اکسیژن یک ابزار ضروری صنعتی است که از متالورژی، پردازش شیمیایی، تصفیه فاضلاب، تولید الکترونیک، تولید شیشه، آبزی پروری، امکانات پزشکی و ده ها بخش دیگر پشتیبانی می کند. همانطور که صنعت جهانی به سمت کارایی بالاتر، مسئولیت زیست محیطی و انعطاف‌پذیری زنجیره تامین تکامل می‌یابد، انتخاب فناوری تولید اکسیژن{1} مناسب به‌جای یک انتخاب ساده برای خرید، به یک تصمیم مهندسی استراتژیک تبدیل شده است.

در سال 2025،ژنراتورهای اکسیژن جذب نوسان فشار (PSA).وسیستم های اکسیژن برودتیدو روش غالب برای تامین اکسیژن صنعتی - باقی می مانند، اما عملکرد، ساختار هزینه، محدوده خلوص و ویژگی های عملیاتی آنها به طور قابل توجهی متفاوت است. این مقاله مقایسه‌ای جامع و مهندسی- بین این دو فناوری ارائه می‌کند و به کاربران صنعتی کمک می‌کند تا تعیین کنند کدام سیستم به بهترین وجه با نیازهای عملیاتی و اقتصادی آنها مطابقت دارد.

مبانی فنی

نحوه عملکرد تولید اکسیژن PSA

ژنراتورهای اکسیژن PSA با استفاده از فرآیند جذب حلقوی-واجذب، اکسیژن را از هوای محیط جدا می‌کنند:

هوای فشردهوارد یک بستر جاذب پر شده باغربال های مولکولی زئولیت.

نیتروژن ترجیحا جذب می شود، در حالی که اکسیژن از آن عبور می کند.

بستر به اشباع می رسد.

فشار آزاد می شود و باعث دفع نیتروژن به دام افتاده می شود.

تخت ها در یک چرخه متناوب می شوند و خروجی مداوم اکسیژن تولید می کنند.

ویژگی های معمولی گاز محصول PSA:

خلوص: 90%–95%

محدوده جریان: از چند لیتر در دقیقه تا چند صد متر مکعب معمولی در ساعت (Nm³/h) با استفاده از سیستم های مدولار

دمای عملیاتی: نزدیک به محیط

زمان راه اندازی: دقیقه

هزینه های عملیاتی کلیدی: برق برای کمپرسور هوا

PSA برای برنامه هایی مناسب است که در آنخلوص اکسیژن متوسطقابل قبول است وکاهش تدارکات یا خودمختاری{0}در سایتارزشمند است.

چگونه تولید اکسیژن کرایوژنیک کار می کند

سیستم های برودتی از طریقتبرید عمیق:

هوا استفشرده شده است, سرد شده، وفیلتر شدهبرای حذف آب، ذرات و CO2.

به تدریج سرد می شودزیر 180 درجهتا اجزای اصلی آن مایع شود.

با استفاده ازتقطیر کسرینیتروژن، اکسیژن و آرگون بر اساس نقطه جوششان از هم جدا می شوند.

اکسیژن را می توان به صورت زیر تحویل داد:

اکسیژن گازیدر خلوص بالا

اکسیژن مایع (LOX)در مخازن عایق ذخیره می شود

ترکیبی از هر دو

ویژگی های محصول برودتی:

خلوص: 99%–99.7% (ultra-high-purity systems >99.9%)

محدوده جریان: صدها تا هزاران نیوتن متر در ساعت

زمان راه اندازی: چند ساعت

هزینه های عملیاتی کلیدی: مصرف قابل توجه برق به دلیل فشرده سازی تبرید

انعطاف پذیری خروجی: می تواند اکسیژن گازی و مایع را تامین کند

فناوری برودتی برای صنایعی که نیاز دارند ایده آل استخلوص بسیار بالا, حجم های بسیار بزرگ، یااکسیژن مایعبرای ذخیره سازی و توزیع پایین دست.

