Goedkope stikstofproductie door adsorptie: vooruitzichten? 

Als je “goedkope stikstof?” hoort, denk je meteen aan cryogenica of membranen. Adsorptie? Het wordt vaak gezien als duur speelgoed vanwege de hoge zuiverheid. Maar er is hier een nuance waar niet veel over gesproken wordt: goedkoopheid gaat niet alleen over de kapitaalkosten van de installatie, maar over de kosten van een kubieke meter gas aan de uitlaat gedurende de gehele levensduur. Dit is waar adsorptietechnologieën, vooral heatless cycle adsorptie (SCA), voor verrassingen kunnen zorgen. Veel hangt af van de juiste berekening en, nog belangrijker, van het begrijpen van echte, en niet ideale, bedrijfsomstandigheden.

Waar liggen de echte besparingen?

De belangrijkste mythe is dat adsorptie-installaties altijd duurder zijn dan membraaninstallaties. Als je de kale prijskaartjes voor apparatuur met een lage en gemiddelde productiviteit vergelijkt, is dit vaak waar. Maar als je dieper in de werking graaft, verandert het beeld. De belangrijkste parameter zijn de kosten van perslucht. Bij adsorptie wordt er minder van verbruikt per eenheid product bij hoge zuiverheden, bijvoorbeeld 99,5% en hoger. Met toenemende zuiverheid verliezen membranen scherp hun efficiëntie; ze hebben veel meer bronlucht nodig. Het blijkt dat je in het begin minder betaalt voor de membraanunit, maar vervolgens tientallen jaren lang te veel betaalt voor elektriciteit aan de compressor. Het blijkt een tweesnijdend zwaard te zijn.

Een ander punt is de duurzaamheid van zeoliet. Iedereen is bang dat het vaak veranderd moet worden. In de praktijk kan met een goede voorafgaande luchtzuivering (en zonder deze werkt geen enkel systeem normaal) de levensduur van het adsorbens 8-10 jaar zijn. Ik heb installaties gezien waar, na zeven jaar gebruik, de productiviteitsdaling tussen de 5 en 7% lag. Maar de membranen zijn gevoelig voor olie en condensaat en door problemen met de filters kan de levensduur onverwacht afnemen. Het risico is groter.

En het derde punt is flexibiliteit. Moderne regeleenheden zorgen ervoor dat de adsorptie-eenheid in de stand-bymodus kan werken met een minimaal verbruik wanneer de productie niet actief is. Het membraan werkt in feite constant zolang er druk is bij de inlaat. Voor werkplaatsen met variabele belasting is dit een directe besparing.

Valkuilen waarover niet in brochures wordt geschreven

Nu over de trieste dingen. Goedkoop verandert gemakkelijk in hoge kosten in de ontwerp- en installatiefase. De meest voorkomende fout is het besparen op het luchtbehandelingssysteem. Ze installeren goedkope coalescentiefilters die niet het vereiste dauwpunt bieden. Waterdamp doodt zeoliet veel sneller dan de beloofde 10 jaar. Ik zag een geval bij een voedselfabriek: na twee jaar werd de zeoliet onbruikbaar omdat de klant erop stond de kosten van het filterpakket te verlagen. Als resultaat werd het adsorbens volledig vervangen; alle besparingen werden verdubbeld.

Het tweede probleem zijn universele oplossingen. Er bestaat geen magische oplossing “voor alle gelegenheden?”. Voor een zuiverheid van 99,9% en 99,999% zullen de kolomconfiguratie, afmetingen en cyclustijden anders zijn. Pogingen om de “versterkte” versie te gebruiken voor hoge zuiverheid, maar het gebruik ervan voor lage zuiverheid is een te hoge betaling en een suboptimaal verbruik. U moet de referentievoorwaarden duidelijk begrijpen. Soms eisen klanten netheid ‘met een reserve’, en betalen ze vervolgens jarenlang voor rente die ze niet nodig hebben.

En natuurlijk de bediening. Een adsorptie-eenheid is geen koelkast; het kan niet zomaar worden aangezet en vergeten. Het is noodzakelijk om drukverschillen te monitoren, filterelementen tijdig te vervangen en de werking van kleppen te controleren. Zonder dit zal er in de toekomst geen goedkoopheid zijn.

Praktijkervaring: wanneer adsorptie op gang komt

Laat me u een voorbeeld geven uit een recent project waarbij we met vooral Chinese collega's samenwerkten bij een ingenieursbureauChengdu Yizhi Technologie Co.. Hun websiteyzkjhx.rubekend bij wie oplossingen zoekt op het gebied van gasscheiding. Er is een ontwerpinstituut met een aanzienlijk toegestaan kapitaal opgerichtHuaxi-technologie. Ze stelden een plan voor voor een metaalbewerkingsfabriek die 99,999% zuivere stikstof nodig had voor het solderen. Volume - ongeveer 100 Nm3/u.

