Generador de nitrógeno PSA a prueba de explosiones para plantas químicas: pureza, zonas, costo

Una planta de productos químicos especializados que ejecuta un circuito de cobertura de nitrógeno de 400 Nm3/h quema un suministro de nitrógeno líquido de 20 toneladas cada cinco o seis días. Un solo camión cisterna retrasado obliga al reactor a ventilar el producto o a apagarse. Esa aritmética, no un catálogo de productos, es lo que empuja a la mayoría de los sitios químicos hacia un generador de nitrógeno PSA a prueba de explosiones en el sitio.

Lo que realmente cubre la clasificación a prueba de explosiones en un generador de nitrógeno PSA

La clasificación a prueba de explosiones se aplica al paquete eléctrico y de instrumentación de un generador de nitrógeno PSA, no al nitrógeno que produce. El nitrógeno es inerte. El riesgo de ignición en un sitio químico proviene del vapor de hidrocarburos, hidrógeno o niebla de solvente presente en el área donde está instalado el skid.

Según IEC 60079-10-1 y la serie equivalente GB/T 3836, esa área se clasifica como Zona 0, 1 o 2. La clasificación de zona determina qué componentes deben llevar un certificado Ex. En la práctica, esa lista es corta: el motor, las válvulas solenoides, los transmisores de presión y flujo, el analizador de oxígeno y el gabinete del PLC. Los recipientes, las tuberías, los lechos de tamices moleculares de carbono y las válvulas manuales son piezas mojadas por el proceso y no requieren certificación.

Una especificación típica de un sitio químico dice Ex d IIB T4 Gb. El grupo de gases IIB comprende el etileno y el propileno; La clase de temperatura T4 limita la temperatura de la superficie a 135 grados Celsius. El impuesto al hidrógeno traslada al grupo del gas a la CII, y ese solo cambio puede agregar semanas al plazo de entrega de la adquisición de electricidad.

El paquete eléctrico normalmente añade entre un 15 y un 25 por ciento al costo del proyecto. Vale la pena mencionar esa cifra con anticipación, porque es la parte del presupuesto que más a menudo se subestima en la etapa de investigación.

Cómo funciona la separación de PSA dentro de un patín de nitrógeno químico

La generación de nitrógeno mediante PSA separa el nitrógeno del aire comprimido aprovechando un hecho físico: el tamiz molecular de carbono adsorbe oxígeno más rápido que el nitrógeno. El aire filtrado ingresa a un recipiente entre 0,7 y 0,8 MPa. El oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua se mantienen en la superficie del tamiz mientras la corriente rica en nitrógeno pasa a un recipiente tampón.

Después de aproximadamente 60 segundos, el primer recipiente se satura. El ciclo cambia al segundo recipiente mientras el primero se despresuriza para liberar el oxígeno adsorbido a la atmósfera. El recipiente intermedio y la secuencia de conmutación mantienen una salida continua, razón por la cual un patín bien diseñado muestra muy poca ondulación de presión en la salida.

1. Tratamiento del aire. El aceite, el agua y las partículas se eliminan antes de que el tamiz vea el aire.
2. Adsorción. Se presuriza el recipiente A y se mantiene oxígeno en el lecho del tamiz.
3. Igualdad. Los dos vasos comparten presión para recuperar energía en lugar de ventilarla.
4. Regeneración. El recipiente A despresuriza y libera el oxígeno capturado.
5. Conmutación. El buque B toma la carga mientras el buque amortiguador suaviza el balanceo.
6. Purificación, cuando sea necesario. El oxígeno residual se elimina hasta alcanzar el 99,999 por ciento.

Generador de nitrógeno PSA serie BAN para producción continua de nitrógeno in situ Generador de nitrógeno PSA de dos torres adecuado para una demanda química constante, con recipiente intermedio y secuencia de conmutación que respaldan una salida continua y una ondulación de presión de salida baja. Ver producto →

Zhejiang Baiao Gas Equipment Co., Ltd. construye su serie BAN en torno a una disposición de oscilación de presión de dos torres, que es la configuración que adoptan la mayoría de las plantas químicas cuando la demanda de flujo es constante y el objetivo de pureza se sitúa entre el 97 y el 99,99 por ciento.

