Τι είδους παροχή αερίου PSA χρειάζονται οι χαρτοβιομηχανίες στην παραγωγή - Πληροφορίες

Η βιομηχανία χαρτοπολτού και χαρτιού είναι ένας συνεχής, ενεργοβόρας κλάδος παραγωγής που λειτουργεί 24 ώρες την ημέρα στις περισσότερες γραμμές παραγωγής. Από την απολίνωση του πολτού, τη λεύκανση, την επεξεργασία λυμάτων, έως την προστασία χημικής αποθήκευσης και την ειδική επίστρωση χαρτιού, πολλαπλές διεργασίες βασίζονται σε σταθερές πηγές αερίου. Οι παραδοσιακές μέθοδοι προμήθειας αερίου, συμπεριλαμβανομένου του χύδην υγρού οξυγόνου και του υγρού αζώτου που παραδίδονται από βυτιοφόρα, έχουν προφανή μειονεκτήματα όπως υψηλό κόστος μεταφοράς, κινδύνους ασφάλειας αποθήκευσης και αστάθεια εφοδιασμού που επηρεάζονται από τα προγράμματα εφοδιαστικής. Η τεχνολογία παραγωγής αερίου PSA (Presure Swing Adsorption), ως λύση παραγωγής αερίου επιτόπου, έχει υιοθετηθεί ευρέως στις σύγχρονες χαρτοβιομηχανίες τις τελευταίες δεκαετίες. Παράγει οξυγόνο ή άζωτο απευθείας από τον πεπιεσμένο αέρα μέσω των κύκλων φυσικής προσρόφησης και εκρόφησης, ταιριάζοντας με τα χαρακτηριστικά συνεχούς κατανάλωσης αερίου των εργοστασίων χαρτοποιίας.

Η επιλογή ενός κατάλληλου συστήματος παροχής αερίου PSA δεν μπορεί να βασίζεται σε καθολικές προδιαγραφές. Οι χαρτοβιομηχανίες διαφέρουν σημαντικά ως προς τους τύπους προϊόντων, την ετήσια παραγωγή, τις διαδρομές διεργασίας, τις τοπικές περιβαλλοντικές πολιτικές και τις συνθήκες του εργοταξίου. Οι φορείς εκμετάλλευσης πρέπει να διευκρινίσουν τα σενάρια κατανάλωσης αερίου, τους τεχνικούς δείκτες, τους κανόνες διαμόρφωσης του εξοπλισμού, τα σχέδια συντήρησης και το συνολικό κόστος λειτουργίας πριν από την οριστικοποίηση του σχεδιασμού του συστήματος. Αυτό το άρθρο αναλύει τις πρακτικές απαιτήσεις των συστημάτων αερίου PSA για χαρτοβιομηχανίες σε διαφορετικούς συνδέσμους εφαρμογών και συνοψίζει τις βασικές αρχές επιλογής για ιδιοκτήτες εγκαταστάσεων και εργολάβους μηχανικής.

What Kind of PSA Gas Supply Do Paper Mills Need in Production

Η λεύκανση με οξυγόνο είναι η βασική διαδικασία για τη σύγχρονη παραγωγή χαρτοπολτού χωρίς στοιχειακό χλώριο (ECF) και εντελώς χωρίς χλώριο (TCF). Στους πύργους απολίνωσης οξυγόνου, το οξυγόνο αντιδρά με τη λιγνίνη υπό υψηλή θερμοκρασία και πίεση, διασπώντας τα μακρομόρια λιγνίνης ενώ ελαχιστοποιεί τη ζημιά στις ίνες κυτταρίνης και ημικυτταρίνης. Αυτή η διαδικασία μειώνει τη ζήτηση για λευκαντικούς παράγοντες που περιέχουν χλώριο, μειώνει το σχηματισμό οργανικών ενώσεων αλογόνου και μειώνει το ρυπαντικό φορτίο των λυμάτων του πολτού.

