Pri priemyselnej výrobe kyslíka sú PSA a VPSA dve hlavné{0}}technológie na mieste. Obidve používajú zeolitové sitá na adsorpciu dusíka, ale výrazne sa líšia v dizajne cyklu, spotrebe energie a ideálnych aplikáciách. Pre stredne-až{4}}veľké elektrárne, ktoré spotrebujú 50 – 200 ton kyslíka denne, môže nesprávna voľba stáť viac energie viac ako 100 000 USD ročne. Počas našej projektovej práce v spoločnosti Shenger Gas sme videli, že veľa kupujúcich sa zameriava na cenu vopred a ignoruje celoživotné prevádzkové náklady. Toto porovnanie zahŕňa päť kľúčových oblastí-typ cyklu, energetickú účinnosť, výťažok kyslíka, investičné náklady a údržbu{12}}, aby ste si mohli vybrať s istotou.
PSA & VPSA: Procesný tok a kľúčové vybavenie
PSA používa dve adsorpčné lôžka v striedavých cykloch. Zatiaľ čo jedno lôžko sa adsorbuje pri 0,4–0,7 MPa, druhé sa regeneruje pri atmosférickom tlaku. Kyslík sa odoberá z hornej časti aktívneho lôžka. Spotrebované lôžko sa prečistí odvetrávaním, čím sa umožní uvoľnenie dusíka. Systém je jednoduchý-hlavne adsorbéry, pneumatické ventily a vzduchový kompresor.
VPSA pridáva do kroku regenerácie vákuovú pumpu, čím sa lôžko stiahne na -0,05 až -0,07 MPa (gauge). To vedie k hlbšej desorpcii dusíka a umožňuje pokles prevádzkového tlaku na 0,3–0,5 MPa, čím sa zníži potreba kompresie privádzaného vzduchu. Kompromis: extra vákuové pumpy a zložitejšie ovládanie ventilov.
Referenčné hodnoty regenerácie kyslíka a spotreby energie
Rýchlosť regenerácie kyslíka priamo odráža, ako efektívne sa využíva lôžko molekulového sita. Systémy PSA, obmedzené neúplnou atmosférickou desorpciou, zvyčajne dosahujú miery regenerácie medzi 35 % a 45 %, pretože zvyškový dusík zaberá aktívne adsorpčné miesta. VPSA prostredníctvom vákuovej-asistovanej regenerácie obnovuje 55 % až 70 % privádzaného kyslíka, čo tiež znamená, že na rovnaký výkon je potrebné menšie množstvo sitového materiálu a rozmery adsorbéra je možné primerane zmenšiť.
Rozdiely v spotrebe energie sa jasne prejavia na účtoch za energie. Jednotky PSA vo všeobecnosti spotrebujú 0,38–0,45 kWh na Nm³ ekvivalentu čistého kyslíka, zatiaľ čo VPSA môže dosiahnuť až 0,28–0,35 kWh/Nm³. Predstavte si kyslíkovú elektráreň s výkonom 100-ton-za-deň (približne 2 800 Nm³/h). Systém VPSA by v porovnaní s PSA ušetril zhruba 150 – 250 kWh za hodinu. Pri priemyselnej sadzbe za elektrickú energiu 0,10 USD za kWh to predstavuje 120 000 – 200 000 USD ročne (na základe 8 000 prevádzkových hodín) – čo je marža dostatočne veľká na to, aby kompenzovala vyššie počiatočné investície do zariadení VPSA.
Úvahy o kapitálových výdavkoch a stope
Z hľadiska obstarávania majú systémy PSA jasnú cenovú výhodu: žiadne vákuové čerpadlá, menšie veľkosti ventilov a jednoduchšia logika ovládania vedú k celkovým cenám zariadení zvyčajne o 20 až 35 % nižším ako VPSA pre ekvivalentné špecifikácie. Pre malé-aplikácie, ktoré spotrebujú menej ako 200 Nm³/h, alebo pre prerušované operácie s menej ako 3 000 hodinami ročne, PSA často predstavuje lepšiu celkovú hospodárnosť.
VPSA vyžaduje vyššiu počiatočnú investíciu, ktorá je spôsobená predovšetkým súpravami vákuových čerpadiel a adsorpčnými nádobami s väčším-priemerom. Zlepšená regenerácia kyslíka sa však premieta do 20 % až 30 % zníženia stlačenia privádzaného vzduchu, čo čiastočne kompenzuje spotrebu energie vákuových čerpadiel. Pokiaľ ide o stopu závodu, adsorbéry VPSA sú asi o 15 % až 25 % menšie ako náprotivky PSA pri rovnakej kapacite, aj keď pridané vákuové čerpadlá a vyrovnávacie nádrže zvyčajne spôsobujú, že celková stopa systému je o niečo väčšia ako u ekvivalentného závodu PSA.