Hacer coincidir la pureza y el caudal con la función que realmente tiene su proceso

La pureza la establece el proceso posterior, no la placa de identificación del generador. Cada nueve adicional de pureza, de 99,9 a 99,99 a 99,999 por ciento, reduce el oxígeno residual en aproximadamente un factor de diez y reduce la producción de nitrógeno utilizable del mismo lecho de tamiz.

Esa compensación es la cifra más incomprendida en la adquisición de nitrógeno. Una máquina con un rendimiento de 100 Nm3/h al 99,9 por ciento no producirá 100 Nm3/h al 99,999 por ciento. Sobreespecificar la pureza en un nueve puede costarle a una planta química entre un 30 y un 40 por ciento de capital innecesario más una penalización energética permanente.

Equipo de purificación de nitrógeno con soporte de carbono BCN para nitrógeno de alta pureza Unidad de purificación post-PSA para alcanzar la máxima pureza del nitrógeno mediante la eliminación del oxígeno residual, útil cuando las demandas de pureza ultraalta superan los límites estándar del generador PSA. Ver producto →

Cuando el proceso exige el nivel superior, la ruta estándar es una etapa de purificación con soporte de carbón colocada después de los recipientes de PSA. Elimina el oxígeno residual que el tamiz por sí solo no puede alcanzar y mantiene el generador funcionando con una pureza cómoda en lugar de al límite.

El lado del aire comprimido decide si la pureza se mantiene en el tiempo

La mayoría de las quejas de pureza en un sitio químico se remontan al tratamiento del aire comprimido, no al tamiz molecular. El arrastre de aceite es la causa más común de falla prematura del tamiz. Un compresor de tornillo rotativo con un elemento separador desgastado puede empujar 0,1 mg/m3 de aerosol de aceite hacia abajo, y el tamiz molecular de carbono se envenena permanentemente por encima de aproximadamente 0,003 mg/m3 de aceite residual, lo que corresponde a la norma ISO 8573-1 Clase 1.

El punto de rocío es igualmente importante. Un secador frigorífico por sí solo proporciona un punto de rocío a presión de aproximadamente más 3 grados Celsius, que es adecuado para el aire general de una planta y no adecuado para un patín de nitrógeno. El secado por adsorción es lo que reduce el punto de rocío a -40 o -70 grados Celsius.

• La separación de aceite y agua elimina el condensado a granel antes de que llegue al elemento filtrante.
• El secado refrigerado reduce el punto de rocío a presión a aproximadamente más 3 grados Celsius.
• El secado regenerativo sin calor o con microcalor lo lleva a -40 o -70 grados centígrados.
• La filtración de precisión y el carbón activado eliminan los aerosoles de aceite y los vapores de hidrocarburos.
• La filtración esterilizante se agrega cuando el nitrógeno entra en contacto con superficies farmacéuticas o de calidad alimentaria.

La misma cadena es estándar en aplicaciones petroquímicas de nitrógeno , donde el servicio continuo y los largos intervalos entre períodos de mantenimiento importan más que el costo inicial.

Secador de aire comprimido combinado de bajo punto de rocío BEA Secador combinado de refrigeración y adsorción para aire comprimido con bajo punto de rocío, destinado a un servicio continuo de estilo petroquímico donde es importante un funcionamiento fiable y largos intervalos de mantenimiento. Ver producto →

Generación in situ versus nitrógeno líquido entregado: la aritmética de costos

Para una planta química con una demanda constante de nitrógeno superior a aproximadamente 50 Nm3/h, la generación in situ gana en costes. La brecha es lo suficientemente amplia como para que la recuperación de la inversión normalmente se produzca en un plazo de 18 a 30 meses para un sistema de 200 Nm3/h, antes de cualquier provisión por el riesgo de parada evitada.

