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江西客户VPSA6500立方制氧设备安装现场









VPSA真空解析制氧设备

真空压力吸附(Vacuum-Pressure-Swing-Adsorption,VPSA)系统,即变压吸附制氧机,操作方便,维护简单,投资相对较少,运行成本低,在国内市场上推广的纸浆企业越多。本文介绍了该设备的特点及其在制浆漂白中的应用。

1.氧漂已经成为发展清洁漂白工艺的必要工艺部分。由于氧气无毒,对环境无污染。氧脱木后,后期漂白剂和漂白废水量可降低50%。近年来,鉴于环境保护的要求,我国对氧漂的兴趣日益增加。瑞典政府将氧脱木素作为新建漂白纸浆厂控制污染的措施。已经证明,氧漂白可以大大降低漂白废水中BOD、COD的色度和总有机氯的含量,对减少现代纸浆漂白废水的污染起到了重要作用。氧漂白还可以节省其他化学物质的消耗。与氯漂白剂漂白纸浆相比,可以提高纸浆的获得率。氧漂白液可用于黑液提取,进入碱回收系统,或合并到后续工段的一般废水处理。

2.国内纸浆企业制氧设备的应用——国内氧气漂白工艺自20世纪90年代以来得到了广泛应用。起初的氧源选择只有小型空气深冷设备,先进的工艺流程是中压带透平膨胀机的克劳特循环。空气从大气中吸入空气压缩机,压缩到所需的压力,然后通过后一个冷却器冷却,然后进入氟里昂预冷机组,冷却到35℃左右进入纯化器,去除水分、二氧化碳、碳氢化合物等物质进入分馏塔。纯化后的压缩空气进入分馏塔的主换热器(上),与主换热器(下)的氧气和氮分馏分气进行热交换,然后节流阀与膨胀机产生的冷空气汇合到下塔底部的蒸发器中。在下塔进行传热和传质过程。下塔预分后,液空节流到上塔进一步分馏,在塔顶获得纯氮。从上塔中间抽出的馏分通过上换热器回收冷量,然后作为净化器回收烹饪和冷却。产品的纯氮通过管道输送给用户。产品氧气在输氧管道旁接水封后,导入储气囊,通向氧压机。高压氧气压缩机和氧气灌装站作为标准配置,投资高,能耗高,运行维护量大。开车时间一般十几个小时,运行周期6-12个月。

深冷设备越大,技术越先进,能耗越低,而纸厂用氧量规模不大。对纸浆企业而言,作为漂白配套设备,深冷空分设备开停不方便,运行维护成本高,并非理想的氧源选择。我国变压吸附法制氧的研究始于20世纪70年代初,直到20世纪90年代才实现小型设备的工业化。变压吸附制氧的基本原理是利用空气中的氮气和氧气在沸石分子筛(ZMS)上因压力不同而吸附性能的差异进行氧氮分离。起初用于国内纸浆漂白的变压吸附制氧机都是加压吸附(PSA)小型设备,产量在100Nm3/h以下,能耗相当于小深冷,约1.0-1.3kWh/Nm3,工艺不成熟,多为实验设备。产量和纯度不能长期稳定,分子筛性能和填充工艺不合格。产品气体中经常有粉末,大部分设备没有使用或很快使用,影响了氧漂在国内造纸行业的推广。VPSA流程在国外普遍采用的比较先进的变压吸附制氧流程。国内正式投入工业化应用于1990年代后期,立即应用于国内浆料漂白领域。其氧气需要足够的漂白工艺,能耗为0.4~0.5.5khnm3,开车时间仅为3分钟,设备投资在操作成本方面具有竞争力。

VPSA工艺是国外广泛采用的一种先进的变压吸附制氧工艺。90年代后期,我国正式投入工业应用,并迅速应用于国内纸浆漂白领域。其氧气纯度为93%,完全可以满足纸浆漂白工艺的要求,能耗为0.4~0.5kWh/Nm3,相当于全低压大深冷空分。开车时间只有几分钟,可以随时开车停车,在设备投资和运行成本上都有很强的竞争力。

