1. Pengantar PSA (Pressure Swing Adsorption) untuk Produksi Nitrogen

1. Pendahuluan PSA (Pressure Swing Adsorption) untuk Produksi Nitrogen

1.1 Pressure Swing Adsorption

Metode Pressure Swing Adsorption (PSA) adalah teknologi pemisahan gas. Pada tahun 1960, CW SKARSTROM di Amerika Serikat pertama kali memperoleh paten untuk produksi oksigen dengan saringan molekuler PSA. Selanjutnya, negara-negara seperti Inggris, Jerman, dan Jepang melakukan penelitian eksperimental ekstensif. Pada tahun 1970, UCC (Union Carbide Corporation) di Amerika Serikat pertama kali mencapai industrialisasi dan telah lama memegang posisi terdepan dalam pengembangan dan aplikasi teknologi PSA. Dalam persaingan dengan metode pemisahan tradisional, metode PSA terus ditingkatkan dan disempurnakan, menghasilkan perkembangan pesat.

1.2 Prinsip Kerja

Sistem produksi nitrogen PSA menggunakan udara sebagai bahan baku dan memanfaatkan adsorben padat yang sangat efisien dan selektif (saringan molekuler karbon) untuk secara selektif menyerap nitrogen dan oksigen, memisahkannya dari udara. Pemisahan nitrogen dan oksigen oleh saringan molekuler karbon terutama didasarkan pada laju difusi yang berbeda dari kedua molekul gas ini di dalam saringan molekuler karbon. Molekul gas berdiameter lebih kecil (oksigen) berdifusi lebih cepat dan masuk ke fase padat saringan molekuler dalam jumlah yang lebih besar. Dengan cara ini, pengayaan nitrogen dapat diperoleh dalam fase gas. Setelah sekitar 2 menit, adsorpsi oksigen oleh saringan molekuler mencapai kesetimbangan. Berdasarkan karakteristik bahwa kapasitas adsorpsi saringan molekuler karbon bervariasi di bawah tekanan yang berbeda, tekanan dikurangi untuk melepaskan molekul oksigen dari saringan molekuler karbon; proses ini disebut regenerasi. Pressure swing adsorption (PSA) biasanya menggunakan dua menara secara paralel, bergantian antara adsorpsi bertekanan dan regenerasi bertekanan rendah untuk mendapatkan pasokan nitrogen yang berkelanjutan.

1.3 Tinjauan Proses

Sistem produksi nitrogen yang lengkap meliputi: kompresor udara (set) — komponen pemurnian udara terkompresi — tangki penyimpanan udara — generator nitrogen PSA — tangki penyangga nitrogen — tangki penyimpanan nitrogen (tekanan rendah) — sistem penguat nitrogen — tangki penyimpanan nitrogen (tekanan tinggi).

2 Pengenalan Peralatan

2.1 Pemilihan Generator Nitrogen

Memilih generator nitrogen melibatkan banyak masalah. Pertama, penelitian pasar yang menyeluruh diperlukan untuk menentukan model dan spesifikasi spesifik (kapasitas produksi nitrogen, kemurnian nitrogen, tekanan keluar, dan titik embun, dll.). Analisis komparatif yang komprehensif terhadap kinerja dan karakteristik generator nitrogen harus dilakukan, dan pemilihan yang benar harus dibuat berdasarkan lingkungan kerja lokal.

3. Sistem kontrol kelistrikan produksi dan operasi generator nitrogen

mengontrol waktu sesuai dengan program tertentu, secara bergantian melakukan adsorpsi bertekanan dan regenerasi bertekanan rendah, dan proses produksi gas berjalan secara otomatis. Laju aliran nitrogen, tekanan, dan kemurnian dapat disesuaikan dan ditampilkan secara terus menerus.

