Typpigeneraattoreiden periaatteet ja ominaisuudet

A typen generaattorion laite, joka käyttää raaka-aineena ilmaa ja erottaa hapen ja typen fysikaalisilla menetelmillä typpikaasun saamiseksi. Eri erotusmenetelmien mukaan teolliset typpigeneraattorit voidaan luokitella kolmeen tyyppiin: kryogeeninen ilmanerotus, molekyyliseulailmaerotus (PSA) ja kalvoilmaerotus.

Typpigeneraattori on suunniteltu ja valmistettu PSA (Pressure Swing Adsorption) -teknologian pohjalta. Se käyttää adsorbenttina korkealaatuista tuotua hiilimolekyyliseulaa (CMS) ja käyttää paineenvaihteluadsorption periaatetta normaalissa lämpötilassa typen erottamiseksi ilman hapesta, jolloin syntyy erittäin puhdasta typpeä. Yleensä kaksi adsorptiotornia on kytketty rinnakkain. Tuodun PLC-järjestelmän ohjaamana pneumaattiset venttiilit toimivat automaattisesti ja suorittavat vuorotellen paineistuksen adsorption ja paineenalennusregeneroinnin, jolloin happi-typpierotus saadaan päätökseen ja typpi saadaan vaaditulla puhtaudella.

Typpigeneraattorin toimintaperiaate

PSA:n paineenvaihteluadsorption typenmuodostusperiaate

Hiilimolekyyliseula voi adsorboida sekä happea että typpeä ilmassa. Sen adsorptiokyky kasvaa paineen kasvaessa. Samassa paineessa ei ole selvää eroa hapen ja typen tasapainoadsorptiokyvyn välillä. Siksi tehokasta happi-typpierotusta on vaikea saavuttaa vain paineen muutoksilla.

Ottaen huomioon adsorptionopeuseron hapen ja typen adsorptio-ominaisuudet voidaan erottaa tehokkaasti. Hapen molekyylihalkaisija on pienempi kuin typen, joten sen diffuusionopeus on satoja kertoja nopeampi kuin typen. Siksi hiilimolekyyliseula adsorboi happea paljon nopeammin. Noin minuutin adsorption jälkeen yli 90 % hapesta voi adsorboitua, kun taas typen adsorptiomäärä on vain noin 5 %.

Tässä vaiheessa adsorboitunut kaasu on pääasiassa happea, kun taas jäljelle jäävä kaasu on pääasiassa typpeä. Säätämällä adsorptioaikaa minuutin sisällä happi ja typpi voidaan aluksi erottaa. Toisin sanoen adsorptio ja desorptio saavutetaan paine-erojen kautta: adsorptio tapahtuu paineen noustessa ja desorptio tapahtuu paineen laskeessa.

Hapen ja typen erottuminen riippuu näiden kahden kaasun adsorptionopeuden erosta. Adsorptioaikaa säätämällä happi voidaan adsorboida riittävästi, kun typellä ei ole riittävästi aikaa adsorboitua, ja sitten adsorptioprosessi pysäytetään tehokkaan typen tuotannon saavuttamiseksi.

Kryogeenisen ilmanerotuksen typentuotantoperiaate

Kryogeeninen typentuotanto voi tuottaa typpikaasun lisäksi myös nestemäistä typpeä, mikä täyttää prosessivaatimukset, joissa tarvitaan nestemäistä typpeä. Nestemäistä typpeä voidaan varastoida nestemäisen typen varastosäiliössä. Kun typen syöttö keskeytyy tai ilmanerotusyksikkö vaatii huoltoa, varastoitu nestemäinen typpi tulee höyrystimeen, lämmitetään ja syötetään sitten typpiputkistoon prosessilaitteiston typpivaatimusten täyttämiseksi.

Kryogeenisen typen tuotannon toimintajakso (kahden suuren lämmitysoperaation välinen aika) on yleensä yli vuoden. Siksi varalaitteita ei yleensä harkita kryogeenisten typentuotantojärjestelmien yhteydessä. PSA-typpigeneraattorit voivat kuitenkin tuottaa typpikaasua vain ilman varavarastoa, eikä yksi yksikkö voi taata jatkuvaa pitkäaikaista toimintaa.

Kalvo-ilmaerotuksen typentuotantoperiaate

Kun ilma on puristettu ja suodatettu ilmakompressorilla, ilma menee korkeapolymeerikalvoerottimeen. Eri kaasujen liukoisuus- ja diffuusiokertoimien erojen vuoksi kalvossa eri kaasuilla on erilaiset läpäisynopeudet.

Tämän ominaisuuden perusteella kaasut voidaan jakaa "nopeisiin kaasuihin" ja "hitaisiin kaasuihin".

Kalvon molempien puolien välisen paine-eron alaisena kaasut, joilla on nopeampi läpäisynopeus, kuten vesihöyry, vety, helium, rikkivety ja hiilidioksidi, kulkevat kalvon läpi ja rikastuvat permeaattipuolella.

Samaan aikaan kaasut, joiden läpäisynopeus on hitaampi, kuten metaani, typpi, hiilimonoksidi ja argon, pidätetään ja rikastetaan syöttöpuolella, jolloin saavutetaan sekakaasujen erottelu.

Typpigeneraattorilaitteiden ominaisuudet

Kätevä ja nopea

Edistyksellisen tekniikan ja ainutlaatuisen ilmavirran jakelujärjestelmän ansiosta kaasuvirtauksen jakautuminen on tasaisempaa, mikä mahdollistaa hiilimolekyyliseulan tehokkaan hyödyntämisen. Hyväksyttyä typpeä voidaan tuottaa noin 20 minuutissa.

Helppo käyttö

Laitteessa on kompakti rakenne ja integroitu jalustalle asennettu rakenne, mikä vaatii vähemmän asennustilaa eikä rakennusinvestointeja. Pienellä alkuinvestoinnilla käyttäjien tarvitsee vain kytkeä virtalähde paikan päällä typen tuotannon aloittamiseksi.

Taloudellinen toiminta

PSA-teknologia on yksinkertainen ja tehokas typentuotantomenetelmä, joka käyttää raaka-aineena ilmaa. Sen energiankulutus tulee pääasiassa ilmakompressorin kuluttamasta sähköstä. Siinä on alhaiset käyttökustannukset, alhainen energiankulutus ja korkea hyötysuhde.