目前,我国草浆的比重很大,但氧漂在草浆中的应用仍然空白。草浆氧脱木素技术可行,但经济合理。由于草浆木素含量低,麦草浆含氧漂白选择性更好,纸浆粘度高,强度好,比木浆更容易实惠。利用工厂目前的降流碱处理塔或次氯酸盐漂白塔,只需增加少量辅助设备即可实施,对我国传统漂白工艺的改造和减少环境污染具有重要的现实意义。

3.VPSA制氧设备介绍VPSA制氧系统主要由鼓风机、真空泵、切换阀、吸附器和氧气缓冲罐组成。原料空气经吸主口过滤器去除灰尘颗粒后,由罗茨鼓风机增压至30-50Kpa,然后进入其中一个吸附器。吸附器内装有吸附剂,其中水、二氧化碳和少量其他气体成分被活性氧化铝上部的沸石分子筛吸附。

氧气(包括氩气)非吸附成分作为产品从吸附器顶部出口排入氧气缓冲罐。当吸附器吸附到一定程度时,吸附剂会达到饱和状态。此时,通过切换阀使用真空泵抽真空(与吸附方向相反),真空度为65-75Kpa。吸附的水、二氧化碳、氮和少量其他气体成分被抽出并排到大气中,吸附剂被再生。VPSA的每个吸附器都交替执行吸附-解吸-冲压步骤。这三个基本工艺步骤由PLC和切换阀系统自动控制。 VPSA制氧装置流程简单,设备数量少,基建费用少,对厂房要求也不高,基建费用仅占设备总投资的5%~10%。VPSA制氧装置工艺简单,设备数量少,基础设施成本低,对厂房要求不高,基础设施成本仅占设备总投资的5%~10%。VPSA装置可以看动无负荷运行,停车后吸附塔内气氛稳定,重新开车后几分钟即可生产产品。

简单的启停可以避免用电高峰运行,降低生产成本。VPSA装置本身非常简单,运行机器数量少。移动设备为罗茨鼓风机和罗茨真空泵。由于其工作原理是体积式、无油、常温常压下操作,维护工作量少,成本低。设备年驾驶率约为98%,其中50%是因为故障而停车,如冷却少、供电故障、电力故障等。设备的正常维护和停车时间约为每年5天。由于风泵注油,动态设备的定期维护和操作人员负责空气过滤器无纺布的定期更换(周期为1-2月)。分子筛使用寿命在10a以上,切换阀阀座一般在2-3a方更换一次,真空泵轴承和油封在正常使用条件下使用寿命为3-5a.

4.VPSA制氧设备是一种廉价适用的氧源。VPSA制氧设备工艺成熟。目前国内两塔工艺水平,一般能耗为0.4-0.5kW.h/Nm3,纯度为91%~92%。看起来是控制的。单位氧气成本约为0.4元/Nm3(当地电价差异)。目前市场单位氧气价格约为1元/Nm3。目前国内先进的深冷空分产品是第六代产品,除了采用规整填料塔和全精馏制氩这两项核心技术外,还采用了高压增压透平膨胀机、液体内压缩工艺、大截面在规格的板式换热器和常温分子筛净化等技术,空分装置的氧提取率达到97%-99%,氩提取率达到75%-88%,制氧功耗降至0.40-0.42kW.h/Nm3.但是自动控制,停留在80年代中期的水平,设备产量一般在6000km-3。h-1以上,目前国内纸厂规模不适用。

深冷制备一般可生产氧氮两种产品,纸浆企业氮气为间隙用气,且用量不大,不大,如果储运销售,市场竞争力不强,大部分都是放空浪费。调节氧气产量也比较困难,调节时间要1h,配置灌装平台,产量不大,市场销售也不经济。加工后的原料空气中的氧气不能完全提取。PSA加压吸附制氧机,原料空气先加压0.4Mpa吸附制氧,再通过常压放空解吸。其特点是分子筛要求低,设备相对简单,但能耗高。

一般产量在100Nm3/h以下,比较经济。由于产品出口压力高,目前广泛应用于污水纯氧曝气、富氧水产养殖等领域。目前国内制浆企业用氧量在几百立方米,纸浆氧漂压力一般为0.8Mpa。VPSA变压吸附制氧设备,低压吸附制氧,抽真空解吸,产品氧气根据用户需求配置增压氧压机,然后送用户使用,能耗低,制浆企业配置更经济。


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