ข่าวผลิตภัณฑ์

เครื่องกำเนิดก๊าซไนโตรเจนทำงานอย่างไร? – PSA กับเมมเบรนเทียบกับการแช่แข็ง

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแตกต่างกันไปตามประเภท. และระบบการสร้าง n2 มีสามประเภทหลัก. อย่างแรกคือเครื่องกำเนิดไนโตรเจน PSA. ใช้หลักการดูดซับแรงเหวี่ยง. นี่เป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุด. อย่างที่สองคือเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบเมมเบรน. ใช้หลักการซึมผ่านของเมมเบรนระดับโมเลกุล. อย่างที่สามคือเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแช่แข็ง. ใช้หลักการทำความเย็นและการแยกด้วยความเย็นด้วยความเย็น. สามารถผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ ≧99.999%.

เครื่องกำเนิดไฟฟ้า n2 ทั้งสามประเภทนี้ทำงานอย่างไร? ข้อดีและข้อเสียของแต่ละอันคืออะไร? ต่อไปเราจะแนะนำหลักการทำงานตามลำดับ. เราจะเปรียบเทียบระบบสร้างไนโตรเจนทั้งสามประเภทนี้ด้วย.

 

psa n2 generator system

 

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไนโตรเจน PSA

ใช้โหมดการดูดซับแบบหอคอยคู่. และตัวดูดซับคือตะแกรงโมเลกุลคาร์บอน. PLC ควบคุมวาล์วนิวแมติกเพื่อให้ทำงานอัตโนมัติ. อาคาร A และ B สลับกันเพื่อการดูดซับและการงอกใหม่. แยก N2 และ O2 ให้สมบูรณ์. ในที่สุดก็ได้ก๊าซไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง.

 

carbon molecular sieve of industrial nitrogen generator

 

(1) เครื่องกำเนิดก๊าซ PSA n2 ทำงานอย่างไร?

ตะแกรงโมเลกุลคาร์บอนสามารถดูดซับออกซิเจนและไนโตรเจนในอากาศได้. แต่ความเร็วในการดูดซับไม่เท่ากัน. เส้นผ่านศูนย์กลาง O2 เล็กกว่าเส้นผ่านศูนย์กลาง N2. ดังนั้น, ออกซิเจนแพร่กระจายได้เร็วกว่าไนโตรเจนหลายร้อยเท่า. ตะแกรงโมเลกุลดูดซับ O2 ได้เร็วขึ้น. การดูดซับถึงมากกว่า 90% ในเกี่ยวกับ 1 นาที. ณ ขณะนี้, ปริมาณการดูดซับไนโตรเจนมีเพียงประมาณเท่านั้น 5%. ดังนั้นการดูดซับส่วนใหญ่จึงเป็น O2. ที่เหลือส่วนใหญ่เป็นแก๊ส N2.

ความดันการดูดซับที่เพิ่มขึ้นสามารถเพิ่มความสามารถในการดูดซับของ O2 และ N2 ในเวลาเดียวกัน. นอกจาก, อัตราการเพิ่มขึ้นของการดูดซับ O2 จะมีมากขึ้น. วงจรการดูดซับแบบสวิงแรงดันนั้นสั้น. ปริมาณการดูดซับของ O2 และ N2 อยู่ไกลจากความสมดุล (ค่าสูงสุด). นอกจากนี้, อัตราการแพร่กระจายของ O2 และ N2 มีความแตกต่างกัน. ดังนั้น, ทำให้ปริมาณการดูดซับของ O2 เกินกว่า N2 อย่างมากในช่วงเวลาสั้น ๆ.
ตะแกรงโมเลกุลคาร์บอนมีคุณสมบัติการดูดซับแบบเลือกสรร. การสร้างไนโตรเจนดูดซับแบบแกว่งด้วยแรงดันใช้คุณลักษณะนี้ทุกประการ. ใช้รอบระยะเวลาของการดูดซับแรงดันและการคลายการบีบอัด. อากาศอัดสลับกันเข้าสู่หอดูดซับ. สามารถแยกแยะอากาศได้. จึงผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงอย่างต่อเนื่อง.
psa nitrogen plant working principle

