Kako lahko industrijski učinek PSA kisika PSA doseže 30% ali več zmanjšanja porabe energije?

How can industrial-grade PSA oxygen generator achieve a 30% or more reduction in energy consumption?

Newtek (Hangzhou) Energy Technology Co., Ltd. je vodilni proizvajalec sistemov za proizvodnjo plina na kraju samem s poudarkom na tehnologiji adsorpcije s pritiskom (PSA) za industrijske in medicinske aplikacije. Z desetletji strokovnega znanja na področju inženirstva za ločevanje plina se je podjetje uveljavilo kot pionir na področju energetsko učinkovite nastajanja kisika, ki služi metalurgiji, kemični predelavi, čiščenju odpadne vode in proizvodnje. Newtekovi industrijski generatorji PSA kisika so zasnovani tako, da zagotavljajo kisik z visoko čistostjo (93–99,5%), hkrati pa dajejo prednost trajnosti, zanesljivosti in stroškovne učinkovitosti.

V središču Newtekove industrijske ponudbe je modularni sistem PSA, ki uporablja napredne molekularne siete zeolita, da loči kisik iz zunanjega zraka. Ti generatorji delujejo s ciklično adsorpcijo-kjer je dušik selektivno ujet s sivoji pod tlakom in desorpcijo-kjer se ujame dušik, se sprosti, da se regenerira sito. Ključne značilnosti industrijskih enot Newteka imajo razširljive proizvodne zmogljivosti (od nekaj kubičnih metrov na uro do sto), robustno konstrukcijo za neprekinjeno delovanje v ostrih industrijskih okoljih in inteligentne krmilne sisteme, ki optimizirajo delovanje v realnem času.

Opredeljujoči atribut NewtekovegaPSA generatorji kisikaje njihov poudarek na energetski učinkovitosti. Z inovativnim inženiringom, znanostjo materialov in optimizacijo procesov je oprema podjetja dosegla znatno zmanjšanje porabe energije v primerjavi z običajnimi sistemi PSA, ki se je uskladila z globalnimi industrijskimi trendi v smeri dekarbonizacije in trajnostne proizvodnje.

Zlasti so se Newtekova prizadevanja za raziskave in razvoj osredotočila na celostno zasnovo sistema, kjer je vsak komponentni vnos zraka do cevovodov za dostavo kisika-oblikovan za zmanjšanje izgube energije. Ta integrirani pristop zagotavlja, da povečanja učinkovitosti niso omejena na posamezne dele, ampak sestavljena v celotnem procesu ustvarjanja kisika, kar omogoča 30%+ zmanjšanje porabe energije, ki razlikuje njene industrijske sisteme.

PSA generator kisika

PSA plinski sistem

Industrijski procesi se močno zanašajo na kisik, zaradi česar so PSA generatorji kritičnega potrošnika energije v proizvodnih prostorih. Tradicionalni PSA sistemi, čeprav so učinkoviti pri proizvodnji kisika, so pogosto energetsko neučinkoviti:

Prekomerna kompenzacija v nastavitvah tlaka, da se zagotovi čistost, kar vodi do presežne porabe energije.

Fiksni cikli adsorpcije/desorpcije, ki se ne prilagajajo nihanju povpraševanja, zapravljajo energijo v obdobjih z nizko uporabo.

Neučinkovito delovanje kompresorja, kjer kompresorji delujejo s polno zmogljivostjo, ne glede na dejanske potrebe kisika.

Ta neučinkovitost prispeva k visokim operativnim stroškom in povečanim ogljičnim odtisom, kar spodbuja industrije k iskanju rešitev, ki zmanjšujejo porabo energije, ne da bi pri tem ogrozili proizvodnjo kisika ali čistosti.

V obdobju, kjer je industrijska trajnost vezana na regulativno skladnost in tržno konkurenčnost, je energetska učinkovitost pri ustvarjanju kisika postala strateška prednostna naloga. Za energetsko intenzivne industrije lahko celo mejno zmanjšanje porabe energije, povezane s kisikom, pomenijo znatne prihranke stroškov in izboljšane okoljske poverilnice.

Tri primarne komponente poganjajo porabo energije v tradicionalni industrijskiPSA generatorji kisika:

Zračni kompresorji: Stiskanje zunanjega zraka na visoke tlake, potrebne za adsorpcijo (običajno 6–8 barov), predstavlja 60–70% celotne porabe energije sistema. Običajni kompresorji pogosto delujejo s konstantno hitrostjo in porabijo polno moč, tudi ko je povpraševanje po kisiku majhno.

