Войти
Схематическое изображение процесса PSA (" aria "= вход воздуха) 
Генератор азота с использованием PSA Адсорбция при переменном давлении (PSA ) - это технология, используемая для отделения некоторых видов газа от смеси газов под давлением в соответствии с молекулярные характеристики и сродство видов к адсорбирующему материалу. Он работает при температурах, близких к температуре окружающей среды, и существенно отличается от методов криогенной дистилляции для разделения газов. Специальные адсорбирующие материалы (например, цеолиты, активированный уголь, молекулярные сита и т. Д.) Используются в качестве ловушки, предпочтительно адсорбируя целевые газовые частицы при высоком давлении.. Затем процесс переходит на низкое давление, чтобы десорбировать адсорбированный материал.
Анимация адсорбции при переменном давлении, (1) и (2) демонстрируют чередование адсорбции и десорбции | I | вход сжатого воздуха | A | адсорбция | |
|---|---|---|---|---|
| O | выход кислорода | D | десорбция | |
| E | выхлоп |
В процессах адсорбции при переменном давлении используется тот факт, что под высоким давлением газы имеют тенденцию притягиваться к твердым поверхностям или «адсорбироваться». Чем выше давление, тем больше газа адсорбируется. Когда давление снижается, газ выпускается или десорбируется. Процессы PSA могут использоваться для разделения газов в смеси, потому что разные газы имеют тенденцию более или менее сильно притягиваться к разным твердым поверхностям. Если газовая смесь, такая как воздух, проходит под давлением через сосуд, содержащий слой адсорбента из цеолита, который притягивает азот сильнее, чем кислород, часть или весь азот останется в слое, и газ, выходящий из емкости, будет богаче кислородом, чем поступающая смесь. Когда слой достигает предела своей способности адсорбировать азот, его можно регенерировать путем снижения давления, высвобождая адсорбированный азот. Затем он готов к следующему циклу производства воздуха, обогащенного кислородом.
Этот процесс используется в медицинских концентраторах кислорода, используемых пациентами с эмфиземой и другими людьми, которым для дыхания требуется воздух, обогащенный кислородом.
Использование двух емкостей с адсорбентом позволяет практически непрерывно добывать целевой газ. Это также позволяет использовать так называемый, когда газ, выходящий из сбрасываемого резервуара, используется для частичного создания давления во втором резервуаре. Это приводит к значительной экономии энергии и является обычной производственной практикой.
Помимо их способности различать разные газы, адсорбенты для систем PSA обычно являются очень пористыми материалами, выбираемыми из-за их большой удельной площади поверхности. Типичными адсорбентами являются активированный уголь, силикагель, оксид алюминия, смола и цеолит. Хотя газ, адсорбированный на этих поверхностях, может состоять из слоя толщиной всего в одну или максимум нескольких молекул, площади поверхности в несколько сотен квадратных метров на грамм позволяют адсорбировать значительную часть веса адсорбента в газе. Помимо селективности по отношению к различным газам, цеолиты и некоторые типы активированного угля, называемые углеродными молекулярными ситами, могут использовать свои характеристики молекулярных сит, чтобы исключить некоторые молекулы газа из своей структуры в зависимости от размера молекул, тем самым ограничивая способность более крупных молекул адсорбироваться.
Мембранный блок газового сепаратора, используемый в процессе утилизации свалочного газа Помимо использования для подачи медицинского кислорода или в качестве замены объемного криогенного хранилища или хранилища сжатых баллонов, которое является основным кислородом источник для любой больницы, PSA имеет множество других целей. Одним из основных применений PSA является удаление диоксида углерода (CO 2) в качестве конечной стадии крупномасштабного промышленного синтеза водорода (H2) для использования на нефтеперерабатывающих заводах и в производстве аммиака (NH 3). Нефтеперерабатывающие заводы часто используют технологию PSA для удаления сероводорода (H2S) из подаваемого водорода и потоков рециркуляции установок гидроочистки и гидрокрекинга. Другим применением PSA является отделение диоксида углерода от биогаза для увеличения отношения метана (CH 4). Посредством PSA качество биогаза может быть повышено до качества природного газа. Это включает в себя процесс утилизации свалочного газа для преобразования свалочного газа в высокочистый метан для бытового использования для продажи в качестве природного газа.
