Test tehnologije proizvodnje kisika s adsorpcijom pod pritiskom

 Tehnologija proizvodnje kisika s adsorpcijom malog tlaka
 

Tehnologija proizvodnje kiseonika sa adsorpcijom malog pritiska (PSA) koristi vazduh kao sirovinu za proizvodnju kiseonika putem fizičke adsorpcije, pri čemu je električna energija jedini izvor energije. U roku od nekoliko minuta nakon uključivanja, oprema može kontinuirano proizvoditi medicinski kisik sa sadržajem kisika većim od 90%, ispunjavajući standarde medicinske skrbi. Ova tehnologija nudi prednosti kao što su jednostavno rukovanje, pouzdanost, dugotrajno snabdevanje kiseonikom i ekonomičnost.

Mali PSA koncentratori kiseonika se široko koriste u bolnicama, domovima, hotelima, barovima za kiseonik i drugim javnim mestima, sa strogim zahtevima za veličinu, težinu, buku i potrošnju energije. Da bi ispunili ove zahtjeve, koncentratori moraju biti kompaktni, lagani, prenosivi, tihi i energetski efikasni. Kako bi se dodatno poboljšale performanse malog PSA generatora kisika, ova studija istražuje faktore koji utječu na proizvodnju kisika, uključujući odabir molekularnog sita, vrijeme prebacivanja, optimizaciju koraka izjednačavanja tlaka i kapacitet spremnika za pohranu kisika. Cilj je poboljšati efikasnost proizvodnje kisika, smanjiti potrošnju energije i produžiti vijek trajanja opreme kroz ove optimizacije.

 

 

 

Tok procesa

Proizvodnja kisika adsorpcijom s promjenama tlaka (PSA) oslanja se na različite kapacitete adsorpcije molekularnih sita zeolita za kisik i dušik pod različitim pritiscima. Pri visokom pritisku, azot se adsorbuje, obogaćujući kiseonik, dok se pri niskom pritisku azot desorbuje, stvarajući gas bogat kiseonikom. Više adsorpcionih slojeva se menjaju u nizu za kontinuiranu proizvodnju kiseonika. Uobičajeni PSA procesi uključuju adsorpciju pod visokim pritiskom sa atmosferskom desorpcijom (PSA), adsorpciju pod pritiskom sa vakuum desorpcijom (VPSA) i atmosfersku adsorpciju sa vakuum desorpcijom (VSA).

PSA proces se široko koristi u maloj proizvodnji kisika zbog svoje jednostavnosti i malih ulaganja, ali njegova velika potrošnja energije potaknula je interesovanje za energetski efikasniji VPSA proces. Poslednjih godina, VPSA tehnologija je postala popularna u malim aplikacijama, sa proizvodima koji su već lansirani u inostranstvu.

Kako bi se poboljšala rekuperacija plina, čistoća kisika i smanjila potrošnja energije, uveden je korak izjednačavanja tlaka (PE). Ovaj korak povezuje dva adsorpciona tornja, omogućavajući gasu iz tornja visokog pritiska da teče u toranj niskog pritiska, balansirajući njihove pritiske. Ova rekuperacija mehaničke energije i optimizacija distribucije koncentracije gasa povećavaju energetsku efikasnost i stope oporavka.

Studije pokazuju da PSA proces sa PE značajno smanjuje pritiske uključivanja, gubitak snage kompresora i gubitak snage u krevetu, dok istovremeno poboljšava energetsku efikasnost i povrat gasa. Dok je PE široko primijenjen u sistemima velikih razmjera, njegova upotreba u malim uređajima je manje uobičajena zbog tehničkih i troškovnih ograničenja. U maloj proizvodnji PSA kiseonika, PE se može primeniti na ulazu, izlazu ili na oba kraja adsorpcionog tornja, poboljšavajući performanse, efikasnost i uštedu energije.

 

 

Proces testiranja

1-filter; 2-kompresor; 3-hladnjak; 4-manometar; 5-dvopozicijski petosmjerni elektromagnetni ventil; 6-prigušivač; 7-adsorpcioni toranj; 8-magnetni ventil za izjednačavanje pritiska; 9-prigušni ventil; 10-trosmjerni ventil; 11-nepovratni ventil; 12-skladištenje plina; 13-ventil za ograničavanje pritiska;
14-mjerač protoka; 15-kontrolna tabla

Eksperimentalni uređaj koristi kontrolnu ploču za upravljanje dvopozicijskim petosmjernim elektromagnetnim ventilom i elektromagnetnim ventilom za izjednačavanje tlaka, omogućavajući tri konfiguracije procesa: bez izjednačavanja tlaka, izjednačavanje tlaka na ulazu zraka i izjednačavanje tlaka na oba kraja adsorpcije toranj. Sistem prilagođava vrijeme izjednačavanja tlaka i vrijeme povezivanja ulaznog zraka kako bi se prebacio između ovih procesa.

Vazduh se pročišćava, komprimuje i hladi pre nego što uđe u adsorpcionu kulu sa zeolitnim molekularnim sitom za odvajanje. Odvojeni kiseonik teče u rezervoar za skladištenje gasa, dok se preostali azot ispušta. Protok kiseonika se kontroliše pomoću merača protoka, a vreme uključivanja se podešava preko kontrolne table. Sadržaj kiseonika se meri metodom rastvora bakrenog amonijaka i YHL inteligentnim meračem kiseonika.

Ovaj eksperiment se fokusira na uticaj faktora kao što su tip molekularnog sita, vreme prebacivanja, koraci izjednačavanja pritiska, odnos adsorpcionog tornja i zapremina rezervoara za skladištenje na proizvodnju kiseonika. Neki parametri su bezdimenzionalni radi jasnije analize njihovog uticaja na performanse.

Zaključak
 

Različiti tipovi molekularnih sita imaju značajan uticaj na efikasnost proizvodnje kiseonika, a LiX molekularno sito ima najbolji učinak. Upotreba LiX-a može značajno smanjiti veličinu adsorpcionog tornja, smanjiti omjer kisika i zraka i poboljšati ukupne performanse stroja.

Vrijeme prebacivanja je ključni parametar u proizvodnji kisika adsorpcije tlaka (PSA). Optimalno vrijeme uključivanja za određeni sistem mora se odrediti eksperimentom.

Uvođenje koraka izjednačavanja pritiska (PE) može efikasno povećati sadržaj kiseonika i brzinu oporavka, što dovodi do uštede energije. Dodavanje jednog koraka PE značajno poboljšava i koncentraciju kisika i stopu oporavka. Stoga se za male sisteme proizvodnje kisika PSA obično koristi jednostavan PE proces u jednom koraku.

Povećanje odnosa visine i prečnika adsorpcionog tornja pomaže u poboljšanju performansi proizvodnje kiseonika u malim PSA sistemima. Međutim, pretjerano visoki omjeri mogu smanjiti korištenje molekularnih sita i uzrokovati značajne zidne efekte, koji negativno utiču na efikasnost proizvodnje kiseonika.

Povećanje kapaciteta rezervoara za skladištenje gasa pomaže u poboljšanju sadržaja kiseonika i smanjenju fluktuacija u snabdevanju kiseonikom.