Malý test technologie adsorpce kyslíku při kolísání tlaku

 Technologie výroby adsorpčního kyslíku v malém měřítku
 

Technologie výroby kyslíku s adsorpcí malého tlaku (PSA) využívá vzduch jako surovinu k výrobě kyslíku prostřednictvím fyzikální adsorpce, přičemž jediným zdrojem energie je elektřina. Během několika minut po zapnutí může zařízení nepřetržitě produkovat lékařský kyslík s obsahem kyslíku vyšším než 90 %, což odpovídá standardům lékařské péče. Tato technologie nabízí výhody, jako je jednoduchá obsluha, spolehlivost, dlouhodobá dodávka kyslíku a hospodárnost.

Malé PSA koncentrátory kyslíku jsou široce používány v nemocnicích, domácnostech, hotelech, kyslíkových barech a na dalších veřejných místech s přísnými požadavky na velikost, hmotnost, hluk a spotřebu energie. Pro splnění těchto požadavků musí být koncentrátory kompaktní, lehké, přenosné, tiché a energeticky účinné. Pro další zvýšení výkonu malého generátoru kyslíku PSA tato studie zkoumá faktory ovlivňující produkci kyslíku, včetně výběru molekulárního síta, doby přepínání, optimalizace kroků vyrovnání tlaku a kapacity zásobníku kyslíku. Cílem je zlepšit účinnost výroby kyslíku, snížit spotřebu energie a prodloužit životnost zařízení prostřednictvím těchto optimalizací.

 

 

 

Tok procesu

Produkce kyslíku adsorpcí při kolísání tlaku (PSA) závisí na různých adsorpčních kapacitách zeolitových molekulových sít pro kyslík a dusík za různých tlaků. Při vysokém tlaku se dusík adsorbuje a obohacuje kyslík, zatímco při nízkém tlaku se dusík desorbuje a vzniká plyn bohatý na kyslík. Vícenásobná adsorpční lůžka se postupně přepínají pro kontinuální produkci kyslíku. Mezi běžné procesy PSA patří vysokotlaká adsorpce s atmosférickou desorpcí (PSA), tlaková adsorpce s vakuovou desorpcí (VPSA) a atmosférická adsorpce s vakuovou desorpcí (VSA).

Proces PSA je široce používán při výrobě kyslíku v malém měřítku díky své jednoduchosti a nízkým investicím, ale jeho vysoká spotřeba energie vyvolala zájem o energeticky účinnější proces VPSA. V posledních letech se technologie VPSA prosadila v malých aplikacích, přičemž produkty již byly uvedeny na trh v zahraničí.

Pro zlepšení regenerace plynu, čistoty kyslíku a snížení spotřeby energie byl zaveden krok vyrovnání tlaku (PE). Tento krok spojuje dvě adsorpční věže, což umožňuje plynu z vysokotlaké věže proudit do nízkotlaké věže a vyrovnávat jejich tlaky. Tato rekuperace mechanické energie a optimalizace distribuce koncentrace plynu zvyšuje energetickou účinnost a míru rekuperace.

Studie ukazují, že proces PSA s PE výrazně snižuje spínací tlaky, ztrátu výkonu kompresoru a ztrátu výkonu lože a zároveň zlepšuje energetickou účinnost a rekuperaci plynu. Zatímco PE byl široce používán ve velkých systémech, jeho použití v malých zařízeních je méně obvyklé kvůli technickým a cenovým omezením. Při výrobě kyslíku PSA v malém měřítku může být PE implementován na vstupu, výstupu nebo na obou koncích adsorpční věže, čímž se zlepší výkon, účinnost a úspora energie.

 

 

Testovací proces

1-filtr; 2-kompresor; 3-chladič; 4-tlakoměr; 5-dvoupolohový pěticestný solenoidový ventil; 6-tlumič výfuku; 7-adsorpční věž; 8-elektromagnetický ventil pro vyrovnávání tlaku; 9-škrticí klapka; 10-třícestný ventil; 11-zpětný ventil; 12-zásobník plynu; 13-ventil pro omezení tlaku;
14-průtokoměr; 15-ovládací panel

Experimentální zařízení používá ovládací panel pro ovládání dvoupolohového pěticestného solenoidového ventilu a tlakového vyrovnávacího solenoidového ventilu, což umožňuje tři konfigurace procesu: žádné vyrovnávání tlaku, vyrovnávání tlaku na vstupu vzduchu a vyrovnávání tlaku na obou koncích adsorpce. věž. Systém upravuje dobu vyrovnávání tlaku a dobu připojení přívodu vzduchu pro přepínání mezi těmito procesy.

Vzduch je čištěn, stlačován a ochlazen před vstupem do adsorpční věže se zeolitovým molekulárním sítem pro separaci. Oddělený kyslík proudí do zásobníku plynu, zatímco zbývající dusík je odvětrán. Průtok kyslíku je řízen průtokoměrem a doba sepnutí se nastavuje pomocí ovládacího panelu. Obsah kyslíku je měřen metodou roztoku měděného amoniaku a inteligentním kyslíkoměrem YHL.

Tento experiment se zaměřuje na vliv faktorů, jako je typ molekulového síta, doba přepínání, kroky vyrovnání tlaku, poměr adsorpční věže a objem skladovací nádrže na produkci kyslíku. Některé parametry jsou bezrozměrné pro jasnější analýzu jejich vlivu na výkon.

Závěr
 

Různé typy molekulárních sít mají významný dopad na efektivitu produkce kyslíku, přičemž molekulární síto LiX funguje nejlépe. Použití LiX může výrazně snížit velikost adsorpční věže, snížit poměr kyslíku a vzduchu a zvýšit celkový výkon stroje.

Doba přepínání je klíčovým parametrem při výrobě kyslíku adsorpcí při kolísání tlaku (PSA). Optimální doba sepnutí pro konkrétní systém musí být stanovena pomocí experimentů.

Zavedení kroku vyrovnání tlaku (PE) může účinně zvýšit obsah kyslíku a rychlost regenerace, což vede k úspoře energie. Přidání jediného PE kroku významně zlepšuje jak koncentraci kyslíku, tak rychlost regenerace. Proto se pro malé systémy výroby kyslíku PSA běžně používá jednoduchý jednokrokový proces PE.

Zvýšení poměru výšky k průměru adsorpční věže pomáhá zlepšit výkon produkce kyslíku v malých systémech PSA. Příliš vysoké poměry však mohou snížit využití molekulárních sít a způsobit významné stěnové efekty, které negativně ovlivňují účinnost produkce kyslíku.

Zvýšení kapacity zásobníku plynu pomáhá zlepšit obsah kyslíku a snížit výkyvy v dodávce kyslíku.