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获取无油压缩空气分几步?

文章出处:人气:16发表时间:2019-10-17 14:35:37

随着各行业发展和技术水平的提升,用户对压缩空气的品质要求也越来越高,特别是不少用户在深受压缩空气中的油的困扰后,对无油压缩空气的需求显得较为迫切,本来就如何获取无油压缩空气的方法做相应的讨论。


01


现有的可获取低油或无油压缩空气的设备


目前市场上可获取低油或无油压缩空气的设备繁多,有明显效果的我们总结出以下几种。


1.1 精密过滤器


精密过滤器是针对污染物粒度大小分别以直接拦截、惯性碰撞、扩散拦截和聚结的形式对污染物颗粒进行去除,其过滤精度主要受滤芯的孔径及滤芯结构影响,在对粉尘、液滴等进行去除的同时可去除绝大部分的悬浮油和液态油,但是无法去除油蒸气,因此仅使用精密过滤器无法达到深度除油效果。


1。2 冷冻式干燥机


冷冻式干燥机简称冷干机,是压缩空气净化中的常用设备,主要用于压缩空气的脱水。其通过冷媒与压缩空气进行热交换,利用水蒸气在不同温度下饱和蒸气压的差别,在降低压缩空气温度的同时使大量的水蒸气冷凝为液态水,再通过汽水分离脱除大部分水,通常通过冷干机的压缩空气压力露点值在3~10℃的范围内。


冷干机对于油的脱除也具有较好的效果。油蒸气在不同温度下的饱和蒸气压是有差别的,温度越低,油中对应物质的饱和蒸气压也就越低,压缩空气里的油蒸气含量也就越低,加上温度的降低使得液滴状的油品的粘度变高而不易流动,因此低温状态下压缩空气复热前通过精密过滤器及时脱除冷凝的水和油,会起到事半功倍的效果,除油效率可达99%以上。


1.3 无油空气压缩机


无油空气压缩机主要指在空气压缩过程中不使用润滑油,区别于有油润滑空气压缩机在压缩环节带入大量的油的情况,实现提供低油或接近无油的压缩空气产品的设备。无油空气压缩机本身无除油净化的功能,只是在其压缩环节上无油脂的带入,因此其受环境空气中油含量的影响较大。


1.4 活性炭过滤器


活性炭过滤器是通过填充具有大比表面积和强吸附能力的活性炭作为吸附剂来达到吸附脱除污染物的目的。压缩空气中的油极性很弱,具有大比表面积的活性炭对其吸附能力很强,不仅能够去除压缩空气中的液态油,还能有效吸附去除油蒸气,活性炭过滤器处理后的压缩空气油含量可达到ISO8573规范1级标准。但活性炭过滤器对油的吸附很难有效再生,因此是一个累积过程,随着吸附逐渐饱和,除油能力会逐渐降低直至消失,无法确保一个长期有效的除油净化效果;更换的活性炭本身再循环利用的难度较大,形成一种新的固体废物,存在后续的处理问题。


1。5 吸附式干燥机


吸附式干燥机是一种用于深度脱水的干燥设备,常用硅胶、活性氧化铝、氧化铝分子筛等作为脱水干燥剂,其中以活性氧化铝及分子筛的应用最为广泛。


由于干燥剂具有较大的比表面积,在吸附脱水的同时,不可避免也会吸附液态油、油雾,油蒸气,吸附原理与活性炭类似,因此运行初期末端压缩空气能达到无油状态。但大多数油分子是长碳链碳氢化合物的混合物组成,其对应温度下的饱和蒸气压较低、难以挥发,无法在吸附剂再生的过程中彻底解吸。因此油含量会逐步累积,直至达到饱和。吸附的油覆盖在吸附剂的孔道内以及外表面,阻碍吸附剂对于水的吸附,导致干燥剂脱水性能的逐渐下降。


图1给出了吸附式干燥机运转一段时间后,吸附了油的干燥剂与新鲜干燥剂的对比图,可明显看到,吸附油后的干燥剂已几乎完全变色,这一过程的快慢取决于压缩空气中的油含量。


1。6催化氧化类除油净化器


催化氧化类除油净化器完全不同于以上所述的各种方式,是基于化学反应来实现油的去除。一定的温度下压缩空气中的油类杂质在触媒表面与氧气发生复杂的化学反应,使油类杂质碳链断裂,最终氧化生成二氧化碳和水,以实现对油类杂志的彻底去除。总化学方程式如(1)所示:


触媒本身是具备多孔性的固体材料,具有大的比表面积,压缩空气中的油可以很轻松被处理,而触媒在此过程中只降低了反应活化能,自身并无损耗,可实现长期有效的对油进行去除,并能确保油含量指标。


