En els projectes de millora d'aigües residuals municipals i de tractament avançat industrial, els generadors d'ozó s'han convertit en l'opció estàndard per als processos d'oxidació avançats. Però una cosa que els instituts de disseny experimentats i els operadors de plantes observen és que durant l'etapa de la proposta, poques vegades adquireixen un generador d'ozó sols. La majoria de les vegades, inclouen una planta d'oxigen VPSA com a part del mateix paquet. Això no és agrupació de proveïdors. El raonament prové de la química de les reaccions i l'anàlisi de costos del cicle de vida.
La química de síntesi de l'ozó estableix requisits durs per al gas d'alimentació
Un generador d'ozó funciona aplicant una descàrrega d'{0}}alta tensió per ionitzar les molècules d'oxigen, trencant l'O₂ i recombinant-les en O₃. Si alimenteu el sistema amb aire comprimit (només un 21% d'oxigen), el nitrogen restant participa en reaccions secundaries i forma òxids de nitrogen (NOx). Això crea dos problemes. En primer lloc, el NOx produeix àcid nítric corrosiu que ataca els tubs de descàrrega i els segells. En segon lloc, el nitrogen consumeix energia d'ionització sense produir cap ozó utilitzable, mantenint el rendiment extremadament baix.
És per això que qualsevol generador d'ozó de grau-professional necessita oxigen d'alta-concentració com a gas d'alimentació. En teoria, augmentar la puresa de l'oxigen del 21% a més del 90% augmenta l'eficiència de la síntesi d'ozó de manera exponencial. Això condueix a la primera conclusió: el sistema de gas d'alimentació determina el sostre econòmic de tota l'operació d'ozó.
Característiques tècniques i ajust de VPSA per a aquesta aplicació
VPSA són les sigles de Vacuum Pressure Swing Adsorption. El cicle del procés té dues fases. A pressió atmosfèrica, els garbells moleculars de zeolita adsorbeixen selectivament nitrogen, permetent que l'oxigen s'enriqui i es reculli com a producte gasós. Aleshores, una bomba de buit desorbeix el nitrogen captat, regenerant el sedàs.
Per a aplicacions de tractament d'aigües residuals, VPSA ofereix diversos avantatges tècnics clars.
1. Puresa i punt de rosada. Un sistema VPSA-ben dissenyat ofereix un 90-95% d'oxigen de manera constant. Amb un assecat post-correcte, el punt de rosada es manté per sota dels -60 graus . Això compleix totalment els requisits de neteja i sequedat del generador d'ozó, evitant la descomposició de l'ozó relacionada amb la humitat o la fallada del tub dielèctric.
2. Flexibilitat de càrrega. El flux d'aigües residuals i les càrregues de contaminants canvien diàriament i estacionalment. Una planta VPSA pot ajustar la sortida d'oxigen entre el 60% i el 100% modulant les paletes de guia d'entrada del ventilador o la velocitat del motor. Aquesta modulació amb prou feines afecta la puresa de l'oxigen, permetent que el sistema s'ajusti amb precisió a la demanda d'ozó i eviti el malbaratament d'energia.
3. Seguretat. En comparació amb els dipòsits d'emmagatzematge d'oxigen líquid, VPSA es genera al lloc-sense recipients d'alta-pressió, sense perills criogènics i sense riscos de camions de lliurament. Per a moltes instal·lacions, només això fa que VPSA sigui l'opció preferida.
Comparació--de les principals opcions de subministrament d'oxigen
En la pràctica real d'enginyeria, es consideren tres opcions de gas d'alimentació a més de VPSA: oxigen líquid (LOX) i PSA d'alta-pressió. Una comparació tècnica directa mostra on encaixa VPSA.