Για μεγάλους ενσωματωμένους μύλους χαρτοπολτού, το οξυγόνο που χρησιμοποιείται στη λεύκανση αντιπροσωπεύει πάνω από το 70% της συνολικής κατανάλωσης αερίου του εργοστασίου. Το οξυγόνο που παράγεται από τα συστήματα PSA τροφοδοτείται σε πύργους λεύκανσης μετά τη ρύθμιση της πίεσης. Η σταθερή καθαρότητα αερίου και η σταθερή πίεση επηρεάζουν άμεσα την ομοιομορφία της φωτεινότητας του πολτού και την αντοχή των ινών. Η ασταθής παροχή οξυγόνου θα οδηγήσει σε ανομοιόμορφα αποτελέσματα λεύκανσης, αυξάνοντας τα ποσοστά απόρριψης και αυξάνοντας την κατανάλωση χημικών.

Τα λύματα της χαρτοποιίας περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις οργανικής ύλης, αιωρούμενα στερεά και βιοαποδομήσιμους ρύπους. Οι περισσότερες χαρτοβιομηχανίες χρησιμοποιούν αεροβικές δεξαμενές βιοχημικής επεξεργασίας για την αποσύνθεση COD και BOD. Ο αερισμός εμπλουτισμένος με οξυγόνο βελτιώνει τα επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου στο νερό, ενεργοποιεί αερόβιους μικροοργανισμούς και επιταχύνει την αποικοδόμηση των οργανικών ρύπων.

Σε σύγκριση με το καθαρό οξυγόνο που χρησιμοποιείται στη λεύκανση, το οξυγόνο αερισμού έχει χαμηλότερες απαιτήσεις καθαρότητας. Οι μεσαίες και μικρές χαρτοβιομηχανίες που παράγουν κυματοειδές βασικό χαρτί, kraft liner και συνηθισμένο λεπτό χαρτί αναπτύσσονται συχνάΣυστήματα οξυγόνου PSAειδικά για την επεξεργασία λυμάτων. Αυτή η επιτόπια λειτουργία παροχής οξυγόνου αποφεύγει τη συχνή μεταφορά υγρού οξυγόνου και μειώνει τις μακροπρόθεσμες δαπάνες λειτουργίας.

Συστήματα αζώτου PSAεξυπηρετούν πολλαπλούς σκοπούς ασφάλειας και παραγωγής στις χαρτοβιομηχανίες. Πρώτον, εφαρμόζεται κάλυψη αζώτου για δεξαμενές αποθήκευσης χημικών. Οι λευκαντικοί παράγοντες, τα πρόσθετα επικάλυψης και οι διάφορες χημικές πρώτες ύλες που αποθηκεύονται σε δεξαμενές είναι επιρρεπείς σε οξείδωση ή εξώθερμες αντιδράσεις όταν έρχονται σε επαφή με τον αέρα. Το άζωτο γεμίζει τον επάνω χώρο των δεξαμενών για να μειώσει τη συγκέντρωση οξυγόνου και να αποτρέψει τη φθορά ή τις επικίνδυνες χημικές αντιδράσεις.

Δεύτερον, το άζωτο λειτουργεί για τον έλεγχο του κινδύνου πυρκαγιάς. Οι χαρτοβιομηχανίες διαθέτουν τεράστια εύφλεκτα υλικά: ροκανίδια, ρολά χαρτοπολτού, έτοιμα καρούλια χαρτιού και οργανικά βοηθητικά υλικά. Για κλειστές αποθήκες πρώτων υλών και χώρους αποθήκευσης λαδιού, το άζωτο μπορεί να καταστείλει την καύση μειώνοντας την περιεκτικότητα σε οξυγόνο. Τρίτον, απαιτείται άζωτο υψηλής καθαρότητας για τη λειτουργική παραγωγή ειδικού χαρτιού. Κατά την επίστρωση και τη σκλήρυνση του αυτογραφικού χαρτιού αντιγραφής, του θερμικού χαρτιού και του χαρτιού συσκευασίας φραγμού, το άζωτο απομονώνει τον αέρα για να αποτρέψει την οξείδωση των λειτουργικών επικαλύψεων, διασφαλίζοντας την απόδοση της επίστρωσης και τη σταθερότητα του τελικού προϊόντος στο ράφι.