3.1 Inspeksi personel dan poin-poin penting

Saat memeriksa generator nitrogen, operator harus memperhatikan aspek-aspek berikut: (1) Pertama, periksa apakah kemurnian dan titik embun nitrogen memenuhi persyaratan, dan kemudian periksa apakah dapat diadsorpsi dan diregenerasi secara normal; (2) Periksa apakah pasokan listrik, sumber gas, sumber air, dan kondisi suhu yang dibutuhkan oleh mesin normal; (3) Amati tekanan tangki penyimpanan udara dan jaga tekanan tangki penyimpanan udara antara 0,7 dan 0,75 MPa. Jangan lebih rendah dari nilai yang ditentukan; (4) Periksa penguras otomatis setiap kali untuk menghindari penyumbatan atau kerusakan yang menyebabkan kehilangan fungsi pengurasannya; (5) Periksa heatsink pengering berpendingin secara teratur untuk menghindari mempengaruhi efisiensi dan masa pakai pengering karena pembuangan panas yang buruk; (6) Pemeliharaan berkala filter presisi terutama didasarkan pada kondisi penggunaan filter dan elemen filter diganti secara teratur. Anda dapat merujuk pada metode dan tindakan pemeliharaan berkala yang direkomendasikan oleh produsen filter untuk memelihara filter; (7) Kalibrasi penganalisis oksigen dan periksa setiap bulan. Jika kandungan oksigen ditemukan lebih tinggi dari nilai yang ditentukan, harus dipertimbangkan apakah probe oksigen telah mencapai akhir masa pakainya dan probe oksigen harus diganti tepat waktu. Disarankan siklus penggantian adalah 1 tahun. (8) Periksa secara teratur sensitivitas katup solenoid dan katup pneumatik, rentang tekanan katup pengatur tekanan, akurasi penganalisis gas, kondisi penekanan menara adsorpsi, kondisi pembuangan knalpot, kebersihan tabung bagian dalam flow meter, dll., dan tangani masalah apa pun untuk memastikan operasi peralatan yang normal.

4. Pemeliharaan dan perawatan generator nitrogen

4.1 Kompresor udara (tipe sekrup)

Kompresor udara (set) menyediakan udara terkompresi yang dibutuhkan untuk generator nitrogen adsorpsi tekanan ayun PSA. Laju aliran, tekanan, dan persyaratan lainnya ditentukan sesuai dengan konsumsi udara generator nitrogen adsorpsi tekanan ayun PSA. Efisiensi (konsumsi) unit adsorpsi tekanan ayun PSA akan ditentukan terutama oleh kinerja saringan molekuler, aliran proses, dan struktur adsorber. Kompresor udara harus memenuhi persyaratan berikut: (1) keluaran udara ≥ 16,5 m3/menit; (2) tekanan keluaran udara antara 0,8 dan 0,98 MPa; (3) kandungan minyak ≤ 3 ppm; (4) suhu ≤ 45℃.

Dalam penggunaan praktis, pemeriksaan harian kompresor udara meliputi: suhu operasi (≤ 105℃), tekanan kerja (0,8～1,0MPa), tekanan air (0,3～0,6MPa), dll. Pemeriksaan bulanan meliputi level oli, apakah ada kebocoran pada sambungan pipa, dll. Pemeliharaan triwulanan meliputi pembersihan filter masuk, pembersihan elemen filter udara, dan pemeriksaan konektor, dll. Pemeliharaan tahunan dilakukan oleh insinyur profesional INGERSOLL RAND sesuai dengan "Buku Panduan Pemeliharaan" produk Ingersoll RAND. Dalam penggunaan sehari-hari, rekomendasi dan prioritas pemeliharaan dalam buku panduan harus diikuti: (1) lakukan pemeliharaan sesuai dengan tampilan pengontrol; (2) lakukan pemeliharaan setahun sekali. Ketika peralatan mengalami kesalahan umum, penanggung jawab peralatan harus mengatasinya sesuai dengan panduan pemecahan masalah dalam buku panduan. Jika kesalahan tidak dapat diatasi, silakan hubungi insinyur profesional INGESOLL RAND untuk bantuan.

