Kleinschalige druk-swing-adsorptie-zuurstofproductietechnologietest

 Kleinschalige drukzwaai-adsorptie-zuurstofproductietechnologie
 

Small Pressure Swing Adsorption (PSA)-zuurstofproductietechnologie maakt gebruik van lucht als grondstof om zuurstof te produceren door middel van fysieke adsorptie, met elektriciteit als de enige energiebron. Binnen enkele minuten nadat de apparatuur is ingeschakeld, kan deze continu medische zuurstof produceren met een zuurstofgehalte van meer dan 90%, waarmee wordt voldaan aan de normen voor medische zorg. Deze technologie biedt voordelen zoals eenvoudige bediening, betrouwbaarheid, langdurige zuurstoftoevoer en kosteneffectiviteit.

Kleine PSA-zuurstofconcentrators worden veel gebruikt in ziekenhuizen, huizen, hotels, zuurstofbars en andere openbare plaatsen, met strenge eisen op het gebied van formaat, gewicht, geluid en energieverbruik. Om aan deze eisen te voldoen, moeten de concentrators compact, lichtgewicht, draagbaar, stil en energiezuinig zijn. Om de prestaties van de kleine PSA-zuurstofgenerator verder te verbeteren, onderzoekt dit onderzoek factoren die de zuurstofproductie beïnvloeden, waaronder de selectie van moleculaire zeven, schakeltijd, optimalisatie van drukegalisatiestappen en de capaciteit van de zuurstofopslagtank. Het doel is om de efficiëntie van de zuurstofproductie te verbeteren, het energieverbruik te verminderen en de levensduur van de apparatuur te verlengen door middel van deze optimalisaties.

 

 

 

Processtroom

De zuurstofproductie bij drukwisseladsorptie (PSA) is afhankelijk van de verschillende adsorptiecapaciteiten van moleculaire zeolietzeven voor zuurstof en stikstof onder variërende drukken. Bij hoge druk wordt stikstof geadsorbeerd, waardoor zuurstof wordt verrijkt, terwijl bij lage druk stikstof wordt gedesorbeerd, waardoor zuurstofrijk gas ontstaat. Meerdere adsorptiebedden worden achter elkaar geschakeld voor een continue zuurstofproductie. Veel voorkomende PSA-processen omvatten hogedrukadsorptie met atmosferische desorptie (PSA), adsorptie onder druk met vacuümdesorptie (VPSA) en atmosferische adsorptie met vacuümdesorptie (VSA).

Het PSA-proces wordt veel gebruikt bij de kleinschalige zuurstofproductie vanwege de eenvoud en de lage investering, maar het hoge energieverbruik heeft de belangstelling voor het energiezuinigere VPSA-proces aangewakkerd. De afgelopen jaren heeft de VPSA-technologie terrein gewonnen in kleinschalige toepassingen, waarbij producten al in het buitenland zijn gelanceerd.

Om de gasterugwinning en de zuurstofzuiverheid te verbeteren en het energieverbruik te verminderen, is de drukegalisatiestap (PE) geïntroduceerd. Deze stap verbindt twee adsorptietorens, waardoor gas uit de hogedruktoren in de lagedruktoren kan stromen en hun druk in evenwicht wordt gebracht. Deze terugwinning van mechanische energie en optimalisatie van de gasconcentratieverdeling verbetert de energie-efficiëntie en de terugwinningspercentages.

Studies tonen aan dat het PSA-proces met PE de schakeldruk, het vermogensverlies van de compressor en het bedvermogensverlies aanzienlijk vermindert, terwijl de energie-efficiëntie en gasterugwinning worden verbeterd. Hoewel PE op grote schaal wordt toegepast in grootschalige systemen, is het gebruik ervan in kleinschalige apparaten minder gebruikelijk vanwege technische en kostenbeperkingen. Bij kleinschalige PSA-zuurstofproductie kan PE worden geïmplementeerd aan de inlaat, uitlaat of aan beide uiteinden van de adsorptietoren, waardoor de prestaties, efficiëntie en energiebesparingen worden verbeterd.

 

 

Testproces

1-filteren; 2-compressor; 3-koeler; 4-manometer; 5-vijfwegmagneetklep met twee standen; 6-demper; 7-adsorptietoren; 8-drukvereffenende magneetklep; 9-gasklep; 10-driewegklep; 11-terugslagklep; 12-gasopslagtank; 13-drukbegrenzingsklep;
14-stroommeter; 15-configuratiescherm

Het experimentele apparaat maakt gebruik van een bedieningspaneel om de vijfwegmagneetklep met twee standen en de drukvereffenende magneetklep te beheren, waardoor drie procesconfiguraties mogelijk zijn: geen drukvereffening, drukvereffening bij de luchtinlaat en drukvereffening aan beide uiteinden van de adsorptie. toren. Het systeem past de drukvereffeningstijd en de luchtinlaatverbindingstijd aan om tussen deze processen te schakelen.

Lucht wordt gezuiverd, gecomprimeerd en gekoeld voordat deze de adsorptietoren binnengaat met een zeoliet moleculaire zeef voor scheiding. De afgescheiden zuurstof stroomt in een gasopslagtank, terwijl de resterende stikstof wordt afgevoerd. De zuurstofstroom wordt geregeld door een debietmeter en de schakeltijd wordt aangepast via het bedieningspaneel. Het zuurstofgehalte wordt gemeten met behulp van de koperammoniakoplossingmethode en de intelligente YHL-zuurstofmeter.

Dit experiment richt zich op de impact van factoren zoals het type moleculaire zeef, de schakeltijd, stappen voor drukegalisatie, de verhouding van de adsorptietoren en het volume van de opslagtank op de zuurstofproductie. Sommige parameters zijn dimensieloos voor een duidelijkere analyse van hun effecten op de prestaties.

Conclusie
 

Verschillende soorten moleculaire zeven hebben een aanzienlijke invloed op de efficiëntie van de zuurstofproductie, waarbij de LiX moleculaire zeef het beste presteert. Het gebruik van LiX kan de grootte van de adsorptietoren aanzienlijk verkleinen, de zuurstof-luchtverhouding verlagen en de algehele machineprestaties verbeteren.

De schakeltijd is een belangrijke parameter bij de zuurstofproductie door drukwisselingsadsorptie (PSA). De optimale schakeltijd voor een specifiek systeem moet proefondervindelijk worden bepaald.

Het introduceren van een drukegalisatiestap (PE) kan het zuurstofgehalte en de terugwinningssnelheid effectief verhogen, wat tot energiebesparingen leidt. De toevoeging van een enkele PE-stap verbetert aanzienlijk zowel de zuurstofconcentratie als de herstelsnelheid. Daarom wordt voor kleinschalige PSA-zuurstofproductiesystemen gewoonlijk een eenvoudig PE-proces in één stap gebruikt.

Het vergroten van de hoogte-diameterverhouding van de adsorptietoren helpt de prestaties van de zuurstofproductie in kleinschalige PSA-systemen te verbeteren. Overmatig hoge verhoudingen kunnen echter het gebruik van moleculaire zeven verminderen en aanzienlijke wandeffecten veroorzaken, die de efficiëntie van de zuurstofproductie negatief beïnvloeden.

Het vergroten van de capaciteit van de gasopslagtank helpt het zuurstofgehalte te verbeteren en schommelingen in de zuurstoftoevoer te verminderen.