Για την απολίνωση και τη λεύκανση του οξυγόνου του πολτού, η καθαρότητα του οξυγόνου θα πρέπει να διατηρείται μεταξύ 85% και 93%. Η υψηλότερη καθαρότητα θα επιφέρει περιττή κατανάλωση ενέργειας και θα αυξήσει το λειτουργικό κόστος. Εάν η καθαρότητα πέσει κάτω από το 85%, η απόδοση απολίνωσης πέφτει σημαντικά, απαιτώντας περισσότερα λευκαντικά χημικά και προκαλώντας ασυνεπή ποιότητα πολτού. Η πίεση εξόδου του οξυγόνου PSA για τα εργαστήρια λεύκανσης διατηρείται γενικά στα 0,3 MPa έως 0,5 MPa και η διακύμανση της πίεσης πρέπει να ελέγχεται εντός ±0,02 MPa. Δεδομένου ότι οι γραμμές πολτού λειτουργούν συνεχώς, οι ξαφνικές πτώσεις πίεσης μπορεί να προκαλέσουν προστασία έκτακτης ανάγκης και προσωρινή διακοπή λειτουργίας.

Για αερόβιο αερισμό λυμάτων, το πρότυπο καθαρότητας οξυγόνου χαλαρώνει στο 60%-80%. Η σταθερότητα ροής γίνεται ο πρωταρχικός δείκτης αντί της υψηλής καθαρότητας. Η κυμαινόμενη ροή αερίου θα προκαλέσει ασταθές διαλυμένο οξυγόνο στις βιοχημικές δεξαμενές, θα αναστείλει τη μικροβιακή δραστηριότητα και θα υποβαθμίσει την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας των λυμάτων, γεγονός που μπορεί να κάνει το εργοστάσιο να αποτύχει στα πρότυπα εκπομπών.

Τα πρότυπα καθαρότητας αζώτου καθορίζονται από τους τύπους εφαρμογής. Για την κάλυψη δεξαμενών γενικών χημικών και την πρόληψη πυρκαγιάς σε αποθήκες πρώτων υλών, η καθαρότητα αζώτου από 99,0% έως 99,5% καλύπτει τις λειτουργικές ανάγκες. Κατά την παραγωγή ειδικού χαρτιού υψηλής αξίας με επιστρώσεις ευαίσθητες στην οξείδωση, η καθαρότητα του αζώτου πρέπει να φτάσει το 99,9% ή περισσότερο για να εξαλειφθούν οι παρεμβολές από το υπολειπόμενο οξυγόνο. Η πίεση εξόδου τουΣυστήματα αζώτου PSAρυθμίζεται συνήθως από 0,4 MPa έως 0,7 MPa, που ταιριάζει με τη μετάδοση αγωγών μεγάλων αποστάσεων στις ζώνες των εγκαταστάσεων και τις ρυθμίσεις πίεσης κάλυψης δεξαμενών.

Οι μεγάλοι μύλοι έχουν σταθερή και τεράστια ζήτηση αερίου, γι' αυτό συνιστάται να υιοθετούν μονάδες οξυγόνου και αζώτου PSA μεγάλης χωρητικότητας με μονάδες προσρόφησης σε αναμονή. Η ομάδα αναμονής επιτρέπει τη συνεχή συντήρηση. Όταν ένα σύνολο πύργων προσρόφησης χρειάζεται τακτική συντήρηση ή αντικατάσταση μοριακού κόσκινου, η μονάδα αναμονής μπορεί να αναλάβει αμέσως την παροχή αερίου, αποφεύγοντας μεγάλες οικονομικές απώλειες που προκαλούνται από τη διακοπή της παραγωγής.

