compacte structuur en een geïntegreerd, op een skid gemonteerd ontwerp, waardoor minder installatieruimte en geen investeringen in civiele bouwwerkzaamheden nodig zijn. Met een lage initiële investering hoeven gebruikers alleen de stroomvoorziening ter plaatse aan te sluiten om de stikstofproductie te starten.

Economische werking

PSA-technologie is een eenvoudige en efficiënte methode voor het genereren van stikstof waarbij lucht als grondstof wordt gebruikt. Het energieverbruik is voornamelijk afkomstig van de elektriciteit die door de luchtcompressor wordt verbruikt. Het beschikt over lage bedrijfskosten, een laag energieverbruik en een hoog rendement.