(2) ขั้นตอนการทำงานของระบบ N2 psa

1. ปรับสมดุลแรงดันระดับกลาง

หลังจาก 50 การทำงานวินาทีของหอดูดซับ A, ตะแกรงโมเลกุลคาร์บอนมีแนวโน้มที่จะอิ่มตัว. แล้วมันก็จะเข้ามา 2 วินาทีขั้นตอนการปรับสมดุลความดันไม่เท่ากัน (วาล์ว V3, V4,V8 ถูกปิด). มีไนโตรเจนกึ่งสำเร็จรูปแรงดันสูงในหอดูดซับ A. ก๊าซ N2 เหล่านี้จะเข้าสู่หอดูดซับ B ผ่านทางวาล์ว V7 และ V10. ทำให้หอคอยทั้งสองมีแรงดันเท่ากัน. หลังจากปรับความดันให้เท่ากันแล้ว, วาล์วปิดอยู่ทั้งหมด.

2 หอคอยทำการดูดซับ, ไม่ใช่ทาวเวอร์บี

วาล์วทางเข้าและทางออก V1 เปิด. (วาล์ว V1 และ V2, วาล์ว V6 และ V7 เปิดเพียงอันเดียวเมื่อใช้งาน. หรือปิดพร้อมกัน). อากาศอัดจะเข้าสู่หอดูดซับ A ผ่านทางท่อและเริ่มการดูดซับล่วงหน้า. เริ่มกระบวนการผลิตก๊าซไนโตรเจน. วาล์ว V6 เปิดเพื่อส่งไนโตรเจนที่เสร็จแล้วลงในถังเก็บ.

3 การดูดซับในทาวเวอร์ B, การดูดซับในทาวเวอร์ A

วาล์ว V2, V3 เปิด. จากนั้นอากาศอัดจะเข้าสู่หอดูดซับ B. งานดูดซับเริ่มต้นขึ้น. นอกจากนี้, วาล์ว V7, V9 เปิดดีเลย์นิดหน่อย. ป้อนก๊าซไนโตรเจนลงในถังเก็บ. ในเวลาเดียวกัน, วาล์ว V5 เปิด. ก๊าซไอเสียจากหอคอย A สู่ชั้นบรรยากาศ. นั่นคือ, ใช้ไนโตรเจนติดตามด้านบนของหอคอยเพื่อเป่าก๊าซคนจรจัด. กระบวนการนี้จะคงอยู่จนกว่าการดูดซับของทาวเวอร์ B จะเสร็จสิ้น. วาล์วทั้งหมดปิดอยู่เพื่อเข้าสู่สถานะปรับแรงดันให้เท่ากัน.

ข้างต้นคือหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดก๊าซไนโตรเจน.

 

V1 ●
V2 ●
V3 ● ● ●
V4 ● ● ●
V5 ● ● ● ●
V6 ● ● ● ●
V7 ●
V8 ●
V9 ● ●
V10 ● ●
เวลา 1 ที่สอง 1~51 วินาที 52 ที่สอง 53 ที่สอง 53~103 วินาที 104 ที่สอง
สถานะ การดูดซับทาวเวอร์ A, ทาวเวอร์ บี รีเจเนอเรชั่น การดูดซับทาวเวอร์ B, ทาวเวอร์ เอ รีเจนเนอเรชั่น

บันทึก: ● หมายความว่าวาล์วเปิด.

 

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดก๊าซไนโตรเจนแบบเมมเบรน

อัตราการซึมผ่านของก๊าซต่างๆ บนเมมเบรนโพลีเมอร์จะแตกต่างกันไป. เครื่องกำเนิดเมมเบรน n2 ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัตินี้เพื่อดำเนินการแยกก๊าซ. การแยกตัวเกิดขึ้นจากความแตกต่างของแรงดันบางส่วนระหว่างทั้งสองด้านของเมมเบรน. ดังนั้น, เทคโนโลยีเมมเบรนไม่จำเป็นต้องมีการฟื้นฟู. การใช้งานและการบำรุงรักษาก็ทำได้ง่ายเช่นกัน.