Ο σχεδιασμός του συστήματος περιλαμβάνει επίσης δεξαμενές ρυθμιστικού αερίου με επαρκή όγκο για την αντιστάθμιση της στιγμιαίας διακύμανσης της ροής του αερίου κατά την εναλλαγή της διαδικασίας λεύκανσης. Το σύστημα ελέγχου υποστηρίζει απομακρυσμένη παρακολούθηση, αποστολή δεδομένων σε πραγματικό χρόνο και αυτόματο συναγερμό για σφάλματα καθαρότητας, πίεσης και εξοπλισμού.

Οι εγκαταστάσεις μεσαίου μεγέθους υιοθετούν συνήθως χωριστά σχήματα διαμόρφωσης. Μια ανεξάρτητη μονάδα οξυγόνου PSA εξυπηρετεί τμήματα λεύκανσης και επεξεργασίας λυμάτων, ενώ μια μικρότερη μονάδα αζώτου PSA χειρίζεται την αδρανή προστασία και την παραγωγή ειδικού χαρτιού. Αυτός ο διαχωρισμένος σχεδιασμός αποτρέπει την αμοιβαία παρεμβολή μεταξύ των αγωγών οξυγόνου και αζώτου και διευκολύνει την ανεξάρτητη συντήρηση σύμφωνα με διαφορετικούς κύκλους σέρβις εξοπλισμού.

Προτιμάται ο αρθρωτός εξοπλισμός PSA που είναι τοποθετημένος σε ολίσθηση. Μπορεί να επεκταθεί αργότερα εάν το εργοστάσιο αναβαθμίσει την παραγωγική ικανότητα, χωρίς πλήρη αντικατάσταση ολόκληρου του σταθμού παραγωγής βενζίνης.

Τα μικρά εργοστάσια χαρτιού έχουν συχνά ασταθή κατανάλωση αερίου και οι προϋπολογισμοί κεφαλαίων είναι σχετικά περιορισμένοι. Ο αρθρωτός εξοπλισμός PSA είναι η βέλτιστη επιλογή. Οι χρήστες μπορούν να προσθέτουν μονάδες προσρόφησης βήμα προς βήμα μαζί με την αύξηση της χωρητικότητας, αποφεύγοντας την υπερβολική αρχική επένδυση σε πάγια στοιχεία ενεργητικού. Ορισμένοι μικροί μύλοι χρειάζονται μόνο οξυγόνο PSA για τον αερισμό των λυμάτων, χωρίς εξοπλισμό αζώτου, γεγονός που βελτιστοποιεί περαιτέρω τις επενδύσεις.

Οι μονάδες παραγωγής χαρτιού έχουν μοναδικές συνθήκες περιβάλλοντος που επιβάλλουν ειδικές απαιτήσεις στο σχεδιασμό του εξοπλισμού PSA. Η πρώτη ύλη των συστημάτων PSA είναι ο πεπιεσμένος αέρας που εξάγεται από τον ατμοσφαιρικό αέρα του εργοστασίου. Ο αέρας του εργαστηρίου περιέχει σκόνη ινών, σκόνη ξύλου και πτητικές χημικές ουσίες. Επομένως, η μπροστινή μονάδα προεπεξεργασίας αέρα πρέπει να είναι εξοπλισμένη με συσκευές φιλτραρίσματος σκόνης πολλαπλών σταδίων, στεγνώματος ψύξης και αφαίρεσης λαδιού.