Zložitosť a spoľahlivosť údržby
Generátory PSA sa vyznačujú jednoduchým dizajnom s menším počtom pneumatických ventilov (zvyčajne 8–12) a strediskami bežnej údržby na výmenu filtrov a kontroly tesnení ventilov. Atmosférická desorpcia eliminuje rotujúce vákuové zariadenia, čím sa znižujú problémy súvisiace s vibráciami-a riadenie mazania. To sa premieta do nižších požiadaviek na zručnosti personálu údržby a menších zásob náhradných dielov.
VPSA predstavuje súpravy vákuových čerpadiel, ktoré zahŕňajú dodatočnú údržbu: ložiská, tesnenia, chladiace systémy a častejšie monitorovanie stavu. Počet ventilov zvyčajne dosahuje 14–20 a riadiace sekvencie sú sofistikovanejšie. Moderné konštrukcie VPSA však čoraz viac využívajú redundantné rotačné-lalokové vývevy s online monitorovaním vibrácií a skutočná miera zlyhania v teréne výrazne klesla. Rozhodujúcim faktorom často býva miestna popredajná-podpora dodávateľa{7}}, čo je kritérium, ktoré by malo mať váhu počas procesu výberu.
Rozhodovacia matica: Od požiadaviek na čistotu k úsporám z rozsahu
Pri hodnotení projektu odporúčame preveriť technické možnosti v nasledujúcom poradí:
- Čistota kyslíka: PSA aj VPSA spoľahlivo produkujú 90 % – 95 % kyslíka. Ak čistota presiahne 95 %, malo by sa zvážiť dodatočné{4}}prečistenie alebo separácia kryogénneho vzduchu.
- Rozsah kapacity: Pod 300 Nm³/h sa zvyčajne uprednostňuje PSA; medzi 300 a 800 Nm³/h je potrebné podrobné ekonomické posúdenie zohľadňujúce miestne náklady na elektrickú energiu a ročnú dobu prevádzky; nad 800 Nm³/h energetická výhoda VPSA zvyčajne vyrovná investičnú medzeru v rámci krátkej doby návratnosti.
- Ročné prevádzkové hodiny: Za menej ako 4 000 hodín ročne ponúka PSA nižšie celkové náklady; nad 6 000 hodín ročne, VPSA takmer vždy vyhráva.
- Služby na mieste: VPSA vyžaduje stabilnejší prívod chladiacej vody (na chladenie vákuovou pumpou) a správnu izoláciu základov na zvládnutie vibrácií.
Priemyselné trendy a vylepšenia procesov
Nové materiály sita stierajú starú líniu PSA-VPSA. Vysoko-lítium zeolity teraz adsorbujú približne o 30 % viac dusíka ako štandardné druhy, čo pomáha PSA dosiahnuť 50 % regeneráciu kyslíka aj bez hlbokého vákua. Na strane VPSA vákuové pohony s premenlivou rýchlosťou-umožňujú jednotkám upravovať ťah v reálnom čase, čím sa znižuje výkon pri čiastočnom zaťažení.
Pre existujúcich používateľov PSA je pridanie podtlakového zosilňovača možné-ale iba v prípade, že to nádoba zvládne a ventily reagujú dostatočne rýchlo. Toto funguje najlepšie, keď pôvodný dizajn ponecháva priestor na vylepšenia. Staršie systémy bez tejto rezervy vyžadujú dôkladnú kontrolu-špecifickú pre danú lokalitu.
PSA a VPSA nie sú súpermi{0}}vyhovujú im rôzne rozsahy kapacity a pracovné cykly. Na začiatku prác na uskutočniteľnosti trvajte na overených údajoch o spotrebe energie z nezávislých testov a náklady na energiu urobte ako kľúčový faktor ponuky. Spoločnosť Shenger Gas ponúka dva vlastné simulačné prehľady založené na vašej krivke dopytu, príkonu a limitoch lokality-, aby ste mohli porovnávať jablká s jablkami. V konečnom dôsledku-na mieste je kyslík energetickou hrou. Správna zhoda pre váš skutočný profil zaťaženia vždy prekoná nízku nákupnú cenu.