 

membrane nitrogen generator working principle

 

เครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบเมมเบรนทำงานอย่างไร?

มีเส้นใยกลวงหลายร้อยเส้นในเครื่องกำเนิด n2. แต่ละเส้นใยมีค่าน้อยกว่า 1 เส้นผ่านศูนย์กลาง มม. พวกมันบางพอๆ กับเส้นผมของมนุษย์. อากาศอัดจะเข้ามาจากปลายด้านหนึ่งของมัดไฟเบอร์. ขั้นแรกโมเลกุลของก๊าซจะถูกดูดซับบนพื้นผิวด้านข้างที่มีแรงดันสูงของเมมเบรน. จากนั้นพวกเขาก็ละลาย, แพร่กระจายและหลบหนี. ก๊าซแต่ละชนิดมีอัตราการซึมผ่านที่แตกต่างกัน. ตัวอย่างเช่น, อัตราการซึมผ่านของออกซิเจน, คาร์บอนไดออกไซด์, ไอน้ำเร็ว. เราเรียกพวกเขา “ก๊าซเร็ว”. พวกมันเจาะจากผนังไฟเบอร์ด้านในที่มีแรงดันสูงไปยังด้านนอกที่มีแรงดันต่ำกว่า. ในที่สุด, พวกมันจะถูกระบายออกจากช่องเปิดที่ด้านหนึ่งของโมดูลเมมเบรน.
อัตราการซึมผ่านของไนโตรเจนมีขนาดเล็กลง. เราเรียกมันว่า “ก๊าซช้า”. ไนโตรเจนอุดมไปด้วยความกดดันสูง. มันถูกปล่อยออกมาจากปลายอีกด้านของโมดูลเมมเบรน. จึงสามารถแยกออกซิเจนและไนโตรเจนได้.
Principle Diagram of Membrane Separation

 

หลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแช่แข็ง

การสร้างไนโตรเจนด้วยการแยกอากาศแบบไครโอเจนิกส์ใช้อากาศเป็นวัตถุดิบ. หลังจากการบีบอัดและการทำให้บริสุทธิ์, ทำให้อากาศเป็นของเหลวโดยการแลกเปลี่ยนความร้อน. อากาศเหลวเป็นส่วนผสมของออกซิเจนเหลวและไนโตรเจนเหลวเป็นหลัก. มีจุดเดือดต่างกัน. นั่นคือ, O2 คือ -297.3°C. และ N2 คือ -320.3°C. ในที่สุด, จะได้ไนโตรเจนโดยแยกพวกมันออกโดยการเรียงกระแส.

 

Cryogenic Nitrogen Generation Working Process

 

เครื่องกำเนิดไครโอเจนิค n2 ทำงานอย่างไร?

กระบวนการทั้งหมดประกอบด้วยการอัดอากาศและการทำให้บริสุทธิ์, การแยกอากาศ, และการระเหยของไนโตรเจนเหลว.

(1) การอัดอากาศและการทำให้บริสุทธิ์

ประการแรก, อากาศจะไหลผ่านตัวกรองอากาศเพื่อขจัดฝุ่นและสิ่งสกปรก. จากนั้นเข้าไปในเครื่องอัดอากาศ. บีบอัดให้ได้แรงดันที่ต้องการ. หลังจากนั้น, เข้ามาในช่องแอร์เย็น. ลดอุณหภูมิอากาศ. ในที่สุด, เข้าสู่เครื่องฟอกอากาศแห้ง. ขจัดความชื้น, คาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ จากอากาศ.