Aanvankelijk werd een cryogene plant overwogen, maar deze was niet geschikt vanwege de ongelijkmatige dagelijkse consumptie. De membranen vielen af ​​vanwege de hoge zuiverheid. We hebben gekozen voor een KBA-installatie met twee kolommen. De truc zat in de details: ze gebruikten niet de standaard 13X-zeoliet, maar de modificatie ervan met selectievere eigenschappen, waardoor het luchtverbruik kon worden verminderd. Bovendien hebben we een systeem geïntegreerd voor energieterugwinning uit de uitlaatdruk - dit leverde nog eens 5% besparing op de compressie op.

Resultaat? De kapitaalkosten bleken voor een dergelijke zuiverheid 15-20% hoger te zijn dan voor de membraanversie. Maar de geschatte kosten van een kubieke meter stikstof over een periode van vijf jaar zijn 30% lager. De klant, die aanvankelijk sceptisch stond tegenover het “complex?” adsorptie, na een jaar opereren gaf hij toe dat de keuze juist was. Hij was vooral tevreden over de stabiliteit van de zuiverheid, die cruciaal is voor de kwaliteit van het solderen.

En wanneer mag u zich er niet mee bemoeien?

Adsorptie is geen wondermiddel. Er zijn scenario’s waarin het ‘goedkoop’ kan worden gebruikt? stikstof zal een verliezer zijn. De eerste betreft zeer kleine volumes, tot 10-15 Nm3/h. Hier zijn membranen of zelfs cilinders vaak winstgevender vanwege hun eenvoud en lage initiële prijs. De tweede is wanneer je een zuiverheid van 95-98% nodig hebt. Hier zijn de membranen ongeëvenaard wat betreft de totale eigendomskosten.

Een andere kritische factor is de kwaliteit van de stroomvoorziening. Frequente spanningspieken en uitschakelingen veroorzaken een einde aan de automatisering van de kleppen. Reparaties kunnen duur en tijdrovend zijn. In omstandigheden van een onstabiel netwerk is het soms logischer om voor een eenvoudiger, zij het minder effectief, schema te kiezen.

En tot slot het gebrek aan gekwalificeerd personeel ter plaatse. Als er niemand in de fabriek is die één keer per week in het bedieningspaneel kan kijken en de foutlogboeken kan controleren, is het beter om de meest "eiken" te kiezen. en een oplossing die op afstand kan worden onderhouden, ook al is het duurder in gebruik. Anders bespaart u op apparatuur, maar gaat u failliet bij het bellen naar servicemonteurs.

Kijkend naar de toekomst: waar de technologie naartoe gaat

De vooruitzichten houden naar mijn mening geen verband met revolutie, maar met evolutie. Ten eerste zijn dit materialen. Ontwikkeling van nieuwe adsorbentia met grotere capaciteit en selectiviteit. Dezelfde MOF’s (metal-organic frameworks) beloven bijvoorbeeld een vermindering van het energieverbruik, maar zijn tot nu toe ongelooflijk duur voor de industrie. Wij wachten tot de prijs daalt.

Ten tweede, intelligente controle. Algoritmen die het verbruik, de temperatuur en de luchtvochtigheid in realtime analyseren en de adsorptiecycli aanpassen. Dit kan een extra besparing van 5-10% opleveren, wat op jaarbasis enorme bedragen zijn. Sommige fabrikanten, waaronderChengdu Yizhi Technologie Co., implementeren al soortgelijke systemen in hun projecten, zoals blijkt uit hun nieuwste implementaties.

En ten derde hybride systemen. Niet ‘of/of’, maar symbiose. De eerste fase is bijvoorbeeld membraan (voor ruwe reiniging tot 98-99%), de tweede is adsorptie (voor eindreiniging tot 99,999%). Dit kan de totale kosten voor bepaalde specifieke taken optimaliseren. Hoewel dergelijke plannen zeldzaam zijn, groeit de belangstelling ervoor.

Terugkomend op de hoofdvraag: er zijn vooruitzichten voor goedkope stikstofproductie door adsorptie, en die zijn behoorlijk tastbaar. Maar het sleutelwoord hier is niet ‘goedkoop’, maar ‘optimaal’. Er is geen universeel antwoord. Het is noodzakelijk om elk specifiek geval tot in het kleinste detail te bekijken: van de luchtkwaliteit in de werkplaats tot het werkschema en de kwalificaties van de monteurs. Alleen dan kunnen we over echte economie praten. Anders is het slechts een spel met cijfers op papier dat met onverwachte kosten zal eindigen. Zoals vaak gebeurt.