Aktiviranje ventila: Pogosto kolesarjenje ventilov za preklapljanje med fazo adsorpcije in desorpcije zahteva znatno energijo, zlasti v sistemih z zastarelimi modeli ventila, ki puščajo ali delujejo neučinkovito.

Procesi regeneracije: Desorbiranje dušika iz siv pogosto vključuje tlačni čistilni plin ali vakuumske črpalke, ki dodajo porabo energije v tradicionalnih sistemih.

Obravnavanje teh območij je ključnega pomena za doseganje znatnih prihrankov energije v industrijski opremi PSA. Pomožni sistemi pripravijo zunanji zrak za postopek PSA, lahko prispevajo k energetskim odpadkom v običajnih nastavitvah.

Newtekovi industrijski generatorji PSA vključujejo kompresorje s pogonom s spremenljivo hitrostjo (VSD), kar je ključno inovacijo pri zmanjšanju porabe energije. Za razliko od kompresorjev s fiksno hitrostjo, enote VSD v realnem času prilagodijo svojo vrtilno hitrost, da se ujemajo s povpraševanjem po kisiku:

Med največjo proizvodnjo kompresorja povečuje do polne zmogljivosti, da doseže visoke stopnje pretoka.

Med uspavanjem (ko se proizvodna linija ustavi) se kompresor upočasni in porabi samo energijo, potrebno za vzdrževanje izhodiščne proizvodnje kisika.

Ta prilagodljivost odpravlja energetske odpadke, povezane s konstantno hitrostjo. V panogah z nihajočimi potrebami kisika lahko samo kompresorji VSD zmanjšajo porabo energije za 15–20%, kar je pomemben del skupnega 30 -odstotnega cilja.

Newtekovi kompresorji VSD imajo napredne motorja, ki pretvorijo električno energijo v mehansko energijo z večjo učinkovitostjo kot tradicionalni indukcijski motorji. To nadaljnje zmanjšuje izgubo energije med stiskanjem, zlasti pri delnih obremenitvah, kjer običajni motorji pogosto premalo vplivajo.

Učinkovitost sistemov PSA je močno odvisna od zmogljivosti molekulskih sitov in zasnove adsorpcijskih/desorpcijskih ciklov. Newtek je na tem področju razvil dve dopolnilni inovaciji:

Zeoliti z visoko zmogljivostjo: Lastniške formulacije zeolita Newteka imajo večjo afiniteto do dušika, kar omogoča učinkovitejšo adsorpcijo. To pomeni, da lahko sistem doseže enako čistost kisika z nižjimi delovnimi tlaki (4–6 barov namesto 6–8 barov), kar zmanjša energijo, potrebno za stiskanje. Ti zeoliti imajo hitrejšo adsorpcijsko hitrost, skrajšanje časov cikla in zmanjšuje trajanje energijsko intenzivnih faz stiskanja.

Prilagodljivi nadzor cikla: Tradicionalni PSA sistemi uporabljajo čas fiksnega cikla (60 sekund na cikel adsorpcije/desorpcije). Newtekovi inteligentni algoritmi za nadzor prilagodijo dolžino cikla na podlagi dejavnikov v realnem času: ravni nasičenosti sita, kakovost zunanjega zraka in povpraševanje po kisiku. Med nizkim povpraševanjem se cikli razširijo, da se zmanjša pogostost aktiviranja ventilov, kar zmanjšuje porabo energije za operacije ventilov za do 25%. Med velikim povpraševanjem se cikli skrajšajo, da ohranijo proizvodnjo brez pretiravanja.

Ti napredki skupaj zmanjšujejo energijsko intenzivnost adsorpcijskega procesa za 10–15%.

Regeneriranje molekulskih sitov (desorpcija) je običajno energijsko intenzivno, saj zahteva sproščanje ujetega dušika. Newtekovi sistemi vključujejo mehanizme za obnovo energije, da to ublažijo:

Čiščenje s pritiskom: Namesto da bi uporabili zunanjo energijo za čiščenje dušika, sistem preusmeri majhen del visokotlačnega kisika iz faze adsorpcije, da pomaga pri desorpciji. To zmanjšuje potrebo po vakuumskih črpalkah ali dodatnem stiskanju, s čimer varčuje z energijo.

Rekuperacija toplote: Kompresorji ustvarjajo pomembno odpadno toploto. Newtekovi sistemi zajemajo to toploto in jo uporabijo za ogrevanje čiščenja plina, povečanje učinkovitosti desorpcije in zmanjšanje energije, potrebne za regeneracijo sitov. Obnavljana toplota se uporablja za predgrevanje dohodnega zunanjega zraka, zmanjšanje delovne obremenitve na zračnih sušilnikih in izboljšanje splošne učinkovitosti sistema.