(2) การแยกอากาศ

อากาศบริสุทธิ์จะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนหลักในหอแยกอากาศ. พวกมันถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิอิ่มตัวด้วยก๊าซไหลย้อน (ผลิตภัณฑ์ไนโตรเจน, ก๊าซเสีย). จากนั้นอากาศจะถูกส่งไปยังด้านล่างของหอกลั่น. ที่นั่นรับไนโตรเจนที่ด้านบนของหอคอย. อากาศของเหลวจะถูกส่งไปยังเครื่องระเหยเพื่อระเหยหลังจากควบคุมปริมาณ. ในเวลาเดียวกัน, ส่วนหนึ่งของไนโตรเจนที่ส่งมาจากหอเรียงกระแสถูกควบแน่น. ส่วนหนึ่งของไนโตรเจนเหลวควบแน่นทำหน้าที่เป็นของเหลวไหลย้อนของหอเรียงกระแส. อีกส่วนหนึ่งออกจากหอแยกอากาศเป็นผลิตภัณฑ์ไนโตรเจนเหลว.

(3) การกลายเป็นไอของไนโตรเจนเหลว

ไนโตรเจนเหลวจากหอแยกอากาศจะถูกเก็บไว้ในถัง. จากนั้นไนโตรเจนเหลวเหล่านี้ในถังเก็บจะเข้าสู่เครื่องสร้างไอเพื่อให้ความร้อน. ในที่สุด, พวกเขาเข้าสู่ท่อส่งไนโตรเจนของผลิตภัณฑ์. การสร้างไนโตรเจนแบบไครโอเจนิกส์สามารถผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ ≧99.999%.

ดังนั้นข้างต้นคือหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแช่แข็ง.

 

PSA เทียบกับเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบเมมเบรน

(1) หลักการทำงานมันต่างกัน

อดีตใช้หลักการดูดซับแบบสวิงแรงดัน. วัสดุหลักคือตัวดูดซับ (ตะแกรงโมเลกุลคาร์บอน). CMS มีความเร็วในการดูดซับออกซิเจนและไนโตรเจนต่างกัน. แต่อย่างหลังแยก O2 และ N2 ด้วยหลักการทำงานที่แตกต่างกัน. วัสดุหลักคือเมมเบรนโพลีเมอร์. ก๊าซออกซิเจนและไนโตรเจนมีความเร็วในการทะลุผ่านเมมเบรนต่างกัน. สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม, โปรดตรวจสอบหลักการทำงานข้างต้นของเครื่องกำเนิดไนโตรเจนทั้งสามเครื่อง.

(2) ความบริสุทธิ์ของไนโตรเจนนั้นแตกต่างกัน

โดยทั่วไป, ความบริสุทธิ์ของเครื่องกำเนิด PSA n2 นั้นสูงกว่า. ความบริสุทธิ์สูงสุดสามารถเป็นได้ 99.999%. แน่นอน, นอกจากนี้ยังสามารถผลิตก๊าซ n2 ที่มีความบริสุทธิ์ต่ำได้, เช่น 98% และ 99%. แต่เครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบเมมเบรนมีความบริสุทธิ์ต่ำกว่า. มักจะผลิตก๊าซ N2 ที่มีความบริสุทธิ์สูงถึง 99.9%.

(3) แอปพลิเคชันแตกต่างกัน

ระบบ PSA n2 มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในด้านอุตสาหกรรม. นอกจากนี้, สามารถสร้างก๊าซไนโตรเจนที่มีช่วงความบริสุทธิ์ที่กว้างขึ้น. อุตสาหกรรมส่วนใหญ่จึงใช้เทคโนโลยีการสร้างไนโตรเจน PSA. และเครื่องกำเนิดเมมเบรน n2 ก็มีข้อดีหลายประการเช่นกัน. ประการแรก, ไม่มีเสียงรบกวน. แต่อันแรกมีเสียงรบกวน (น้อยกว่า 70dB). ประการที่สอง, เครื่องกำเนิดเมมเบรน n2 มีขนาดเล็กและน้ำหนัก. ประการที่สาม, มันจะไม่กินไฟฟ้า. ดังนั้นจึงมีการใช้งานที่กว้างขวางในห้องปฏิบัติการ, การแพทย์และทันตกรรม. นอกจาก, เราสามารถใช้งานได้โดยตรงสำหรับโอกาสที่ป้องกันการระเบิด.