الزامات خلوص: حیاتی ترین متمایز کننده

مشخصات خلوص PSA

سیستم های استاندارد PSA اکسیژن را در موارد زیر تامین می کنند:

خلوص 90 تا 95 درصد

سطوح پایین آرگون (معمولاً 3-5٪)

ردیابی نیتروژن باقی مانده پس از سیکل های جذب

صنایعی که خلوص PSA به طور کلی کافی است:

استخراج طلا (CIP/CIL، BIOX، POX، بهبود لیچینگ)

برش و جوشکاری فلزات (برخی کاربردهای اکسی{0}}سوخت)

تصفیه فاضلاب (هوادهی{0}}غنی شده با اکسیژن)

آبزی پروری

تولید شیشه (-احتراق غیر بحرانی)

اکسیژن پزشکی (در مناطقی که 93% O2 ​​توسط مقررات محلی تایید شده است)

بسته بندی مواد غذایی (MAP که در آن خلوص فوق العاده- اجباری نیست)

نمایه خلوص برودتی

گیاهان برودتی تولید می کنند:

99-99.7٪ اکسیژنبه عنوان استاندارد

>99.9٪ اکسیژنبرای کاربردهای الکترونیک و دارویی

درجه خلوص-بالا-برای فرآیندهای نیمه هادی

صنایعی که به اکسیژن کرایوژنیک نیاز دارند:

فولادسازی (BOF / EAF اکسیژن لنسینگ)

اکسیداسیون شیمیایی-با عملکرد بالا

کاربردهای پتروشیمی و پالایشگاهی

اکسیژن درجه پزشکی-در بازارهایی که به 99٪ نیاز دارند

ساخت الکترونیک و نیمه هادی

پیشران موشک و امکانات آزمایش هوافضا

هر فرآیندی که نیاز به ذخیره یا حمل و نقل اکسیژن مایع دارد

خط پایین:
اگر روند شماdemands >خلوص 99 درصد، کرایوژنیک تکنولوژی صحیحی است. اگر90-95٪ اکسیژن از نظر عملیاتی قابل قبول است، PSA بسیار مقرون به صرفه تر و کاربردی تر است.

 

 

 

 

 

 

 

ملاحظات ظرفیت و مقیاس پذیری

محدوده ظرفیت PSA

واحدهای مدرن PSA ارائه می دهند:

سیستم های کوچک: 1-20 نیوتن متر مکعب در ساعت

سیستم های صنعتی متوسط: 50 تا 300 نیوتن متر در ساعت

گیاهان PSA مدولار بزرگ: 300–1، 000+ نیوتن متر در ساعت (چند واحد به صورت موازی)

مزایای PSA در مقیاس پذیری:

گسترش مدولار

نصب سریع

جدول زمانی کوتاه مهندسی و تدارکات

ایده آل برای رشد فازی ظرفیت یا عملیات غیرمتمرکز

محدوده ظرفیت برودتی

واحدهای جداسازی هوای برودتی (ASU) ذاتاً در مقیاس- بزرگ هستند:

ASU های کوچک: 300-500 نیوتن متر مکعب در ساعت

مقیاس متوسط-: 1000 تا 3000 نیوتن متر مکعب در ساعت

کارخانه های صنعتی بزرگ: 5000–20، 000+ نیوتن متر در ساعت

سیستم های برودتی زمانی که در آن کار می کنند مقرون به صرفه هستندحجم های بالا، به دلیل صرفه جویی در مقیاس.

قاعده کلی:
اگر لازمه باشدزیر 400 نیوتن متر در ساعت، PSA معمولاً مقرون به صرفه‌تر است.
اگر لازمه باشدبالای 1000 نیوتن متر در ساعت، سیستم های برودتی معمولاً از نظر اقتصادی برنده می شوند.

