در پروژه های ارتقاء فاضلاب شهری و تصفیه پیشرفته صنعتی، ژنراتورهای ازن به انتخاب استاندارد برای فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته تبدیل شده اند. اما نکته ای که موسسات طراحی با تجربه و اپراتورهای کارخانه به آن توجه می کنند این است که در مرحله پیشنهاد، به ندرت یک ژنراتور ازن را به تنهایی خریداری می کنند. بیشتر اوقات، آنها شامل یک کارخانه اکسیژن VPSA به عنوان بخشی از همان بسته می شوند. این بستهبندی فروشنده نیست. استدلال از شیمی واکنش و تجزیه و تحلیل هزینه چرخه عمر ناشی می شود.
شیمی سنتز اوزون الزامات سختی را برای گاز خوراک تعیین می کند
یک مولد ازن با اعمال تخلیه ولتاژ بالا برای یونیزه کردن مولکول های اکسیژن، شکستن O2 و ترکیب مجدد آنها به O3 کار می کند. اگر سیستم را با هوای فشرده تغذیه کنید (فقط 21٪ اکسیژن)، نیتروژن باقیمانده در واکنش های جانبی شرکت می کند و اکسیدهای نیتروژن (NOx) را تشکیل می دهد. این دو مشکل ایجاد می کند. اول، NOx اسید نیتریک خورنده تولید می کند که به لوله های تخلیه و آب بندی ها حمله می کند. دوم، نیتروژن انرژی یونیزاسیون را بدون تولید ازن قابل استفاده مصرف می کند و بازده را بسیار پایین نگه می دارد.
به همین دلیل است که هر تولید کننده ازن حرفه ای-به عنوان گاز تغذیه خود به اکسیژن با غلظت بالا نیاز دارد. در تئوری، افزایش خلوص اکسیژن از 21 درصد به بالای 90 درصد، کارایی سنتز ازن را به طور تصاعدی افزایش می دهد. این منجر به اولین نتیجه می شود: سیستم گاز خوراک سقف اقتصادی کل عملیات ازن را تعیین می کند.
ویژگی های فنی VPSA و مناسب برای این برنامه
VPSA مخفف Vacuum Pressure Swing Adsorption می باشد. چرخه فرآیند دارای دو مرحله است. در فشار اتمسفر، غربالهای مولکولی زئولیت به طور انتخابی نیتروژن را جذب میکنند و اجازه میدهند اکسیژن غنیشده و به عنوان گاز محصول جمعآوری شود. سپس یک پمپ خلاء نیتروژن جذب شده را دفع می کند و الک را بازسازی می کند.
برای کاربردهای تصفیه فاضلاب، VPSA چندین مزیت فنی واضح ارائه می دهد.
1. خلوص و نقطه شبنم. یک سیستم VPSA که به خوبی طراحی شده است 90 تا 95 درصد اکسیژن را به طور مداوم تحویل می دهد. با خشک کردن مناسب پس از{6}}درمان، نقطه شبنم زیر -60 درجه باقی میماند. این به طور کامل نیازهای مولد ازن را برای تمیزی و خشکی برآورده می کند و از تجزیه ازن مربوط به رطوبت یا خرابی لوله دی الکتریک جلوگیری می کند.
2. انعطاف پذیری بار. جریان فاضلاب و بارهای آلاینده روزانه و فصلی تغییر می کند. یک کارخانه VPSA می تواند با تعدیل پره های راهنمای ورودی دمنده یا سرعت موتور، خروجی اکسیژن را بین 60 تا 100 درصد تنظیم کند. این مدولاسیون به سختی بر خلوص اکسیژن تأثیر می گذارد و به سیستم اجازه می دهد تا دقیقاً با تقاضای ازن مطابقت داشته باشد و از اتلاف انرژی جلوگیری کند.
3. ایمنی. در مقایسه با مخازن ذخیره اکسیژن مایع، VPSA در{2}}تولید سایت بدون مخازن فشار بالا، بدون خطرات برودتی و بدون خطر کامیون حمل است. برای بسیاری از امکانات، این امر به تنهایی VPSA را به گزینه ترجیحی تبدیل می کند.
مقایسه جانبی--گزینههای اصلی تامین اکسیژن
در عمل مهندسی واقعی، سه گزینه گاز خوراک علاوه بر VPSA در نظر گرفته میشود: اکسیژن مایع (LOX) و{0}}PSA فشار بالا. یک مقایسه فنی مستقیم نشان می دهد که VPSA کجا مناسب است.