以笔者所在公司生产的压缩空气净化器MCAC系列(以下简称:MCAC)设备为例。其流程如图2所示,系统主要由反应器、换热器、压力控制单元等组成。其工作流程如下:需处理的含油压缩空气经过(3)高效换热器与自反应器出来的高温压缩空气进行充分热交换将热量回收,升温后的高温压缩空气进入由(1)、(2)、(4)组成的反应器系统内,在180~200℃的低温范围发生较为彻底的催化氧化反应,使压缩空气中的油类杂质转换成为CO2与H2O后被彻底除去,净化后的高温无油压缩空气经过(3)高效换热器降温后,通过(5)压力维持阀后输出。


采用如图3的流程,通过便携式PID油蒸气检测仪对MCAC净化设备进行检测,所测得的压缩空气油蒸气含量稳定低于0.01mg/m3的水平,达到油蒸气检测仪的检测下限0.003 mg/m3,如图4所示。


该类技术有别于传统除油技术,不受环境空气质量、压力、温度、湿度以及滤芯等耗材寿命的影响,适用范围广,对压缩空气中的液态油、悬浮油和油蒸气均有非常好的脱除效果。另外,高温的反应环境可对压缩空气中的菌类有效灭活,因此也适用于食品、医药、医疗等对油、菌含量要求严格的行业。


02


获取无油压缩空气的方法探讨


单一的净化产品总是难以达到对压缩空气的有效净化,合适的组合方式才能起到事半功倍的效果,本文旨在讨论无油压缩空气(油含量<0.01mg/Nm3)的获取方法,下面我们就可靠获取无油压缩空气的方法进行相关探讨。


2.1 无油/含油润滑压缩机+储罐+过滤+冷冻式干燥机+过滤+活性炭过滤器


无油/含油润滑压缩机+储罐+过滤+冷冻式干燥机+过滤+活性炭过滤器组合方案如上图所示。在本组合方案中,由于压缩空气中的液态水与水雾都会影响活性炭对油的吸附能力,冷冻式干燥机的脱水性能在本方案中比较关键。当采用无油润滑压缩机时,冷冻式干燥机主要起到脱除压缩空气中的水分作用,而采用含油润滑压缩机时除了脱除水分外,同时可脱除大多数油,可延长活性炭过滤器的使用寿命。该流程中所有设备需邻近布置,冷冻式干燥机需选用带进出口气体换热器功能的设备型号,以防止冷干带出冷凝液后,因环境温度过低,导致压缩空气再结露。


由于活性炭过滤器吸附能力有限,使用过程中无法再生,累计的有效使用时间并不确定。连续用气工况,建议考虑无油润滑压缩机作为产气设备;而间歇工况时可采用含油润滑压缩机,可方便更换活性炭吸附剂,避免活性炭饱和后,含油气体污染后续管路而影响生产。建议通过在线监测气体质量,判断活性炭是否已吸附饱和需进行更换。


2。2无油/含油润滑压缩机+储罐+过滤+催化氧化类除油净化设备


本流程通过催化氧化类的除油净化设备,将环境中以及压缩过程中所带入的油脂进行转化脱除,从而使得压缩空气稳定处于<0.01mg/m3的无油水平,这是一种可靠有效获取稳定无油压缩空气的途径。由于通过前段油脂的彻底脱除没有了油脂污染,为后续净化分离诸如冷冻式干燥、吸附式干燥、制氮、制氧、膜式干燥等提供可靠的保护。整个系统也可通过油蒸气检测仪来监测气质指标。


2.3无油/含油润滑压缩机+储罐+过滤+冷冻式干燥机+过滤+催化氧化类除油设备


本流程中前置了一台冷冻式干燥机,通过冷冻式干燥机本身的除油净化的能力,很大程度上降低了催化氧化类除油净化设备的除油负荷,使其出口油含量可以持续稳定的达到非常低的水平。但从长期运行的角度上考虑,由于冷冻式干燥机直接与含油压缩空气接触,可能导致长久运行后因换热器被油污污染而效果有所下降,另外由于压缩机的排气温度不低,冷干机进出口换热器与催化氧化类除油净化设备进出口换热器都无法进行100%的热量交换,会带来相对高一些的能耗。


03


结论


(1)实测数据表明,我们的大气中含有一定的油类杂质,特别是一些工业区、道路等的大气油含量值还远大于ISO 8573标准中的2级标准。


(2)采用精密过滤、冷冻干燥、活性炭吸附等净化设备均能有除油效果,但这些以物理除油为主的方法存在除油效果有限、不能稳定除油等问题。催化氧化除油通过化学转化方式,可得到高品质、连续、稳定的压缩空气。


(3)根据用户对压缩空气品质不同的要求,选取合适的在线油含量监测方式,对于避免压缩机或后处理净化设备出现异常的情况下造成对洁净管路及产品造成影响比较重要,这也是一种行之有效的方法。


(4)对于压缩空气的净化,本文主要站在除油角度进行阐述,实际运用应根据各自具体情况,综合考虑油、水、尘、菌等污染物以及设备采购、运行成本,选择适宜的解决方案。


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