Криогенная сепарация воздуха или PSA: какая технология соответствует вашим потребностям в газе?

 

В условиях меняющегося ландшафта применения промышленных газов,-от производства стали и электроники до медицинской кислородной и водородной энергетики,-эффективное разделение газов на-объекте становится все более важным. Среди различных технологий производства газа наиболее популярными стали две: криогенные установки разделения воздуха (ВРУ) и системы адсорбции при переменном давлении (КДА). Каждый из них обладает различными техническими преимуществами и подходит для различных условий эксплуатации, особенно когда речь идет о разделении кислорода и азота.

Являясь мировым-поставщиком высокотехнологичных газовых решений, компания NEWTEK Group специализируется как на криогенном разделении воздуха, так и на кислородных системах PSA. Всего по всему миру установлено более 9000 систем. Цель этой статьи – прояснить вопрос: какая технология подходит для ваших нужд в газе? Сравнивая криогенные ВРУ и системы КЦА по пяти основным параметрам: -чистота, мощность, энергоэффективность, занимаемая площадь и гибкость-, мы решаем основные проблемы инженерных групп, инвесторов проектов и специалистов по планированию промышленных газов.

Независимо от того, управляете ли вы сталелитейным заводом с содержанием кислорода 99,999 % или упаковочной линией, которой необходим гибкий азот средней-чистоты, понимание компромиссов-между PSA и криогенным разделением поможет вам избежать чрезмерных инвестиций, недостаточной производительности или несоответствия конструкции. Давайте разберем научные, экономические и реальные аспекты-соответствия обеих технологий-подкрепленные глобальным опытом реализации проектов NEWTEK-, чтобы помочь вам принять следующее решение.
 

Обзор двух технологий

В современном промышленном газоснабжении выбор правильной технологии разделения имеет решающее значение для контроля затрат, обеспечения качества газа и поддержания стабильности системы. Двумя основными технологиями получения кислорода/азота являются криогенное разделение воздуха (ASU) и адсорбция при переменном давлении (PSA). Они основаны на разных физических принципах и подходят для разных сценариев применения.-Оба из них являются основными предложениями NEWTEK Group.

Криогенное разделение воздуха
 

Принцип работы

Технология криогенного разделения воздуха основана на разнице температур кипения различных газов в воздухе. Он охлаждает воздух до -180 градусов или ниже, сжижает его и подает жидкий воздух в дистилляционную колонну для фракционирования для отделения кислорода высокой-чистоты, азота, аргона и других газов. Это основная технология, лежащая в основе крупномасштабных проектов NEWTEK, таких как ВРУ 4x40 000 Нм³/ч в Перу и система 51 000 Нм³/ч на Филиппинах.

Основные функции

Чистота кислорода может достигать более или равной 99,5 %, азота — более или равной 99,999 %, а аргон может быть совместно -производиться.

Система включает в себя компрессоры, холодильные камеры, теплообменники, дистилляционные башни и резервуары для хранения жидкости,-спроектированные для долгосрочной-стабильности.

Оптимизирован для-непрерывной потребности в газе благодаря энергоэффективной-конструкции (как продемонстрировано в проекте оптимизации энергопотребления ASU компании NEWTEK производительностью 45 000 м³/ч).

Типичные сценарии применения

Металлургия черной металлургии: кислородная продувка и рафинирование (проект NEWTEK в Перу поддерживает крупномасштабное-производство стали).

Крупномасштабная-химическая промышленность: поставка сырьевого и защитного газа.

Электростанции: кислородное топливо для более чистого сгорания.

Газовые компании: продажа баллонного или сжиженного газа (с использованием возможностей NEWTEK по криогенному сжижению).
 

✅ Технические характеристики: высокая производительность, высокая чистота, совместное-производство нескольких газов-, энергоэффективность-в масштабе.❌ Ограничения: более высокие первоначальные инвестиции, более длительное время запуска-, меньше подходит для частой корректировки нагрузки.
 

PSA (Адсорбция при переменном давлении)

Принцип работы

PSA использует разницу в адсорбционной способности материалов молекулярных сит (например, углеродных молекулярных сит, цеолита 13X) для различных газов под высоким давлением. Он направленно адсорбирует определенный компонент воздуха (например, азот или кислород) под высоким давлением, в то время как другие газы выводятся. Когда давление снижается, адсорбированный газ высвобождается, и молекулярное сито регенерируется,-что обеспечивает непрерывную работу.