Tres líneas de costos deciden la comparación. El nitrógeno líquido entregado conlleva pérdidas por evaporación del tanque de almacenamiento, generalmente entre 0,5 y 1 por ciento por día, además del transporte en camiones cisterna y el alquiler de tanques. El suministro de cilindros y paquetes añade mano de obra de manipulación y pérdida de gas residual. La generación in situ reemplaza todo eso con electricidad, mantenimiento y reemplazo periódico de tamices.

El costo operativo que toma por sorpresa a los compradores de productos químicos no es la electricidad. Es un mantenimiento no planificado en el lado del compresor. Un patín de nitrógeno que funciona con una carga del 85 por ciento con aire de entrada sucio consumirá más elementos separadores y cartuchos de filtro durante cinco años que la diferencia de precio entre un paquete de tratamiento de aire de rango medio y uno premium.

Lista de verificación de especificaciones antes de emitir la orden de compra

Ocho elementos determinan si un generador de nitrógeno PSA a prueba de explosiones para uso químico funciona según lo especificado. Cada uno de ellos es económico de corregir en la etapa de consulta y costoso de corregir después de la instalación.

1. Obtenga la clasificación del área por escrito, con zona, grupo de gas y clase de temperatura, en lugar de un requisito general para equipos a prueba de explosiones.
2. Tamaño del flujo frente a la demanda simultánea en el peor de los casos, no el promedio diario.
3. Indique la pureza y el punto de rocío como dos números separados, porque impulsan equipos diferentes.
4. Incluir la cadena completa de tratamiento de aire en el mismo paquete de oferta que el generador.
5. Exija números de certificado, no solo una declaración de cumplimiento, para cada componente con clasificación Ex.
6. Confirme si el gabinete de control se encuentra dentro o fuera del área peligrosa.
7. Acuerde una garantía de tamiz que establezca por escrito el umbral de contaminación del aceite.
8. Verifique la disponibilidad de repuestos y la respuesta del servicio en sitio antes de firmar.

Preguntas frecuentes

¿El generador de nitrógeno PSA necesita certificación a prueba de explosiones?

Sólo lo hace su paquete eléctrico y de instrumentación. Los recipientes a presión, las tuberías, los lechos de tamices moleculares de carbono y las válvulas manuales manejan nitrógeno inerte y no son fuentes de ignición. Los componentes que requieren certificación Ex son el motor, las válvulas solenoides, los transmisores, el analizador de oxígeno y el gabinete de control.

¿Qué clasificación a prueba de explosiones es normal para una planta química?

Ex d IIB T4 Gb es la especificación más común, porque el grupo de gases IIB cubre etileno y propileno y la clase de temperatura T4 limita la temperatura de la superficie a 135 grados Celsius. Los sitios que manejan hidrógeno o acetileno pasan al grupo de gas IIC, que es una categoría de adquisición diferente con plazos de entrega más largos.

¿Puede un generador de nitrógeno PSA ofrecer una pureza del 99,999 por ciento a un flujo nominal completo?

No. La producción de nitrógeno utilizable disminuye a medida que aumenta el objetivo de pureza, normalmente a alrededor del 55 por ciento del flujo nominal al 99,999 por ciento. Alcanzar ese grado normalmente requiere una etapa de purificación aguas abajo después de los recipientes de PSA, razón por la cual el requisito de pureza y el requisito de flujo deben cotizarse juntos.

¿Cuánto dura la carga de un tamiz molecular de carbono?

De ocho a diez años es realista cuando el tratamiento del aire aguas arriba mantiene el aceite residual por debajo de 0,003 mg/m3 y el punto de rocío a presión por debajo de -40 grados Celsius. El arrastre de petróleo es el modo de falla dominante, y una vez que el tamiz se envenena, la pérdida de capacidad es permanente en lugar de recuperable.

Para un recorrido más amplio de la cadena de tratamiento que se encuentra frente al generador, el referencia de equipos de purificación de gases cubre la filtración, el secado y la etapa de filtración con más detalle.