PSA制氮裝置設備節能技術研究

隨著國民經濟高速的發展，PSA變壓吸附制氮技術在各領域的不斷成功應用，各行業對氮氣的需求呈不斷上升的趨勢，并對PSA技術提出了更高的要求。瑞氣推出了節能制氮機，相同配置參數下具有低能耗的特點，陜西成林機電制氮空分裝置歡迎新老客戶咨詢。

一、目前PSA（變壓吸附）制氮設備的現狀

眾所周知，目前PSA（變壓吸附）制氮設備的特性是：當實際產氣量小于設備的額定產氣量時，產品氣純度會上升。此時，設備的能耗是怎么變化的呢？以下先來討論這個問題：

PSA制氮設備的能耗部件有3個：空氣壓縮機、空氣凈化組件（冷干機或吸附干燥機）和控制系統；以純度99.9%的PSA制氮設備為例，3者之間能耗所占的比例約為180：6：1，空氣壓縮機占總能耗的96%，所以，我們探討能耗，可直接分析壓縮空氣的消耗。

PSA制氮設備消耗壓縮空氣的部件是氧氮分離裝置，也是PSA制氮設備的核心部分；氧氮分離裝置是通過兩只裝有吸附劑（分子篩）的吸附塔不停的循環工作來實現連續產氣的：當一只吸附塔在升高壓力吸氧產氮時，同時另一只吸附塔在放空降壓脫氧再生（并用少量成品氮氣吹掃），通常情況下60秒切換一次，每個塔各完成一次吸氧產氮和脫氧再生稱之為一個吸附周期，如此交替循環工作，不斷產出氮氣。由此可以看出進入設備的壓縮空氣共通過四路排出設備：

1、產品氮氣，通過用戶用氣管路連續排出；

2、吸附劑再生時的吹掃氣（通常為額定產品氣的15%），通過設備消聲器連續排出；

3、富氧廢氣，一個吸附周期通過設備消聲器間斷放空兩次（以99.9%氮氣為例，通常消耗70%的壓縮空氣）。

4、儀表氣，通常有自動控制的氣動閥，電磁閥的驅動氣、分析儀表采集的樣氣等等，而這些壓縮氣占整個PSA制氮設備系統消耗氣量的很小一部分，大概在0.1%左右，所以，在此不考慮。

用以上分析為基礎，當實際用氣量下降為PSA制氮設備額定產氣量的“x%”時，對耗氣量“Q耗”的變化情況做以下分析：由于吸附周期沒有改變，所以富氧廢氣的放空總量沒有變化（仍占70%的壓縮空氣）；同樣，吹掃氣總量也沒有變化（具體原理下有解析），計算出“x%”與耗氣量“Q耗”的關系：

Q耗=Q額（0.85+0.3x%）/1.15

注：Q額為設備在額定產氣量時的耗氣量

舉例說明：純度為99.9%，產氣量為100m3/h的PSA制氮設備，額定耗氣量為383m3/h，當實際用氣量為50m3/h時，設備的耗氣量為：Q耗=383×87%=333m3/h

從以上計算結果可觀察出：當實際用氣量為額定氣量的50%時，設備的耗氣量為額定氣量時的87%。PSA制氮設備在負荷變化的情況下，能耗的變化很不理想！但是大多數用戶的用氣工藝要求中，存在用氮高峰時段和低峰時段或者是間歇性用氮。而在使用過程中的低峰時段或間歇用氮時，產品氮氣純度上升，能耗下降不理想，甚至在某些特定的用氣工藝下，氮氣純度的上升反而會不利于正常生產，這樣就直接導致能源浪費和生產質量下降！

經過以上敘述，目前PSA制氮設備從能耗和負荷的角度看，有3個需要改進的問題：

1、當產氣量減小時，設備的回收率（或者稱“空氮比”）明顯降低，導致能源的大量浪費，不具備隨產氮負荷變化而降低能耗的能力（簡稱“負荷適應功能”）；

2、當產氣量減小或波動時，會使產品氣純度上升或不穩定，影響產品氣質量；

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