Основные функции

Чистота кислорода обычно составляет от 90% до 95%; чистота азота от 95% до 99,5%.

Применяет чередующуюся работу двойной-башни для стабильных циклов адсорбции и регенерации.

Модульная конструкция-монтируемая на раме для быстрого развертывания (ключевое преимущество систем PSA NEWTEK для медицинского и мелкого-промышленного использования).

Типичные сценарии применения

Медицинские учреждения: системы подачи кислорода для государственных больниц (развернутые компанией NEWTEK на Филиппинах).

Пищевая промышленность: консервация и упаковка азота.

Обработка металла: лазерная резка, подача кислорода.

Лаборатории, селекционеры и генераторы озона: потребность в кислороде/азоте от небольшой до средней.

✅ Технические характеристики: быстрый запуск-(минуты), низкое энергопотребление, компактность, простота обслуживания.❌ Ограничения: невозможно производить аргон высокой-чистоты, чистота газа ограничена селективностью адсорбции.

 

Технологическое направление	Тип газа	Чистота кислорода/азота	Время запуска-включения	Применимые сценарии	Масштабируемость	Энергопотребление
Криогенное разделение воздуха	Кислород, Азот, Аргон	Больше или равно 99,5% (кислород); Больше или равно 99,999% (азот)	Часы	Крупные промышленные объекты	Одноразовая-разработка с большой емкостью	Высокая общая стоимость, низкая себестоимость единицы продукции в масштабе
Адсорбция ПСА	Кислород, Азот	90-95% (кислород); 95-99,5% (азот)	Минуты	Распределенные/малые и средние-фабрики	Модульное расширение	Низкий, энергоэффективный-для малых и средних мощностей.

Критерии сравнения

Процесс выбора технологии разделения газов по существу представляет собой взвешивание многих-факторов, таких как требования к чистоте, масштаб производства, сложность эксплуатации и обслуживания, а также экономика. Ниже приведен сравнительный анализ криогенного разделения воздуха и PSA по пяти основным направлениям,-дополненный информацией из глобального опыта реализации проектов NEWTEK.

 

Чистота газа и тип производимых газов

 

Криогенное разделение воздуха

Техническое преимущество заключается в разделении сверх-высокой чистоты: кислорода более или равно 99,5 %, азота более или равно 99,999 % и совместно-производимого аргона (используемого при сварке и рекуперации редких газов).

Идеально подходит для сценариев, требующих высокой чистоты и совместного производства нескольких-газов-, таких как производство электронной техники,-переработка высококачественной стали и химический синтез-все ключевые рынки для NEWTEK.

Адсорбция ПСА

Чистота кислорода: 90-95%; чистота азота: 95-99,5%; не может отделить аргон.

Подходит для отраслей со средней чистотой, но высокими требованиями к стабильности, таких как инкапсуляция пищевых продуктов, подача медицинского кислорода и системы озонирования.-Области, где модульные системы PSA NEWTEK превосходны.

Краткое содержание

Выбирайте криогенный вариант, если вам необходимо совместное производство газов сверх-высокой чистоты или аргона- (например, на крупных сталелитейных заводах или в химических парках).

Выбирайте PSA для экономичной-непрерывной подачи газов средней---высокой чистоты (например, в больницы или небольшие производственные предприятия).

Производственная мощность

 

Криогенное разделение воздуха

Начальная производительность: больше или равна 500 Нм³/ч с возможностью масштабирования до 100 000 Нм³/ч (ярким примером является проект NEWTEK в Перу 4x40000 Нм³/ч).

Индивидуальные проекты EPC, подходящие для кислородных станций, металлургических заводов и крупных химических парков.

Адсорбция ПСА

Начальная производительность: Гибкая, от 10 Нм³/ч до 500 Нм³/ч.

Модульная структура поддерживает-распределение по нескольким точкам и-развертывание по требованию-идеально подходит для больниц, лабораторий и мобильных систем подачи кислорода (такая конструкция используется в филиппинских медицинских кислородных системах NEWTEK).

Краткое содержание

Криогенный: для крупномасштабной-добычи газа и централизованного газоснабжения.

PSA: для гибкого расширения емкости и приложений типа «точка-точка».

 

Энергоэффективность и эксплуатационные расходы

Криогенное разделение воздуха

Более высокие первоначальные инвестиции (индивидуальные проекты EPC), но при крупномасштабной-эксплуатации удельный расход энергии на газ (кВтч/Нм³) снижается,-что обеспечивает экономические преимущества.