مقایسه Capex و Opex

مخارج سرمایه (سرمایه)

سیستم های PSA:

در کارخانه- مونتاژ شده اند

نیاز به حداقل کار عمرانی

ظرف چند روز قابل راه اندازی است

برای کاربران کوچک و متوسط-میزان سرمایه جذاب ارائه دهید

سیستم های برودتی:

به گیاهان پیچیده، ستون های بلند، مخازن ذخیره سازی عایق، قطارهای خنک کننده نیاز دارید

ساخت و نصب چند ماه طول بکشد

شامل ابزار دقیق و لوله کشی گسترده است

هزینه های عملیاتی (Opex)

درایورهای PSA Opex:

الکتریسیته برای فشرده سازی هوا

تعویض فیلتر

نگهداری دریچه و جاذب

PSA به طور کلی استانرژی{0}}کارآمد، اما خلوص اکسیژن آن کمتر است.

درایورهای Cryogenic Opex:

بار الکتریکی بالا برای تبرید

عملکرد مداوم (به راحتی نمی توان آن را روشن/خاموش کرد)

نیروی کار ماهر برای بهره برداری و نگهداری

رژیم نگهداری{0}جعبه سرد

Cryogenic Opex استبه طور قابل توجهی بالاتر استبه ویژه در مناطقی که قیمت برق بالاست.

قابلیت اطمینان، زمان به روز و نگهداری

ویژگی های قابلیت اطمینان PSA

مزایا:

راه اندازی و خاموش شدن سریع

حداقل قطعات متحرک

قابل سرویس با مهارت های اولیه صنعتی

نظارت از راه دور به طور گسترده اجرا می شود

هزینه نگهداری کمتر

چالش ها:

حساسیت به کیفیت هوای خوراک

تخریب جاذب در طول زمان

اگر کمپرسور یا سوپاپ ها عملکرد ضعیفی داشته باشند، خلوص کاهش می یابد

پیش{0}}فیلترسازی مناسب و نگهداری پیشگیرانه بسیار مهم است.

ویژگی های قابلیت اطمینان برودتی

مزایا:

خروجی با خلوص{0} بالا و مداوم

عملکرد طولانی مدت-پایدار

مناسب برای ماموریت‌های-بسیار بحرانی-برنامه‌های با حجم بالا

چالش ها:

زمان طولانی راه اندازی مجدد پس از خاموش شدن

اپراتور ماهر مورد نیاز است

تعمیر و نگهداری پیچیده سرد{0}

حساسیت بالا به آلودگی هیدروکربنی در هوای خوراک

سیستم های برودتی عملکرد استثنایی ارائه می دهندتا زمانی که به طور مداوم اجرا شوند، اما خرابی برنامه ریزی نشده پرهزینه و وقت گیر-است.

ذخیره سازی، توزیع و تدارکات

مشخصات لجستیک PSA

به طور معمول از اکسیژن PSA استفاده می شود:

مستقیماً در نقطه مصرف

از طریق شبکه‌های لوله‌کشی در{0}}سایت

با مخازن بافر برای افزایش تقاضا

مزایا:

عدم انتقال اکسیژن مایع

لجستیک سیلندر را حذف می کند

ایده آل برای سایت های راه دور یا غیر متمرکز

با این حال، PSA نمی تواند تولید کنداکسیژن مایعبنابراین حمل و نقل با برد طولانی امکان پذیر نیست.

