圧力変動吸着 (PSA) 技術による窒素の生成

圧力スイング吸着はどのように機能しますか?

独自の窒素を生産する場合、達成したい純度レベルを知り、理解することが重要です。タイヤの空気注入や防火など、低純度レベル (90 ～ 99%) が必要な用途もあれば、食品および飲料業界やプラスチック成形での用途など、高純度レベル (97 ～ 99.999%) が必要な用途もあります。このような場合、PSA テクノロジーは理想的かつ簡単な方法です。

本質的に、窒素発生装置は、圧縮空気内の酸素分子から窒素分子を分離することによって機能します。圧力スイング吸着は、吸着を使用して圧縮空気流から酸素を捕捉することによってこれを行います。吸着は、分子が吸着剤に結合するときに起こります。この場合、酸素分子は炭素分子篩 (CMS) に結合します。これは、それぞれ CMS が充填された 2 つの別々の圧力容器で行われ、分離プロセスと再生プロセスが切り替わります。とりあえず、タワーA、タワーBと呼ぶことにします。

まず、清潔で乾燥した圧縮空気がタワー A に入ります。酸素分子は窒素分子より小さいため、炭素ふるいの細孔に入ります。一方、窒素分子は細孔に適合できないため、炭素分子篩を迂回します。その結果、望ましい純度の窒素が得られます。この相は吸着相または分離相と呼ばれます。

しかし、それだけではありません。塔 A で生成された窒素の大部分はシステムから排出されます (直接使用または保管できる状態) が、生成された窒素のごく一部は塔 B に逆方向 (上から下) に流入します。この流れは、塔 B の前の吸着段階で捕捉された酸素を押し出すために必要です。塔 B 内の圧力を解放すると、炭素モレキュラーシーブは酸素分子を保持する能力を失います。それらはふるいから離れ、塔 A から来る少量の窒素流によって排気を通じて運び去られます。そうすることで、システムは次の吸着段階で新しい酸素分子がふるいに付着する余地を作ります。私たちはこの「洗浄」プロセスを酸素飽和塔の再生と呼んでいます。

まず、タンク A は吸着フェーズにあり、タンク B は再生されます。第 2 段階では、両方の容器の圧力が均等になり、切り替えに備えます。切り替え後、タンク A が再生を開始し、タンク B が窒素を生成します。

この時点で、両方の塔の圧力は等しくなり、吸着から再生へ、またはその逆に相が変化します。タワー A の CMS は飽和状態になりますが、タワー B は減圧により吸着プロセスを再開できます。このプロセスは「圧力スイング」とも呼ばれ、特定のガスが高圧で捕捉され、低圧で放出されることを意味します。2 塔 PSA システムにより、所望の純度レベルでの窒素の連続生産が可能になります。