Te inovacije zmanjšujejo porabo energije v fazi desorpcije za 20–30%, kar pomembno prispeva k skupnim prihrankom

Celo manjše puščanje zraka v sistemih PSA prisili kompresorje, da se bolj trudijo, da bi ohranili pritisk, zapravljali energijo. Newtek to obravnava skozi:

Visoke senalne ventile: Natančno opremljeni ventili s tesnimi tesnili in minimalnim odmikom zmanjšujejo uhajanje med kolesarjenjem. Ti ventili potrebujejo manj energije, da se učinkoviteje aktivirajo in ohranjajo pritisk. Ventili so zasnovani tako, da delujejo z nižjimi tlačnimi diferenciacijami, kar še dodatno zmanjšuje porabo energije med preklopom.

Aerodinamični cevovodi: Gladke, optimizirane postavitve cevovodov zmanjšujejo padce tlaka v dovodnem vnosu zraka in linije za dostavo kisika. Zmanjšana turbulenca pomeni, da kompresorji porabijo manj energije, da potisnejo zrak skozi sistem. Komolci in stičišča so zaobljeni, da se preprečijo motnje pretoka, premeri cevi pa so natančno velikost, da se prepreči prekomerna zmogljivost, kar lahko povzroči nepotrebne izgube trenja.

Z zmanjšanjem puščanja in izgub tlaka ti zasnovi zmanjšajo porabo energije za dodatnih 5–10%.

Zračni sušilniki in filtri se uporabljajo za odstranjevanje vlage in onesnaževal iz zunanjega zraka, preden vstopi v enoto PSA, so v običajnih sistemih pogosto spregledani viri energetskih odpadkov. Newtek je te komponente prenovil, da bi deloval v tandemu z glavnim sistemom PSA:

Sušenje zraka na podlagi povpraševanja: Tradicionalni zračni sušilniki delujejo neprekinjeno, tudi ko je povpraševanje po kisiku majhno. Newtekovi sušilniki prilagodijo delovanje na podlagi pretoka zraka v realnem času, kar zmanjšuje porabo energije med zatišjem.

Filtri z nizkim tlakom: Filtri z visoko učinkovitostjo z minimalnim padcem tlaka zmanjšujejo delovno obremenitev na kompresorjih, kar zagotavlja, da se manj energije porabi za potiskanje zraka skozi faze čiščenja.

Te optimizacije prispevajo dodatno 3–5% zmanjšanje celotne porabe energije.

Newtekovi industrijski generatorji PSA so opremljeni z AI-poganjanimi kontrolnimi platformami, ki delujejo kot "možgani" sistema in usklajujejo vse komponente, da zmanjšajo porabo energije. Ti sistemi:

Spremljajte povpraševanje po kisiku v realnem času iz povezanih industrijskih procesov (jeklena peč ali rezervoar za prezračevanje odpadne vode) in ustrezno prilagodite proizvodnjo.

Napovedujte nihanja povpraševanja na podlagi zgodovinskih podatkov (največ ur v proizvodnem obratu) in predhodno prilagodite hitrost kompresorja in čas cikla.

Zaznajte neučinkovitost (zamašeni zračni filter ali obrabljeni ventil) in opozorilne operaterje, kar preprečuje, da bi energijski odpadki poslabšali zmogljivost.

Krmilni sistem optimizira interakcijo med komponentami, med preklopom ventila rahlo upočasni kompresor, da zmanjša tlačne konice ali prilagodi čas desorpcije na podlagi temperature okolice, kar vpliva na delovanje sita. Ta celostna koordinacija zagotavlja, da nobena komponenta ne deluje izolirano, kar poveča splošno učinkovitost.

Industrijski objekti pogosto zahtevajo različne količine kisika, saj proizvodne lestvice navzgor ali navzdol. Newtekovi modularni PSA sistemi omogočajo "pravično velikost" ustvarjanja kisika:

Več manjših generatorjev lahko deluje vzporedno, pri čemer je le toliko enot aktivnih, kolikor je potrebno, da bi zadostili trenutnemu povpraševanju. Objekt, ki uporablja 50% njegove največje zmogljivosti za kisik, lahko ugasne polovico svojih modulov, kar sorazmerno zmanjša porabo energije.

Module je mogoče dodati ali odstraniti brez motenja, kar zagotavlja, da sistem nikoli ne porabi več energije, kot je potrebno za trenutno proizvodno obremenitev.

Ta razširljivost se izogne "kazni za prekomerno zmogljivost" tradicionalnih obsežnih PSA sistemov, ki odpravljajo energijo z delom pri delni obremenitvi. V velikih industrijskih kompleksih lahko module razdelimo geografsko blizu točk uporabe kisika, kar zmanjša izgubo energije v cevovodih na dolge razdalje.

