Trong lĩnh vực tách khí công nghiệp, thiết bị tạo oxy Hấp phụ dao động áp suất (PSA) đang dần trở thành giải pháp cốt lõi cho các công ty sản xuất muốn tự sản xuất oxy tại chỗ. So với các bể chứa oxy lỏng hoặc phương pháp cung cấp xi lanh truyền thống, công nghệ PSA mang lại một số lợi thế thực tế: tạo ra oxy khi cần thiết, chi phí vận hành thấp hơn và bảo trì tương đối đơn giản. Đối với các công ty tập trung vào thiết bị tách khí, Shenger Gas đã nghiên cứu lộ trình kỹ thuật PSA trong nhiều năm, cung cấp hệ thống oxy thích ứng cho các ngành công nghiệp khác nhau. Bài viết này giải thích các nguyên tắc cơ bản của PSA và xem xét các ứng dụng thực tế của nó cũng như những cân nhắc lựa chọn chính trong sản xuất hiện đại.
Cách thức hoạt động của quá trình tạo oxy PSA
Quá trình tạo oxy PSA dựa vào rây phân tử zeolit hấp thụ nitơ dưới áp suất cao và giải hấp (tái tạo) nó dưới áp suất thấp. Không khí xung quanh được nén và dẫn vào tháp hấp phụ. Nitơ được sàng thu giữ và oxy đi qua dưới dạng khí sản phẩm. Khi sàng bão hòa, hệ thống chuyển sang tháp thứ hai để tái sinh trong khi tháp thứ nhất giải phóng nitơ thu được. Hai tòa tháp xen kẽ nhau để cung cấp oxy liên tục.
Không có phản ứng hóa học hoặc thay đổi pha xảy ra trong quá trình này. Tiêu thụ năng lượng chính đến từ máy nén khí. Để tạo ra oxy ở quy mô nhỏ đến trung bình-, PSA mang lại những lợi thế rõ ràng về hiệu quả.
Các ứng dụng PSA điển hình trong sản xuất
1. Gia công kim loại và xử lý nhiệt
Trong quá trình cắt, hàn bằng laze và làm thẳng ngọn lửa, oxy-cấp công nghiệp (độ tinh khiết 90%–95%) có thể được sử dụng làm khí phụ trợ để cải thiện hiệu quả xử lý. Hệ thống PSA có thể tạo ra oxy với độ tinh khiết 93% ± 3% và kết nối trực tiếp với đường ống khí đốt của xưởng. So với bình oxy lỏng, việc tạo-tại chỗ sẽ tránh được tổn thất do bay hơi do bảo quản ở nhiệt độ-thấp và chi phí hậu cần khi vận chuyển bằng tàu chở dầu thông thường. Điều này đặc biệt phù hợp với các nhà sản xuất tiêu thụ từ 30 đến 300 tấn oxy mỗi tháng.
2. Sản xuất thủy tinh và gốm sứ
Lò nấu chảy thủy tinh sử dụng quá trình đốt cháy giàu oxy-thường làm tăng nồng độ oxy trong không khí đốt lên 24%–30%. Thiết bị PSA có thể cung cấp lượng không khí được làm giàu này một cách ổn định, giảm thất thoát nhiệt qua khí thải và giảm lượng khí thải oxit nitơ. Ứng dụng này không yêu cầu độ tinh khiết cao (28%–35% thường là đủ). Hệ thống PSA hoạt động với hiệu quả tốt nhất trong những điều kiện này, với thời gian hoàn vốn thường từ 12 đến 18 tháng.
3. Xử lý nước thải và bảo vệ môi trường
Máy tạo ôzôn yêu cầu oxy có độ tinh khiết-cao (trên 90%) làm khí cấp để tối đa hóa sản lượng ôzôn. Khi một nhà máy xử lý nước thải đô thị hoặc công nghiệp lắp đặt hệ thống oxy PSA, nó sẽ tránh được quy trình phê duyệt an toàn cần thiết cho bể chứa oxy lỏng và loại bỏ sự gián đoạn nguồn cung cấp do hạn chế vận chuyển đường bộ. Đối với các cơ sở ở những địa điểm xa xôi hoặc những khu vực có dịch vụ hậu cần giao hàng không đáng tin cậy,-việc tạo oxy tại chỗ mang lại lợi thế đáng kể về độ tin cậy.
4. Tẩy trắng bột giấy và oxy hóa hóa học
Các quy trình như tẩy trắng bằng hydro peroxide trong sản xuất bột giấy và oxy hóa các chất trung gian hóa học có những yêu cầu nhất định về áp suất oxy và độ ổn định dòng chảy. Hệ thống PSA có thể được thiết kế theo kiểu bố trí "thế hệ – bể đệm – bộ van điều khiển áp suất” tiêu chuẩn, cung cấp oxy ở áp suất quy định 0,1–0,6 MPa. Hệ thống cũng khởi động nhanh chóng – thường đạt độ tinh khiết oxy chấp nhận được trong vòng 5 đến 10 phút kể từ khi khởi động nguội – khiến hệ thống này phù hợp với lịch trình sản xuất không liên tục.
