Saringan molekuler untuk pemisahan udara

Dalam pemisahan campuran gas secara industri yang dapat menyerap gas, proses adsorpsi memiliki keunggulan yang signifikan. Saat ini, berkat perkembangan teknologi adsorpsi dan munculnya adsorben baru, proses adsorpsi digunakan dalam unit pemisahan udara kriogenik dan sistem adsorpsi ayunan tekanan atmosfer (PSA) untuk memproduksi oksigen dan nitrogen; penerapan peralatan ini telah menjadi pilihan yang umum. Dalam pemisahan udara kriogenik, adsorber saringan molekuler digunakan dalam sistem pemurnian udara, sehingga kandungan karbon dioksida dalam udara kurang dari 1 ppm, dan kandungan air kurang dari 5 ppm. Proses penggunaan saringan molekuler untuk memproduksi oksigen dan nitrogen dari udara melalui adsorpsi ayunan tekanan pada suhu kamar juga telah menjadi perangkat pemisahan udara lainnya.

Berdasarkan ukurannya, unit pemisahan udara kriogenik dapat dibedakan menjadi adsorber aliran radial vertikal dan adsorber aliran radial horizontal.

1. Diagram skematik adsorber saringan molekuler aliran radial horizontal:

Bahan adsorben pada saringan molekuler horizontal dimasukkan melalui lubang akses atas di kedua ujungnya; lapisan bawah terdiri dari alumina untuk menghilangkan kelembapan dari udara, sedangkan lapisan atas terdiri dari saringan molekuler untuk menghilangkan karbon dioksida, asetilen, dan hidrokarbon lainnya, dengan bagian tengah dipisahkan oleh sekat. Pipa saluran keluar udara saringan molekuler dilengkapi dengan distributor gas dan kartrid filter debu, sedangkan pipa saluran masuk udara dilengkapi dengan sekat yang mendistribusikan gas secara merata.

     Keunggulan: teknologi yang sudah matang, struktur dan desain proses yang sederhana, serta mudah dalam pemeliharaannya.

     Kekurangan: luas lantai yang besar, hambatan aliran yang besar, laju aliran yang lambat, distribusi udara yang tidak merata, konsumsi energi yang tinggi.

2. Diagram skematik adsorber saringan molekuler aliran radial vertikal:

        Adsorber vertikal terdiri dari cangkang luar, kisi tiga lapis, dan tabung pusat. Alumina teraktivasi dipasang di lapisan antara kisi luar dan kisi tengah, sedangkan saringan molekuler dipasang di lapisan antara kisi tengah dan kisi dalam. Seluruh berat alumina dan saringan molekuler ditopang oleh kisi tiga lapis yang digantung pada bagian atas. Bagian atas silinder dilengkapi dengan tabung pengisian untuk mengisi alumina dan saringan molekuler.

        Saat alat pemurni udara sedang beroperasi, udara masuk dari bagian bawah, terlebih dahulu melewati lapisan alumina untuk menghilangkan kelembapan di udara, kemudian melewati lapisan saringan molekuler untuk menghilangkan karbon dioksida, asetilen, dan hidrokarbon lainnya, lalu dikeluarkan dari bagian atas wadah melalui filter.

        Saat alat pemurni diregenerasi, nitrogen yang tercemar dari cold box masuk melalui bagian atas wadah dan dikeluarkan dari bagian bawah, dengan arah yang berlawanan dengan arah adsorpsi. Silinder pusat tidak hanya berfungsi sebagai filter, tetapi struktur khusus di bagian tengahnya dapat memastikan bahwa udara yang mengalir ke depan atau udara aliran balik yang telah diregenerasi memiliki kecepatan gas yang sama di setiap bagian, sehingga kecepatan adsorpsi dan kapasitas adsorpsi setiap bagian dari lapisan adsorpsi sepanjang arah aksial menjadi seragam, dan waktu jenuh adsorpsi pun sama.

    Keunggulan: distribusi udara yang merata, ukuran yang ringkas, hambatan udara yang rendah, laju aliran yang cepat, dan konsumsi energi yang rendah.

Kekurangan: struktur yang rumit, desain proses yang rumit, biaya produksi yang tinggi, dan pemeliharaan yang sulit.

Berkat kinerja adsorpsi saringan molekuler 13X, saringan ini mampu melakukan adsorpsi air dan karbon dioksida di udara dalam jangka waktu yang lama; proses adsorpsinya termasuk dalam jenis pemisahan keseimbangan.

Saringan molekuler seri JLPM dari Jalon terutama digunakan untuk pengeringan kriogenik gas-gas industri umum. Sistem pemurnian dalam unit pemisahan udara menghilangkan H₂O dan CO₂, serta melakukan desulfurisasi gas alam dan hidrokarbon lainnya (penghilangan H₂S dan merkaptan) serta CO₂.

Perlu disebutkan bahwa North Copper Co. LTD, Pabrik Peleburan Yuanqu, melakukan peremajaan unit pemisahan udara dengan menggunakan saringan molekuler berefisiensi tinggi; sedangkan proyek alumina teraktivasi menggunakan saringan molekuler pemisahan udara kriogenik generasi kelima Jianlong JLPM. Saringan molekuler pada peralatan tersebut diganti pada tanggal 12 April 2020, dan mulai dioperasikan pada tanggal 26 April. Dari tanggal 5 Mei hingga 8 Mei, setelah 72 jam beroperasi dengan beban penuh, kadar CO₂ di outlet adsorber saringan molekuler stabil pada 0,2–0,3 ppm, yang memenuhi persyaratan pelanggan untuk CO₂ ≤1 ppm. Siklus adsorpsi diperpanjang dari 4 jam menjadi 8 jam, sehingga frekuensi regenerasi adsorber saringan molekuler berkurang dari 6 menjadi 3 kali. Hal ini tidak hanya memperpanjang masa pakai katup peralatan dan saringan molekuler, tetapi juga mengurangi beban daya, serta memberikan efek penghematan energi yang signifikan.

Saringan molekuler berkinerja tinggi generasi kelima Jalon, JLPM, adalah saringan molekuler kristal X yang cocok untuk perangkat pra-pemurnian udara. Produk ini tidak hanya mampu menyerap CO₂ dan uap air secara efisien, tetapi juga memiliki karakteristik dinamis dan fisik yang baik. Dalam kondisi proses standar, JLPM biasanya bekerja secara sinergis dengan alumina dan memiliki kapasitas adsorpsi yang sangat tinggi terhadap uap air dan CO₂. Dibandingkan dengan saringan molekuler 13X, siklus adsorpsi dapat ditingkatkan hingga dua kali lipat setelah pengisian yang dioptimalkan.

Selain itu, saringan molekuler berkinerja tinggi generasi kelima JLPM akan memberikan berbagai manfaat bagi para perancang dan operator instalasi pemisahan udara. Dalam perancangan unit pemisahan udara baru, penerapan JLPM dapat memperkecil luas area instalasi pemisahan udara, sehingga mengurangi biaya investasi peralatan dan biaya operasional; sedangkan dalam proses modernisasi peralatan lama, penggantian saringan molekuler dengan JLPM dapat mengurangi konsumsi energi dan memperpanjang masa pakai peralatan.