Оптимизация энергопотребления, проведенная компанией NEWTEK для ВРУ производительностью 45 000 м³/ч, позволила добиться ощутимого снижения потребления пара и нагрузки на компрессор, что повысило долгосрочную-экономическую-эффективность.

Адсорбция ПСА

Снижение первоначальных инвестиций и эксплуатационных затрат, часто оснащение инверторными компрессорами для экономии энергии.

Простая система, простота обслуживания и низкий уровень отказов,-подходит для сценариев с меньшим количеством персонала (ключевое преимущество, отмеченное постоянными-клиентами NEWTEK).

Краткое содержание

Выбирайте криогенный газ для долгосрочной-экономии затрат на поставку массового газа.

Выбирайте PSA для гибкого контроля энергопотребления и низких требований к техническому обслуживанию.
 

Размер и сложность установки

 

Криогенное разделение воздуха

Система включает в себя холодильные камеры, дистилляционные башни и резервуары для хранения жидкости.-требует большей площади.

Более длительный цикл строительства инфраструктуры, но предназначен для постоянной-масштабной эксплуатации (например, проект NEWTEK в Гане с производительностью 30 000 Нм³/ч).

Адсорбция ПСА

Модульная конструкция, монтируемая в шкафу или на раме-, компактная.

Короткий цикл установки (работа в течение 1 недели) без необходимости специального фундамента -идеально подходит для объектов с ограниченным пространством-(модульные системы PSA NEWTEK поддерживают быстрое развертывание).

Краткое содержание

Криогенный: подходит для проектов со стационарными установками и достаточной инфраструктурой.

PSA: предпочтителен для сайтов-с ограниченным пространством или проектов, требующих быстрого/мобильного развертывания.

 

Гибкость и масштабируемость системы

 

Криогенное разделение воздуха

Медленная реакция на изменение нагрузки; не идеален для частого пуска/останова или регулировки расхода.

Для достижения максимальной эффективности требуется не менее 24 часов стабильной работы.-подходит для непрерывного-производства.

Адсорбция ПСА

Поддерживает автоматическое преобразование частоты и плавную работу.

Гибкое расширение мощности за счет модульного добавления; простая интеграция с SCADA/системами дистанционного управления (интеллектуальные решения PSA от NEWTEK обеспечивают мониторинг в-режиме реального времени).

Краткое содержание

Выбирайте криогенную систему для стабильной, непрерывной работы и долгосрочных-проектов.

Выбирайте PSA, если газовая нагрузка значительно колеблется или требуется поэтапная работа.

 

Таблица сравнения технологий
 

Сравнительные размеры	Криогенное разделение воздуха	Адсорбция при переменном давлении PSA
Чистота газа	Кислород более или равен 99,5 %, азот более или равен 99,999 %, совместно -производимый аргон	Кислород 90-95%, Азот 95-99,5%, без аргона.
Индивидуальная мощность устройства	Больше или равно 500 Нм³/ч (с возможностью масштабирования до 100 000 Нм³/ч)	10–500 Нм³/ч (гибкие конфигурации)
Первоначальные инвестиции	Высокий (индивидуальный EPC + гражданская система + система холодного бокса)	Средний (установлен на раме-, готов-к-использованию)
Операционное энергопотребление	Низкая себестоимость единицы продукции для крупного производства (оптимизировано NEWTEK)	Повышенная энергоэффективность-на малых и средних мощностях
Площадь и строительство	Большая система, длинный цикл	Модульная конструкция, небольшая занимаемая площадь, возможность быстрого развертывания
Контроль и расширение	Высокая стабильность, медленный отклик	Динамическая работа, совместимость с искусственным интеллектом-, простота расширения

 

Сценарии применения и соответствие отрасли

При выборе технологии разделения кислорода и азота промышленные пользователи должны учитывать реальные сценарии применения и характеристики отрасли. Ниже приводится краткое описание типичной отраслевой пригодности обеих технологий,-подкрепленное глобальным опытом реализации проектов NEWTEK.