So sánh chi phí với nguồn cung cấp oxy lỏng
Xem xét tổng chi phí vòng đời, việc tạo oxy PSA có mức đầu tư ban đầu cao hơn hệ thống bình oxy lỏng (chủ yếu là do máy nén khí, tháp hấp phụ, hệ thống điều khiển và sửa đổi đường ống). Tuy nhiên, sau hai năm hoạt động, chi phí tích lũy của PSA nhìn chung thấp hơn chi phí mua oxy lỏng. Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến quyết định:
- Thang nhu cầu oxy: Đối với nhu cầu nhỏ dưới 50 Nm³/h, oxy lỏng có thể tiết kiệm hơn. Đối với dòng chảy lớn trên 200 Nm³/h, PSA rõ ràng là có lợi.
- Giá điện so với giá oxy lỏng: PSA trở nên hấp dẫn hơn khi giá cung cấp oxy lỏng vượt quá 0,8 RMB/Nm³ và giá điện công nghiệp dưới 0,7 RMB/kWh.
- Yêu cầu về độ ổn định của nguồn cung cấp: Việc nạp oxy lỏng tùy thuộc vào điều kiện thời tiết, giao thông và các yếu tố bên ngoài khác. PSA hoạt động độc lập mà không có rủi ro về chuỗi cung ứng.
Khuyến nghị thực tế: cung cấp dữ liệu sử dụng oxy trong 6 đến 12 tháng (bao gồm biến động hàng giờ, tổng số hàng ngày và tổng hợp hàng tháng) và yêu cầu nhà cung cấp kỹ thuật chuẩn bị phân tích kinh tế trước khi đưa ra quyết định.
Điểm thực tế cho việc lựa chọn thiết bị
1. Tránh-Chỉ định quá mức độ tinh khiết
Trong sản xuất, việc mù quáng theo đuổi độ tinh khiết trên 99,5% thường gây lãng phí năng lượng. Cắt laser hoạt động tốt với độ tinh khiết 90%–93%. Quá trình đốt cháy được làm giàu oxy cần tối đa 30%. Chỉ các ứng dụng y tế hoặc khí cấp cho máy tạo ozone mới yêu cầu độ tinh khiết trên 90%. Khi bạn xác định được độ tinh khiết tối thiểu mà quy trình của bạn thực sự cần, bạn có thể giảm tỷ suất lợi nhuận thiết kế để kiểm soát chi phí vốn.
2. Chú ý kiểm soát điểm sương
Oxy do hệ thống PSA tạo ra thường có điểm sương trong khoảng từ -40 độ đến -60 độ . Tuy nhiên, nếu thiết bị sấy sau xử lý có kích thước nhỏ hoặc cấu hình kém, hiện tượng ngưng tụ có thể hình thành trong môi trường ẩm ướt và ăn mòn đường ống thép cacbon ở hạ lưu. Chúng tôi khuyên bạn nên lắp đặt bộ lọc chính xác và thiết bị theo dõi điểm sương sau bể đệm – đặc biệt khi lắp đặt ở những vùng có độ ẩm cao hoặc mùa mưa.
3. Quản lý tuổi thọ chất hấp phụ
Sàng phân tử Zeolite có tuổi thọ lý thuyết từ 8 đến 10 năm. Tuy nhiên, nếu không khí vào chứa quá nhiều dầu (cần có bộ lọc loại bỏ dầu, với hàm lượng dầu được giữ dưới 0,01 mg/m³) hoặc nếu hệ thống thường xuyên gặp phải sự thay đổi áp suất lớn thì tuổi thọ thực tế có thể rút ngắn xuống còn 3 đến 5 năm. Trong hoạt động hàng ngày, ghi lại áp suất vận hành, độ tinh khiết oxy của sản phẩm và chênh lệch áp suất của bộ lọc. Việc lập biểu đồ các xu hướng này theo thời gian giúp dự đoán khi nào cần thay thế.
Hoạt động sản xuất ngày nay phải đối mặt với áp lực kép: chi phí năng lượng tăng cao và các quy định về môi trường chặt chẽ hơn. Công nghệ tạo oxy PSA phù hợp với một số hướng cải tiến – sản xuất theo yêu cầu, giảm hậu cần vận chuyển và giảm lượng khí thải đốt cháy. Bản thân thiết bị cũng đang phát triển. Hệ thống điều khiển thông minh hiện nay cho phép giám sát từ xa độ tinh khiết và dòng chảy. Thiết kế mô-đun giúp có thể bổ sung thêm các tháp hấp phụ khi năng lực sản xuất mở rộng. Đối với phạm vi nhu cầu oxy trung bình từ 200 đến 2.000 Nm³/h, PSA có thể sẽ trở thành lựa chọn chủ đạo so với các phương pháp cung cấp oxy truyền thống.
Shenger Gas tiếp tục nỗ lực cải tiến quy trình cơ bản trong lĩnh vực này, cung cấp hỗ trợ từ đánh giá tình trạng địa điểm đến tích hợp toàn bộ hệ thống cho khách hàng trong gia công, kỹ thuật môi trường, sản xuất thủy tinh và các ngành công nghiệp khác. Vì các điều kiện của quy trình thay đổi đáng kể từ ứng dụng này sang ứng dụng khác nên chúng tôi khuyên bạn nên chạy các phép đo tải thực tế ít nhất một tuần trước khi thực hiện dự án. Dựa trên mức sử dụng đo được của bạn, giá điện tại địa phương và chi phí nhân công, đội ngũ kỹ thuật sau đó có thể chuẩn bị giải pháp cung cấp oxy được tùy chỉnh phù hợp.