LOX dóna una puresa molt alta (per sobre del 99,5%). Però el seu punt feble és la dependència de l'oferta. Per als projectes situats lluny de les plantes industrials de gas, el risc logístic del transport de LOX és important. A més, els tancs de LOX tenen una pèrdua inevitable per evaporació estàtica - aproximadament del 0,5-1% al dia, fins i tot quan no s'utilitza oxigen. Des de la perspectiva de l'energia del sistema, el LOX ja consumia energia aigües amunt mitjançant la compressió d'aire, la liqüefacció, el transport i la re-vaporització.
El PSA d'alta-pressió utilitza el mateix principi d'adsorció que el VPSA, però es desorbeix a pressió atmosfèrica en lloc de sota buit. Això resulta en una recuperació d'oxigen més baixa - normalment del 40-50% - en comparació amb la recuperació del 65% o superior de VPSA mitjançant la desorció al buit. El percentatge de recuperació afecta directament el consum d'energia per unitat d'oxigen produït. Per a un sistema d'ozó d'aigües residuals que funciona més de 20 hores al dia, l'estalvi d'energia anual de VPSA pot compensar la diferència de cost inicial en un període relativament curt. Això és important sobretot amb els alts preus actuals de l'electricitat.
Detalls crítics d'enginyeria per a la integració de sistemes
Escollir la tecnologia de generació d'oxigen adequada és necessari però no suficient. Una mala integració pot arruïnar el rendiment fins i tot del millor equip. Diversos detalls es passen per alt fàcilment, però tenen un impacte decisiu en la fiabilitat del sistema.
- Adaptació i augment de la pressió d'oxigen. Una planta VPSA normalment ofereix oxigen al voltant de 0,05 MPa (calibre). La majoria dels generadors d'ozó requereixen una pressió d'entrada de 0,1-0,2 MPa. Per tant, cal un reforç d'oxigen entre ells. El consum d'energia i la fiabilitat d'aquesta etapa d'impuls són fonamentals per a l'ús total d'energia del sistema auxiliar. Quan seleccioneu un reforç, trieu-ne un que resisteixi l'envelliment de l'ozó i tingui una bona integritat de segellat per al servei d'oxigen.
- Col·locació d'aire d'entrada. Aquest error apareix més sovint del que hauria de ser. El destructor d'un generador d'ozó descarrega gas-ozó concentrat. Si la presa d'aire de la planta VPSA es troba sota el vent o massa a prop d'aquest punt de descàrrega, el sistema absorbeix ozó d'alta-concentració. L'ozó és un poderós oxidant i destrueix ràpidament l'estructura cristal·lina del tamís molecular de la zeolita. Aquest dany és irreversible i pot ser un error d'enginyeria fatal.
- Control del punt de rosada amb redundància. Tot i que el -punt de rosada de 60 graus sovint es cita com a suficient, l'experiència en enginyeria suggereix que un assecador refrigerat de -tren d'assecat de dues etapes - més un assecador dessecant és més segur. Un monitor de punt de rosada en línia a la línia d'instruments crítics proporciona una alerta primerenca abans que l'avanç del dessecant permeti que la humitat líquida arribi a les cares cel·les de descàrrega d'ozó.
Tornant a la pregunta original: per què els generadors d'ozó d'aigües residuals es combinen tan sovint amb les plantes d'oxigen VPSA? La resposta es troba en la química física de la síntesi d'ozó. Una alimentació d'oxigen d'alta-concentració no és una opció - és la condició prèvia per a una oxidació de l'ozó d'alta-eficiència, baixa-potència i llarga-vida.
Per al subministrament d'oxigen al lloc-en intervals de capacitat-de-petita a-mitjana (típica per a la majoria d'aplicacions d'aigües residuals), VPSA ofereix la millor combinació de recuperació d'oxigen, flexibilitat d'interrupció de càrrega i cost del cicle de vida. L'oxigen líquid funciona, però aporta la cadena de subministrament i la seguretat. El PSA d'alta-pressió funciona però consumeix més energia per a la mateixa sortida. Entendre aquesta lògica tècnica proporciona una guia real per optimitzar el disseny avançat de processos d'oxidació a les plantes de tractament d'aigües residuals.
