Test de tehnologie de producere a oxigenului de adsorbție cu variație de presiune la scară mică

 Tehnologia de producere a oxigenului de adsorbție cu variație de presiune la scară mică
 

Tehnologia de producere a oxigenului cu adsorbție prin variație de presiune (PSA) folosește aerul ca materie primă pentru a produce oxigen prin adsorbție fizică, electricitatea fiind singura sa sursă de energie. În câteva minute de la pornire, echipamentul poate produce continuu oxigen medical cu un conținut de oxigen mai mare de 90%, respectând standardele de îngrijire medicală. Această tehnologie oferă avantaje precum funcționarea simplă, fiabilitatea, furnizarea de oxigen pe termen lung și rentabilitatea.

Concentratoarele mici de oxigen PSA sunt utilizate pe scară largă în spitale, case, hoteluri, baruri de oxigen și alte locuri publice, cu cerințe stricte privind dimensiunea, greutatea, zgomotul și consumul de energie. Pentru a satisface aceste cerințe, concentratoarele trebuie să fie compacte, ușoare, portabile, silențioase și eficiente din punct de vedere energetic. Pentru a îmbunătăți și mai mult performanța generatorului mic de oxigen PSA, acest studiu explorează factorii care influențează producția de oxigen, inclusiv selecția sitei moleculare, timpul de comutare, optimizarea etapelor de egalizare a presiunii și capacitatea rezervorului de stocare a oxigenului. Scopul este de a îmbunătăți eficiența producției de oxigen, de a reduce consumul de energie și de a prelungi durata de viață a echipamentului prin aceste optimizări.

 

 

 

Fluxul procesului

Producția de oxigen prin adsorbție prin variație de presiune (PSA) se bazează pe diferitele capacități de adsorbție ale sitelor moleculare de zeolit ​​pentru oxigen și azot la presiuni diferite. La presiune mare, azotul este adsorbit, îmbogățind oxigenul, în timp ce la presiune scăzută, azotul este desorbit, producând gaz bogat în oxigen. Mai multe paturi de adsorbție sunt comutate în succesiune pentru producția continuă de oxigen. Procesele comune PSA includ adsorbția la presiune înaltă cu desorbție atmosferică (PSA), adsorbția presurizată cu desorbție în vid (VPSA) și adsorbția atmosferică cu desorbție în vid (VSA).

Procesul PSA este utilizat pe scară largă în producția de oxigen la scară mică datorită simplității și investițiilor reduse, dar consumul său ridicat de energie a stârnit interesul pentru procesul VPSA mai eficient din punct de vedere energetic. În ultimii ani, tehnologia VPSA a câștigat acțiune în aplicațiile la scară mică, produse deja lansate în străinătate.

Pentru a îmbunătăți recuperarea gazului, puritatea oxigenului și pentru a reduce consumul de energie, a fost introdusă etapa de egalizare a presiunii (PE). Acest pas conectează două turnuri de adsorbție, permițând gazului din turnul de înaltă presiune să curgă în turnul de joasă presiune, echilibrând presiunile acestora. Această recuperare a energiei mecanice și optimizarea distribuției concentrației de gaz îmbunătățește eficiența energetică și ratele de recuperare.

Studiile arată că procesul PSA cu PE reduce semnificativ presiunile de comutare, pierderea de putere a compresorului și pierderea de putere în pat, îmbunătățind în același timp eficiența energetică și recuperarea gazului. În timp ce PE a fost aplicat pe scară largă în sistemele la scară mare, utilizarea sa în dispozitive la scară mică este mai puțin frecventă din cauza limitărilor tehnice și de cost. În producția de oxigen PSA la scară mică, PE poate fi implementat la intrarea, ieșirea sau ambele capete ale turnului de adsorbție, îmbunătățind performanța, eficiența și economiile de energie.

 

 

Procesul de testare

1-filtru; 2-compresor; 3-răcitor; 4-manometru; 5-electrovalvă cu două poziții și cinci căi; 6-toba de eșapament; 7-turn de adsorbție; 8-supapă solenoidală de egalizare a presiunii; 9-supapă de accelerație; 10-supapă cu trei căi; 11-supapă de reținere; 12-rezervor de gaz; 13-supapă limitatoare de presiune;
14-debitmetru; 15-panoul de control

Dispozitivul experimental folosește un panou de control pentru a gestiona supapa solenoidală cu două poziții cu cinci căi și electrovalva de egalizare a presiunii, permițând trei configurații de proces: fără egalizare a presiunii, egalizare a presiunii la intrarea aerului și egalizarea presiunii la ambele capete ale adsorbției. turn. Sistemul ajustează timpul de egalizare a presiunii și timpul de conectare la intrarea aerului pentru a comuta între aceste procese.

Aerul este purificat, comprimat și răcit înainte de a intra în turnul de adsorbție cu sita moleculară zeolită pentru separare. Oxigenul separat curge într-un rezervor de stocare a gazului, în timp ce azotul rămas este evacuat. Debitul de oxigen este controlat de un debitmetru, iar timpul de comutare este reglat prin intermediul panoului de control. Conținutul de oxigen este măsurat folosind metoda soluției de cupru amoniac și contorul de oxigen inteligent YHL.

Acest experiment se concentrează pe impactul unor factori precum tipul de sită moleculară, timpul de comutare, etapele de egalizare a presiunii, raportul turnului de adsorbție și volumul rezervorului de stocare asupra producției de oxigen. Unii parametri sunt adimensionali pentru o analiză mai clară a efectelor lor asupra performanței.

Concluzie
 

Diferite tipuri de site moleculare au un impact semnificativ asupra eficienței producției de oxigen, sita moleculară LiX având cele mai bune performanțe. Utilizarea LiX poate reduce foarte mult dimensiunea turnului de adsorbție, poate reduce raportul oxigen-aer și poate îmbunătăți performanța generală a mașinii.

Timpul de comutare este un parametru cheie în producția de oxigen prin adsorbția prin variație de presiune (PSA). Timpul optim de comutare pentru un anumit sistem trebuie determinat prin experimentare.

Introducerea unei etape de egalizare a presiunii (PE) poate crește în mod eficient conținutul de oxigen și rata de recuperare, ceea ce duce la economii de energie. Adăugarea unei singure etape PE îmbunătățește semnificativ atât concentrația de oxigen, cât și rata de recuperare. Prin urmare, pentru sistemele de producție de oxigen PSA la scară mică, se utilizează în mod obișnuit un proces PE simplu într-o singură etapă.

Creșterea raportului înălțime-diametru al turnului de adsorbție ajută la îmbunătățirea performanței producției de oxigen în sistemele PSA la scară mică. Cu toate acestea, rapoarte excesiv de mari pot reduce utilizarea sitelor moleculare și pot provoca efecte semnificative ale peretelui, care au un impact negativ asupra eficienței producției de oxigen.

Creșterea capacității rezervorului de stocare a gazului ajută la îmbunătățirea conținutului de oxigen și la reducerea fluctuațiilor aprovizionării cu oxigen.