Malý test technológie adsorpcie kyslíka pri kolísaní tlaku

 Technológia výroby adsorpčného kyslíka v malom rozsahu
 

Technológia výroby kyslíka s adsorpciou malého tlaku (PSA) využíva vzduch ako surovinu na výrobu kyslíka fyzikálnou adsorpciou, pričom jediným zdrojom energie je elektrina. V priebehu niekoľkých minút po zapnutí môže zariadenie nepretržite produkovať medicínsky kyslík s obsahom kyslíka vyšším ako 90 %, čím spĺňa štandardy lekárskej starostlivosti. Táto technológia ponúka výhody ako jednoduchá obsluha, spoľahlivosť, dlhodobá dodávka kyslíka a nákladová efektívnosť.

Malé PSA koncentrátory kyslíka sa široko používajú v nemocniciach, domácnostiach, hoteloch, kyslíkových baroch a na iných verejných miestach s prísnymi požiadavkami na veľkosť, hmotnosť, hluk a spotrebu energie. Na splnenie týchto požiadaviek musia byť koncentrátory kompaktné, ľahké, prenosné, tiché a energeticky účinné. Na ďalšie zvýšenie výkonu malého generátora kyslíka PSA táto štúdia skúma faktory ovplyvňujúce produkciu kyslíka, vrátane výberu molekulárneho sita, času prepínania, optimalizácie krokov vyrovnávania tlaku a kapacity zásobníka kyslíka. Cieľom je zlepšiť efektivitu výroby kyslíka, znížiť spotrebu energie a predĺžiť životnosť zariadenia prostredníctvom týchto optimalizácií.

 

 

 

Tok procesu

Výroba kyslíka pri adsorpcii pri tlakovom výkyve (PSA) závisí od rôznych adsorpčných kapacít zeolitových molekulových sít pre kyslík a dusík pri rôznych tlakoch. Pri vysokom tlaku sa dusík adsorbuje a obohacuje kyslík, zatiaľ čo pri nízkom tlaku sa dusík desorbuje, čím vzniká plyn bohatý na kyslík. Viacnásobné adsorpčné lôžka sa postupne prepínajú na kontinuálnu produkciu kyslíka. Bežné PSA procesy zahŕňajú vysokotlakovú adsorpciu s atmosférickou desorpciou (PSA), tlakovú adsorpciu s vákuovou desorpciou (VPSA) a atmosférickú adsorpciu s vákuovou desorpciou (VSA).

Proces PSA je široko používaný pri výrobe kyslíka v malom meradle kvôli jeho jednoduchosti a nízkym investíciám, ale jeho vysoká spotreba energie vyvolala záujem o energeticky efektívnejší proces VPSA. V posledných rokoch sa technológia VPSA presadila v malých aplikáciách, pričom produkty už boli uvedené na trh v zahraničí.

Na zlepšenie regenerácie plynu, čistoty kyslíka a zníženie spotreby energie bol zavedený krok vyrovnávania tlaku (PE). Tento krok spája dve adsorpčné veže, čo umožňuje, aby plyn z vysokotlakovej veže prúdil do nízkotlakovej veže, čím sa vyrovnávajú ich tlaky. Táto rekuperácia mechanickej energie a optimalizácia distribúcie koncentrácie plynu zvyšuje energetickú účinnosť a rýchlosť rekuperácie.

Štúdie ukazujú, že proces PSA s PE výrazne znižuje spínacie tlaky, stratu výkonu kompresora a stratu výkonu lôžka a zároveň zlepšuje energetickú účinnosť a rekuperáciu plynu. Zatiaľ čo PE sa široko používa vo veľkých systémoch, jeho použitie v malých zariadeniach je menej bežné kvôli technickým a cenovým obmedzeniam. Pri výrobe kyslíka PSA v malom meradle môže byť PE implementovaný na vstupe, výstupe alebo na oboch koncoch adsorpčnej veže, čím sa zlepší výkon, účinnosť a úspora energie.

 

 

Skúšobný proces

1-filter; 2-kompresor; 3-chladič; 4-tlakomer; 5-dvojpolohový päťcestný solenoidový ventil; 6-tlmič výfuku; 7-adsorpčná veža; 8-elektromagnetický ventil na vyrovnávanie tlaku; 9-škrtiaci ventil; 10-trojcestný ventil; 11-spätný ventil; 12-zásobník plynu; 13-ventil na obmedzenie tlaku;
14-prietokomer; 15-ovládací panel

Experimentálne zariadenie využíva ovládací panel na ovládanie dvojpolohového päťcestného solenoidového ventilu a tlakového vyrovnávacieho solenoidového ventilu, čo umožňuje tri konfigurácie procesu: žiadne vyrovnávanie tlaku, vyrovnávanie tlaku na vstupe vzduchu a vyrovnávanie tlaku na oboch koncoch adsorpcie. veža. Systém nastavuje čas vyrovnávania tlaku a čas pripojenia prívodu vzduchu na prepínanie medzi týmito procesmi.

Vzduch sa čistí, stláča a ochladzuje pred vstupom do adsorpčnej veže so zeolitovým molekulovým sitom na separáciu. Oddelený kyslík prúdi do zásobníka plynu, zatiaľ čo zvyšný dusík je odvetrávaný. Prietok kyslíka je riadený prietokomerom a čas spínania sa nastavuje pomocou ovládacieho panela. Obsah kyslíka sa meria pomocou metódy roztoku medeného amoniaku a inteligentného kyslíkomeru YHL.

Tento experiment sa zameriava na vplyv faktorov, ako je typ molekulového sita, čas prepínania, kroky vyrovnávania tlaku, pomer adsorpčnej veže a objem skladovacej nádrže na produkciu kyslíka. Niektoré parametre sú bezrozmerné pre jasnejšiu analýzu ich vplyvu na výkon.

Záver
 

Rôzne typy molekulárnych sít majú významný vplyv na efektivitu výroby kyslíka, pričom molekulárne sito LiX funguje najlepšie. Použitie LiX môže výrazne znížiť veľkosť adsorpčnej veže, znížiť pomer kyslíka a vzduchu a zvýšiť celkový výkon stroja.

Spínací čas je kľúčovým parametrom pri adsorpcii kyslíka pri kolísaní tlaku (PSA). Optimálny čas spínania pre konkrétny systém sa musí určiť experimentovaním.

Zavedenie kroku vyrovnávania tlaku (PE) môže účinne zvýšiť obsah kyslíka a rýchlosť regenerácie, čo vedie k úsporám energie. Pridanie jediného PE kroku výrazne zlepšuje koncentráciu kyslíka aj rýchlosť regenerácie. Preto sa pre malé systémy na výrobu kyslíka PSA bežne používa jednoduchý jednokrokový proces PE.

Zvýšenie pomeru výšky k priemeru adsorpčnej veže pomáha zlepšiť výkonnosť produkcie kyslíka v malých systémoch PSA. Príliš vysoké pomery však môžu znížiť využitie molekulových sít a spôsobiť výrazné stenové efekty, ktoré negatívne ovplyvňujú efektivitu výroby kyslíka.

Zvýšenie kapacity zásobníka plynu pomáha zlepšiť obsah kyslíka a znížiť kolísanie dodávky kyslíka.