Faktor utama yang mempengaruhi kinerja kompresor udara adalah suhu, dan faktor utama yang mempengaruhi suhu (di bawah tekanan dan laju aliran konstan) meliputi musim, suhu air, dan kualitas air. Pipa air pendingin peralatan ini dirancang untuk menggunakan air keran dengan diameter masuk dan keluar 40mm, dengan konsumsi air sekitar 9t/jam dibuang langsung. Tanpa daur ulang air, ini akan menjadi pemborosan yang signifikan. Mendaur ulang air pendingin untuk penggunaan sekunder juga akan membutuhkan investasi keuangan yang besar (kekerasan air lokal antara 380 dan 410 mg/L). Musim panas adalah waktu yang paling menantang bagi kompresor udara, dan juga berfungsi sebagai ujian kesesuaian jenis pendingin yang dipilih pada awalnya. Dalam generator nitrogen PSA (Pressure Swing Adsorption), kompresor udara membutuhkan investasi terbesar dalam pemeliharaan dan perawatan peralatan. Penelitian pasar dan perencanaan yang menyeluruh sangat penting sebelum memilih metode produksi nitrogen jenis ini.

4.2 Pengering Berpendingin

(Model/Spesifikasi: IDS -150AC; 20Nm3/menit) Inspeksi harian meliputi: memastikan kondensat dan air limbah yang dikeluarkan dari pengering berpendingin tidak terhalang; memeriksa tekanan refrigeran (0,3～0,6 MPa) dan tekanan udara terkompresi (＜1,0MPa) normal; pemeliharaan meliputi meniup radiator secara teratur (terutama di musim semi dan musim panas untuk mencegah masalah pembuangan panas), membersihkan saluran pembuangan, dan secara teratur (umumnya setiap 12 bulan) mengganti tiga filter (model: filter 3 tahap XF3-44, filter 7 tahap XF7-44, filter 9 tahap XF9-44); pemilihan, metode pemasangan, lokasi pemasangan, dan musim pengering berpendingin semuanya memiliki dampak tertentu pada kinerja penghilangan minyak dan dehidrasinya.

4.3 Adsorber Karbon Aktif

Aktivitas karbon aktif dan alumina dalam adsorber berhubungan langsung dengan kualitas udara kompresor dan kinerja penghilangan minyak serta dehidrasi pengering berpendingin. Umumnya, tergantung pada penggunaan peralatan, karbon aktif dan alumina harus diganti setiap 3-5 tahun.

4.4 Unit Pemisahan Gas Oksigen dan Nitrogen — Menara Adsorpsi Saringan Molekuler:

Saringan molekuler karbon adalah inti dari generator nitrogen adsorpsi tekanan ayun. Indikator kinerjanya meliputi: kekerasan, produksi nitrogen (Nm3/Th), tingkat pemulihan (N2/Udara)%, dan kepadatan kemasan. Selama penggunaan, cegah panas berlebih yang mempengaruhi efek adsorpsi dan aliran udara yang kuat yang menyebabkan pulverisasi saringan molekuler.

4.5 Detektor Gas

: (1) Penganalisis kemurnian nitrogen (nitrogen umum): 0～1000 ppm P860 4N Changai; (2) Penganalisis kemurnian oksigen (kemurnian tinggi): 0～100ppm O2 GNL-9100 Changai. Kembalikan instrumen ke produsen setiap tahun untuk pengujian dan kalibrasi probe sensor sesuai dengan buku petunjuk. Periksa dan selidiki kelainan apa pun yang ditemukan selama pemeliharaan rutin.

4.6 Tangki Penyimpanan Gas :

Sebagai peralatan penyimpanan produk, lakukan inspeksi mandiri bulanan dan inspeksi mandiri tahunan. Alihdayakan pengujian non-destruktif oleh biro pengawasan teknis setiap 3 tahun. Setelah 6 tahun, ketika masa pakai desain tercapai, tentukan apakah akan melanjutkan penggunaan atau membuang tangki berdasarkan hasil inspeksi.

5. Kesimpulan

Pemeliharaan dan perawatan sangat penting untuk memastikan operasi normal generator nitrogen PSA. Sebagai peralatan utilitas publik, operasi yang stabil dari generator nitrogen PSA adalah prasyarat dan jaminan untuk eksperimen industri unit. Pemeliharaan dan perawatan tepat waktu dari setiap unit peralatan dapat mencegah malfungsi, memperpanjang masa pakai peralatan, dan meningkatkan efisiensi energi.