PSA制氮装置设备节能技术研究

随着国民经济高速的发展，PSA变压吸附制氮技术在各领域的不断成功应用，各行业对氮气的需求呈不断上升的趋势，并对PSA技术提出了更高的要求。瑞气推出了节能制氮机，相同配置参数下具有低能耗的特点，陕西成林机电制氮空分装置欢迎新老客户咨询。

一、目前PSA（变压吸附）制氮设备的现状

众所周知，目前PSA（变压吸附）制氮设备的特性是：当实际产气量小于设备的额定产气量时，产品气纯度会上升。此时，设备的能耗是怎么变化的呢？以下先来讨论这个问题：

PSA制氮设备的能耗部件有3个：空气压缩机、空气净化组件（冷干机或吸附干燥机）和控制系统；以纯度99.9%的PSA制氮设备为例，3者之间能耗所占的比例约为180：6：1，空气压缩机占总能耗的96%，所以，我们探讨能耗，可直接分析压缩空气的消耗。

PSA制氮设备消耗压缩空气的部件是氧氮分离装置，也是PSA制氮设备的核心部分；氧氮分离装置是通过两只装有吸附剂（分子筛）的吸附塔不停的循环工作来实现连续产气的：当一只吸附塔在升高压力吸氧产氮时，同时另一只吸附塔在放空降压脱氧再生（并用少量成品氮气吹扫），通常情况下60秒切换一次，每个塔各完成一次吸氧产氮和脱氧再生称之为一个吸附周期，如此交替循环工作，不断产出氮气。由此可以看出进入设备的压缩空气共通过四路排出设备：

1、产品氮气，通过用户用气管路连续排出；

2、吸附剂再生时的吹扫气（通常为额定产品气的15%），通过设备消声器连续排出；

3、富氧废气，一个吸附周期通过设备消声器间断放空两次（以99.9%氮气为例，通常消耗70%的压缩空气）。

4、仪表气，通常有自动控制的气动阀，电磁阀的驱动气、分析仪表采集的样气等等，而这些压缩气占整个PSA制氮设备系统消耗气量的很小一部分，大概在0.1%左右，所以，在此不考虑。

用以上分析为基础，当实际用气量下降为PSA制氮设备额定产气量的“x%”时，对耗气量“Q耗”的变化情况做以下分析：由于吸附周期没有改变，所以富氧废气的放空总量没有变化（仍占70%的压缩空气）；同样，吹扫气总量也没有变化（具体原理下有解析），计算出“x%”与耗气量“Q耗”的关系：

Q耗=Q额（0.85+0.3x%）/1.15

注：Q额为设备在额定产气量时的耗气量

举例说明：纯度为99.9%，产气量为100m3/h的PSA制氮设备，额定耗气量为383m3/h，当实际用气量为50m3/h时，设备的耗气量为：Q耗=383×87%=333m3/h

从以上计算结果可观察出：当实际用气量为额定气量的50%时，设备的耗气量为额定气量时的87%。PSA制氮设备在负荷变化的情况下，能耗的变化很不理想！但是大多数用户的用气工艺要求中，存在用氮高峰时段和低峰时段或者是间歇性用氮。而在使用过程中的低峰时段或间歇用氮时，产品氮气纯度上升，能耗下降不理想，甚至在某些特定的用气工艺下，氮气纯度的上升反而会不利于正常生产，这样就直接导致能源浪费和生产质量下降！

经过以上叙述，目前PSA制氮设备从能耗和负荷的角度看，有3个需要改进的问题：

1、当产气量减小时，设备的回收率（或者称“空氮比”）明显降低，导致能源的大量浪费，不具备随产氮负荷变化而降低能耗的能力（简称“负荷适应功能”）；

2、当产气量减小或波动时，会使产品气纯度上升或不稳定，影响产品气质量；

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