مراحل تهیه نیتروژن به روش PSA
۱-فشرده سازی هوا و آماده سازی اولیه
در این روش ابتدا عمل فشرده سازی هوا توسط کمپرسور انجام میشود و سپس ازتجهیزاتی همچون درایر و فیلترها عبور داده میشود در نتیجه درصد بالایی از رطوبت و روغن معلق موجود در هوای فشرده حذف می شود پس از عبور از خشک کن و تله ابگیر سپس با عبور هوا از میکروفیلترهای سری شده رطوبت و روغن باقی مانده آن نیز کاملا جذب شده و هوایی کاملا خشک و فشرده، آماده ورود به مخزن جاذب می شود.
۲-جذب گاز:
مخزن جذب اکسیژن حاوی کربن مولکولارسیو (CMS) با سطوح متخلخل کاملا منظم می باشد. با توجه به تفاوت در قطر مولکولی اکسیژن(۳٫۸ انگستروم) و قطر مولکولی نیتروژن (۴٫۲ انگستروم)، تنها مولکولهای ریزتر اکسیژن توان نفوذ به داخل حفرات ریز ۴ انگسترومی کربنی را یافته و در آن به دام می افتند. بنابراین مولکول های نیتروژن از لابلای مواد کربنی از بالای مخزن جاذب خارج می شوند و نیتروژن با خلوص بالاتر از ۹۵ درصد از اکسیژن موجود در هوا جداسازی می شود.
۳-دفع گاز:
پس از طی مدت زمان مشخصی بسته به اندازه جاذب و دبی خروجی، CMSها از اکسیژن اشباع می شوند و باید با خالی شدن هوای فشرده داخل، اکسیژن ها از منافذ کربنی بیرون آمده واز اگزوز پان مخزن خارج شوند.
۴-ذخیره سازی نیتروژن:
ژنراتور نیتروژن از حداقل دو برج تشکیل شده است زیرا فرایند احیا باعث وقفه در تولید نیتروژن می شود به همین دلیل در این واحدها از دو مخزن استفاده می شود. در زمانیکه یک مخزن جذب در حال احیا شدن است، مخزن جذب دوم عمل تولید نیتروژن را انجام می دهد و این عمل بطور متناوب توسط مدار کنترل پیوسته با کنترل شیرهای برقی ادامه پیدا می کند. واحدهاي توليد نيتروژن به روش PSA درجايي كه نياز به خلوص متوسط و بالا تا %۹۹/۹ ميباشد موارد استفاده بيشتري دارند. در اين واحدها، ميزان خلوص گاز خروجي و عدم نوسان در كيفيت نيتروژن توليدي قابل تضمین می باشد. فرآیند احیا به ژنراتور نیتروژن کمک میکند تا برجی که اکسیژن را جذب کرده و اشباع شده است مجدداً شرایط خود را بدست آورد و آماده‌ی تولید نیتروژن شود
باید توجه داشته باشید که میزان دبی و خلوص تولید شده در ژنراتور نیتروژن های شرکت های مختلف بسیار متنوع میباشد.
در ژنراتور نیتروژن فشار هوای ورودی دستگاه تا میزان حداکثر 10 بار گیج مجاز میباشد
نکته بسیار مهم در این روش این است که فرآوری و خشک بودن هوای فشرده ورودی بسیار مهم بوده و چنانچه از فیلترهای مناسب استفاده نشود رطوبت و بخصوص روغن معلق در هوای فشرده ورودی ژنراتور نیتروژن به سرعت وارد ژنراتور نیتروژن شده و منافذ کربن را می‌پوشاند و ازجذب اکسیژن توسط مواد CMS موجود در دستگاه جلوگیری میکند و در نتیجه مواد CMS ژنراتور نیتروژن را تخریب و بشدت خلوص نیتروژن خروجی را کاهش می‌دهد.
جهت اطلاعات بیشتر درباره گاز نیتروژن می توانید مطالب مشابه ما را درباره گاز نیتروژن Nitrogen Gas و گاز نیتروژن دی اکسید NO2 Gas را مطالعه نمایید.
روش جدایش نیتروژن از هوا
در این بخش به شرح روش جدایش نیتروژن از هوا توسط مواد جاذب میپردازیم اما قبل از اینکه به جزییات این موضوع بپردازیم، لازم است با دو مفهوم مهم Adsorption و Absorption و تفاوت آنها آشنا شویم. در فرآیند جدایش اکسیژن و یا نیتروژن از هوا مولكولهای نيتروژن و یا اکسیژن بطور شيميايی به جاذب می‌چسبند ولی خواص فيزيكی و ساختار صلب زئوليت را تغيير نمی‌دهند كه اين مكانيزم را جذب سطحی (Adsorption) می‌نامند. در صورتی كه جذب منجر به تغيير خواص فيزيكی شود اين مكانيزم را (Absorption) می‌نامند، مانند جذب آب به دستمال كاغذی كه منجر به تغيير خواص فيزيكی دستمال میشود.
روش جذب مولکول‌ها و تولید نیتروژن و اکسیژن در دستگاه‌های PSA به روش جذب سطحی ( (Adsorptio صورت می‌گیرد.
همانطور که می دانید در روش‌های تولید نیتروژن و اکسیژن به روش PSA، این محصولات با جدایش گازهای موجود در هوا به دست می‌آیند که جهت درک بهتر موضوع میزان گازهای موجود در هوا در این قسمت قابل مشاهده می‌باشند:
Nitrogen - 78%
Oxygen - 20.9%
Argon - 0.9%
CO2 - 0.02%
,Other gasses: Hydrogen, neon, helium
krypton and xenon
نکته مهم دیگر که همواره باید به آن توجه شود این است که مراحل جذب ترکیبات گازی موجود در هوا به ترتیب از مواد با قطبیت بالاتر آغاز میشود و آب،CO ، CO2 و ترکیبات هیدروکربنی موجود در هوا زودتر از گازهای دیگر جذب مواد جاذب موجود در برج‌های دستگاه‌های اکسیژن ساز و نیتروژن ساز خواهند شد . خود دلیل واضحی است که می‌بایست از کیفیت هوای ورودی به دستگاه اطمینان حاصل کرد. زیرا عدم کنترل فشار و رطوبت ورودی به دستگاه منجر به تخریب مواد جاذب و کاهش خلوص دستگاه خواهد شد و گفتنی است که یکی از عوامل شایع در تخريب جاذب، جذب آلاينده‌ها نظير آب و روغن به این مواد است كه با فيلتراسيون مناسب هوای فشرده ورودی و سرويس پيوسته فيلترها می‌توان مانع اين تخريب شد.
شایان ذکر است تخريب مكانيكی، شكستن و پودر شدن جاذب‌ها می‌تواند به دليل فرسايش و سائيدگی ناشی ازعبور جريان هوا، پایین بودن سطح مواد و بارهای ديناميكی فشاری وارد بر اين جاذب‌ها نیز اتفاق بیافتد.
و در پایان لازم به ذکر برای هر دو مدل اکسیژن ساز و نیتروژن ساز کیفیت هوای ورودی به دستگاه ژنراتور می‌بایست براساس استاندارد ISO 8573 حداقل کلاس 2.4.1 را دارا باشد.