مشخصات لجستیک کرایوژنیک

گیاهان برودتی می توانند:

اکسیژن گازیبه خطوط لوله مجاور

اکسیژن مایع (LOX)در مخازن عایق ذخیره می شود

LOX از طریق تانکرها به چندین مکان منتقل می شود

برودتی استفقط فناوری قابل دواموقتی:

شما به حجم زیادی از LOX نیاز دارید

شما مشتریان خارجی را تامین می کنید

شما یک تجارت متمرکز توزیع گاز را اداره می کنید

ملاحظات زیست محیطی و انرژی

نمایه پایداری PSA

مزایا:

بدون جریمه انرژی مایع سازی

ردپای کربن کمتر برای اکسیژن با خلوص متوسط

برای سایت‌های کم مصرف-تا- بسیار کارآمد

می تواند با برق تجدید پذیر یا سیستم های هیبریدی کار کند

محدودیت ها:

انرژی کمتر-در نرخ‌های جریان بسیار بالا

فقط به اکسیژن گازی محدود می شود

نمایه پایداری برودتی

مزایا:

می تواند بازده انرژی بسیار بالایی را در مقیاس های بسیار بزرگ به دست آورد

پشتیبانی از تولید چند محصول (N2، Ar، O2)

مفید در جایی که ذخیره مایع کارایی لجستیک را بهبود می بخشد

محدودیت ها:

مصرف برق بالا

چرخه های پیچیده تبرید باعث افزایش شدت کربن می شود

تقاضای انرژی پیوسته است و به راحتی نمی توان آن را کاهش داد

کرایوژنیک از نظر محیطی جذاب استفقط زمانی که به صورت انبوه مقیاس بندی شودیا برای جداسازی گاز چند{0}محصولی استفاده می شود.

برنامه{0}توصیه های خاص

اگر صنعت شما نیاز دارد PSA را انتخاب کنید:

خلوص اکسیژن 90 تا 95 درصد

ظرفیت 1-400 نیوتن متر در ساعت

نصب سریع

Capex و Opex کم

استقلال از تحویل سیلندر یا LOX

در{0}}تولید سایت در مکان‌های راه دور یا دسترسی سخت--

صنایع معمولی PSA:

استخراج طلا (CIP/CIL/BIOX)

تصفیه فاضلاب

مزارع پرورش آبزیان

کارگاه های فلز سازی کوچک تا متوسط

اکسیژن پزشکی (در 93٪ O2-بازارهای تایید شده)

تولید شیشه

اکسیداسیون خمیر و کاغذ

بسته بندی مواد غذایی که به خلوص O2 متوسط ​​نیاز دارد

اگر صنعت شما نیاز دارد، Cryogenic را انتخاب کنید:

خلوص 99-99.7٪

اکسیژن با خلوص-بالا{{1}

مصرف مداوم بالای 1000 نیوتن متر مکعب در ساعت

ذخیره یا توزیع اکسیژن مایع

تولید گاز چند محصولی{{0}

صنایع برودتی معمولی:

کارخانه های فولاد

عملیات پتروشیمی و پالایشگاهی

تولید نیمه هادی

واحدهای بزرگ اکسیداسیون شیمیایی

پیشران موشک و امکانات آزمایش هوافضا

تامین کنندگان گاز مرکزی با ناوگان توزیع LOX

چارچوب تصمیم گیری برای تیم های تدارکاتی

قبل از انتخاب سیستم این سوالات را بپرسید:

چه خلوصی فرآیند من انجام می دهددر واقعنیاز دارند؟

این تعیین کننده اولیه است.

مصرف مداوم اکسیژن من چقدر است؟

مشخصات جریان خود را با محدوده عملیاتی کارآمد فناوری مطابقت دهید.

آیا به اکسیژن مایع نیاز دارم؟

اگر بله ← کرایوژنیک اجباری است.

سرعت نصب و گسترش مدولار چقدر مهم است؟

PSA در سرعت و مقیاس پذیری برنده است.

برق در منطقه من چقدر گران است؟

سیستم های برودتی بسیار انرژی بر هستند.

آیا من به قابلیت اطمینان بالا در مکان های دور نیاز دارم؟

نگهداری PSA معمولاً در-سایت آسان‌تر است.

به طور کلی محدودیت های لجستیک و ایمنی چیست؟

تحویل سیلندر و LOX هزینه، ریسک و پیچیدگی را اضافه می کند.