 

Отрасли промышленности, подходящие для криогенного разделения воздуха

Криогенное разделение воздуха идеально подходит для тяжелой промышленности, требующей крупномасштабной-стабильной подачи газа или газа сверх-высокой чистоты, поскольку позволяет использовать возможности высокопроизводительного-совместного-производства нескольких газов:

 

Отраслевые сценарии	Замечания по применению	Основные требования
Металлургические заводы	Продувка доменной печи, конвертерное оксигенирование, обезуглероживание стали	Непрерывная подача кислорода с высоким-расходом (более или равным 5000 Нм³/ч)
Поставщики сжиженного газа	Жидкий кислород, жидкий азот, жидкий аргон, заправка, транспортировка и реализация.	Возможность производства сжиженных газов для хранения и транспортировки.
Аэрокосмическая промышленность	Поддержка горения кислорода, инкапсулирование азота сверх-высокой чистоты	Чистота азота выше или равна 99,999%, стабильная производительность.
Нефтехимия	Крекеры нефтеперерабатывающих заводов, процессы сжигания водорода-кислорода	Стабильное совместное-производство нескольких газов
Крупные химические парки	Региональное централизованное газоснабжение	Равномерное распределение газа для нескольких пользователей, чувствительность к затратам

 

Отрасли, подходящие для технологии PSA

Технология PSA широко используется на малых и средних-предприятиях, в экспериментальных сценариях или при гибком развертывании благодаря своей модульности, миниатюризации и низкому энергопотреблению:

 

Отраслевые сценарии	Замечания по применению	Основные требования
Медицинские учреждения, отделения интенсивной терапии	Поставка кислорода медицинского-класса, кислородные станции-на объекте	Стабильная подача кислорода, высокая безопасность, круглосуточная работа (проекты государственных больниц NEWTEK на Филиппинах)
Упаковка для пищевых продуктов,-наполненная азотом	Азотное наполнение для предотвращения окисления и сохранения свежести.	Чистота азота выше или равна 99 %, отличная стабильность.
Мастер-классы по лазерной резке и сварке	Кислород для высокоточной-обработки металлов	Средняя скорость потока кислорода, быстрый отклик, стабильная чистота
Аквакультура, Генераторы озона	Окисление воды, источник реакции озона	Кислород Более или равно 93%, небольшой размер, непрерывная работа
Лаборатории, Университеты, Научные исследования	Азот/кислород для экспериментального анализа и реакций	Средний-низкий расход, точное управление, компактность

 

Таблица сравнения технологий и сценариев

 

Тип отрасли	Рекомендуемые технологии	Анализ причин
Сталь/Химическая промышленность/Энергетика	Криогенное разделение воздуха	Высокая чистота + высокая скорость потока + совместное производство-газа-
Медицинский кислород	СРП	Стабильная подача кислорода более или равна 93%, транспортировка жидкого кислорода не требуется.
Пищевая упаковка	СРП	Гибкое развертывание, быстрый запуск-, экономия энергии
Газонаполнение	Криогенный	Может производить сжиженные газы, подходящие для наполнения, хранения и транспортировки.
Лаборатория	СРП	Высокая точность управления, небольшая занимаемая площадь, простота обслуживания
Поставщики газа	Криогенный	Тройное производство кислорода/азота/аргона, подходит для оптовых продаж

Гибридные решения и новые тенденции

Поскольку промышленные сценарии требуют большего баланса между чистотой, гибкостью и стоимостью, модели одной технологии (только криогенная или PSA) становятся все более недостаточными. Все больше газовых систем превращаются в «гибридные модели», объединяющие преимущества различных технологий.-В этой области группа NEWTEK лидирует, предлагая инновационные решения.

Комбинированная система подачи криогенного газа + PSA: сочетание высокой чистоты и гибкости

Фон приложения

В крупных-парках (сталелитейных, энергетических, химических) некоторому оборудованию (например, конвертерам, доменным печам) требуется кислород высокой-чистоты, тогда как для других процессов требуется только 90-93% кислорода средней чистоты.

Техническое решение

Основная установка криогенного разделения воздуха (например, система NEWTEK 4x40000 Нм³/ч) производит кислород высокой-чистоты для ключевого производства.

PSA служит «распределенным вспомогательным блоком», позволяющим гибко дополнять региональные требования к чистоте или средней-чистоте.

Централизованное управление на базе ПЛК-и планирование сети трубопроводов обеспечивают "лестничную подачу кислорода".

Преимущества

Снижает нагрузку и энергопотребление криогенного мейнфрейма (основываясь на опыте NEWTEK в области оптимизации энергопотребления).

Система быстрого запуска/остановки PSA адаптируется к колебаниям расхода газа.

Единая система отвечает много-требованиям к чистоте, улучшая общее использование энергии.