LOX خلوص بسیار بالایی (بیش از 99.5٪) می دهد. اما ضعف آن وابستگی به عرضه است. برای پروژه هایی که دور از کارخانه های گاز صنعتی قرار دارند، ریسک لجستیک حمل و نقل LOX قابل توجه است. همچنین، مخازن LOX دارای تلفات غیرقابل اجتناب تبخیر استاتیکی - تقریباً 0.5-1٪ در روز هستند، حتی زمانی که از اکسیژن استفاده نمی شود. از دیدگاه انرژی سیستم، LOX قبلاً از طریق فشرده سازی هوا، مایع سازی، حمل و نقل و تبخیر مجدد{8} انرژی را در بالادست مصرف می کرد.
PSA فشار بالا از همان اصل جذب مانند VPSA استفاده می کند، اما در فشار اتمسفر به جای خلاء جذب می شود. این منجر به بازیابی اکسیژن کمتر - معمولاً 40 تا 50 درصد - در مقایسه با بازیابی 65 درصد یا بالاتر VPSA از طریق دفع خلاء میشود. درصد بازیابی مستقیماً بر مصرف برق در واحد اکسیژن تولید شده تأثیر می گذارد. برای یک سیستم ازن فاضلاب که بیش از 20 ساعت در روز کار می کند، صرفه جویی در انرژی سالانه VPSA می تواند تفاوت هزینه اولیه را در یک دوره نسبتا کوتاه جبران کند. این امر به ویژه تحت قیمت بالای فعلی برق اهمیت دارد.
جزئیات مهندسی بحرانی برای یکپارچه سازی سیستم
انتخاب تکنولوژی تولید اکسیژن مناسب ضروری است اما کافی نیست. یکپارچگی ضعیف می تواند عملکرد بهترین تجهیزات را نیز خراب کند. چندین جزئیات به راحتی نادیده گرفته می شوند اما تأثیر تعیین کننده ای بر قابلیت اطمینان سیستم دارند.
- تطبیق و تقویت فشار اکسیژن. یک کارخانه VPSA معمولاً اکسیژن را در حدود 0.05 مگاپاسکال (گیج) تحویل می دهد. بیشتر مولدهای ازن به فشار ورودی 0.1-0.2 مگاپاسکال نیاز دارند. بنابراین بین آنها یک تقویت کننده اکسیژن لازم است. مصرف برق و قابلیت اطمینان این مرحله تقویتی برای کل استفاده از انرژی سیستم کمکی مهم است. هنگام انتخاب یک تقویت کننده، یکی را انتخاب کنید که در برابر پیری ازن مقاوم باشد و یکپارچگی مهر و موم خوبی برای سرویس اکسیژن داشته باشد.
- محل قرارگیری هوای ورودی این اشتباه بیشتر از آنچه که باید خود را نشان می دهد. ویرانگر یک ژنراتور ازن، ازن غلیظ را از-گاز تخلیه میکند. اگر ورودی هوای کارخانه VPSA در جهت باد یا خیلی نزدیک به آن نقطه تخلیه قرار گیرد، سیستم ازن با غلظت{4} بالا را جذب میکند. ازن یک اکسید کننده قوی است و به سرعت ساختار کریستالی غربال مولکولی زئولیت را از بین می برد. این آسیب غیر قابل برگشت است و می تواند یک خطای مهندسی کشنده باشد.
- کنترل نقطه شبنم با افزونگی. در حالی که -نقطه شبنم 60 درجه اغلب به عنوان کافی ذکر میشود، تجربه مهندسی نشان میدهد که یک -قطار خشککن دو مرحلهای - خشککن یخچالی بهعلاوه خشککن خشککننده - ایمنتر است. یک مانیتور آنلاین نقطه شبنم در خط ابزار حیاتی، قبل از نفوذ ماده خشک کن اجازه می دهد تا رطوبت مایع به سلول های تخلیه گران ازن برسد، هشدار اولیه را ارائه می دهد.
برگردیم به سوال اصلی: چرا ژنراتورهای ازن فاضلاب اغلب با نیروگاه های اکسیژن VPSA جفت می شوند؟ پاسخ در شیمی فیزیکی سنتز ازن نهفته است. تغذیه اکسیژن با غلظت بالا یک گزینه نیست - این پیش شرط برای اکسیداسیون ازن با راندمان بالا، کم-قدرت- طولانی مدت است.
برای-تامین اکسیژن در محل در محدودههای ظرفیت کوچک- تا-متوسط (معمولی برای اکثر برنامههای فاضلاب)، VPSA بهترین ترکیبی از بازیابی اکسیژن، انعطافپذیری کاهش بار و هزینه چرخه عمر را ارائه میدهد. اکسیژن مایع کار می کند اما زنجیره تامین و سربار ایمنی را به همراه دارد. PSA فشار بالا- کار می کند اما برای همان خروجی انرژی بیشتری مصرف می کند. درک این منطق فنی راهنمایی واقعی برای بهینه سازی طراحی فرآیند اکسیداسیون پیشرفته در تصفیه خانه های فاضلاب ارائه می دهد.