PSA также используется в: -
В настоящее время ведутся исследования для ВАБ по улавливанию CO 2 в больших количествах с угольных электростанций до геологоразведочных работ, чтобы для сокращения производства парниковых газов на этих заводах.
PSA также обсуждалась как будущая альтернатива технологии невозобновляемого сорбента, используемой в космическом скафандре Основные системы жизнеобеспечения, для снижения веса и увеличения срока службы костюма.
(DS- PSA, иногда называемый двухступенчатым PSA). В этом варианте PSA, разработанном для использования в лабораторных генераторах азота, производство газообразного азота разделено на два этапа: на первом этапе сжатый воздух проходит через углеродное молекулярное сито для получения азота с чистотой приблизительно 98%; на втором этапе этот азот принудительно проходит через второе углеродное молекулярное сито, и газообразный азот достигает конечной чистоты до 99,999%. Продувочный газ со второй стадии рециркулируют и частично используют в качестве исходного газа на первой стадии.
Кроме того, процесс продувки поддерживается за счет активного вакуумирования для повышения производительности в следующем цикле. Цели обоих этих изменений - повысить эффективность по сравнению с обычным процессом ВАБ.
DS-PSA также применяется для повышения уровня концентрации кислорода. В этом случае цеолит на основе алюминия и кремнезема адсорбирует азот на первой стадии, фокусируя 95% кислорода, а на второй стадии молекулярное сито на основе углерода адсорбирует остаточный азот в обратном цикле, концентрирующий до 99% кислорода.
Быстрая адсорбция при переменном давлении или RPSA часто используется в портативных концентраторах кислорода. Это позволяет значительно уменьшить размер слоя адсорбента, когда высокая чистота не является существенной и исходный газ может быть удален. Он работает за счет быстрой смены давления при попеременном выпуске воздуха из противоположных концов колонны с той же скоростью. Это означает, что неадсорбированные газы продвигаются по колонке намного быстрее и отводятся на дистальном конце, в то время как адсорбированные газы не имеют возможности продвигаться и выводятся на проксимальном конце.
Вакуумная адсорбция (VSA) отделяет определенные газы от газовой смеси при давлении, близком к окружающему; затем процесс переходит в вакуум для регенерации адсорбирующего материала. VSA отличается от других методов PSA, поскольку работает при температурах и давлениях, близких к температуре окружающей среды. VSA обычно пропускает газ через процесс разделения с помощью вакуума. Для кислородных и азотных систем VSA вакуум обычно создается воздуходувкой. Также существуют гибридные системы вакуумной адсорбции с переменным давлением (VPSA). Системы VPSA используют сжатый газ в процессе разделения, а также создают вакуум для продувочного газа. Системы VPSA, как и один из портативных концентраторов кислорода, являются одними из самых эффективных систем, измеряемых по обычным отраслевым показателям, таким как извлечение (выход продукта газа / вход продукта газа), производительность (выход продукта газа / масса материала сита). Как правило, более высокая степень извлечения приводит к меньшему объему компрессора, нагнетателя или другого источника сжатого газа или вакуума и снижению энергопотребления. Более высокая производительность приводит к меньшему размеру сита. Потребитель, скорее всего, рассмотрит индексы, которые имеют более непосредственно измеримую разницу в системе в целом, такие как количество продуктового газа, деленное на вес и размер системы, начальные затраты и затраты на обслуживание системы, энергопотребление системы или другие эксплуатационные расходы, а также надежность.
| journal =().
