Малкомащабно изпитване на адсорбционна технология за производство на кислород с промяна на налягането

 Малкомащабна технология за адсорбция на кислород с промяна на налягането
 

Технологията за производство на кислород с адсорбция с малки колебания под налягане (PSA) използва въздуха като суровина за производство на кислород чрез физическа адсорбция, като електричеството е единственият източник на енергия. В рамките на минути след включване, оборудването може непрекъснато да произвежда медицински кислород със съдържание на кислород над 90%, отговаряйки на стандартите за медицински грижи. Тази технология предлага предимства като проста работа, надеждност, дългосрочно снабдяване с кислород и рентабилност.

Малките кислородни концентратори PSA се използват широко в болници, домове, хотели, кислородни барове и други обществени места, със строги изисквания за размер, тегло, шум и консумация на енергия. За да отговорят на тези изисквания, концентраторите трябва да бъдат компактни, леки, преносими, тихи и енергийно ефективни. За по-нататъшно подобряване на производителността на малкия генератор на кислород PSA, това проучване изследва факторите, влияещи върху производството на кислород, включително избор на молекулно сито, време за превключване, оптимизиране на стъпките за изравняване на налягането и капацитет на резервоара за съхранение на кислород. Целта е да се подобри ефективността на производството на кислород, да се намали консумацията на енергия и да се удължи експлоатационният живот на оборудването чрез тези оптимизации.

 

 

 

Поток на процеса

Производството на кислород чрез адсорбция с промяна на налягането (PSA) зависи от различните адсорбционни способности на зеолитните молекулярни сита за кислород и азот при различни налягания. При високо налягане азотът се адсорбира, обогатявайки кислород, докато при ниско налягане азотът се десорбира, като се получава газ, богат на кислород. Множество адсорбционни легла се сменят последователно за непрекъснато производство на кислород. Обичайните PSA процеси включват адсорбция при високо налягане с атмосферна десорбция (PSA), адсорбция под налягане с вакуумна десорбция (VPSA) и атмосферна адсорбция с вакуумна десорбция (VSA).

PSA процесът се използва широко в дребномащабно производство на кислород поради неговата простота и ниска инвестиция, но високата му консумация на енергия предизвика интерес към по-енергийно ефективния процес VPSA. През последните години технологията VPSA придоби популярност в малки приложения, като продуктите вече са пуснати в чужбина.

За подобряване на възстановяването на газа, чистотата на кислорода и намаляване на консумацията на енергия е въведена стъпката за изравняване на налягането (PE). Тази стъпка свързва две адсорбционни кули, позволявайки на газа от кулата за високо налягане да тече в кулата за ниско налягане, балансирайки техните налягания. Това възстановяване на механичната енергия и оптимизирането на разпределението на газовата концентрация повишава енергийната ефективност и степента на възстановяване.

Проучванията показват, че PSA процесът с PE значително намалява наляганията при превключване, загубата на мощност на компресора и загубата на мощност в леглото, като същевременно подобрява енергийната ефективност и възстановяването на газа. Докато PE се прилага широко в широкомащабни системи, използването му в устройства с малък мащаб е по-рядко поради технически и ценовите ограничения. При производство на PSA кислород в малък мащаб, PE може да се внедри на входа, изхода или в двата края на адсорбционната кула, подобрявайки производителността, ефективността и спестяването на енергия.

 

 

Тестови процес

1-филтър; 2-компресор; 3-охладител; 4-манометър; 5-двупозиционен петпътен електромагнитен вентил; 6-заглушител; 7-адсорбционна кула; 8-магнитен клапан за изравняване на налягането; 9-дроселна клапа; 10-трипътен вентил; 11-възвратен клапан; 12-резервоар за съхранение на газ; 13-вентил за ограничаване на налягането;
14-разходомер; 15-контролен панел

Експерименталното устройство използва контролен панел за управление на двупозиционния петпътен електромагнитен вентил и електромагнитния клапан за изравняване на налягането, което позволява три конфигурации на процеса: без изравняване на налягането, изравняване на налягането при входа на въздуха и изравняване на налягането в двата края на адсорбцията кула. Системата регулира времето за изравняване на налягането и времето за свързване на входящия въздух, за да превключва между тези процеси.

Въздухът се пречиства, компресира и охлажда преди да влезе в адсорбционната кула със зеолитно молекулярно сито за разделяне. Отделеният кислород се влива в резервоар за съхранение на газ, докато останалият азот се изпуска. Потокът на кислород се контролира от разходомер, а времето за превключване се регулира чрез контролния панел. Съдържанието на кислород се измерва с помощта на метода с разтвор на меден амоняк и YHL интелигентен кислородомер.

Този експеримент се фокусира върху влиянието на фактори като тип молекулно сито, време на превключване, стъпки за изравняване на налягането, съотношение на адсорбционната кула и обем на резервоара за съхранение върху производството на кислород. Някои параметри са безразмерни за по-ясен анализ на ефектите им върху производителността.

Заключение
 

Различните видове молекулярни сита имат значително въздействие върху ефективността на производството на кислород, като молекулярното сито LiX се представя най-добре. Използването на LiX може значително да намали размера на адсорбционната кула, да намали съотношението кислород към въздух и да подобри цялостната производителност на машината.

Времето за превключване е ключов параметър при производството на кислород чрез адсорбция с промяна на налягането (PSA). Оптималното време за превключване за конкретна система трябва да се определи чрез експериментиране.

Въвеждането на стъпка за изравняване на налягането (PE) може ефективно да увеличи съдържанието на кислород и скоростта на възстановяване, което води до спестяване на енергия. Добавянето на единична PE стъпка значително подобрява както концентрацията на кислород, така и степента на възстановяване. Следователно, за малки PSA системи за производство на кислород обикновено се използва прост едноетапен PE процес.

Увеличаването на съотношението височина към диаметър на адсорбционната кула спомага за подобряване на производителността на кислород в малки PSA системи. Прекомерно високите съотношения обаче могат да намалят използването на молекулярни сита и да причинят значителни ефекти на стените, които влияят отрицателно върху ефективността на производството на кислород.

Увеличаването на капацитета на резервоара за съхранение на газ спомага за подобряване на съдържанието на кислород и намаляване на колебанията в подаването на кислород.