(4) ต้นทุนการดำเนินงานแตกต่างกัน

เครื่องกำเนิดไนโตรเจน PSA จะใช้ไฟฟ้าและก๊าซฟื้นฟูบางส่วน. และจำเป็นต้องเปลี่ยนตะแกรงโมเลกุลคาร์บอนทุกๆ 4 ~ 5 วัน. จึงมีต้นทุนการดำเนินงานค่อนข้างสูง. แต่เครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบเมมเบรนจะไม่ใช้ไฟฟ้าและก๊าซฟื้นฟู. และอายุการใช้งานของเมมเบรนโพลีเมอร์นั้นสูงถึง 6 ~ 10 วัน. ดังนั้น, ต้นทุนการดำเนินงานต่ำกว่าระบบ PSA n2.

 

PSA เทียบกับเครื่องกำเนิดไนโตรเจนแบบแช่แข็ง

(1) หลักการทำงานต่างกัน

หลักการเดิมคือการสร้างไนโตรเจนด้วยการดูดซับแรงดันสวิง. แต่หลักการหลังนั้นแตกต่างออกไป. ไนโตรเจนและออกซิเจนมีจุดเดือดต่างกัน. มันจึงแยก N2 กับ O2 ด้วยคุณสมบัตินี้. กระบวนการทำงานทั้งหมดดำเนินการที่อุณหภูมิแช่แข็ง. สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม, โปรดดูหลักการทำงานข้างต้นของเครื่องกำเนิดไนโตรเจน.

(2) กระบวนการทำงานแตกต่างกัน

ขั้นตอนการผลิตไนโตรเจนดูดซับด้วยแรงดันสวิงนั้นค่อนข้างง่าย. จำนวนอุปกรณ์ระบบมีน้อย. อุปกรณ์หลักได้แก่เครื่องอัดอากาศ, เครื่องเป่าลม, เครื่องกำเนิดไฟฟ้า N2 และถังเก็บก๊าซ, เป็นต้น.

กระบวนการสร้างไนโตรเจนแบบแช่แข็งนั้นซับซ้อนกว่า. จำนวนอุปกรณ์ระบบมีมากขึ้น. อุปกรณ์หลักได้แก่เครื่องอัดอากาศ, เครื่องทำความเย็นอากาศ, เครื่องอบแห้งเพื่อฟอกอากาศ, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน, เครื่องขยาย, หอกลั่น, เครื่องพ่นไอ, เป็นต้น.

(3) ความบริสุทธิ์ก็แตกต่างกัน

N2 psa สามารถสร้างความบริสุทธิ์สูงสุดได้ 99.999% แก๊ส. แต่เครื่องกำเนิด cryogenic n2 สามารถผลิตก๊าซได้มากกว่า 99.999% ความบริสุทธิ์. นอกจากนี้, อย่างหลังไม่เพียงแต่สามารถสร้างก๊าซ N2 เท่านั้น, แต่ยังผลิตไนโตรเจนเหลวอีกด้วย.

(4) ต้นทุนของพวกเขาแตกต่างกัน

อย่างชัดเจน, ต้นทุนการจัดซื้ออย่างหลังนั้นสูงกว่ามาก. นอกจากนี้, การติดตั้งและบำรุงรักษาค่อนข้างมีความรับผิดชอบ. ค่าบำรุงรักษาก็ค่อนข้างสูงกว่าเช่นกัน.
นอกจากนี้, การใช้พลังงานต่อหน่วยการสร้างไนโตรเจนก็แตกต่างกันเช่นกัน. สำหรับการผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง (ความบริสุทธิ์ด้านบน 99.9%), การใช้พลังงานของทั้งสองไม่แตกต่างกันมากนัก. แต่สำหรับการผลิตไนโตรเจนที่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่า, อดีตมีความชัดเจน.
ข้างต้นเป็นการเปรียบเทียบเครื่องกำเนิด n2 สามประเภท. เราจำเป็นต้องติดตามความต้องการเฉพาะเพื่อเลือกประเภท. สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการทำงานของเครื่องกำเนิดไนโตรเจน, ยินดีที่จะติดต่อเรา.