Типичные применения

Металлургические парки, региональные газовые центры, городские трубопроводные сети централизованного снабжения кислородом.

Тенденция сочетания технологий PSA + мембранного разделения/TSA

Логика интеграции технологий

Мембранное разделение + ПСА: Мембранные системы изначально обогащают азот/кислород (чистота до 90-95%), затем PSA выполняет глубокую очистку до 99,5%-99,999%-идеально подходит для электроники, баллонных заправок.

TSA + PSA (адсорбция при перепаде температуры + адсорбция при перепаде давления): TSA ориентирован на сушку и удаление примесей, а PSA завершает разделение газов,-подходит для влажных,-запыленных или агрессивных сред.

Выгодный анализ

Многоступенчатое разделение-снижает нагрузку PSA и повышает эффективность и чистоту.

Улучшает адаптивность системы и продлевает срок службы основных компонентов (что соответствует стремлению NEWTEK к долгосрочной-стабильности работы).

Подходящие пользователи

Заводы тонкой химии, заводы полупроводников, предприятия по переработке баллонного газа.

 

Эволюция малогабаритного модульного оборудования для разделения воздуха

 

Болевые точки рынка

Традиционные системы разделения воздуха имеют большие размеры и длительные циклы развертывания, что делает их недоступными для промышленных объектов среднего-размера (например, стекольных заводов, заводов по производству удобрений, потребляющих<2,000 tons of oxygen per year).

Тенденция развития

Высокоинтегрированная модульная конструкция салазок (занимает<10m²) for continuous output of 95-99.5% oxygen.

Параллельное подключение модулей для увеличения емкости, простоты обслуживания и замены,-разработано компанией NEWTEK для обслуживания пользователей среднего-размера.

Практическая ценность

Расширяет доступ-чистого кислорода для пользователей среднего-размера.

Сокращает время гражданского строительства и развертывания.

Снижает пороговые значения первоначальных инвестиций и последующего обслуживания.

Типичные применения

Средние-стеклозаводы, производители генераторов озона, участки прецизионной сварки.

 

Обзор значений смешанного тренда
 

Путь гибридных технологий	Решение болевых точек	Сценарии
Криогенный + КЦА	Высокая чистота + гибкая настройка	Районное газоснабжение, металлургические парки
Мембрана + ПСА / ТСА + ПСА	Высокая-эффективная очистка, устойчивость к влаге и коррозии	Полупроводники, кислород в баллонах, тропические влажные зоны.
Модульная воздухоразделительная система + PSA	Отсутствие трубопроводных сетей, высокие требования к чистоте	Средние-производственные предприятия, удаленные объекты

Заключение

When selecting between cryogenic air separation and PSA technology, the decision ultimately depends on your gas purity requirements, consumption scale, operating flexibility, and project budget. Cryogenic ASU is unmatched in ultra-high purity (>99,5%) и больших-объемов производства, что делает его идеальным решением для сталелитейных заводов, промышленных парков и поставщиков газа, обслуживающих нескольких пользователей,-примером которых являются крупномасштабные-проекты NEWTEK в Перу, Гане и за их пределами.

 

PSA, с другой стороны, пользуется популярностью из-за своей-эффективности, компактности, быстрого запуска-и простоты автоматизации и идеально подходит для малых-и-средних-пользователей в области упаковки пищевых продуктов, лазерной резки и децентрализованной подачи медицинского кислорода. Государственные больницы и малые предприятия по всему миру доверяют модульным системам PSA NEWTEK за их надежность и гибкость.

Для предприятий, которым требуются индивидуальные системы генерации кислорода или азота, NEWTEK Group предлагает полный портфель решений для криогенных, PSA и гибридных газов, которые обеспечивают баланс между производительностью и стоимостью. Наши системы имеют модульную конструкцию, интеллектуальное управление на базе-ПЛК и энергоэффективные компоненты-эффективные-, поддерживаемые более чем 9000 установленными системами и приверженностью к устойчивому развитию (включая интеграцию CCUS для операций с низким-углеродом).
 

Если вам нужен кислород высокой-чистоты для металлургии,-энергосберегающий PSA для упаковочных линий или гибридная система для многоцелевого-использования, команда инженеров NEWTEK готова помочь вам внедрить подходящую технологию-безопасно, устойчиво и в большом масштабе. Объединитесь с NEWTEK, чтобы творить чудеса в сфере поставок газа.