Pri proizvodnji jekla se kisik uporablja za rezanje, varjenje in zgorevanje, obogateno s kisikom, za povečanje temperature peči. Srednja rastlina srednje velikosti, ki je uporabljala Newtekov sistem PSA, je poročala o 32-odstotnem zmanjšanju porabe energije v primerjavi s prejšnjo konvencionalno enoto PSA. Kompresorji s spremenljivo hitrostjo in kontrolniki prilagodljivega cikla so se izkazali za posebno učinkovite, ki so se med predelavo šarže prilagodili nihajočim potrebam po kisiku. Med čez nočjo v proizvodnji je sistem zmanjšal proizvodnjo za 70%, kar je znatno zmanjšalo porabo energije, ne da bi pri tem ogrozilo pripravljenost za jutranje izmene.

Kemična sinteza pogosto zahteva natančne koncentracije kisika za oksidacijske reakcije. Farmacevtska rastlina, ki uporablja modularni sistem PSA Newteka, je dosegla 35 -odstotno zmanjšanje energije z operacijo skaliranja modula za ujemanje proizvodnih serij. Rekuperacija toplote od kompresorjev je zmanjšala zanašanje rastline na zunanje ogrevalne sisteme, kar je ustvarilo dodatne prihranke energije. Sposobnost sistema, da prilagodi čistost kisika v realnem času-od 93% do 99,5%-je bila posledica potrebe po energetsko intenzivnih korakih po surifikaciji, kar nadaljuje znižanje porabe.

Zračenje je ključni korak pri čiščenju odpadne vode, ki zahteva velike količine kisika za podporo aerobnim bakterijam. Občinski obrat za odpadne vode z uporabo NewtekovePSA generatorji kisikaZ obnovitvijo energije v fazah desorpcije zmanjšuje porabo energije, povezane z zrakom, za 31%. Prilagodljivi krmilni sistem je prilagodil proizvodnjo kisika na podlagi meritev kakovosti vode v realnem času, pri čemer se je izognil prekomerni modeciji v obdobjih z nizko kalutacijo. Modularna zasnova je omogočila, da je objekt postopoma dodajal enote, ko se je zmogljivost zdravljenja razširila, kar je zagotovilo, da je poraba energije sorazmerno zmanjšala s povpraševanjem.

V embalaži in ohranitvi hrane se kisik uporablja za ustvarjanje spremenjene atmosfere. Velika obrat za predelavo hrane je uvedel Newtekov sistem PSA in zabeležil 28-odstotno zmanjšanje porabe energije v primerjavi s prejšnjo oskrbo na osnovi cilindra. Sposobnost sistema za ustvarjanje kisika na zahtevo je odpravila energijsko intenziven prevoz in skladiščenje, povezano z jeklenkami, medtem ko so se kompresorji s spremenljivo hitrostjo ujemali s proizvodnim urnikom, ki temelji na premiku.

30-odstotno zmanjšanje porabe energije neposredno pomeni nižje emisije toplogrednih plinov, ob predpostavki, da je uporabljena elektrika z omrežjem. Za energetsko intenzivne industrije se to zmanjšanje uskladi s cilji globalne dekarbonizacije, kar pomaga ustanom pri doseganju ciljev nevtralnosti ogljika in v skladu s predpisi o emisijah. V regijah, ki se zanašajo na fosilna goriva za električno energijo, je vpliv še posebej pomemben, medtem ko je na območjih z visokim penetracijo obnovljivih virov energije ogljikov odtis nastajanja kisika še zmanjšal.

Energija običajno predstavlja 40–60% celotnih obratovalnih stroškov industrijskih PSA sistemov. 30 -odstotno zmanjšanje porabe energije pomeni znatne prihranke, pri čemer se obdobja vračila pogosto v 2–3 letih. Za objekte z velikim povpraševanjem po kisiku lahko ti prihranki naletijo na sto tisoč dolarjev letno, kar osvobodi sredstva za druge pobude za trajnostni razvoj ali operativne izboljšave.

Številne regije izvajajo strožje standarde energetske učinkovitosti za industrijsko opremo (direktiva EU Ecodesign ali kitajski zakon o varstvu energije). Newtekovi nizkoenergijski sistemi PSA pomagajo pri objektih pri izpolnjevanju teh predpisov, pri čemer se izognejo kazni in izboljšajo upravičenost do spodbud zelene energije. V nekaterih primerih se sistemi izpolnjujejo za davčne olajšave ali donacije za spodbujanje industrijske trajnosti.