Η σκόνη, οι υδρατμοί και η ομίχλη λαδιού θα μολύνουν το προσροφητικό μοριακό κόσκινο μέσα στους πύργους προσρόφησης. Το μολυσμένο μοριακό κόσκινο θα υποστεί υποβαθμισμένη απόδοση προσρόφησης, μειωμένη διάρκεια ζωής, μειωμένη απόδοση αερίου και ασταθή καθαρότητα. Επιπλέον, η θερμοκρασία περιβάλλοντος του εργαστηρίου αλλάζει ανάλογα με τις εποχές. Η υψηλή θερμοκρασία το καλοκαίρι μειώνει την ικανότητα προσρόφησης του μοριακού κόσκινου. Οι μηχανικοί πρέπει να διατηρήσουν το περιθώριο ψύξης κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του συστήματος για να εγγυηθούν σταθερή παραγωγή αερίου όλο το χρόνο.

Ο περιορισμός χώρου είναι ένας άλλος κοινός περιορισμός. Τα περισσότερα εργοστάσια χαρτιού έχουν συμπαγή διάταξη εργαστηρίου μετά από χρόνια ανακατασκευής. Οι μονάδες PSA που τοποθετούνται σε ολίσθηση ενσωματώνουν αεροσυμπιεστές, εξαρτήματα προεπεξεργασίας αέρα, πύργους προσρόφησης, δεξαμενές απομόνωσης και ερμάρια ελέγχου σε μία βάση. Αυτή η ενσωματωμένη δομή εξοικονομεί χώρο στο δάπεδο, μειώνει τον φόρτο εργασίας των πολιτικών κατασκευών και συντομεύει τους κύκλους εγκατάστασης και θέσης σε λειτουργία.

What Kind of PSA Gas Supply Do Paper Mills Need in Production

Η κατανάλωση ενέργειας είναι ένας βασικός οικονομικός δείκτης για τις χαρτοβιομηχανίες. Ο εξοπλισμός PSA λειτουργεί συνεχώς όλο το χρόνο και οι μικρές αλλαγές στην κατανάλωση ισχύος μονάδας συσσωρεύονται σε σημαντικές διαφορές κόστους παραγωγής. Υψηλής ποιότητας συστήματα PSA προσαρμοσμένα για χαρτοποιία υιοθετούν βελτιστοποιημένη λογική εναλλαγής βαλβίδων και τεχνολογία πλήρωσης πυκνού μοριακού κόσκινου, μειώνοντας την απώλεια πεπιεσμένου αέρα και μειώνοντας την κατανάλωση ισχύος.

Οι πνευματικές βαλβίδες μεταγωγής είναι βασικά φθαρμένα μέρη των μονάδων PSA. Εκτελούν συχνό κυκλικό άνοιγμα και κλείσιμο. Οι βαλβίδες που επιλέγονται για σέρβις χαρτοποιίας πρέπει να έχουν καλή αντοχή στη φθορά και μεγάλη διάρκεια ζωής. Οι τακτικές εργασίες συντήρησης περιλαμβάνουν αντικατάσταση στοιχείων φίλτρου, επιθεώρηση μοριακού κόσκινου, έλεγχο διαρροής αγωγού και βαθμονόμηση του συστήματος ελέγχου. Οι ομάδες συντήρησης εγκαταστάσεων θα πρέπει να καταρτίσουν τυποποιημένα προγράμματα συντήρησης. Η έγκαιρη επιθεώρηση μπορεί να αποτρέψει την ξαφνική πτώση της απόδοσης του συστήματος και να παρατείνει τη διάρκεια ζωής των προσροφητικών υλικών.

Το επίπεδο αυτοματισμού του συστήματος επηρεάζει επίσης την αποτελεσματικότητα της λειτουργίας. Τα σύγχρονα συστήματα παροχής αερίου PSA είναι εξοπλισμένα με αυτόματο έλεγχο PLC. Οι χειριστές μπορούν να παρακολουθούν την καθαρότητα του αερίου, την πίεση, τη ροή και την κατάσταση του εξοπλισμού στον πίνακα ελέγχου. Το σύστημα μπορεί να προσαρμόσει αυτόματα τις παραμέτρους λειτουργίας και να ενεργοποιήσει συναγερμούς όταν συμβαίνουν μη φυσιολογικές συνθήκες, μειώνοντας την ένταση χειροκίνητης λειτουργίας και τους κινδύνους ανθρώπινων σφαλμάτων.

Πολλοί ιδιοκτήτες χαρτοποιίας συγκρίνουν τις λύσεις PSA με την παροχή υγρού αερίου πριν από την επένδυση. Η παροχή υγρού αερίου απαιτεί κρυογονικές δεξαμενές αποθήκευσης, τακτική παράδοση βυτιοφόρων και επιθεώρηση ασφάλειας δεξαμενής. Η τιμή του υγραερίου κυμαίνεται ανάλογα με τις αγορές ενέργειας και την απόσταση μεταφοράς. Τα απομακρυσμένα εργοστάσια χαρτιού αντιμετωπίζουν υψηλότερα έξοδα παράδοσης και κινδύνους διακοπής της παροχής υπό κακές καιρικές συνθήκες ή έλεγχο της κυκλοφορίας.

Η επιτόπια παραγωγή αερίου PSA καταναλώνει κυρίως ηλεκτρική ενέργεια, ενώ ο ακατέργαστος αέρας διατίθεται δωρεάν. Μετά την εφάπαξ επένδυση σε εξοπλισμό, το μακροπρόθεσμο κόστος μονάδας αερίου είναι πολύ χαμηλότερο από το υγραέριο για εγκαταστάσεις με σταθερή συνεχή ζήτηση αερίου. Ωστόσο, τα συστήματα PSA είναι λιγότερο οικονομικά αποδοτικά για εργοστάσια με διακοπτόμενη χρήση αερίου και χαμηλή συνολική κατανάλωση. Επομένως, η οικονομική αξιολόγηση πρέπει να συνδυάζει τον όγκο κατανάλωσης αερίου, τις ετήσιες ώρες λειτουργίας και την τοπική τιμή ηλεκτρικής ενέργειας.

Οι χαρτοβιομηχανίες χρειάζονται στοχευμένες λύσεις παροχής αερίου PSA σύμφωνα με τις διαδικασίες παραγωγής, τις κατηγορίες προϊόντων και την κλίμακα των εγκαταστάσεων. Το οξυγόνο που παράγεται από συστήματα PSA υποστηρίζει τη λεύκανση του πολτού και τον αερισμό των λυμάτων, ενώ το άζωτο PSA ικανοποιεί τις απαιτήσεις αδρανούς προστασίας, πυρασφάλειας και ειδικών απαιτήσεων κατασκευής χαρτιού. Οι τεχνικοί δείκτες, συμπεριλαμβανομένης της καθαρότητας του αερίου, της πίεσης και της σταθερότητας ροής πρέπει να ταιριάζουν με τις απαιτήσεις διαφορετικών ζεύξεων εργασίας.

Κατά το σχεδιασμό πρατηρίων καυσίμων PSA, οι διαχειριστές εγκαταστάσεων θα πρέπει να λαμβάνουν πλήρως υπόψη τα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά της τοποθεσίας, όπως η σκόνη ινών, η υψηλή υγρασία και οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας. Η διαμόρφωση του εξοπλισμού, το σχέδιο αυτοματισμού και το σχέδιο συντήρησης θα πρέπει να καθοριστούν μετά από ολοκληρωμένη αξιολόγηση της επένδυσης κεφαλαίου και του μακροπρόθεσμου κόστους ενέργειας. Ένα ταιριαστό σύστημα παροχής αερίου PSA όχι μόνο μπορεί να εγγυηθεί τη σταθερή παραγωγή χαρτιού, αλλά και να μειώσει το κόστος παροχής αερίου και να βελτιώσει το συνολικό επίπεδο ασφάλειας ολόκληρης της μονάδας.